X

COMME

INCONNU

Isaac Asimov

Londreys

©1984 NIGHTFALL, inc.

©1984 Londreys version française

- Couverture

- Titre

- Avant-propos

- PHYSIQUE

- Lumières !

- Quatre cents octaves

- Le trio mort trop tôt

- X comme inconnu

- CHIMIE

- Le grand frère

- Pain et pierre

- Le silicone roi

- Une vie-silicium quand même

- ASTRONOMIE

- La longue ellipse

- Epoques et empires

- L'orbite de Monsieur Clarke

- Prêt et attentif

- Centres mortels

- Dans la brousse

- MATHEMATIQUES

- Alchimie

- EN BORDURE

- Le cercle de la Terre

- Les armées de la nuit

- Couverture arrière

AVANT-PROPOS

Je me souviens, alors que j'étais encore au lycée, que le pharmacien de mon village (que je considère maintenant en voyant les choses avec recul comme un homme très intelligent) avait essayé à plusieurs reprises de me prouver la présence d'une force divine au moyen d'une simple démonstration. Il me dit un jour : "les scientifiques ne peuvent même pas faire la synthèse du saccharose, ce que peut faire n'importe quelle plante". J'étais décontenancé. "Et alors", dis-je. "ll y a des millions de choses que les scientifiques ne peuvent faire et ne savent pas. Quel est le rapport ?"

Le pharmacien cependant insistait, et voulait absolument me convaincre que le fait de ne pouvoir réaliser la synthèse du saccharose (ce que, j'imagine, les chimistes savent faire) prouve l'existence d'une entité surnaturelle. J'étais suffisamment jeune pour être peu sûr de moi et quelque peu intimidé par la présence d'un adulte, et je renonçai à trouver les arguments à opposer à ce raisonnement spécieux, qui ne m'avait pas convaincu.

Ce type d'erreur est très fréquent. Il semble qu'il flotte en permanence une vague notion de quelque chose d'omniscient et d'omnipotent devant exister. Et, si l'on peut montrer que les scientifiques ne sont pas tout-puissants et n'ont pas la connaissance de tout, ce doit être une preuve de l'existence de cette forme omnipotente et omnisciente. En d'autres termes, puisque les scientifiques ne peuvent pas réaliser la synthèse du saccharose, Dieu existe. Certes, Dieu existe peut-être, (je ne discuterai pas de cette question ici), mais ce type d'argument ne suffit pas à le prouver. En fait, un tel raisonnement ne peut être suivi que par ceux qui sont totalement à côté de la réalité scientifique.

La science n'est pas un assemblage de résultats, de capacités ou même d'explications. Ces derniers sont les produits de la science et non pas la science elle-même.

Ces résultats, ce savoir-faire, ces explications qui accompagnent la science sont des essais qui peuvent s'avérer erronnés en tout ou en partie et qui, même justes, sont généralement incomplets. Ce qui ne signifie pas nécessairement que la science est imparfaite ou insuffisante.

La science est un processus; c'est un mode de pensée, une manière d'approcher et si possible de résoudre des problèmes, une voie qui permet de rétablir un certain ordre et une certaine signification à partir d'observations cahotiques et désorganisées. En suivant cette voie, nous tirons des conclusions et des résultats utiles sur lesquels se met d'accord la communauté scientifique et qui prennent la valeur d'un postulat. Ces conclusions scientifiques sont généralement considérées comme représentant une approche raisonnable de la "vérité", sujette à des modifications ultérieures.

La science n'a jamais promis la vérité absolue ni ne considère qu'une telle vérité existe nécessairement. La science n'a même jamais affirmé que tout ce qui appartient à l'univers peut être réduit par le processus scientifique.

La science ne traite que les parties et les manifestations de l'univers qui peuvent être observées dans des conditions satisfaisantes et pour lesquelles on dispose des instruments adéquats. Ces instruments (dont les outils intellectuels tels que les mathématiques et la logique) peuvent être améliorés dans le temps, mais aucune certitude n'existe quand à une progression constante, et donc à la possibilité de repousser indéfiniment les frontières de la connaissance.

En outre, même en traitant des sujets qui peuvent être soumis à l'observation et à l'analyse, la science ne peut garantir qu'une solution raisonnable apparaîtra à une date déterminée. Il peut parfois s'écouler beaucoup de temps avant qu'un élément clé ne soit mis en lumière ou qu'un scientifique ait l'éclair de génie qui permette de faire avancer la connaissance.

Ainsi, le processus scientifique correspond à un lent mouvement en avant à travers des parties de l'univers qui sont accessibles, résolvant ainsi à chaque étape une parcelle du mystère qui nous entoure.

Ce processus peut être infini. Il se peut que ces mystères ne soient jamais complètement élucidés, alors que le processus scientifique aura épuisé tout son champ d'investigation possible. En conséquence, à tout instant donné, aujourd'hui par exemple, il existe un certain nombre de problèmes qui ne sont pas résolus et cet état de fait est totalement indépendant du problème de l'existence de Dieu, d'une manière ou d'une autre.

Ce mystère perpétuel ne devrait pas non plus être une source de déceptions, du moins, il me semble. Il devrait au contraire être la source d'une fantastique délivrance. Si toutes les questions avaient une réponse, si tous les mystères étaient dévoilés, si chaque parcelle de l'univers était expliquée, le plus grand et le plus beau jeu de l'univers prendrait fin et il ne resterait plus, à l'esprit humain, qu'à se consoler avec quelques trivialités désespérantes.

Si nous admettons l'existence d'un être omnipotent et omniscient, qui connaisse tout et soit capable de tout faire, alors je pense que l'existence deviendrait rapidement insupportable. Plus de sources d'étonnement, plus de sujets de réflexion, plus rien à découvrir. L'éternité dans un tel paradis me semblerait difficilement dissociable de l'enfer.

Il y a quelque temps, j'ai écrit une histoire à propos d'un être omniscient et omnipotent (et donc éternel) qui avait créé l'univers et l'avait conçu pour faire naître des formes de vie intelligentes. Il rassembla ensuite un très grand nombre de ces formes de vie afin de leur incomber la tâche de faire de nouvelles découvertes. Il avait l'espoir insensé qu'une de ces formes trouverait l'être qui ne soit ni omniscient ni omnipotent et ainsi mettrait au point la méthode (qui ne serait pas connue de l'être découvert) pour se débarrasser de cet insoutenable fardeau qu'est l'immortalité. Ainsi, je pense que le vrai plaisir se trouve dans la recherche plutôt que dans la connaissance, et mon intention, lorsque j'écris ces essais scientifiques, n'est pas de décrire platement l'état de la connaissance comme si elle provenait d'une source universelle mais plutôt, et lorsque je le peux, de décrire la façon dont ce qui est connu a été trouvé, étape par étape.

Et ainsi, j'ai trouvé un nom pour cette collection un peu particulière. Au cours de ces deux dernières années, j'ai écrit une série d'essais divisée en quatre parties sur le spectre électromagnétique (comme toujours, dans de tels cas, j'avais secrètement espéré que je serais capable de traiter le sujet en un seul essai, mais, malheureusement, ces essais s'écrivent tout seuls et j'avoue que je n'ai pas grand-chose à y voir).

J'ai intitulé le quatrième de ces essais "X comme Inconnu" pour des raisons qui vous apparaîtront tout à fait évidentes au cours de votre lecture. Cependant, en méditant sur cet univers inconnu, au plaisir de sa découverte, et à cette satisfaction éprouvée qu'il ne s'évanouira jamais quels que soient les succès de notre démarche, j'ai décidé de faire de ce titre, le titre de l'ensemble de l'ouvrage.

Que l'X soit toujours avec nous, pour notre plus grand plaisir.

PHYSIQUE

1. LUMIERES !

J'ai décrit dans un de mes précédents livres comment Newton avait identifié en 1666 le spectre lumineux. Cependant, l'existence du spectre n'expliquait pas en lui-même la nature de la lumière. Newton pensait que la lumière consistait en une sorte de nuage de particules microscopiques qui voyageaient en ligne droite. Son raisonnement s'appuyait sur le fait que l'ombre projetée par la lumière avait des contours nets. Si la lumière était représentée par des ondes, comme le maintenait une autre théorie, alors elle devait s'incurver au bord de l'obstacle et projeter une ombre diffuse, voire pas d'ombre du tout. Après tout, les vagues d'un plan d'eau contournent les obstacles et le son, que l'on suspectait fortement d'être représenté par des ondes, fait de même.

Un contemporain de Newton, le scientifique hollandais Christian Huygens (1629-1695), qui était le principal défenseur de la notion d'onde lumineuse, soutenait que plus courte était l'onde, plus faible était sa tendance à s'incurver au contact d'un obstacle. Dans ce cas, les contours nets des ombres ne représentaient plus un argument s'opposant à la théorie ondulatoire dès lors que l'on pouvait prouver que ces ondes étaient suffisamment courtes.

Il s'avère que, dans un livre publié à titre posthume, en 1665, un physicien italien, Francesco Maria Grimaldi (16181663), relata des expériences dans lesquelles il trouva que les contours des ombres n'étaient pas parfaitement nettes et que la lumière s'incurvait effectivement très légèrement au contact des obstacles. Newton connaissait ces expériences et tenta de les expliquer à partir de la théorie des particules. Ses successeurs, cependant convaincus que Newton ne pouvait se tromper et que s'il avait dit "particules" c'était bien des particules, ignorèrent purement et simplement Grimaldi.

Finalement, en 1803, le scientifique anglais Thomas Young (1773-1829) réussit à faire pencher la balance en faveur de la théorie ondulatoire. Il fit passer la lumière à travers des orifices très étroits de telle sorte que les rayons se chevauchaient sur un écran à leur sortie. Ce chevauchement n'eut pas simplement pour effet d'accroître la lumière projetée sur l'écran. Au contraire, ce phénomène engendra des bandes alternées d'ombre et de lumière.

Si la lumière était représentée par des particules, il n'y avait aucune possibilité d'expliquer l'apparence de ces bandes d'ombre. En revanche, si l'on adoptait la théorie ondulatoire, on s'apercevait facilement qu'il existait des conditions dans lesquelles certaines ondes pouvaient se déplacer vers le haut alors que d'autres se déplaçaient vers le bas et que ces deux déplacements s'annulaient l'un l'autre, laissant une bande sombre. Ainsi, les deux taches de lumière "interféraient" l'une avec l'autre et ces bandes alternées de lumière et d'ombre furent appelées "franges d'interférence".

Ce phénomène est bien connu dans le domaine du son et produit ce que l'on appelle des "battements". Ces zones d'interférence sont les équivalents en optique de ces battements sonores.

D'après la largeur de ces bandes d'interférence, Young put faire une première estimation de la longueur de ces ondes lumineuses : il calcula qu'elle devait se situer autour d'un cinquante millième d'inch (1 inch = 2,54 cm), ce qui est une estimation correcte. Il calcula la longueur d'onde de chacune des couleurs et montra avec une précision raisonnable que la longueur décroissait en passant du rouge au violet. Bien sûr, alors que les longueurs d'onde sont une réalité physique, les couleurs ne le sont pas. Chacun, disposant des instruments et de l'entraînement adéquats, peut déterminer la longueur d'onde d'une variété particulière d'onde lumineuse. Cependant, en déterminer la couleur dépend pour chaque individu de la réaction des cellules de sa rétine et de l'interprétation que fait le cerveau de cette réaction.

Des rétines différentes peuvent réagir différemment à une longueur d'onde particulière. Certains yeux présentent des défauts au niveau de la rétine et ont des problèmes pour voir les couleurs. Et même si deux personnes perçoivent la même couleur avec la même sensibilité, comment peut-on comparer l'interprétation mentale? Vous ne pouvez pas décrire ce que vous voyez lorsque vous voyez rouge, sauf en montrant du doigt quelque chose qui vous donne l'impression d'être rouge. Quelqu'un d'autre sera d'accord avec vous si ce que vous montrez, en accord avec ce qu'il a appris, peut être appelé rouge. Mais comment pouvez-vous savoir s'il ressent la même chose que vous? Deux personnes pourraient être perpétuellement d'accord pour nommer les couleurs de chacun des objets qui les entourent et pourtant voir des choses différentes. Ainsi, personne ne peut véritablement expliquer la couleur à un aveugle de naissance, car la possibilité de montrer quelque chose et de dire "c'est rouge" n'existe plus.

En outre, en se déplaçant le long du spectre et en examinant chaque longueur d'onde l'une après l'autre, on ne constate pas de modification notable entre le rouge et l'orange ni entre l'orange et le jaune. Il s'agit d'une variation lente et graduelle, et il est absolument impossible de dire, à un point donné, "cette couleur n'est plus rouge mais orange".

Si vous deviez vous déplacer le long du spectre et demander à de nombreuses personnes de vous indiquer à quel moment la couleur cesse effectivement d'être orange et commence à être jaune, vous pourriez être sûr d'obtenir des réponses très variées. Des personnes différentes indiqueront des longueurs d'onde légèrement différentes. C'est la raison pour laquelle les manuels qui traitent de ce problème en donnant des limites et en indiquant, par exemple, que le jaune s'étend d'une longueur d'onde à une autre, sont de ce fait, trompeurs.

Je pense qu'il est préférable de donner une longueur d'onde qui soit la longueur médiane du spectre de chaque couleur, une donnée précise sur laquelle les individus ayant une rétine normale s'accorderont à dire qu'elle correspond au rouge, au vert ou à toute autre couleur.

Les longueurs d'onde lumineuse ont traditionnellement été mesurées en "angstroem", ainsi nommées en 1905 d'après le nom du physicien suédois Anders Jonas Angstroem (1814-1874) qui fut le premier à les utiliser en 1868. Un angstroem correspond à un dix-milliardième de mètre, ou à 1 x 10-10 mètre.

Aujourd'hui, cependant, on considère que cette unité de mesure n'est plus adaptée car elle interrompt la régularité du système métrique. On lui préfère différents préfixes pour chaque tranche de 10^3 d'amplitude, le préfixe "nano" étant accepté pour un milliardième (10-9 d'unité).

En d'autres termes, un nanomètre correspond à 10-9 mètres, de telle sorte qu'un nanomètre est égal à 10 angstroems. Si une onde lumineuse particulière a une longueur d'onde de 5 000 angstroems, on peut dire qu'elle a une longueur d'onde de 500 manomètres et c'est cette dernière unité qu'il convient d'utiliser.

Voici donc les longueurs d'onde médiane des six couleurs du spectre :

Couleurs

Longueurs d'onde(en nanomètres)

rouge

700

orange

610

jaune

575

vert

525

bleu

470

violet

415

Quelle longueur peut avoir une onde produisant une couleur qui soit détectable et perçue comme étant rouge par l'oeil? Jusqu'à combien peut être réduite une onde lumineuse pour produire une couleur encore perçue comme violet par l'oeil? La réponse varie d'un oeil à l'autre, mais l'onde la plus longue, perçue comme une couleur rouge avant qu'une vue normale ne puisse la distinguer du noir, est généralement donnée comme étant égale à 760 nanomètres, et la longueur d'onde la plus courte pour qu'une vue normale puisse encore percevoir la couleur violette est de 380 nanomètres.

Bien que Thomas Young lui-même inventa le terme "énergie" en 1807, ce ne fut pas avant le milieu du Xe siècle que l'on comprit le principe de la conservation de l'énergie, et ce ne fut qu'au début du me siècle qu'il fut clair que la valeur énergétique de la lumière s'accroissait au fur et à mesure que la longueur d'onde diminuait. Ainsi, en d'autres termes, parmi les couleurs du spectre, le rouge est la couleur la moins "énergique", et le violet, la couleur la plus "énergique".

La raison pour laquelle les ondes lumineuses courtes contiennent davantage d'énergie que les ondes lumineuses longues ne paraît pas immédiatement évidente (pour moi tout au moins), mais les choses s'éclaircissent si on les considère d'une autre façon.

En une seconde, un rayon de lumière parcourt 299 792 500 mètres ou approximativement 3 x 10^8 mètres. Si cette lumière a une longueur d'onde de 700 nanomètres (7 x 10-7 mètres), alors le nombre d'ondes individuelles contenues dans la longueur correspondant à un déplacement de la lumière d'une seconde, est de 3 x 10^8/ 7 x 10-7, soit environ 4,3 x 10^14.

C'est ce que l'on appelle la "fréquence de la lumière" et cela signifie que, en une seconde, une lumière ayant une longueur d'onde de 700 nanomètres vibrera 430 billions de fois.

Nous pouvons préciser la fréquence médiane de chacune des couleurs.

Couleurs

Fréquence(en billions)

rouge

430

orange

490

jaune

520

vert

570

bleu

640

violet

720

Si nous considérons les fréquences, le fait que l'onde courte contienne davantage d'énergie paraît alors plus évident. Les ondes courtes vibrent plus rapidement. Si vous secouez quelque chose, de toute évidence, il vous faudra déployer plus d'énergie pour le secouer rapidement que pour le secouer lentement et ainsi l'objet secoué contiendra davantage d'énergie s'il est secoué rapidement. C'est ce qui contribue la base de la découverte fondamentale de la théorie quantique : il existe une unité d'énergie de radiation ("quantum") proportionnelle à la fréquence de cette radiation.

La longueur d'onde rouge la plus longue, et donc la bande de lumière visible contenant le moins d'énergie, a une fréquence approximativement égale à 4 x 10^14, ou 400 billions. La longueur d'onde violette la plus courte, et donc la portion de lumière visible contenant le plus d'énergie, a une fréquence d'environ 8 x l0^14, ou 800 billions.

Ainsi, la fréquence est à peu près double d'un extrême à l'autre. Lorsque nous étudions le son, nous avons des notes qui se situent tout au long des graduations d'une échelle : do ré mi fa sol la si do. On peut, si l'on veut, répéter cette succession dans les deux sens. En allant d'un "do" quelconque au "do" immédiatement le plus élevé, on double exactement la fréquence des ondes sonores. Et si l'on commence par "do" en tant que première note, et que l'on continue à égrener les notes tout au long de l'échelle, alors la huitième note est "do" à nouveau, et nous avons doublé la fréquence. Pour cette raison, on a appelé "octave" le passage d'un "do" à un autre, d'après le mot latin "octavus" signifiant "huitième". Cette appellation a été généralisée et utilisée pour tout déplacement d'ondes quelle qu'en soit la nature : l'intervalle d'une fréquence donnée au double de cette fréquence est donc appelée octave. Ainsi, le spectre des ondes lumineuses de l'extrême rouge à l'extrême violet, allant d'une fréquence de 400 à 800 billions, est appelé un octave bien que la lumière ne consiste pas en notes et certainement pas en huitièmes de note. La hauteur des ondes sonores varie avec la longueur d'onde; plus l'onde est longue (plus basse est la fréquence), plus grave est le son. Plus l'onde est courte (et donc plus la fréquence est élevée), plus le son est aigu. La note la plus grave qu'une oreille normale puisse percevoir est d'environ 30 vibrations par seconde. La note la plus haute qu'une oreille puisse percevoir varie avec l'âge, la limite supérieure reculant à mesure que l'on veillit, les enfants peuvent entendre des sons d'une fréquence atteignant 22 000 vibrations par seconde.

Si nous commençons à 30 vibrations et que nous doublons à chaque fois ce nombre, nous constaterons qu'après 9 doublements, nous atteignons la fréquence de 15 360 vibrations par seconde. Un autre doublement nous conduisait au-delà de la frontière représentant le son le plus aigu qu'un enfant puisse entendre. En conséquence, on peut dire que l'oreille humaine peut entendre ses sons sur un spectre légèrement supérieur à 9 octaves (les 88 notes sur un clavier standard de piano ont un spectre d'un peu plus de 7 octaves). En revanche, nos yeux ne peuvent voir la lumière que sur un spectre exactement égal à un octave. On pourrait en conclure que l'ouïe est un sens beaucoup plus développé que la vue, mais en réalité les ondes lumineuses sont beaucoup plus courtes et contiennent beaucoup plus d'énergie que les ondes sonores et, de ce fait, transportent beaucoup plus d'informations. La fréquence typique de la lumière visible est environ 500 milliards de fois plus élevée que la fréquence typique d'un son audible; aussi, sans vouloir minimiser l'importance de l'audition, il est évident que la vision est la principale fonction dont nous disposions pour capter les informations émises par notre environnement que l'on peut se poser est alors la suivante : cet octave de lumière est-il bien le seul qui existe ou le seul que nous puissions voir?

Pendant très longtemps, une telle question aura pu paraître absurde. N'importe qui considérera comme acquis que, par définition, la lumière est ce que l'on peut voir. Si l'on ne peut pas voir la lumière, c'est parce qu'elle est absente. L'idée d'une lumière invisible semblerait tout aussi contradictoire qu'un triangle carré.

Ce fut en 1800, pour la première fois, qu'il fut admis que la notion de "lumière invisible" n'était pas contradictoire.

Cette année-là, l'astronome anglo-allemand William Herschel (1738-1822), qui était célèbre pour avoir découvert Uranus vingt ans auparavant, réalisait des expériences sur le spectre.

Il est banal de dire que, lorsque la lumière solaire frappe notre peau, nous éprouvons une sensation de chaleur. L'impression générale est que le Soleil irradie à la fois de la lumière et de la chaleur, et que les deux sont séparés.

Herschel se demandait si les radiations calorifiques étaient réparties comme la lumière selon un spectre, et il pensa qu'il pourrait tirer quelques conclusions en plaçant un thermomètre à différents niveaux du spectre. Puisque le jaune qui se trouve au milieu du spectre semble être la partie la plus lumineuse, il s'attendit à ce que la température augmente plus fortement au fur et à mesure que l'on progressait d'une extrémité ou de l'autre du spectre vers le milieu.

Ce ne fut pas le cas. Il remarqua au contraire que la température augmentait progressivement alors que l'on s'éloignait du violet et que l'on s'approchait du rouge le plus éloigné. Etonné, Herschel se demanda ce qui se passerait s'il plaçait le thermomètre au-delà du rouge. Il fit l'expérience et, à son grand étonnement, s'aperçut que la température était plus élevée qu'à n'importe quel autre endroit du spectre visible.

Cela se passait trois ans avant que Young ne démontre l'existence d'ondes lumineuses et, à l'époque, on pensa qu'il y avait des rayons lumineux et des rayons de chaleur qui étaient réfractés différemment, et partiellement séparés par un prisme.

Pendant un certain temps, Herschel parla de rayons "colorifiques", ceux qui produisent de la couleur, et de rayons "calorifiques", ceux qui produisent de la chaleur. Cette distinction paraissait séduisante, mais non seulement elle était un mélange maladroit de langue moderne et de latin, mais elle ne faisait que provoquer des erreurs d'interprétation dues à des erreurs typographiques. Heureusement, cette distinction ne fut pas retenue.

Lorsque la démonstration de Young mettant en évidence des ondes lumineuses fut acceptée, on pouvait soutenir que ce qui existait au-delà de l'extrémité rouge du spectre était des ondes lumineuses plus longues que celles du rouge et de fréquence plus basse. De telles ondes devaient être trop longues pour affecter la rétine de l'oeil et étaient ainsi invisibles, mais exceptée cette différence, on pouvait penser qu'elles avaient toutes les propriétés physiques des ondes constituant la portion visible du spectre.

Finalement, une telle radiation fut appelée radiation "infrarouge", le préfixe "infra" venant du latin signifiant en dessous. Le choix de ce terme est logique puisque la fréquence de la lumière infrarouge est inférieure à celle de la lumière visible.

Cela signifie également que la lumière infrarouge contient moins d'énergie que la lumière visible, et il peut paraître étrange, dans ce cas que le thermomètre enregistre une température plus élevée dans l'infrarouge que dans la portion visible du spectre. La réponse est que la valeur énergétique de la lumière n'est pas le seul facteur à prendre en compte.

Nous savons maintenant que l'effet calorifique des radiations solaires ne dépend pas d'un rayon calorifique particulier. Au contraire, c'est la lumière elle-même qui est absorbée par des objets opaques (tout au moins en partie) et l'énergie de cette lumière absorbée est convertie en énergie aléatoire de vibrations atomiques et moléculaires que nous ressentons comme la chaleur. Cette quantité de chaleur obtenue dépend non seulement de la valeur énergétique de la lumière, mais également de la quantité de lumière absorbée plutôt que réfléchie.

Plus la longueur d'onde est longue (tout au moins dans la partie visible du spectre), plus la lumière est pénétrante et plus facilement elle est absorbée plutôt que réfléchie. Ainsi, même si la lumière rouge a une valeur énergétique moindre que la lumière jaune, la plus grande efficacité de pénétration de la lumière rouge est telle qu'elle compense le premier effet (tout au moins selon l'expérience de Herschel). C'est pour cette raison que la zone rouge du spectre fit monter le thermomètre d'Herschel à une température supérieure à celles obtenues dans toutes les autres zones du spectre.

Tout cela paraît très clair, mais même après que Young eut fait la démonstration de l'existence d'ondes lumineuses, la nature ondulatoire de l'infrarouge fut difficile à admettre. Il devenait nécessaire de démontrer cette nature ondulatoire, et cette démonstration n'était pas simple à réaliser. Les expériences incluant la lumière visible étaient très simples car on pouvait voir ce qui se passait, par exemple les franges d'interférence, observation que l'on ne pouvait évidemment pas faire avec la "lumière invisible".

On pourrait imaginer que cette démonstration pût être faite à l'aide d'un thermomètre. S'il y avait des franges d'interférence avec les radiations infrarouges, on ne pourrait pas les voir, mais en déplaçant un thermomètre le long de l'écran sur lequel seraient projetées ces radiations, nous pourrions détecter des zones dans lesquelles la température resterait stable, et d'autres zones, en alternance avec les premières, dans lesquelles la température augmenterait.

Malheureusement, les thermomètres ordinaires n'étaient pas suffisamment sensibles pour pouvoir réaliser cette expérience. Il fallait beaucoup de temps pour qu'ils absorbent une quantité de chaleur suffisante pour atteindre une température d'équilibre, et le tube était trop épais pour pouvoir être placé à l'intérieur des franges d'interférence. Ainsi, pendant environ un demi-siècle après la découverte des radiations infrarouges, celles-ci furent en quelque sorte laissées à l'abandon, faute d'instruments adéquats.

C'est alors qu'en 1830, un physicien italien, Léopoldo Nobili (1784-1835) inventa le "thermocouple". Cet instrument consiste en deux fils de différents métaux soudés aux deux bouts. Si une extrémité est placée dans de l'eau froide et l'autre dans de l'eau chaude, un petit courant électrique passe dans le fil. Le courant s'accroît avec la différence de température aux deux extrémités.

Le courant peut facilement être mesuré, et un thermocouple mesure la température beaucoup plus rapidement et avec beaucoup plus de sensibilité qu'un thermomètre ordinaire. De plus, l'extrémité active d'un thermocouple est considérablement plus petite que le conduit d'un thermomètre ordinaire. Pour ces raisons, un thermocouple peut mesurer la température ambiante d'une zone très petite et suivre les variations des franges d'interférence par exemple.

Un autre physicien italien, Macedonio Melloni (1798-1854) travailla de concert avec Nobili. Il découvrit que le sel gemme était particulièrement transparent au passage de radiations infrarouges. Il fabriqua alors des lentilles et des prismes à partir de blocs de sel gemme, et les utilisa pour étudier l'infrarouge.

Avec ces instruments en sel gemme et ce thermocouple, Melloni réussit à montrer que la radiation infrarouge avait toutes les propriétés physiques de la lumière ordinaire. Elle pouvait être reflétée, réfractée, polarisée, et pouvait produire des franges d'interférence à partir desquelles les longueurs d'ondes pouvaient être déterminées. En 1850, Melloni publia un livre résumant ses travaux, et, à partir de cette époque, il devint clair que la "lumière invisible" n'était pas une notion contradictoire; le spectre lumineux s'étendait bien au-delà de l'octave de lumière visible.

Vers 1880, un astronome américain Samuel Pierpont Langley (1834-1906) alla encore plus loin, Il utilisa des grilles de réfraction plutôt que des prismes, et ces grilles lui permirent d'étudier les radiations infrarouges sur un spectre plus large et plus efficace. Il conçut également un indicateur de température appelé "bolomètre", qui consistait fondamentalement en un petit fil de platine noirci, pour améliorer sa capacité d'absorption de la chaleur. Des accroissements de température même très faibles du fil augmentaient sa résistance électrique de manière notable, de telle sorte que la mesure de l'intensité du courant électrique passant à travers le fil pouvait indiquer des changements de température d'un dix-millionnième de degré.

De cette façon, Langley fut par exemple capable de traiter les effets obscurcissants des différences d'absorption et de montrer que c'était la zone jaune du spectre qui présentait en réalité la plus grande intensité et provoquait la plus forte augmentation de température, comme Herschel l'avait supposé quelque temps auparavant. (Certes, si Herschel avait eu à sa disposition de meilleurs instruments et si ses observations avaient confirmé ses suppositions, il n'aurait jamais pensé à regarder au-delà du spectre, et n'aurait pas découvert les radiations infrarouges...)

S'intéressant à la zone infrarouge, Langley montra que les radiations infrarouges s'étalaient sur une bande de longueur d'onde de 760 nanomètres, pour la longueur d'onde visible la plus longue de la lumière rouge jusqu'à 3 000 nanomètres. (1 000 nanomètres ou 1 000 milliardièmes de mètre, sont égaux à un micromètre, soit 1 millionnième de mètre. Ainsi, 3 000 nanomètres correspondent à 3 micromètres.)

Cela signifie que la fréquence des ondes infrarouges varie de 4 x 10^14 (400 billions) à l'extrémité du spectre visible jusqu'à 1 x 10^14 (100 billions).

En commençant à 100 billions, nous devons doubler deux fois pour obtenir 400 billions. Ainsi, à côté de l'octave de lumière visible se trouvent deux octaves de radiations infrarouges invisibles.

Le spectre infrarouge semble s'arrêter brutalement à la fréquence de 100 billions (ou à la longueur d'onde de 3 micromètres) tout au moins en ce qui concerne le spectre solaire. N'existe-t-il pas d'autres radiations de longueur d'onde plus longue et de fréquence plus basse?

Et qu'en est-il de l'autre extrémité du spectre? S'il existe des radiations au-delà de l'extrémité rouge, n'y en aurait-il pas au-delà de l'extrémité violette?

Nous verrons ces différentes questions aux cours du prochain chapitre.

2. 400 OCTAVES

Lorsqu'un chimiste italien, Angelo Sala (1576-1637), découvrit que le nitrate d'argent, composé parfaitement blanc, noircissait à la lumière du soleil.

Ceci se produisait également avec d'autres composés de l'argent, et aujourd'hui nous connaissons l'explication de ce phénomène. L'argent n'est pas un élément très actif et ne se fixe pas très solidement à d'autres atomes. Les molécules d'un composé tel le nitrate d'argent ou le chlorure d'argent peuvent facilement être décomposées et, ce qui se passe, en réalité, est que les fins granules d'argent métallique sont disposés ici et là parmi les petits cristaux de ce composé. Or, il se trouve que l'argent finement divisé est noir et donc le composé noircit.

Les ondes lumineuses émises par le soleil contiennent suffisamment d'énergie pour briser les molécules des composés de l'argent et ainsi les noircir. Ce phénomène est un exemple d'une "réaction photochimique".

Vers 1770, le chimiste suédois Willelm Schelle (1742-1786) étudia les effets de la lumière solaire sur les composés de l'argent en ayant à sa disposition le spectre solaire (ce que Sala n'avait pas). Schelle imbiba de fines bandes de papier de solution de nitrate d'argent et les plaça en différents endroits du spectre. Il apparut que les couleurs noircissaient plus activement le composé au fur et à mesure que l'on s'approchait de l'extrémité violette du spectre.

Aujourd'hui, cela n'est plus surprenant puisque nous savons que l'énergie de la lumière s'accroît avec la fréquence. Naturellement, plus l'énergie contenue dans un type particulier de lumière est élevée, plus ce type de lumière aura de chances de briser les liaisons chimiques qui existent à l'intérieur d'une molécule.

Puis, en 1800, Schelle découvrit la radiation infrarouge. Et, ce fut un chimiste allemand, Johann Wilhelm Ritter (1776-1810), qui se mit à chercher de l'autre côté du spectre.

En 1801, il imbiba des bandes de papier d'une solution de nitrate d'argent comme le fit Schelle quelques trente années plus tôt. Ritter, cependant, plaça ces bandes au-delà du violet dans une région où la lumière n'était plus visible. C'est avec une grande satisfaction qu'il découvrit et affirma que le processus de noircissement allait beaucoup plus vite dans cette région apparemment sans lumière.

Au début, pour faire référence à cette zone du spectre existant au-delà du violet, on parla de "rayon chimique" puisque la seule manière de l'étudier était d'utiliser ces propriétés photochimiques.

Ces mêmes propriétés photochimiques conduisirent au développement de la photographie. Les composés de l'argent furent mélangés à une substance gélatineuse qui fut ensuite déposée sur une plaque de verre et enfermée dans une boite noire. La lumière pouvait entrer dans la boîte un court instant et était concentrée sur la substance gélatineuse à travers une lentille. Là où la lumière se dirigeait, il y avait noircissement et le négatif photographique était ainsi produit. Un film positif pouvait ensuite être produit et traité chimiquement de telle sorte que la répartition de l'ombre et de la lumière était fixée de manière permanente. Peu après, l'inventeur français Louis J.M. Daguerre (1789-1851) mit au point, en 1839, le premier processus photographique pratique qui fut immédiatement utilisé par les scientifiques pour enregistrer toutes les observations concernant la lumière.

En 1842, par exemple, le physicien français Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891) fut le premier à prendre une photographie relativement nette du spectre solaire.

Il se trouve que l'oeil ne peut percevoir que les fréquences de la lumière qui engendrent des réactions chimiques appropriées sur la rétine, c'est-à-dire, des lumières ayant des fréquences allant de 800 billions à 400 billions de cydes par seconde. L'appareil photographique, lui, peut détecter les fréquences de la lumière qui produisent des décompositions chimiques et des noircissements des composés de l'argent sur une plaque photographique. Puisque l'énergie est moindre lorsque la fréquence est faible, l'appareil photographique peut à peine distinguer la lumière rouge, facilement visible à l'oeil nu, et ne peut distinguer du tout les radiations infrarouge, pas plus que l'oeil ne peut le faire.

Au-delà du violet, cependant, là où les fréquences et les énergies sont élevées, les composés de l'argent se décomposent aisément, de telle sorte que l'appareil photographique peut percevoir facilement la zone qui se situe au-delà du violet alors que l'oeil humain ne le peut pas. Becquerel réussit à photographier le spectre solaire au-delà du violet et montra assez simplement que le spectre avait une structure continue beaucoup plus large que la seule plage visible à l'oeil nu. La région se situant au-delà du violet contenait elle-même des lignes spectrales exactement comme dans les zones de lumière visible. Dès lors, on prit l'habitude d'appeler "radiations ultraviolettes" les zones se situant au-delà du violet, le préfixe "ultra" provenant du mot latin signifiant "au-delà".

En 1852, le physicien irlandais George Gabriel Stokes (1819-1903) découvrit que le quartz était beaucoup plus transparent au passage de radiations ultraviolettes que ne l'était le verre ordinaire. Il construisit alors des prismes et des lentilles en quartz et réussit à photographier une bande ultraviolette du spectre solaire plus large qu'il ne pouvait le faire avec du verre.

On put condure de cette expérience que le spectre solaire contenait une étendue de radiations ultraviolettes allant de 400 manomètres, longueur d'onde du violet, à 300 manomètres. Ceci correspond à un petit peu moins de la moitié d'un octave l'utraviolet, allant d'une fréquence de 800 billions à 1 000 billions de cycles par seconde.

Le spectre solaire contenait ainsi un octave de lumière visible pris en sandwich entre deux octaves de radiations infrarouges et à peine la moitié d'un octave de radiations ultraviolettes.

La limitation des fréquences des ultraviolets s'avert être bénéfique car la lumière crée des réactions photochimiques sur la peau, réactions d'autant plus fortes que la fréquence augmente. La lumière visible agit peu, mais l'ultraviolet "bronze" la peau en stimulant la production d'une pigmentation sombre, la mélanine. Si une peau particulièrement blanche (la mienne par exemple), n'est pas très bonne productrice de mélanine au lieu de brunir, elle rougit et brûle. Si le spectre solaire s'étendait au-delà de 1 000 billions de cycles par seconde en fréquence, les changements apportés au tissu humain seraient beaucoup plus importants et pourraient exclure la présence de toute vie exposée à la lumière du soleil.

Ainsi le spectre solaire inclut des radiations s'étendant sur une plage de fréquence allant de 1 000 billions de cycles par seconde pour la radiation ultraviolette la plus courte, à 100 billions par seconde pour la radiation infrarouge la plus longue. A ce stade, nous pouvons nous poser trois questions.

1) Qu'existe-t-il d'autre ? Existe-t-il des radiations dont la fréquence est supérieure à 1 000 billions ou inférieure à 100 billions de cycles par seconde?

2) Si de telles radiations existent, pourquoi n'apparaissent-elles pas dans le spectre solaire? Le soleil est-il incapable de produire des fréquences aussi élevées ou aussi basses, ou, sont-elles produites mais, pour une raison que nous ignorons, ne peuvent-elles pas nous atteindre?

3) Et si ces fréquences particulièrement élevées ou particulièrement basses existent, quels sont les seuils atteints? Existe-t-il même des limites?

On répondra rapidement à la première question puisque les scientifiques n'ont eu aucun mal à mettre en évidence une radiation ultraviolette et une radiation infrarouge dont les fréquences étaient respectivement plus élevées et plus basses que tout ce que l'on a pu identifier dans le spectre solaire.

Stokes utilisa une étincelle électrique en tant que source de radiation à haute fréquence. Ces étincelles produisaient une lumière d'une part, plus riche en ultraviolets que la lumière solaire, et d'autre part de fréquences supérieures à l'ultraviolet.

Stokes et d'autres physiciens de son époque purent identifier l'ultraviolet jusqu'à une longueur d'onde de 200 nanomètres, ce qui correspond à une fréquence d'environ 500 billions de cycles par seconde, c'est-à-dire, presque un octave entier d'ultraviolets.

Au cours du XXe siècle, les progrès dans le domaine de la technique photographique permirent d'aller en deça du seuil des 200 nanomètres en longueur d'onde, jusqu'à 10 nanomètres. La zone de fréquence allant de 800 billions à 1 500 billions de cydes par seconde est parfois appelée le "proche ultraviolet", alors que la zone allant de 1 500 billions à 30 000 billions de cycles par seconde est appelée "l'ultraviolet lointain".

En ce qui concerne la radiation infrarouge, il fut possible d'obtenir et d'étudier des radiations à faible énergie émises par des corps chauffés qui produisaient une fréquence de radiations infrarouges beaucoup plus faible que les 100 billions par seconde qui semblaient être la limite du spectre solaire. Finalement, des longueurs d'onde approchant un millimètre (c'est-à-dire 1 million de nanomètres) furent observées, et l'on peut considérer qu'un millimètre représente la limite de la longueur d'onde de l'infrarouge. Ceci représente une fréquence de 0,3 billion (ou 300 milliards de cycles par seconde).

Ainsi, le spectre s'étendrait de fréquences aussi faibles que 0,3 billion jusqu'à des fréquences aussi élevées que 30 000 billions de cycles par seconde (ou de 3 x 10^11 par seconde jusqu'à 3 x 10^16 par seconde). Ceci représente une étendue correspondant à plus de seize octaves. Parmi ceux-ci, cinq octaves correspondent à des radiations ultraviolettes, un octave à la lumière visible et dix octaves aux radiations infrarouges. Ainsi, la lumière invisible domine la lumière visible d'un facteur 15.

Venons-en à la seconde question. Pourquoi le spectre solaire est-il plus limité dans les deux sens que les radiations qui peuvent être observées dans un laboratoire? Les scientifiques ne pensèrent pas réellement que le spectre solaire était aussi limité qu'il apparaissait, et des observations de la haute atmosphère faites au cours des premières années du XXe siècle montrèrent qu'ils avaient raison.

L'atmosphère est opaque au passage de la plupart des radiations se situant en dehors de l'octave visible. L'ozone, dont la haute atmosphère est riche, stoppe les radiations ultraviolettes les plus courtes. Les radiations infrarouges les plus longues sont absorbées par différents composants de l'atmosphère tels que le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Si la lumière solaire pouvait être étudiée au-delà de la couverture atmosphérique de la terre, on trouverait sûrement que son spectre comprend toutes les radiations ultraviolettes et infrarouges et même au-delà, dans les deux sens. Vers le milieu du XXe siècle, la lumière du soleil fut étudiée de cette façon et l'on put constater qu'elle avait un spectre très large.

Ceci nous conduit à la troisième question. Existe-t-il des limites absolues aux radiations dans les deux directions? Existe-t-il des radiations ayant une longueur d'onde la plus longue possible ou la plus courte possible (ou par équivalence, ayant la fréquence la plus basse ou la plus élevée possible)?

L'étude de l'électricité et du magnétisme donnèrent un premier élément de réponse à cette question.

On a longtemps cru que ces deux phénomènes étaient indépendants, mais, en 1820, le physicien danois Hans Christian Oersted (1777-1851) découvrit, plutôt par hasard, qu'un courant électrique produisait un champ magnétique qui pouvait affecter l'aiguille d'une boussole.

D'autres physiciens commencèrent immédiatement à réflé-chir et à chercher dans ce domaine et l'on découvrit rapidement que si un conducteur traversait les lignes de force d'un champ magnétique, un courant électrique pouvait être induit dans ce conducteur.

En réalité, plus les recherches avançaient plus on était convaincu que l'électricité et magnétisme étaient intimement mêlés. On commença même à suspecter qu'il ne pouvait exister un champ électrique sans un champ magnétique mais qu'un seul "champ électromagnétique". En 1864, le mathématicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879) conçut un système de quatre équations simples qui décrivaient avec une acuité étonnante, l'ensemble des phénomènes électromagnétiques, et ces équations contribuèrent à consolider la notion de champ électromagnétique.

Ainsi, les deux grandes révolutions physiques du XXe siècle, la relativité et les quanta, modifièrent presque tout de la physique classique, même la théorie de la gravitation d'Isaac Newton, mais laissèrent intactes les équations de Maxwell.

Le résultat le plus inattendu de ces équations était que Maxwell put montrer qu'un champ électrique d'intensité variable devait produire un champ magnétique lui-même d'intensité variable qui à son tour pouvait produire un champ électrique d'intensité variable et ainsi de suite. Les deux effets s'amplifiaient l'un et l'autre et produisaient une radiation qui avait les propriétés d'une onde transversale qui se répandait de manière uniforme dans toutes les directions. C'était comme jeter un caillou sur la surface d'une eau calme, créant une série d'ondes s'élargissant dans toutes les directions à partir du point d'impact.

Dans le cas d'un champ électromagnétique, on parle de "radiations électromagnétiques". Maxwell put établir la vitesse de propagation d'une telle radiation électromagnétique à partir de ses équations. Cette vitesse s'avéra être égale au rapport de certaines valeurs contenues dans ses équations et être égale à 300 millions de mètres par seconde. C'était en fait exactement la vitesse de la lumière qui avait également les propriétés d'une onde transversale. Maxwell ne put croire qu'il s'agissait là d'une coïncidence. Il présuma que la lumière était un exemple de radiation électromagnétique et que ses différentes longueurs d'onde dépendaient des rythmes différents avec lesquels les champs électromagnétiques oscillaient.

Mais quels champs électromagnétiques?

Maxwell ne put répondre à cette question, mais ses équations fonctionnaient et il savait qu'elles détenaient la dé de ces champs. Ce n'est qu'après sa mort prématurée que l'on reconnut qu'il avait eu raison dans ce domaine.

Nous savons maintenant que les atomes sont composés de particules sub-atomiques, dont deux d'entre elles, l'électron et le proton, sont porteuses d'une charge électrique, et engendrent des champs électromagnétiques qui oscillent.

De manière très schématique, on peut visionner ce phénomène en imaginant des électrons tournant autour de noyaux atomiques, comme des planètes, oscillant ainsi d'un côté à l'autre du noyau des centaines de billions de fois par seconde. La fréquence d'une telle oscillation est égale à la fréquence de l'onde lumineuse inévitablement produite. Les différences de fréquence proviennent de la présence d'électrons de différents atomes, ou de différents électrons, d'un même atome, ou des mêmes électrons d'un même atome, placés dans des conditions différentes.

Au lieu de parler ainsi du spectre de la lumière, nous pouvons parler maintenant du spectre "électromagnétique" dont les différentes fréquences reflètent les différentes fréquences d'oscillation possibles du champ électromagnétique. Il n'existe donc aucune distinction fondamentale entre la radiation ultraviolette, la lumière visible et la radiation infrarouge. Elles représentent un spectre continu et régulier divisé en trois grandes zones. Il se trouve que certaines fréquences, et seulement celles-ci, affectent chimiquement notre rétine de telle sorte que se produit une sensation que notre cerveau interprète comme la vue.

En théorie, un champ électromagnétique peut osciller à toutes les fréquences, de telle sorte qu'une radiation électromagnétique peut être produite à n'importe quelle fréquence. En particulier, aucune raison théorique n'interdit l'existence de radiations électromagnétiques ayant des fréquences beaucoup plus basses que celles que l'on rencontre dans la zone infrarouge ou beaucoup plus élevées que celles que l'on rencontre dans la zone ultraviolette.

Ainsi, Maxwell avait prédit l'existence de radiations au-delà, (et même très au-delà) des limites observables,

La véracité de cette prédiction fut prouvée exactement vingt ans plus tard, en 1888. Cette année-là, Maxwell aurait eu cinquante-sept ans et aurait certainement apprécié à sa juste valeur et avec une grande satisfaction cette découverte, mais il était mort neuf ans plus tôt d'un cancer.

Pour clore ce chapitre, laissons-nous aller à spéculer sur les limites raisonnables que pourrait avoir le spectre électromagnétique dans les deux sens.

Alors qu'un champ magnétique oscille de plus en plus lentement, la radiation produite a une fréquence de plus en plus basse et une longueur d'onde de plus en plus longue. Si l'oscillation était de 300 000 cydes par seconde (plutôt que les centaines de millions exigées pour produire des ondes lumineuses), chaque onde aurait un kilomètre de long. Si l'oscillation était seulement d'un cyde par seconde, chaque onde aurait 300 000 kilomètres de long, et ainsi de suite. Il est sûr que, alors que les ondes sont de plus en plus longues, leur valeur énergétique décroît, et il est facile de produire des ondes si longues qu'aucun instrument existant à ce jour ne peut les détecter. On peut toujours faire l'hypothèse d'une progression constante de la performance des instruments dont nous disposons, et se demander si on pourra un jour atteindre une longueur d'onde si longue et ayant une valeur énergétique si faible qu'aucun instrument ne pourra la détecter.

Imaginons alors une onde électromagnétique si longue qu'une seule oscillation représenterait la largeur de l'univers. Toute onde plus longue et allant au-delà des dimensions de l'univers ne pourrait interagir avec tout ce qu'il contient et ne pourrait donc être détectée, même conceptuellement. Nous considèrerons donc que la largeur de l'univers représente la longueur d'onde la plus longue que toute radiation électromagnétique significative peut avoir.

J'utilise généralement le chiffre de 25 milliards d'années-lumière pour représenter le diamètre de l'univers (mon bon ami John D. Clark qui fut écrivain de science-fiction prétendait récemment que ce diamètre est le double de ce chiffre; peut-être a-t-il raison mais, pour nos besoins, conservons cette référence). Le rythme d'oscillation, produit par une longueur d'onde égale au diamètre de l'univers, serait donc d'un cycle tous les 25 milliards d'années ou un cyde toutes les 790 000 000 000 000 000 secondes, soit 10-18 cycles par seconde.

Supposons ensuite que nous allions dans l'autre direction et imaginons des longueurs d'onde de plus en plus courtes et donc des fréquences (et des énergies) de plus en plus élevées.

Ici, semble-t-il, il ne devrait pas y avoir de limite. La taille de l'univers pourrait fixer une limite supérieure à cette longueur, mais qu'est-ce qui pourrait lui fixer une limite inférieure?

Grâce à la théorie quantique, nous savons que plus la fréquence est élevée, plus l'énergie est élevée, et nous pouvons imaginer une onde électromagnétique d'une fréquence si élevée qu'elle contiendrait toute l'énergie de l'univers. Il ne peut y avoir une fréquence plus élevée que celle-ci. L'essentiel de l'énergie contenue dans l'univers se présente sous forme de masse. Supposons donc que nous ignorions l'énergie des radiations électromagnétiques qui existent déjà et l'énergie due au mouvement de la masse. Nous pouvons également ignorer l'hypothétique masse au repos des neutrinos, puisqu'il s'agit d'une réalité encore très incertaine.

Ainsi, on peut soutenir l'hypothèse raisonnable selon laquelle il existe cent milliards de galaxies dans l'univers et que chacune de ces galaxies possède une masse égale à cent milliards de fois celle du Soleil. (Il existe des galaxies, dont la nôtre, qui ont une masse beaucoup plus importante que cela, mais il y en a aussi dont la masse est beaucoup plus faible.)

Dans ce cas, la masse de l'univers serait de 10 000 000 000 000 000 000 000 ou 10^22 fois celle du Soleil. Puisque la masse du Soleil est d'environ 2 x 10^30 kg, la masse de l'univers serait donc de 2 x 10^52 kg.

D'après la théorie de la relativité e = mc^2 où e représente l'énergie, m la masse et c la vitesse de la lumière. Selon la théorie quantique e = bf où b est la constante de Planck, et f la fréquence. (En réalité, la fréquence est généralement représentée par la lettre grecque "nu", mais j'aimerais éviter des complications à notre cher imprimeur.)

Si nous combinons les deux équations, nous trouvons que f = mc^2/h. En utilisant les unités appropriées (il faut me croire!) nous pouvons dire que m = 2 x 10^52, c^2 = 9 x 10^16 et h = 6,6 X 10-34. En utilisant l'équation, nous trouvons une longueur d'onde de 2,7 x 10^102 cydes par seconde. La longueur d'onde correspondant à une radiation d'une telle fréquence est de 1O-94 mètres.

Ainsi, l'étendue totale du spectre électromagnétique, va de 10-18 cycles par seconde pour une onde aussi longue que le diamètre de l'univers, jusqu'à 2,7 x 10^102 cycles par seconde pour une onde si courte qu'elle contiendrait toute la masse de l'univers. Entre ces deux extrêmes, il y a 120 ordres de grandeur d'écart.

Trois ordres de grandeur correspondent approximativement à dix octaves, de telle sorte que l'étendue concevable totale des radiations électromagnétiques est d'environ 400 octaves.

Dans ces 400 octaves, il y en a un peu moins de 100 en deçà de l'infrarouge, et un peu moins de 300 au-delà de l'ultraviolet.

La bande étroite que représente l'ultraviolet, la lumière visible et l'infrarouge couvre 16 octaves, soit 1/25e de l'ensemble. La lumière visible, qui couvre un octave, représente ainsi 1/400e de l'ensemble.

Il me semble ainsi à l'époque du Big Bang l'univers a dû apparaître comme une simple particule de taille proche de 0 contenant la masse totale de l'univers. J'ai appelé une telle particule le "holon" dans le chapitre "l'asymétrie cruciale" (°), mais, Tom Easton, en août 1979, dans un numéro de la revue Analog me précéda en introduisant une notion similaire qu'il appela "monobloc". Je n'en eu pas connaissance à l'époque, mais je reconnais très naturellement son antériorité.

Le diamètre du holon serait ainsi de 10-94 mètres, comparé à un proton qui a un diamètre de 10-15 mètres. Ainsi le diamètre du proton est 10^79 fois celui du holon, alors que le diamètre de l'univers est de 10^41 fois celui du proton. Ainsi, par rapport au holon, le proton serait de très loin beaucoup plus important que ne l'est l'univers par rapport au proton.

(°) Voir Myriades — Isaac Asimov — Ed. Londreys 1984.

3. LE TRIO MORT TROP TÔT

Dans les deux derniers chapitres, nous avons parlé de la lumière visible, des radiations infrarouge et des radiations ultraviolettes. Les fréquences en question allaient de 0,3 billion de cycles par seconde pour la fréquence infrarouge la plus faible jusqu'à 30 000 billions de cycles par seconde pour la fréquence ultraviolette la plus élevée.

En 1864, comme nous l'avons vu cependant, James Clerk Maxwell avait développé une théorie qui montrait que de telles radiations provenaient de champs électromagnétiques en oscillations (soit, de "radiations électromagnétiques") et que la fréquence pouvait prendre n'importe quelle valeur allant de 30 000 billions de cycles par seconde jusqu'à 0,3 billion de cycles par seconde.

Une bonne théorie bien pensée et bien ficelée est source de plaisir mais elle l'est encore plus si un phénomène, qui n'a jamais été observé, est prévu par cette théorie et se réalise. La théorie vous montre le chemin, vous regardez et le phénomène se produit. Les probabilités d'un tel événement sont cependant assez faibles. Il est possible de faire osciller un courant électrique (et donc un champ électromagnétique). De telles oscillations sont cependant relativement lentes et si, comme le prédisent les équations de Maxwell, elles produisent une radiation électromagnétique, la fréquence est des millions de fois plus faible que celle de la radiation infrarouge ayant la fréquence la plus faible. Il est certain que les méthodes de détection qui fonctionnent pour les radiations familières se trouvant dans la zone de la lumière visible et de ses alentours ne fonctionneraient pas pour quelque chose dont les propriétés en seraient très éloignées.

Il faudrait cependant les détecter, avec suffisamment de précision, pour montrer que les ondes qui apparaîtraient auraient la nature et les propriétés de la lumière.

En réalité, l'idée d'un courant électrique oscillant produisant certains types de radiations avait été émise avant Maxwell.

Le physicien américain Joseph Henry (1797-1878) avait découvert le principe de "l'auto-induction" en 1832 (je ne m'étendrai pas sur ce sujet sinon je ne finirai jamais ce livre). En 1842, il se heurta à des observations assez confuses sur la direction prise par le courant électrique dans certains cas. En fait, sous certaines conditions, ce courant semblait se déplacer dans les deux sens.

Henry, en utilisant son principe de l'auto-induction conclut que lorsqu'une bouteille de Leyde (ou plus généralement un condensateur) se décharge, elle dépasse le but, de telle sorte qu'un courant électrique s'échappe puis, s'apercevant qu'il doit revenir, dépasse une nouvelle fois le but, revient dans la direction première, et ainsi de suite. En bref, le courant électrique oscille comme peut le faire un ressort. De plus, il s'agit d'une oscillation amortie, de telle sorte que chaque dépassement du but est inférieur au précédent jusqu'à ce que le courant s'annule.

Henry savait que le courant électrique produisait un effet à distance (il faisait bouger l'aiguille d'une boussole, par exemple) et sentait que cet effet devait changer et se transposer avec les oscillations, comme s'il y avait une sorte d'onde de radiations provenant du courant oscillatoire. Il compara même cette radiation à la lumière.

Ceci n'était qu'une vague spéculation de la part d'Henry, mais ce qui distingue les grands savants, c'est que même leurs vagues spéculations ont la bonne habitude de s'avérer justes. Néanmoins, ce fut Maxwell, un quart de siècle plus tard qui réduisit l'ensemble du problème à une expression mathématique claire et c'est à lui qu'en revient le crédit.

Cependant, tous les scientifiques n'ont pas accepté le raisonnement de Maxwell. Parmi ceux-ci figurait le physicien irlandais Georges Francis Fitzgerald (1851-1901) qui écrivit un artide soutenant de manière catégorique qu'il était impossible qu'un courant électrique oscillant produise des ondes de radiations (le nom de Fitzgerald est très connu des lecteurs de science-fiction ou devrait l'être puisque c'est lui qui donna naissance au concept de "contractions de Fitzgerald".)

Il était alors possible aux scientifiques de choisir leur camp, celui de Maxwell ou celui de Fitzgerald, et de discuter de ce problème indéfiniment, jusqu'à ce que les ondes oscillatoires électriques fussent effectivement détectées ou qu'une observation fût faite montrant clairement que de telles ondes ne pouvaient exister.

Il n'est donc pas surprenant que Maxwell ait compris l'importance de la détection des ondes de très basse fréquence. Et c'est avec découragement qu'il ressentit qu'une telle recherche relevait presque du domaine de l'impossible.

C'est qu'en 1888, un physicien allemand de 31 ans, Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894), mena à bien cette mission et réussit à renforcer la théorie de Maxwell sur une base expérimentale solide. Si Maxwell avait vécu plus longtemps, le plaisir qu'il aurait ressenti n'aurait pas été aussi grand, j'en suis sûr, que la surprise qu'il aurait éprouvée en constatant la simplicité avec laquelle la détection de telles ondes fut faite.

Tout ce dont eut besoin Hertz fut un fil rectangulaire, avec un côté ajustable, de telle sorte qu'il pouvait être entré et retiré, le côté opposé présentant un petit intervalle d'interruption. Le fil situé de part et d'autre de cet intervalle se terminait par un petit bouton de cuivre. Si un courant était induit dans ce fil rectangulaire, il pouvait traverser l'intervalle en produisant une petite étincelle.

Hertz produisit alors un courant alternatif en déchargeant une bouteille de Leyde. Si elle produisait des ondes électromagnétiques, comme l'avaient prédit les équations de Maxwell, ces ondes induiraient un courant électrique dans le rectangle détecteur de Hertz (qui bien sûr n'était connecté à aucune autre source d'électricité), une étincelle se produirait alors au niveau de l'intervalle, et cela serait la preuve visible de l'induction d'un courant électrique, donc des ondes qui auraient engendré cette induction.

Hertz réussit à produire ces étincelles.

En déplaçant le récepteur dans toutes les directions et à des distances différentes du courant alternatif qui était la source des ondes, Hertz remarqua que les étincelles étaient plus intenses à certains endroits qu'à d'autres selon que les ondes avaient une plus ou moins grande amplitude. II put ainsi localiser les ondes, déterminer leur longueur, montrer qu'elles pouvaient être réfractées et présentaient des phénomènes d'interférence. Il put même détecter à la fois les propriétés électriques et magnétiques de ces ondes. En bref, il montra que l'onde était tout à fait semblable à la lumière, à l'exception de sa longueur, située dans le domaine du mètre plutôt que dans celui du micromètre. La théorie électromagnétique de Maxwell était bel et bien démontrée, neuf ans après la mort de son inventeur.

Ces nouvelles ondes et leurs propriétés furent rapidement confirmées par d'autres observateurs et furent appelées "ondes hertziennes".

Ni Hertz ni aucun de ceux qui confirmèrent la présence de ces ondes furent conscients de leur importance, autrement que pour démontrer la vérité d'une théorie scientifique élégante.

En 1892, le physicien anglais William Crookes (1832-1919) suggéra que les ondes hertziennes pourraient être utilisées à des fins de communication. Elles se déplaçaient en ligne droite à la vitesse de la lumière mais avaient une longueur d'onde si élevée que les objets de taille ordinaire n'étaient pas opaques à son encontre, les ondes longues se déplaçant autour et au travers des obstades. Ces ondes étaient facilement détectées et pouvaient être créées et stoppées de façon précise, elles pouvaient produire les points et les traits du code télégraphique de Morse sans nécessiter l'usage d'un système coûteux et compliqué, composé de milliers de kilomètres de fils de cuivre et de relais. En bref, Crookes suggérait la possibilité d'une "télégraphie sans fil".

L'idée paraissait alors relever du domaine de la science-fiction (dans son sens péjoratif utilisé par les snobs et ignorants), et Hertz, hélas, ne put vérifier sa réalité. Il mourut en 1894, à l'âge de 37 ans, d'une infection chronique qui aujourd'hui aurait été banalement soignée aux antibiotiques.

Quelques mois après la mort de Hertz, cependant, un ingénieur italien, Guglielmo Marconi (1874-1937), alors âgé de 20 ans seulement, lut la découverte de Hertz et eut instantanément la même idée que Crookes.

Marconi utilisa le même système qu'avait utilisé Hertz pour produire les ondes qui portent son nom mais construisit un détecteur amélioré, appelé radio-conducteur. Celui-ci consistait en un récipient de limaille aérée, normalement faiblement conductrice, mais donc la conductivité augmentait lorsqu'une onde hertzienne passait à travers.

Progressivement, Marconi améliora ses instruments, à la fois le transmetteur et le récepteur. Il utilisa également un fil isolé de la terre qui servait d'antenne pour faciliter l'émission et la réception.

Il transmit des signaux à des distances de plus en plus grandes. En 1895, il envoya un signal de sa maison au jardin et, plus tard, sur une distance d'un kilomètre. En 1896, alors que le gouvernement italien ne manifestait aucun intérêt pour ses travaux, il partit en Angleterre (sa mère était irlandaise et Marconi parlait l'anglais) et put envoyer un signal à une distance de 14 kilomètres. Il déposa alors le premier brevet de l'histoire de la télégraphie sans fil.

En 1897, de nouveau en Italie, il envoya un signal de la terre à un vaisseau de guerre situé à 20 kilomètres des côtes et, en 1898 (de retour en Angleterre), il émit un signal sur une distance de 30 kilomètres.

Son système commençait à être connu. Le physicien anglais, Lord Kelvin, qui avait alors 74 ans, paya même pour envoyer un "marconigramme" à son ami le physicien anglais G. G. Stokes âgé lui de 99 ans. La communication entre les deux vieux savants fut le premier message commercial à être transmis par télégraphie sans fil. Marconi utilisa également ces signaux pour transmettre les régates de Kinsgtone, cette même année.

En 1901, Marconi approchait de son apothéose. Ses expériences l'avaient déjà convaincu que les ondes hertziennes épousaient la courbure de la Terre plutôt que de suivre une ligne droite dans l'espace comme on pourrait s'y attendre des ondes électromagnétiques. (Il s'avéra finalement que les ondes hertziennes étaient réfléchies par les particules chargées situées dans la "ionosphère", une région de la haute atmosphère. Elles voyageaient ainsi autour de la Terre en rebondissant entre le sol et la ionosphère.) Il décida alors de tenter d'envoyer des signaux hertziens de la pointe sud-ouest de l'Angleterre, à travers l'Atlantique, jusqu'au Nouveau Monde, en utilisant des ballons pour élever l'antenne aussi haut que possible. Et, le 12 décembre 1901, il réussit.

Pour les Français, la technique est restée celle de la "télégraphie sans fil" et l'expression couramment utilisée est "T.S.F".

Aux États-Unis, cette technique fut appelée "radio-télégraphie" expression signifiant que le porteur fondamental du signal était une radiation électromagnétique plutôt qu'un fil transportant du courant. En abrégé, la technique fut appelée "radio".

Depuis que la technique de Marconi avait traversé l'Atlantique puis les États-Unis, alors nation la plus avancée, du point de vue technologique, l'expression "radio" l'emporta sur l'expression "T.S.F". Maintenant, on parle généralement dans le monde de la "radio" et on considère que ce 12 décembre 1901 fut le jour de son invention.

En réalité, les ondes hertziennes furent appelées par la suite "ondes radio" et ce nom plus ancien fut oublié. La partie du spectre électromagnétique allant d'une longueur d'onde d'un millimètre (limite supérieure de la zone de l'infrarouge) à une longueur d'onde maximum égale au diamètre de l'univers, soit une étendue de 100 octaves, est inclue dans la région des ondes radio. Les ondes radio utilisées généralement pour les transmissions radio ont des longueurs d'onde variant de 190 à 5 700 mètres. La fréquence de ces ondes radio varie donc de 530 000 à 1 600 000 cycles par secondes (ou de 530 à 1 600 kilocycles par seconde). Un cycle par seconde est aujourd'hui appelé un "hertz", à la mémoire du scientifique, de telle sorte que nous pouvons dire que la page de fréquence varie de 530 à 1 600 kilohertz.

Des ondes radio de plus haute fréquence sont utilisées en F.M., et en télévision.

Au fur et à mesure que les années passaient, la radio devint un objet de plus en plus répandu. Les méthodes de conversion des signaux radio en ondes sonores furent développées et permirent d'entendre sur un poste radio des personnes parler et de la musique et non pas seulement le code Morse.

Ceci signifiait que la radio pouvait être combinée avec une communication téléphonique ordinaire pour produire la "radio-téléphonie". En d'autres termes, il était possible d'utiliser le téléphone pour communiquer avec quelqu'un sur un bateau au milieu de l'océan lorsque le correspondant se trouvait au milieu des terres. Le téléphone ordinaire transmettait par fils le message sur la terre, alors que les ondes radio prenaient le relai et le transportait à travers les mers.

Il y avait cependant un problème. L'électricité transmise dans un câble pouvait produire un son aussi clair que celui d'une cloche mais les ondes radio transmises à travers l'atmosphère étaient en constante interférence avec un bruit aléatoire que nous appelons "statique" (puisque l'une de ses causes est l'accumulation de charges électriques statiques sur l'antenne).

L'entreprise Bell Telephone était évidemment intéressé à réduire au minimum ce bruit statique, mais pour ce faire, il fallait en connaître les causes. Ils assignèrent à la tâche un jeune ingénieur du nom de Karl Guthe Jansky (1905-1950). L'une des sources de ce bruit était de toute évidence les orages, et de ce fait, Jansky décida de construire une antenne compliquée consistant en de nombreuses cannes, à la fois verticales et horizontales qui pouvaient servir de récepteur dans différentes directions. De plus, il la fixa sur une carrosserie d'automobile équipée de roues, de telle sorte qu'il pouvait la tourner comme il le souhaitait de façon à l'adapter à tout bruit statique qu'il pouvait détecter.

En utilisant cette technique, Jansky n'eut aucun problème pour détecter des orages lointains à partir des bruits statiques qu'ils émettaient.

Mais il trouva autre chose. Alors qu'il observait le ciel, il entendit un sifflement très différent des craquements du tonnerre. Il s'agissait de toute évidence d'ondes radio provenant du ciel, ondes qui étaient émises ni par des êtres humains ni par l'orage. De plus, alors qu'il étudiait jour après jour ces sifflements, il lui semblait qu'ils ne venaient pas de toutes les directions du ciel mais pour l'essentiel d'une direction particulière. En déplaçant son système d'antenne de manière adéquate, il put la pointer dans une direction d'où le son était le plus intense, et ce point se déplaçait à travers le ciel, un peu comme le soleil.

Tout d'abord, Jansky pensa que la source de ces ondes radio était le soleil, et si le soleil avait été à ce moment-là en période de haute activité, il aurait eu raison.

Cependant, le soleil se trouvait, à cette date, dans une période de faible activité et les ondes radio qu'il émettait ne pouvaient être détectées par l'appareil très rudimentaire de Jansky, ce qui peut-être était une bonne chose car cela signifiait qu'il était sur le point de trouver quelque chose de beaucoup plus important. Au début, son installation semblait poindre vers le soleil alors qu'elle recevait ce sifflement à son maximum d'intensité, mais jour après jour, Jansky s'aperçut que son appareil pointait dans une direction de plus en plus éloignée du soleil.

Le point d'origine de ce sifflement était fixe par rapport aux étoiles, alors que le soleil ne l'était pas (vu de la terre). Au printemps 1932, Jansky était tout à fait sûr que ce sifflement provenait de la constellation du Sagittaire. Ce n'est que parce que le soleil croisait cette constellation que lorsqu'au départ Jansky détecta ce sifflement cosmique, il confondit les deux. Il se trouve que le centre de la galaxie est en direction du Sagittaire, et ce qu'avait fait Jansky en réalité était de détecter les émissions radio provenant de ce centre. Pour cette raison, ce son fut appelé plus tard, "sifflement cosmique".

Jansky publia le compte rendu de ses recherches dans le numéro de décembre 1932 de Proceedings of the institute of Radio Engineers, et cette publication a marqué la naissance de la "radio astronomie".

Mais comment les ondes radio provenant de l'espace pouvaient-elles atteindre la surface de la terre alors qu'elles étaient réfléchies par la ionosphère? La ionosphère empêche les ondes radio émises de la terre de s'éloigner dans l'espace, et devraient de la même façon empêcher celles provenant de l'espace de se diriger vers la surface de la terre.

Il s'avéra qu'une plage d'environ 11 octaves des ondes radio les plus courtes (appelées "micro-ondes"), juste en-deçà de l'infrarouge, n'était pas réfléchie par la ionosphère. Ces ondes radio très courtes pouvaient traverser la ionosphère en provenance de la terre vers l'espace ou inversement de l'espace vers la terre. Cette plage de 11 octaves est appelée la "fenêtre des micro-ondes".

Cette fenêtre comprend des radiations dont les longueurs d'onde varient de 10 millimètres à environ 10 mètres, des fréquences variant de 30 millions de cycles par seconde (30 mégahertz) jusqu'à 30 milliards de cycles par seconde (30 000 mégahertz).

L'appareil de Jansky était sensible jusqu'à une fréquence légèrement plus grande qile la limite inférieure de cette fenêtre des micro-ondes. Si elle s'était située légèrement au-dessous, il n'aurait jamais découvert le sifflement cosmique.

La nouvelle de la découverte de Jansky fit la première page du New York Times, et c'était justice. Intuitivement, il est facile de se rendre compte de l'importance de cette fenêtre des micro-ondes. Tout d'abord, elle comprenait 7 octaves, comparée à l'unique octave de la lumière visible (un petit peu plus avec les voisinages de l'ultraviolet et de l'infrarouge). Par ailleurs, la lumière est utile pour l'astronomie non solaire seulement au cours des nuits daires, alors que les micro-ondes atteignent la terre que le ciel soit nuageux ou non et, pour cette raison, on peut également travailler pendant la journée car le soleil ne les obscurcit pas.

Cependant, les astronomes professionnels accordèrent peu d'attention à la découverte de Jansky. L'astronome Fred Lawrence Wipple (né en 1906), qui venait juste de rejoindre le corps professoral de Harvard, aborda le sujet avec beaucoup d'animation et d'enthousiasme, mais il avait certainement l'avantage d'être un lecteur passionné de science-fiction.

Il est difficile cependant de critiquer les astronomes. Après tout, ils n'y pouvaient pas grand chose. L'instrumentation nécessaire pour recevoir les micro-ondes, avec suffisamment de précision pour être utilisées en astronomie, n'existait pas.

Jansky, lui-même, ne poursuivit pas ses recherches. Il avait d'autres occupations et sa santé était mauvaise. Il mourut d'une maladie du coeur à l'âge de 45 ans, et ainsi ne vécut pas assez longtemps pour assister aux premiers balbutiements de la radio-astronomie. Suivant une étrange fatalité, trois des principaux savants de l'histoire de la radio, Maxwell, Hertz et Jansky moururent à l'aube de la quarantaine et ne purent assister aux véritables conséquences de leurs travaux, il leur aurait fallu vivre quelques dix ans de plus.

Il reste que la radio-astronomie a été totalement négligée.

Une personne, un amateur, décida néanmoins de pousser les recherches. Il s'agissait de Grote Reber (né en 1911) qui était devenu radio-amateur à l'âge de 15 ans. Alors qu'il était encore étudiant à l'Institut de Technologie de l'Illinois, il se passionna pour la découverte de Jansky et décida de poursuivre dans cette voie. Par exemple, il essaya de faire rebondir des signaux radio sur la lune et de détecter l'écho. (Il ne réussit pas, mais l'idée était bonne, car 10 ans plus tard, le corps des signaux de l'armée, avec un équipement beaucoup plus sophistiqué que celui dont il disposait, réussit cette expérience.)

En 1937, Reber construisit le premier radio-télescope dans le fond de son jardin à Wheaton, dans l'Illinois. Le réflecteur, qui recevait les ondes radio avait un diamètre de 9,50 mètres. Il avait été dessiné suivant la forme d'une parabole de telle sorte que les ondes reçues étaient concentrées au centre du détecteur.

En 1938, il commença à recevoir des ondes, et, durant plusieurs années, il fut le seul radio-astronome du monde. Il découvrit des zones dans le ciel qui émettaient des ondes radio plus fortes que les ondes de fond. Il découvrit que de telles étoiles-radio ne coincidaient avec aucune étoile visible. (Certaines des étoiles-radio de Reber furent finalement identifiées comme des galaxies éloignées.)

Reber publia ses recherches et travaux en 1942, et ce fut le début d'une modification importante du comportement de la communauté scientifique à l'égard de la radio-astronomie.

Le physicien écossais Robert Watson-Watt (1892-1973) avait éprouvé un intérêt grandissant pour la manière dont les ondes radio étaient réfléchies. Il pensa que les ondes radio pouvaient être réfléchies par un obstacle, et cette réflexion détectée. A partir du temps écoulé entre l'émission et la détection de la réflexion, on pouvait déterminer la distance entre la source et l'obstade et, bien sûr, la direction suivie par la réflexion pouvait donner la direction dans laquelle se trouvait l'obstacle. Plus les ondes radio étaient courtes, plus elles pouvaient facilement être réfléchies par des obstacles courants, mais si elles étaient trop courtes, elles ne pouvaient traverser les nuages, le brouillard ou la poussière. Il fallait des fréquences suffisamment élevées pour que ces ondes soient pénétrantes et en même temps suffisamment basses pour être réfléchies efficacement par les objets que l'on cherchait à détecter. La plage de micro-ondes était tout à fait adaptée à ce type de travaux et, dès 1919, Watson-Watt avait déjà déposé un brevet sur la localisation radio en utilisant la technique des ondes radio courtes.

Le principe est simple, mais la difficulté provient du développement d'instruments capables d'envoyer et de recevoir des ondes avec la précision et l'efficacité requises. En 1935, Watson-Watt déposa un nouveau brevet concrétisant le perfectionnement de ses instruments qui pouvaient suivre le déplacement d'un avion au moyen de la détection des ondes radio qu'il renvoyait. Ce système fut appelé "détection radio et localisation" (en anglais : Radio Detection Ami Ranging, ce qui en abrégé donne R.A.D.A.R. ou radar). Cette recherche fut poursuivie dans le secret et, à l'automne de 1938, les stations radar furent opérationnelles sur les côtes anglaises. En 1940, ces stations furent attaquées par l'aviation allemande, mais Hitler, rendu furieux par un très léger bombardement sur Berlin par la R.A.F. décida d'envoyer toute l'aviation allemande sur Londres. Ils ignoraient alors le rôle de ces stations radar, ne comprenant pas vraiment à quoi elles pouvaient servir, et ne réussirent jamais à créer un effet de surprise par leurs attaques. Cela fut une des raisons pour lesquelles l'Allemagne perdit la Bataille d'Angleterre, et la guerre. On peut dire, avec tout le respect que l'on doit au courage de l'armée et du peuple britannique, que le radar a certainement gagné la Bataille d'Angleterre. (De l'autre côté de l'Atlantique, un radar américain détecta, le 7 décembre 1941, les avions japonais mais on ne tint pas compte de cette information.)

Les mêmes techniques qui permirent la réalisation du radar pouvaient être utilisées par les astronomes pour recevoir des micro-ondes provenant des étoiles et permettaient d'envoyer des faisceaux très denses de micro-ondes vers la lune et autres objets astronomiques afin de recevoir leur réflexion.

S'il manquait encore quelque objet pour satisfaire la curiosité des astronomes, il vint en 1942 alors que toutes les stations radar anglaises se trouvaient simultanément en panne. Au début, on avait pensé que les Allemands avaient organisé un sabotage ou trouvé un moyen de les neutraliser, mais il ne s'agissait pas du tout de cela.

C'était le soleil! Un flash géant avait envoyé des micro-ondes vers la terre et avait noyé les récepteurs radar. Et bien, si le soleil avait pu envoyer un tel flot d'ondes radio, et si la technologie pour les étudier existait alors, les astronomes auraient pu difficilement attendre la fin de la guerre pour s'y intéresser. A la fin de la deuxième guerre mondiale, les développements s'accélérèrent. La radio-astronomie était en plein épanouissement, les radio-télescopes devenaient plus sophistiqués et des découvertes nouvelles tout à fait étonnantes voyaient le jour. Notre connaissance de l'univers entamait une croissance délirante, du type de celle qui s'était développée durant la décade qui avait suivi la découverte du télescope. Mais, en fait, tout ceci va bien au-delà des limites de notre propos. Dans le prochain chapitre, nous analyserons l'autre extrémité du spectre c'est-à-dire cette zone qui se trouve au-delà de l'ultraviolet, et nous aurons ainsi achevé notre cycle d'analyse des radiations électromagnétiques.

4. X COMME INCONNU

Dans le chapitre précédent, nous avons parlé d'ondes radio, des ondes longues, des ondes électromagnétiques de basse fréquence situées en-deçà de la zone infrarouge. Celles-ci furent découvertes par Hertz en 1888, et grâce à cette découverte, l'utilité et la validité des équations de Maxwell furent clairement démontrées.

Selon ces mêmes équations, s'il y avait des ondes électromagnétiques au-delà et même bien au-delà de l'infrarouge, il devait en exister également au-delà et bien au-delà de l'ultraviolet.

Cependant, personne ne s'était enquis de leur existence. Ce qui excitait l'intérêt de nombreux physiciens dans les années 1890 était les "rayons cathodiques". Il s'agissait là d'une forme de radiations produites par une électrode négative (la "cathode") scellée dans un tube à vide et qui le traversaient, une fois le circuit électrique fermé.

Cette recherche atteignit son apogée en 1897, lorsqu'un physicien anglais. Joseph John Thomson (1856-1940) démontra que les rayons cathodiques n'étaient pas formés d'ondes, mais d'un flux de particules circulant à haute vitesse  (°). De surcroît, ces particules étaient beaucoup moins lourdes que les moins lourds des atomes. La masse d'une particule d'un rayon cathodique était égale à seulement 1/1837e de celle de l'atome d'hydrogène et Thomson l'appela un "électron". Il reçut pour cela le prix Nobel de physique en 1906.

L'électron était la première particule sub-atomique découverte et fit partie d'une série de découvertes qui eurent lieu dans les années 1980 et révolutionnèrent la physique.

Il ne s'agissait pas cependant de la première de ces découvertes. La première marqua le début de cette nouvelle époque fut celle d'un physicien allemand, Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923). En 1895, il avait cinquante ans et se trouvait à la tête du département de physique de l'Université de Würzburg en Bavière. Il avait effectué des travaux conséquents, avait publié quarante-huit communications de bonne facture, mais se trouvait très loin de l'immortalité et aurait sans aucun doute conservé l'anonymat si les événements du 5 novembre 1895 n'avaient pas eu lieu.

Il travaillait alors sur les rayons cathodiques et s'intéressait particulièrement à la manière dont ces rayons faisaient luire ou luminescer certains composants. L'un de ces composants luminescents était le platinocyanure de baryum et Roentgen avait des feuilles de papier recouvertes de ce corps dans son laboratoire.

La luminosité était très faible et, pour l'observer dans les meilleurs conditions, Roentgen avait obscurci la pièce et recouvert son instrumentation avec des plaques de carton noir. Il pouvait alors regarder par une ouverture dans une enceinte totalement noire : lorsqu'il faisait passer le courant électrique, les rayons cathodiques traversaient le tube, et entraient en contact avec le papier recouvert de la substance chimique dont il pouvait alors observer et étudier la luminescence. Ce 5 novembre, alors qu'il venait de mettre le circuit sous tension un petit éclair lumineux se produisit, mais pas à l'intérieur de l'appareil. Il leva la tête : à une certaine distance de l'appareil se trouvait l'une de ces feuilles recouvertes de platinocyanure de baryum, et elle luminescait vivement.

Il coupa le courant, et le papier recouvert de cette substance chimique s'obscurcit. Il remit le courant et le papier se remit de nouveau à luire.

Il prit le papier et le mit dans la pièce à côté, il descendit les stores de façon à obscurcir également cette pièce. Il retourna dans la pièce dans laquelle se trouvait son tube cathodique et remit le courant. Il revint dans l'autre pièce et ferma la porte derrière lui. Le papier recouvert de la substance se mit à luire de nouveau malgré la présence d'un mur et d'une porte entre lui et le tube à rayon cathodique. Et il ne luisait que lorsque l'appareil se trouvant dans l'autre pièce était en marche.

Roentgen en conclut que le tube à rayon cathodique émettait une radiation pénétrante que personne n'avait pu identifier jusqu'alors.

Pendant plusieurs semaines, il explora la puissance de pénétration de cette radiation : ce qu'elle pouvait pénétrer, quelle épaisseur et quel type de matériaux pouvaient finalement l'arrêter, et ainsi de suite. (Plus tard, lorsqu'on lui demanda ce qu'il pensait lorsqu'il fit sa découverte, il répondit sèchement "je pensais pas, je faisais une expérience".)

Cette période n'a pas dû être très gaie pour sa femme. Il rentrait tard le soir pour dîner, d'une humeur massacrante, ne parlait pas, ne mangeait pas et retournait en courant à son laboratoire.

Le 28 décembre 1895, il publia finalement son premier rapport sur cette expérience. Il connaissait les effets de la radiation mais ne savait pas ce qu'elle était. Se rappelant qu'en mathématiques on désignait par X tout ce qui était inconnu, il appela cette radiation "rayon X".

On lui donna plus tard le nom de "rayon Roentgen" en son honneur mais, si les Allemands prononcent ce nom avec facilité, ce type de prononciation a plutôt tendance à rebuter toute autre personne et, par conséquent, on a conservé le nom de "rayon X" même si, aujourd'hui, sa nature n'est plus un mystère.

On s'aperçut immédiatement que les rayons X pouvaient avoir des applications dans le domaine médical. Quatre jours seulement après que la nouvelle de la découverte de Roentgen parvint aux États-Unis, les rayons X furent utilisés pour localiser une balle qui s'était logée dans la jambe d'une personne. (Il fallut quelques années tragiques pour s'apercevoir que les rayons X étaient aussi dangereux et pouvaient engendrer le cancer.)

Dans le monde de la science, les rayons X monopolisèrent presque toute l'attention des physiciens et ceci provoqua une cascade d'autres découvertes, dont la moindre n'est pas celle de la radio-activité en 1896. Moins d'un an après la découverte de Roentgen, plus d'un millier de communications sur les rayons X avaient été publiées, et lorsqu'en 1901 les premiers prix Nobel furent institués, Roentgen reçut le premier prix Nobel de physique.

Les rayons X eurent également un impact important sur le public. Les membres du Parlement et le roi de Bavière offrirent un titre à Roentgen mais le physicien refusa, sachant parfaitement où se trouvait le véritable honneur de la science. Il refusa également de déposer toute licence ou brevet sur la production des rayons X ou d'en tirer un quelconque profit, sentant qu'il n'était pas opportun de le faire. En récompense, il mourut désargenté, en 1923, après avoir été ruiné par l'inflation de l'Allemagne de Weimar.

Mais, en quoi consistait ces rayons X? Certains pensaient qu'il s'agissait de flux de particules, comme les rayons cathodiques. D'autres, dont Roentgen, pensaient qu'il s'agissait d'ondes, mais d'ondes longitudinales comme celles du son et qui n'étaient donc pas électromagnétiques. D'autres encore pensaient qu'il s'agissait d'ondes électromagnétiques plus courtes que l'ultraviolet.

Si la nature des rayons X était électromagnétique (solution qui paraissait avoir la faveur d'un nombre de plus en plus important de scientifiques), ils devaient montrer certaines des propriétés des autres radiations électromagnétiques, et en particulier manifester des phénomènes d'interférence.

Ceci pouvait être démontré grâce à un réseau de diffraction; une feuille de matière transparente sur laquelle des lignes opaques sont grattées à intervalles réguliers. Les radiations passant à travers une telle grille devraient produire des figures d'interférence.

Le problème était que plus la radiation avait une longueur d'onde faible, plus la grille devait être serrée pour produire des résultats et les rayons X étaient composés d'ondes beaucoup plus courtes que celles de l'ultraviolet; or, aucune technique connue ne permettait de définir avec suffisamment de précision la structure de la grille.

Alors, le physicien allemand, Max Théodor Félix Von Laue (1877-1960) eut une de ces idées simples extraordinairement brillantes. Pourquoi s'évertuer à façonner une grille que l'on ne peut pas obtenir suffisamment fine quand la nature réalise pour nous ce travail?

Dans les cristaux, les différents atomes composant la substance sont alignés en rangs et en lignes avec une très grande régularité. C'est ce qui caractérise, en fait, la substance du cristal, et cela était connu depuis déjà un siècle. Les rangs des atomes correspondaient à des raies sur la grille de diffraction et l'espace entre deux rangs, au matériau transparent. Il s'avérait que la distance entre deux atomes était exactement la longueur d'onde que les physiciens pensaient attribuer aux rayons X. Ainsi donc, pourquoi ne pas envoyer des rayons X à travers des cristaux et voir ce qui se passe?

En 1912, l'expérience fut tentée sous la direction de Laue et elle fonctionna à la perfection. Les rayons X, traversant le cristal avant de bombarder les plaques photographiques, furent diffractés et produisirent un ensemble de points très réguliers. Ils se comportaient exactement comme des ondes électromagnétiques de longueur d'onde très courte. Cela établissait une fois pour toutes la nature des rayons X, et le X devenait ainsi caduque (bien que l'on continue à l'utiliser aujourd'hui).

Quant à Laue, il obtint le prix Nobel de physique pour ses travaux.

La diffraction des rayons X n'était pas le seul phénomène mis en évidence par ces travaux. Supposons que l'on utilise un cristal dont la structure est connue, un cristal dont la distance entre les colonnes et les rangées d'atomes pourrait être déterminée avec une précision raisonnable selon une méthode donnée. Dans ce cas, à partir des détails de la figure de diffraction, la longueur d'onde précise des rayons X utilisés pourrait être déterminée.

Inversement, étant donné un faisceau de rayons X de longueur d'onde donnée, on pourrait bombarder un cristal dont les détails de la structure sont inconnus et, à partir de la figure de diffraction, déterminer la localisation et l'espacement entre les atomes composant ce cristal.

Le physicien anglo-australien William Lawrence Bragg (1890-1971) était étudiant à l'Université de Cambridge lorsqu'il lut les travaux de Laue et eut immédiatement l'idée de les approfondir. Il contacta son père, William Henry Bragg (1860-1942), qui était professeur à l'Université de Leeds et qui avait également manifesté un intérêt grandissant pour les travaux de Laue.

Ensemble, ils travaillèrent aux outils mathématiques et aux expériences nécessaires, avec succès. Les résultats furent publiés en 1915, et, dans les mois qui suivirent, les deux Bragg, père et fils, se partagèrent le prix Nobel de physique de cette année-là. Le jeune Bragg n'avait que 25 ans et fut le plus jeune lauréat du prix Nobel. Il vécut jusqu'au cinquante-cinquième anniversaire de son prix, ce qui constitua également un record...

La longueur d'onde des rayons X s'étend de la limite de l'ultraviolet vers 10 nanomètres (10-8 mètres) jusqu'à 10 picomètres (10-11 mètres). En termes de fréquence, les rayons X s'échelonnent de 3 x 10^16 à 3 x 10^19 cydes par seconde, soit environ 10 octaves. La distance entre les plans d'atomes dans un cristal de sel est de 2,81 x 10-10 mètres, et le diamètre d'un atome est d'environ 10-10 mètres. Ce qui implique que les longueurs d'onde des rayons X sont approximativement de l'ordre de grandeur des distances inter-atomiques. Il n'est donc pas étonnant que la diffraction des cristaux fonctionne pour les rayons X.

Comme je l'ai mentionné précédemment, la découverte des rayons X conduisit directement à la découverte l'armée suivante de la radio-activité.

La radio-activité implique (comme l'indique le nom) la production de radiations. Comme les rayons X, ces radiations se sont révélées pénétrantes. Fallait-il en conclure que les radiations radio-actives étaient identiques aux rayons X, sinon semblables?

En 1899, le physicien français Antoine Henri Becquerel (1852-1908), qui avait découvert la radio-activité, trouva que les radiations radio-actives pouvaient être déviées par un champ magnétique dans la même direction que les rayons cathodiques.

Cela montrait que lcs radiations radio-actives ne pouvaient pas être de nature électromagnétique, puisqu'elles ne répondaient pas à un champ magnétique.

Très peu de temps après, et indépendamment les travaux de Berquerel, le physicien d'origine néo-zélandaise Ernest Rutherford (1871-1937) remarqua également les capacités d'un champ magnétique à dévier des radiations radio-actives. Ses observations furent cependant plus détaillées. Il observa qu'il y avait au moins deux types de radio-actives, l'une qui était déviée comme l'avait décrit Becquerel et l'autre qui était déviée dans la direction opposée.

Puisque les rayons catholiques consistaient en des particules chargées négativement, il était clair que la radiation radio-active qui était réfléchie dans la même direction était également composée de particules chargées négativement. La radiation radio-active réfléchie dans l'autre direction devait être composée de particules chargées positivement.

Rutherford appela la radiation positive "rayon alpha" et l'autre "rayon bêta". Ces appellations sont toujours en vigueur aujourd'hui. Les particules dont ces rayons sont composés sont appelées respectivement particules alpha et particules bêta.

Durant l'année 1900, Becquerel, Rutherford, Pierre (1859-1906) et Marie (1867-1934) Curie, travaillèrent tous sur les radiations radio-actives. Ils ont montré que les rayons bêta étaient environ cent fois plus pénétrants que les rayons alpha. (Becquerel et les Curie partagèrent le prix Nobel de physique en 1903 et Rutherford obtint le sien en chimie, à son grand désappointement, en 1908.)

Les rayons bêta chargés négativement étaient réfléchis selon une inclination telle qu'ils devaient être composés de particules très légères et très semblables aux particules des rayons cathodiques. Effectivement, lorsque Becquerel, en 1900, calcula la masse des particules bêta à partir de leur vitesse, l'incidence de leur réflexion et la force du champ magnétique, il devint dair que les particules bêta ne ressemblaient pas seulement aux particules des rayons cathodiques, mais leur étaient identiques. Les particules bêta étaient des électrons et les rayons bêta étaient composés d'un flux d'électrons circulant à grande vitesse.

Cette découverte mit en évidence le fait que l'on trouvait des électrons non seulement dans le courant électrique (seule source qu'avaient pu permettre d'identifier les recherches sur les rayons cathodiques) mais également dans les atomes qui, à priori, n'avaient aucun rapport avec l'électricité. Cela donna une première idée de la complexité de la structure des atomes, et immédiatement les physiciens tentèrent d'expliquer comment les atomes pouvaient contenir des électrons chargés tout en restant électriquement neutres.

En ce qui concerne les rayons alpha, ils étaient très peu réfléchis par un champ magnétique d'une intensité qui faisait réfléchir assez fortement les rayons bêta. Ceci signifiait que les rayons alpha étaient beaucoup plus lourds que les électrons.

En 1903, Rutherford montra que les particules alpha étaient aussi lourdes que les atomes et, en 1906, il avait affiné ces mesures à un tel point qu'il put démontrer que ces particules étaient aussi lourdes, notamment, que les atomes d'hélium. En 1909, en fait, il montra que les particules alpha avaient tendance à se transformer en atomes d'hélium.

Ce fut alors Rutherford qui, en 1911, élabora le concept d'atome nucléaire. Chaque atome, affirma-t-il, consistait en un certain nombre d'électrons chargés négativement se situant à la périphérie d'un noyau central très petit chargé positivement. Ensemble, les électrons et le noyau équilibraient leur charge et pioduisaient un atome neutre. De plus, ce nouveau concept permettait d'affirmer dairement que les particules alpha étaient des noyaux d'hélium.

Il apparut cependant que les rayons alpha et les rayons bêta n'étaient pas les seules radiations produites par la radio-activité.

Il y avait un troisième type de radiation qui fut découvert en 1900 par le physicien français Paul Ulrich Villard (1860-1934). Il remarqua que certaines radiations n'étaient pas infléchies du tout par le champ magnétique. Cette radiation reçut évidemment le nom de "rayon gamma", la troisième lettre de l'alphabet grec.

Les raisons qui expliquent que ces rayons aient été identifiés après un certain laps de temps sont les suivantes : les particules alpha et bêta, toutes deux porteuses de charge électrique, attiraient ou repoussaient les électrons hors des atomes, laissant derrière elles des ions à charge positive. (Ceci ne fut parfaitement compris qu'après que la notion d'atome nucléaire fut acceptée.) Les ions étaient facilement détectables par les techniques de l'époque (et a fortiori par des techniques améliorées au cours des années suivantes). Les rayons gamma, qui n'étaient porteurs d'aucune charge électrique, étaient moins efficaces quant à la formation d'ions et donc plus difficiles à détecter.

La question était alors la suivante : en quoi consistaient ces rayons gamma?

Rutherford pensa qu'il s'agissait de radiations électromagnétiques dont la longueur d'onde était plus courte que celle des rayons X. (Ce raisonnement semblait logique dans la mesure où les rayons gamma étaient encore plus pénétrants que ne l'étaient les rayons X.)

Bragg, cependant, les soupçonnait d'être des particules à haute vitesse. Si tel était le cas, elles ne devaient être porteuses d'aucune charge puisqu'elles n'étaient pas affectées par un champ magnétique. Les seules particules non chargées connues à l'époque étaient les atomes à structure intacte, et ceux-ci n'étaient pas très pénétrants. Les qualités de pénétration d'un flux de particules ne pouvaient s'expliquer que par l'hypothèse de particules de taille sub-atomique, et toutes les particules sub-atomiques connues à l'époque (les électrons et le noyau de l'atome) étaient chargées électriquement.

S'il avait pu être prouvé que Bragg avait raison, cela aurait été très excitant et aurait signifié la découverte de quelque chose d'entièrement nouveau et différent : des particules sub-atomiques neutres. La suggestion de Rutherford signifiait plus simplement que les rayons gamma n'étaient que des "ultra-rayons X".

Malheureusement, on ne peut forcer la science à suivre le chemin le plus spectaculaire simplement pour le plaisir. En 1914, quand Laue eut montré que les cristaux pouvaient diffracter les rayons X, Rutherford trouva un cristal qui pouvait diffracter les rayons gamma et mit ainsi un terme au problème.

Les rayons gamma avaient une nature électromagnétique avec des longueurs d'onde commençant aux limites inférieures des rayons X (1(r" mètres) et s'étendant jusqu'à des longueurs d'onde toujours plus courtes, indéfiniment.

Un rayon gamma typique a une longueur d'onde sensiblement égale au diamètre d'un noyau atomique.

Définir la frontière entre les rayons X et les rayons gamma est purement arbitraire. Nous pourrions les définir autrement en disant que les rayons X sont émis au cours d'un changement de niveau énergétique des électrons se trouvant dans les atomes, et les rayons gamma par un changement de niveau énergétique des particules se trouvant dans le noyau. Il peut se produire, d'ailleurs, que certaines radiations énergétiques particulières produites par les électrons aient une onde plus courte que certaines radiations douces particulières produites par les noyaux. Dans de tels cas, il y a chevauchement entre ce que nous appelons rayons X et rayons gamma.

Ceci, cependant, n'est qu'une pure invention de l'esprit. Deux radiations de longueur d'onde identique, l'une produite par des électrons, l'autre par des noyaux, sont totalement identiques. La seule chose qui compte est la longueur d'onde, et son origine n'a aucune importance sinon celle de satisfaire le besoin de compartimenter de l'esprit humain.

Les rayons gamma sont-ils le point ultime dans la recherche de longueurs d'onde de plus en plus courtes?

Aujourd'hui, il semble qu'il existe un candidat pour une forme de radiation électromagnétique contenant encore plus d'énergie. Parfois les dispositifs qui permettaient de détecter les radiations pénétrantes, détectaient quelque chose, même s'ils étaient spécialement protégés contre les radiations radio-actives.

Il existait donc une radiation plus pénétrante que les rayons gamma.

On supposait que cette radiation provenait du sol. De quel autre endroit aurait-elle pu provenir?

En 1911, un physicien autrichien, Victor Franz Hess (1883-1964), décida de confirmer l'évidence en installant un appareillage de détection des radiations dans un ballon. Il voulait montrer que, lorsque le ballon s'élevait suffisamment haut au-dessus du sol, tous les signes de pénétration de la radiation cesseraient.

Il n'en fut pas ainsi! Au lieu de s'estomper, alors que le ballon s'élevait, les radiations pénétrantes augmentaient en intensité avec la hauteur du ballon et lorsque le ballon eut atteint une altitude de 10 km, l'intensité avait été multipliée par 8. Ainsi Hess appela ces rayons (en allemand) "rayons de haute altitude" et suggéra qu'ils pouvaient provenir de l'espace. Il reçut le prix Nobel de physique en 1936 pour cette découverte.

D'autres savants tentèrent immédiatement d'analyser ces rayons à haute altitude et il semblait impossible de les associer à un corps connu de l'espace. Ils semblaient venir du cosmos; et ainsi, en 1925, le physicien américain Robert Andrews Millikan (1868-1935), prix Nobel de physique en 1923 pour ses travaux sur la mesure de la charge électrique d'un électron, suggéra que ces rayons soient appelés "rayons cosmiques". Cette suggestion fut retenue.

Millikan pensait que les rayons cosmiques avaient une nature électromagnétique et qu'ils avaient une longueur d'onde encore plus courte et une valeur énergétique encore plus élevée que les rayons gamma. Il pensait également que les rayons cosmiques provenaient des limites de l'univers, là où se crée la matière. Il considérait les rayons cosmiques comme un "cri de naissance de la matière" et dit un jour : "le Créateur est toujours au travail". (Millikan, fils d'un ministre du culte congrégationniste, était un religieux convaincu comme l'ont été et le sont très souvent de nombreux scientifiques.)

Il s'en fallait de beaucoup que la communauté scientifique soit d'accord avec Millikan. Certains dirent que les rayons cosmiques consistaient en flux de particules très énergétiques et presque certainement chargées électriquement puisque, même dans les années 20, on n'avait pas encore pu identifier des particules pénétrantes sans charge électrique.

Les particules l'avaient emporté sur les radiations dans le cas des rayons cathodiques, alors qu'à leur tour les radiations l'avaient emporté sur les particules en ce qui concerne les rayons X et les rayons gamma. Qu'en était-il des rayons cosmiques? La conclusion n'allait pas être facile à tirer. Si les rayons cosmiques étaient des radiations électromagnétiques, leur longueur d'onde serait si courte que même des cristaux ne pourraient les diffracter. Et s'ils étaient représentés par des flux de particules chargées électriquement, ces particules seraient tellement énergétiques qu'elles ne subiraient pratiquement aucune déflecxion par n'importe quel champ magnétique conçu par l'homme. Ainsi, toute expérience n'aurait pu apporter que des résultats très limités qui n'auraient pas permis de tirer une conclusion définitive sur ce sujet.

Certains physiciens, cependant, comprirent que les rayons cosmiques en atteignant la terre devaient traverser le champ magnétique du globe terrestre. Ce champ magnétique n'était pas particulièrement fort, mais il avait une extension de plusieurs milliers de kilomètres, ce qui rendrait détectable n'importe quelle déflexion, aussi petite soit-elle.

Si les rayons cosmiques provenaient uniformément de toutes les parties de l'espace et s'ils étaient constitués de particules chargées, alors le champ magnétique de la terre aurait dû les défléchir et les éloigner de l'équateur magnétique (la région qui se trouve équidistante de deux pôles magnétiques) vers ces deux pôles. Ce phénomène est appelé "l'effet de latitude" puisqu'en général les effets du champ magnétique de la terre sont de déplacer l'incidence des rayons cosmiques des basses vers les hautes latitudes.

Les premières tentatives pour démontrer "l'effet de latitude" ne furent pas très convaincantes. C'est alors qu'en 1930, le physicien américain Arthur Holly Compton (1892-1962), qui avait partagé le prix Nobel de physique en 1927 pour ses travaux sur les rayons X, décida de parcourir le monde pendant plusieurs années, se déplaçant d'un endroit à un autre et mesurant l'intensité des rayons cosmiques partout où il allait.

Ce faisant, Compton put démontrer avec pertinence que l'effet de latitude existait bien et, donc, que les rayons cosmiques étaient composés de particules chargées électriquement.

Millikan s'accrocha avec entêtement à la version électromagnétique des rayons cosmiques en dépit de toutes les preuves du contraire. Il obstinait à porter la bannière d'un groupe qui se restreignait de jour en jour. Il avait tort. Aujourd'hui, il ne fait plus de doute que les rayons cosmiques sont composés de particules. Il est bien connu qu'ils contiennent des particules chargées positivement et, plus particulièrement, des noyaux atomiques (pour l'essentiel d'hydrogène), mais aussi des noyaux d'éléments aussi lourds que le fer.

Ainsi, le spectre électromagnétique se termine-t-il avec les rayons gamma du côté ondes courtes et les ondes radio du côté ondes longues. Nous pouvons ainsi aborder maintenant d'autres sujets non moins passionnants dans les chapitres suivants.

(°) En réalité, chaque particule présente un aspect ondulatoire et chaque onde, un aspect corpusculaire et, comme c'est le cas de nombreuses dualités de la nature, on ne peut avoir l'une sans l'autre. Ceci, cependant n'était pas encore compris en 1897.

CHIMIE

5. LE GRAND FRÈRE

Alors que les chimistes étudiaient les différents éléments au cours du xne siècle, ils découvrirent un certain nombre de similitudes intéressantes entre différents éléments. S'il n'y avait pas d'ordre entre ces éléments, alors on pouvait simplement expliquer ces similitudes par de simples coïncidences. Cet état de fait aurait certainement jeté la communauté scientifique dans un inconfort bien embarrassant.

Les chimistes tentèrent de découvrir un ordre et, ce faisant, réussirent à établir une table périodique des éléments.

De tous les éléments de cette liste, le carbone devrait être le plus précieux pour nous, puisque c'est grâce à ses propriétés originales (et peut-être uniques) que la vie sur terre est possible.

En réalité, nous pourrions même dire, si nous étions d'humeur plutôt conservatrice, que le carbone est la seule forme concevable de vie dans tout l'univers.

Mais comment le carbone peut-il être unique? Selon la table périodique, le carbone n'est pas isolé, mais se trouve à la tête d'une "famille carbone" constituée à partir d'éléments chimiques similaires. La famille carbonne consiste en 5 éléments stables : le carbone lui-même, le silicium, le germanium, l'étain et le plomb.

Dans une même famille, les similitudes chimiques sont les plus fortes entre des éléments adjacents. Cela signifie que l'élément le plus proche du carbone en terme de propriétés chimiques est le silicium, et c'est de cet élément dont nous parlerons dans les paragraphes suivants.

Le silicium a un nombre atomique de six alors que celui du carbone est de quatorze (en comparaison, les nombres atomiques du germanium, de l'étain et du plomb sont 32, 50 et 82, respectivement). Le silicium a une masse atomique de 28 comparée à la masse atomique du carbone qui est de 12. Ainsi, l'atome de silicium est un tiers de fois plus massif que l'atome de carbone. En quelque sorte, le nombre atomique désigne le nombre d'électrons qui entourent le noyau intact. Le carbone a six électrons divisés en deux couches électroniques : deux électrons sur la couche intérieure, quatre sur la couche extérieure. Le silicium, quant à lui a quatorze électrons divisés en trois couches électroniques : deux sur la couche intérieure, huit sur la couche intermédiaire et quatre sur la couche extérieure. Comme vous pouvez le constater, le carbone et le silicium ont chacun quatre électrons sur la couche la plus excentrée. On pourrait décrire le carbone par "2/4" et le silicium par "2/8/4", en termes de contenu en électrons de leurs atomes.

Lorsqu'un atome de carbone percute un autre atome quel qu'il soit, ce sont les quatre électrons de la couche extérieure des atomes de carbone qui interagissent avec les électrons de l'autre atome, d'une manière ou d'une autre. C'est cette interaction qui produit ce que nous appelons une réaction chimique. Lorsqu'un atome de silicium percute un autre atome, de la même manière, ce sont les quatre électrons de sa couche extérieure qui interagissent.

Tous les électrons sont identiques, autant qu'ont pu le montrer les mesures scientifiques les plus précises qui ont pu être faites jusqu'à aujourd'hui. Les quatre électrons extérieurs du carbone et les quatre électrons extérieurs du silicium se comportent de manière similaire; pour cette raison, les propriétés chimiques des deux éléments sont semblables.

Mais dans ce cas, si le carbone, avec ses quatre électrons sur la couche extérieure de ses atomes, a le type de propriétés chimiques qui lui permet d'être le fondement de la vie, pourquoi le silicium avec ses quatre électrons sur la couche extérieure n'est-il pas lui aussi un élément fondamental de la vie?

Pour répondre à cette question, il faut remonter aux sources.

Le silicium est un élément extrêmement commun. Après l'oxygène, c'est l'élément le plus répandu de la croûte terrestre. Quelques 46,6 % de la masse totale de la croûte terrestre consistent en atomes d'oxygène, et 27,7 % en atomes de silicium (les huit autres éléments que l'on trouve dans la croûte terrestre pris ensemble représentent les 25,7 % restants). En d'autres termes, si nous laissons de côté l'oxygène, il y a davantage de silicium dans la croûte terrestre que dans tous les autres éléments réunis.

Il ne faut pas, pour autant, s'attendre à trébucher sur un morceau de silicium dès que nous mettons le pied dehors. Cela n'est pas près d'arriver! On ne peut trouver le silicium sur la terre sous sa forme élémentaire. C'est-à-dire qu'on ne peut trouver un morceau de matière composé uniquement d'atomes de silicium. Dans la croûte terrestre, tous les atomes de silicium sont combinés avec d'autres atomes, essentiellement avec ceux de l'oxygène et, ainsi, existent en tant que composés.

Pour la même raison, on ne peut extraire de la croûte terrestre un morceau duquel on puisse obtenir de l'oxygène pur puisque les atomes d'oxygène sont combinés avec d'autres atomes, essentiellement des atomes de silicium. Il y a dans l'atmosphère une quantité considérable d'oxygène sous forme élémentaire; en revanche, on ne rencontre pas de silicium sous cette forme, que ce soit dans l'espace ou sur la terre.

Nous pouvons, à ce stade, identifier certaines différences existant entre le silicium et le carbone. D'une part, le carbone n'est pas aussi communément répandu que l'est le silicium dans la croûte terrestre. Il n'y a qu'un atome de carbone pour 370 atomes de silicium (ce qui, cependant, permet de dire que le carbone est relativement répandu).

Cela, est assez curieux car généralement, dans l'univers, les atomes de petite taille sont plus courants que les atomes de grande taille (à certaines exceptions près, pour des raisons que l'on comprend) et les atomes de carbone sont de taille nettement plus petite que les atomes de silicium. Les astronomes estiment que dans l'univers, pris dans son ensemble, il y a une proportion de sept atomes de carbone pour deux atomes de silicium.

Pourquoi la croûte terrestre est-elle comparativement pauvre en atomes de carbone? Nous laisserons cette question en suspens pour l'instant mais nous y reviendrons un peu plus tard.

Le carbone, comme le silicium, se trouve généralement en combinaison avec d'autres atomes, essentiellement l'oxygène mais, à la différence du silicium, des quantités appréciables de carbone peuvent être trouvées sous forme élémentaire de morceaux de matière contenant presque exdusivement des atomes de carbone. Le charbon par exemple est composé de 85 à 95 % d'atomes de carbone.

Mais le charbon provient de la décomposition de sources végétales. C'est le produit de la vie. Si le carbone n'avait pas les propriétés qui lui permettent d'être la source de la vie, il n'apparaîtrait pas à l'état libre dans la croûte terrestre.

On pourrait inversement prétendre que si le silicium était suffisamment proche du carbone pour constituer la source d'un autre type de vie, lui aussi pourrait se trouver à l'état libre lorsque la vie du silicium se décomposerait. Par conséquent, si l'on découvrait pourquoi le silicium n'est pas une source de vie, ou un élément de base de la vie, nous trouverions aussi pourquoi il n'apparaît pas à l'état libre, comme c'est le cas du carbone.

(Il s'avère que la seule raison pour laquelle l'oxygène se trouve à l'état libre dans l'atmosphère est due à l'activité de la vie végétale qui libère de l'oxygène par un effet secondaire de la photosynthèse. Si la vie n'existait pas sur terre, les seuls éléments que l'on rencontrerait à l'état libre seraient ceux qui sont particulièrement inertes chimiquement. La plupart d'entre eux tels que l'hélium ou le platine sont très rares. Le moins rare des éléments inertes est l'azote que l'on rencontre en quantités importantes à l'état libre, non seulement dans l'atmosphère entourant la terre, une planète riche en formes de vie, mais également dans l'atmosphère de Vénus, une planète totalement désolée!.)

Bien que la nature n'ait pas été assez bonne pour mettre à notre disposition du silicium sous sa forme élémentaire, les chimistes ont appris à le faire par leurs propres moyens. Deux chimistes français, Joseph Gay-Lussac (1778-1850) et Louis Jacques Thenard (1777-1857) ont réussi, en 1809, à décomposer un composé du silicium et à obtenir une sorte de matériau rouge-brun à partir de ce composé. Ils ne poussèrent pas leur expérience plus loin. Il est probable que ce matériau était un morceau de silicium, bien que contenant certainement beaucoup d'impuretés.

En 1824, le chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) obtint lui aussi une masse de silicium à partir d'un processus chimique quelque peu différent. A la différence de Gay-Lussac et de Thenard, Berzelius fut conscient de ce qu'il obtint et eut beaucoup de mal à se débarrasser des impuretés qui n'étaient pas du silicium.

Berzelius fut le premier à obtenir un silicium relativement pur et à étudier cet élément ainsi que ses propriétés chimiques. Pour cette raison, c'est à Berzelius qu'on attribue généralement la découverte du silicium. Le silicium de Berzelius était "amorphe", c'est-à-dire que les atomes individuels de silicium étaient disposés de manière irrégulière de telle sorte qu'aucun cristal visible n'était formé. (Le mot "amorphe" vient du mot grec qui signifie "sans forme", puisque l'on distingue les cristfux à partir de leur forme géométrique régulière.)

En 1854, le chimiste français Henri Étienne Sainte-Claire Deville (1818-1881) prépara pour la première fois des cristaux de silicium. Ceux-ci brillaient d'un éclat métallique et firent croire que le silicium était différent du carbone pour une raison importante : le silicium était un métal, à la différence du carbone.

Cependant, il n'en est pas ainsi. Bien que le silicium ait certaines propriétés semblables à celles qu'ont les métaux en général, il en a d'autres qui ne sont pas les propriétés typiques des métaux. C'est la raison pour laquelle le silicium est un "semi-métal". Le carbone, sous la forme de graphite, a également certaines propriétés des métaux (il conduit même l'électricité modérément bien). Les deux éléments, par conséquent, ne sont pas réellement différents dans ce domaine.

Il est certain que les atomes de carbone ne sont pas prédéterminés à se disposer dans la configuration du graphite. Ils peuvent se disposer d'une manière plus compacte et plus symétrique pour produire du diamant, qui ne possède aucune propriété métallique.

Le diamant se distingue par sa dureté et, en 1891, l'inventeur américain Edward Goodrich Acheson (1856-1931) découvrit que le carbone, lorsqu'il était chauffé avec de l'argile produisait une autre substance très dure. Acheson pensa que cette substance était du carbone combiné avec de l'alumine (un composé d'atomes d'aluminium et d'oxygène, que l'on retrouve tous deux dans l'argile).

Il appela cette nouvelle substance dure, "carborundum".

En réalité, le carborundum s'avéra être un composé de carbone et de silicium. (On retrouve des atomes de silicium également dans l'argile.) Ce composé consiste en atomes de carbone et de silicium en quantité égale (carbure de silicium ou en symbole chimique, SiO.) Le mélange de ces atomes prit la forme compacte et symétrique que l'on retrouve dans le diamant.

Dans le carborundum, les atomes de carbone et de silicium sont alternativement disposés dans la structure cristalline. Le fait que l'on puisse substituer à tout atome de carbone des atomes de silicium, tout en conservant cette même substance dure, montre à quel point ces deux éléments sont semblables. (Cependant, toutes les propriétés ne sont pas conservées : le carborundum n'a ni la transparence ni la beauté du diamant.)

Or, il se trouve que le carborundum n'est pas aussi dur que le diamant. Pour quelles raisons?

Les atomes de silicium et de carbone sont chimiquement semblables, puisque chacun de ces deux éléments a quatre électrons sur sa couche électronique extérieure, mais ils ne sont pas identiques. L'atome de silicium a trois couches électroniques alors que l'atome du carbone en a deux. Cela signifie que la distance de la couche électronique extérieure de l'atome de silicium à son noyau est plus importante que dans l'atome de carbone.

Les électrons sont porteurs d'une charge électrique négative et sont maintenus en place par l'attraction exercée par la charge positive du noyau de l'atome. Cette force attractive décroît avec la distance et est donc plus faible dans l'atome de silicium que dans l'atome de carbone, plus petit. En outre, entre les électrons de la couche extérieure et le noyau, dans l'atome de silicium, se trouvent les dix électrons des deux couches intérieures, alors que dans le cas du carbone on trouve seulement deux électrons sur la seule couche intérieure. Chaque électron intérieur chargé négativement, se situant entre la couche extérieure et le noyau, tend à neutraliser la charge positive du noyau et affaiblit la force d'attraction exercée par ce noyau sur les électrons extérieurs.

Lorsque deux atomes de carbone s'accouplent, c'est en raison de la force attractive engendrée par l'association de deux électrons (un de chaque atome) et, plus ces deux électrons sont fortement attirés par les noyaux respectifs des deux atomes, plus la liaison est forte entre les deux.

Ainsi, la liaison carbone-carbone est plus forte que la liaison silicium-silicium, et la liaison silicium-carbone se situe entre les deux en termes de solidité.

L'une des façons de montrer cet état de fait est d'analyser le point de fusion. Au fur et à mesure que la température s'accroît, les atomes vibrent de plus en plus fort jusqu'à ce que finalement ils brisent les liens qui les unissent et glissent les uns sur les autres librement. Le solide est devenu liquide. Ainsi, plus les liaisons sont solides, plus le point de fusion est élevé.

En réalité, le carbone ne fond pas mais "se sublime"; ce qui signifie qu'il passe directement de l'état solide à l'état gazeux, mais nous dénommerons de la même façon ce point de passage comme point de fusion. Le point de fusion du carbone se situe à une température dépassant 3 500°C alors que celui du silicium se situe seulement de 1 410°C. Le carborundum (qui comme le carbone se sublime) a un point de fusion se situant à une température intermédiaire de 2 700°C.

On peut également juger la solidité des liaisons par la dureté de la substance. Plus les liaisons entre atomes sont solides, plus la substance résiste aux déformations et plus elle est capable d'infliger une déformation (par exemple rayures ou égratignures) à d'autres substances moins dures.

Le diamant est la substance la pus dure que l'on connaisse. Le carborundum n'est pas aussi dur, mais l'est davantage que le silicium.

En dépit du fait que le carborundum ne soit pas aussi dur que le diamant, il est plus utile en tant qu'abrasif (propriété des objets qui sont suffisamment durs pour user par friction des objets plus malléables, sans être en eux-mêmes affectés.) Pourquoi?

Il s'agit en réalité d'une question de prix. Nous savons tous combien le diamant est rare et cher, ainsi que les pierres impures de qualité inférieure; en revanche, le carborundum peut être obtenu à partir du carbone ordinaire et de l'argile, deux substances aussi bon marché qu'on peut le souhaiter.

J'ai indiqué précédemment que les atomes de silicium étaient dans la nature plus fréquemment rencontrés sous forme combinée que les atomes d'oxygène. L'atome d'oxygène est disposé à accepter deux électrons d'un autre atome, combinant chaque électron qu'il accepte avec l'un des siens. Deux paires d'électrons se forment entre les deux atomes et créent ce que l'on appelle une "double liaison" que l'on représente de la manière suivante : " Si = O ". L'atome de silicium, qui a quatre électrons extérieurs, est tout à fait capable de donner deux électrons à deux atomes d'oxygène distincts.

Le résultat est O = Si = O que l'on peut exprimer plus simplement en Si O_2 et que l'on appelle "dioxyde de silicium", plus communément connu sous le nom de "silice".

La forme la plus pure de la silice, quand elle ne contient pratiquement que des atomes d'oxygène et de silicium, est mieux connue sous le nom de "quartz", nom dont l'origine est inconnue.

Ce qui est étonnant, à propos du quartz, est qu'il est transparent, quand il est suffisamment pur. On rencontre très peu de solides qui, à l'état naturel, laissent passer la lumière avec très peu d'absorption : le quartz fait partie de ces quelques éléments.

La première substance possédant ces caractéristiques et rencontrées par les premiers hommes était la glace qui, si elle se forme lentement et sur une épaisseur relativement mince, est transparente. Lorsque les hommes qui avaient connu la glace rencontrèrent ensuite le quartz, ils ne pouvaient que penser avoir trouvé une autre forme de glace, une forme qui s'était constituée de manière extrêmement rigide sous une température très froide de telle sorte qu'elle ne pouvait plus fondre à nouveau. C'est pourquoi les grecs appelèrent le quartz "krystallos", mot qui voulait dire "glace". Ce mot devint "crystallum" en latin et "cristal" en français. Le préfixe "cry" est toujours utilisé et signifie "très froid" comme dans "cryogénie" (production de températures très basse), "cryomètre" (thermomètre spécialement adapté à l'enregistrement de températures très basses), et ainsi de suite.

De nos jours, le mot cristal n'est plus utilisé pour désigner la glace, il l'est plus souvent pour désigner un objet transparent même s'il n'est pas fait de quartz; c'est ainsi que nous parlons souvent de la fameuse boule de cristal de la voyante même si, bien sûr, elle n'est faite que de verre ordinaire.

De même, lorsque les Grecs disaient que chaque planète était un élément d'une sphère, et tournait avec cette sphère, ces dernières furent dénommées "sphères cristallines" en raison de leur transparence. (Elles étaient totalement transparentes pour la bonne raison qu'elles n'existaient pas!)

Le quartz est généralement disposé en lignes droites sous forme de couches planes et anguleuses. Le mot cristal prit cette signification et tous les solides naturels qui présentaient une telle forme furent appelés cristaux qu'il s'agisse ou non de quartz.

Le quartz n'est pas nécessairement transparent car il ne se présente pas toujours dans un état de pureté suffisant. Si le taux d'impureté n'est pas très élevé, le quartz peut rester transparent mais acquiert une certaine couleur. Le plus bel exemple en est l'améthyste pourpre.

Les Grecs, remarquant que l'améthyste avait la couleur du vin, s'étaient dit, par le biais d'une magie sympathique, que l'améthyste pouvait compenser les effets du vin. Ainsi, boire du vin dans une coupe en améthyste permettait de conserver son goût et d'en éliminer les effets toxiques. C'est pourquoi, le mot "améthyste" a été formé à partir d'un mot grec signifiant "pas de vin" (inutile d'essayer, cela ne marche pas!).

Avec un taux d'impuretés plus élevé, on obtient de la silice qui se combine chimiquement avec des métaux tels que le fer, l'aluminium, le calcium, le potassium, ect. ou des composés de plusieurs d'entre eux. De tels composés sont appelés "silicates" et sont pour l'essentiel des substances ternes et opaques. Parmi les silicates on trouve : le granit, le basalte, l'argile et ainsi de suite. La croûte rocheuse de la terre, de même que le manteau sous-jacent sont en forte proportion composés de silicates.

Le silex est un silicate très répandu et fut particulièrement utile pour les premiers hommes car il pouvait être taillé et ainsi servir à fabriquer des armes et outils quant le métal était encore inconnu. Le mot "silex", en anglais, provient d'un ancien terme teuton signifiant "pointe d'un rocher", ce que l'on obtenait en taillant le silex pour en faire un outil.

Silex est un mot latin pour désigner la pierre, et pour parler de quelque chose fait avec du silex; la forme génitive du mot est "silicis". C'est donc à partir du silex que s'est formé le "silice" pour désigner le dioxyde de silicium, puis le mot "silicium" pour désigner l'élément.

La pulvérisation du quartz qui résulte par exemple de l'action des vagues sur la plage, forme le sable. La couleur du sable dépend de la pureté du quartz, et s'il n'est pas pur, de la nature de ces impuretés. Un quartz pur aura tendance à produire un sable blanc (la couleur "sable" du sable(!) est due à son contenu en fer).

L'atome d'oxygène est plus petit que l'atome de silicium, mais plus grand que l'atome de carbone. Ainsi, le dioxyde de silicium devrait avoir un point de fusion plus élevé que celui du silicium lui-même, mais moins élevé que celui du carborundum.

C'est d'ailleurs l'ordre des choses en réalité. Le dioxyde de silicium a un point de fusion, qui se situe aux environs de 1 700°C, supérieur à celui du silicium et inférieur à celui du carborundum. Si les substances appropriées que contiennent les atomes de sodium et de calcium sont ajoutées au sable et si ce mélange est chauffé, il fond et devient du "verre" qui est essentiellement un silicate de sodium-calcium. D'autres substances peuvent cependant être ajoutées pour obtenir certaines qualités désirées telles que la couleur, la dureté ou la résistance aux changements de température ou la limpidité de la transparence.

Le verre est généralement aussi transparent que le quartz à la lumière visible mais sur le plan pratique, il est beaucoup plus utile.

Le verre peut être obtenu à partir du sable qui est beaucoup plus courant que les cristaux intacts de quartz et donc beaucoup plus économique que le quartz. Par ailleurs, le verre fond à une température moins élevée que le quartz et il est donc plus facile à travailler.

En outre, le verre ne se solidifie pas réellement mais reste un liquide. Ce liquide cependant devient de plus en plus rigide au fur et à mesure qu'il se refroidit jusqu'à ce qu'il acquière les caractéristiques d'un solide. En réalité, le verre que nous manipulons tous les jours reste un liquide dans la mesure où l'arrangement de ses atomes est aléatoire, comme dans les liquides, plutôt qu'ordonné, comme dans le cas des solides; il a cependant la rigidité d'un solide. C'est la raison pour laquelle le verre n'a pas un point de fusion précis mais reste une sorte de liquide visqueux sur une plage de température assez large, ce qui, une fois encore, le rend facile à travailler.

Maintenant, peut-on substituer le carbone au silicium et produire des corps analogues au quartz, au sable et aux roches de silice et de silicate? Le carbone est une bonne base de départ. Il peut, lui aussi, donner deux de ses électrons extérieurs à deux atomes d'oxygène. Il en résulte O = C = O ou CO_2que l'on connaît communément sous le nom de gaz carbonique ou dioxyde de carbone et qui, selon la formule, semble être analogue au dioxyde de silicium.

Par ailleurs, la liaison entre les atomes de carbone et d'oxygène est plus forte que la liaison entre les atomes de silicium et d'oxygène, puisque les atomes de carbone sont plus petits que les atomes de silicium. Ainsi, il est logique de penser que le dioxyde de carbone fondra à une température plus élevée que le dioxyde de silicium.

Le dioxyde de carbone, ou gaz carbonique, a un point de fusion qui se situe à —78,5°C (bien qu'en réalité, il se sublime plutôt qu'il ne fond), soit 1 800 degrés de moins que le point de fusion du dioxyde de silicium. Pourquoi? Réponse à cette question dans le prochain chapitre.

6. PAIN ET PIERRE

Le pain est le produit d'atomes de carbone, alors que la pierre est le produit d'atomes de silicium. Ainsi, l'on peut dire que le carbone et le silicium, très semblables de par leur structure atomique mais dont les produits sont si différents, constituent un paradoxe naturel et puissant.

Nous avons terminé le chapitre précédent en comparant le gaz carbonique ou dioxyde de carbone au dioxyde de silicium; ce dernier se transforme en gaz à une température si basse qu'il reste à l'état gazeux même dans les vents les plus froids de l'Antarctique alors que l'autre se transforme en gaz à une température si élevée que même les volcans les plus chauds n'arrivent pas à produire en quantités significatives des vapeurs de dioxyde de silicium.

Dans la molécule de dioxyde de carbone, chaque atome de carbone est combiné à deux atomes d'oxygène, soit O = C = O. L'atome de carbone (C) est lié à chaque atome d'oxygène (O) par une double liaison soit, deux paires d'électrons. Chaque atome participant à cette double liaison donne un électron à chacune des paires ou, en tout, deux électrons. L'atome d'oxygène n'a que deux électrons disponibles dans des circonstances normales alors que l'atome de carbone en a quatre. Ainsi, l'atome de carbone forme une double liaison avec chacun des deux atomes d'oxygène comme le montre la formule.

L'atome de silicium (Si) est très semblable à l'atome de carbone dans son arrangement électronique et, lui aussi, a quatre électrons disponibles pour constituer une liaison. Il peut former une double liaison avec deux atomes d'oxygène; et le dioxyde de silicium peut être représenté sous la forme O = Si = O.

Dans le chapitre précédent, j'avais fait remarquer que les liens existant entre le carbone et l'oxygène étaient plus forts que ceux existant entre le silicium et l'oxygène et que ceci impliquait que le dioxyde de carbone devait fondre et bouillir à des températures plus élevées que dans le cas du dioxyde de silicium. En réalité, c'est l'inverse qui est vrai et ceci pose un problème.

En fait, mon raisonnement était trop simpliste. Il est vrai que dans certains cas les points de fusion et d'ébullition sont signicatifs de la rupture des liens entre les atomes, de telle sorte que plus le lien est solide, plus les températures de fusion et d'ébullition sont élevées. Cela est vrai lorsque chaque atome d'un solide est lié à ses voisins par des liaisons fortes. Il n'y a alors aucune possibilité de convertir le solide en liquide puis en gaz, si ce n'est en brisant tout ou partie de ces liaisons.

Dans d'autres cas cependant, deux à douze atomes se tiennent entre eux fermement pour former une molécule individuelle de taille moyenne; les molécules sont reliées entre elles par des liaisons faibles. Dans une telle configuration, les points de fusion et d'ébullition sont atteints lorsque ces liens inter-moléculaires faibles sont brisés et donc lorsque les molécules individuelles sont libérées. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de porter atteinte aux liaisons qui existent à l'intérieur de la molécule et, de ce fait, les points de fusion et d'ébullition sont ainsi généralement bas.

En ce qui concerne le point d'ébullition, en particulier, nous nous trouvons face à une situation dans laquelle les liaisons inter-moléculaires sont totalement rompues de telle sorte qu'un gaz se forme, daim lequel les molécules individuelles se déplacent librement et indépendamment. Au point de sublimation, les liaisons inter-moléculaires dans un solide sont complètement brisées pour former un gaz constitué de molécules totalement indépendantes.

Le point d'ébullition du dioxyde de silicium se situe aux environs de 2 300°C, alors que le point de sublimation du dioxyde de carbone est de —78,5°C. De toute évidence, en chauffant le dioxyde de silicium pour obtenir un gaz, nous devons briser les liaisons solides existant entre les atomes; alors qu'en chauffant le dioxyde de carbone pour obtenir un gaz, il nous suffit seulement de briser des liens inter-moléculaires lâches.

Pour quelles raisons? Les formules O = Si = O et O = C = O sont pourtant bien semblables.

Pour commencer, il nous faut savoir qu'une double liaison est plus faible qu'une liaison simple. Constatation qui semble aller à l'encontre du bon sens. Certes, une prise à deux mains est plus forte qu'une prise avec une seule main. Tenir un objet avec deux ficelles, deux morceaux de chaîne paraît de toute évidence être plus à même de créer une attache solide qu'avec une seule.

Néanmoins, ce n'est pas le cas des liaisons interatomiclues. Pour expliquer ce phénomène, il faut recourir à la théorie quantique, mais je préfère utiliser une explication plus métaphorique. Imaginons qu'il y ait si peu d'espace entre les atomes que lorsque quatre électrons se logent dans cet espace pour former un double lien, ils n'ont pas assez de place pour former une attache solide. Deux électrons formant une liaison simple sont plus à même de le faire. Imaginez que vous soyez obligé de serrer un objet avec les mains dans un espace très réduit, vous vous apercevrez que vous avez une meilleure prise avec une seule main qu'avec les deux. Par conséquent, s'il existe une possibilité de réarranger les électrons du dioxyde de silicium de telle sorte que la liaison double soit remplacée par une liaison simple, la tendance naturelle sera d'aller dans ce sens.

Lorsque de nombreuses molécules de dioxyde de silicium sont présentes, par exemple, chaque atome d'oxygène, redistribue ses électrons pour établir deux liaisons simples, avec deux atomes de silicium distincts, plutôt qu'une liaison double avec un seul atome de silicium. Ainsi, au lieu d'avoir O = Si = O, on a — O — Si — O — Si — O — Si — et ainsi de suite indéfiniment, dans les deux sens.

Chaque atome de silicium dispose de quatre électrons disponibles et peut former quatre liaisons simples; dans la figure décrite ci-dessous, chaque atome de silicium n'utilise que deux liaisons simples. Ainsi, chacun de ces atomes peut être à l'origine d'une chaîne infinie dans les deux directions.

Cette disposition semble être à deux dimensions, mais en réalité elle ne l'est pas. Les quatre liaisons du silicium sont arrangées de façon à pointer vers les quatre sommets d'un tétraèdre, d'où il résulte une structure à trois dimensions qui ressemble à celle du diamant ou à celle du carbure de silicium.

Par conséquent, chaque morceau de dioxyde de silicium pur ("quartz") est en réalité une énorme molécule dans laquelle il y a globalement deux atomes d'oxygène pour chaque atome de silicium. Pour fondre et mettre en ébullition un tel morceau il faut rompre des liaisons Si-O particulièrement solides, et il en résulte une température d'ébullition très élevée. Ceci explique que l'on ne rencontre pas de dioxyde de silicium à l'état gazeux dans les conditions qui règnent à la surface de la terre.

Ceci reste vrai si d'autres atomes se joignent au réseau de silicium et d'oxygène en nombre suffisamment faible pour ne pas rompre totalement ce réseau, comme c'est le cas pour les silicates. Généralement, ces silicates ont un point de fusion et d'ébullition élevé.

Le problème est très différent pour le dioxyde de carbone. Les atomes plus petits tendent à former des liaisons plus solides, de telle sorte que l'atome de carbone, plus petit que l'atome de silicium, se lie plus fortement avec l'oxygène que ne le fait le silicium. En réalité, bien que la liaison double C = O soit plus faible que la liaison simple C — O, elle est néanmoins assez forte pour que la tendance à se réarranger en liaisons simples soit plus faible que dans le cas du dioxyde de silicium. Ainsi, la plus grande stabilité des petites molécules par rapport aux grandes combinée à la force relative de la double liaison carbone/oxygène, font que le dioxyde de carbone a tendance à rester sous forme de molécules plus petites. Si la température est suffisamment basse, les molécules individuelles de dioxyde de carbone se lient entre elles et forment un solide, mais ces molécules sont soudées par des liaisons inter-moléculaires relativement lâches et facilement rompues; d'où un point de sublimation assez bas.

D'autres atomes peuvent se combiner avec le dioxyde de carbone pour former "les carbonates", et ceux-ci restent à l'état solide aux températures ambiantes sur la surface de la terre. Si elles sont chauffées à haute température, cependant, ces liaisons se brisent et donnent du gaz carbonique à des températures beaucoup plus basses que celles du point d'ébullition des silicates.

Le carbone de calcium, plus communément appelé calcaire, produit du gaz carbonique à environ 825°C.

Lorsqu'un système planétaire se forme, le processus commence par la production d'une planète très chaude. Si les planètes en formation sont relativement proches de ce soleil central, leur température initiale sera alors très élevée.

Dans de telles conditions, les seuls solides que l'on puisse rencontrer sont formés de réseaux atomiques denses, et ont ainsi des points de fusion et d'ébullition élevés. Ces solides comprennent deux types de substance qui tendent à se séparer au fur et à mesure que les planètes se développent : les métaux (essentiellement le fer, plus tous les métaux qui s'associent à lui de manière assez libre) et les silicates.

La densité des métaux est telle qu'ils tendent à se rassembler au centre de la planète, alors que les silicates plus légers restent sur le pourtour comme pour former une couche extérieure. C'est la structure générale des cinq planètes internes du système solaire : Mercure, Vénus, la Terre, la Lune et Mars (en ce qui concerne Mars et la Lune, la composante métallique est très faible).

Les éléments dont les atomes s'associent difficilement, ou pas du tout, aux réseaux métalliques ou des silicates, tendent à rester à l'état isolé, sous forme de petites molécules, ou en réseaux dans lesquels les atomes sont unis par des liaisons faibles. Dans tous les cas, leur point de fusion est faible (ils sont volatiles) et, durant les débuts de la formation planétaire, ils existaient essentiellement sous forme de vapeur.

Puisque les métaux et les silicates sont formés d'éléments qui, à leur tour, constituent une part relativement faible des matériaux d'origine à partir desquels sont constitués les systèmes planétaires, les planètes internes du système solaire sont relativement petites et possèdent en conséquence des champs de gravitation trop faibles pour retenir les vapeurs.

Cela implique la perte de la plupart ou de tous les éléments relativement communs aux mélanges pré-planétaires originels : hydrogène, hélium, carbone, azote, néon, sodium, potassium.

Ainsi, Mercure et la Lune possèdent peu ou pas du tout d'hydrogène de carbone et d'azote, trois éléments sans lesquels la vie, telle que nous la connaissons, ne peut exister. Vénus et la Terre sont suffisamment massives pour avoir pu conserver certains de ces éléments et chacune des deux planètes a une atmosphère relativement chargée en gaz. Mars, qui a un champ gravitationnel plus faible (Mars a une masse égale à seulement un dixième de celle de la Terre), était, en raison de son plus grand éloignement du Soleil, a une température suffisamment basse pour conserver une petite quantité de cette matière volatile et possède donc une atmosphère raréfiée.

Aux extrêmes du système solaire, les planètes sont restées à des températures suffisamment basses pour conserver des proportions importantes de ces éléments volatiles qui constituaient 99 % du mélange originel (essentiellement l'hydro, gène et l'hélium) et on pu ainsi croître en masse et en diamètre. Au fur et à mesure de leur croissance, leur champ gravitationnel s'est intensifié, ce qui leur a permis de croître encore plus vite (l'effet boule de neige). Et, il en résulta ces planètes extérieures très importantes : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. On les appelle parfois les géants gazeux, car elles sont essentiellement constituées d'un mélange d'hydrogène et d'hélium, avec des traces substantielles de petites molécules à base de carbone, d'azote et d'oxygène et avec (on le pense) des noyaux relativement petits de silicates et de métaux, en leur centre. Même les plus petits éléments du système solaire externe étaient à une température initiale suffisamment basse pour collecter des éléments volatiles. Leurs molécules contenaient du carbone, de l'azote ou de l'oxygène, chacun en combinaison avec de l'hydrogène. Aux températures actuelles très basses de ces mondes, ces éléments volatiles se trouvent maintenant à l'état solide. Ce sont des "glaces" appelées ainsi en raison de leurs propriétés similaires à l'eau gelée.

Les quatre satellites important de Jupiter, à titre d'exemple, se sont réchauffés, suite à l'effet des marées exercé par Jupiter, (effet qui s'accroît rapidement quand la distance entre le satellite et sa planète diminue). Ganymède et Callisto, les deux satellites les plus éloignés, ont été soumis à un réchauffement plus faible et restent des mondes glacés, de taille plus importante que les deux autres. Io, le plus proche, a été soumis à une température trop élevée pour pouvoir retenir des éléments volatiles et reste essentiellement composé de silicates, alors que Europe, qui se trouve entre Io et Ganymède, semble composé de silicates recouverts de glace. Mais, revenons à la Terre qui est formée d'un noyau liquide de nickel et de fer enveloppé dans un manteau de silicates.

A la surface, on trouve les éléments volatiles que la Terre a réussi à retenir. On trouve les atomes d'hydrogène essentiellement dans les molécules d'eau qui composent nos (relativement) vastes océans. Les atomes d'azote se trouvent dans des molécules diatomiques qui constituent une partie de l'atmosphère. Les atomes de carbone se retrouvent dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone (en petites quantités), sous forme de carbonate dans la croûte terrestre, et sous forme de carbone élémentaire dans les dépôts tels que le charbon. Ces éléments sont cependant rares et, bien qu'ils existent en quantité suffisante pour assurer la vie, ils sont, sur la Terre, en proportions bien plus faibles que dans une masse de matière moyenne plus représentative de la composition moyenne de l'univers (disons dans une masse équivalente à Jupiter ou au Soleil).

Mais, si la croûte terrestre contient 370 atomes de silicium pour chaque atome de carbone et que les deux sont semblables par nombre de leurs propriétés chimiques, pour' quoi la vie se formerait-elle à partir de l'atome de carbone plutôt qu'à partir de l'atome de silicium?

Il convient de rappeler que la vie est une agitation atomique complexe. La vie représente un système d'entropie relativement faible qui lutte contre la tendance prédominante à l'accroissement de l'entropie (la "seconde loi de thermodynamique"). La vie est faite de molécules fragiles et complexes qui, laissées à elles-mêmes désagrégeraient. Elle s'accompagne d'une forte concentration d'un certain type d'atomes ou de molécules en certains endroits, et d'une faible concentration dans d'autres; laissé à lui-même, cet état de fait aboutirait rapidement à une uniformisation des concentrations.

Pour maintenir cet état de faible entropie, la chimie de la vie entretient une activité incessante. Ce n'est pas que les molécules ne se brisent pas ou que les concentrations s'uniformisent, c'est que les molécules complexes sont reproduites aussi rapidement qu'elles se détruisent et que les concentrations se déséquilibrent aussi rapidement qu'elles ont tendance à s'uniformiser. C'est comme si nous devions maintenir au sec une maison pendant une inondation, non pas en stoppant l'inondation (ce que nous ne pouvons faire), mais en écopant éternellement à mesure que l'eau arrive. Cela implique un brassage constant des atomes et des molécules, les matériaux de base de la vie devant exister sous une forme qui leur permette d'être pris, manipulés et utilisés rapidement. Les matières premières doivent exister sous formes de petites molécules en quantité considérable et placées sous des conditions qui permettent aux liaisons entre les atomes, à l'intérieur des molécules, d'être facilement brisées et réformées, afin que les molécules d'une variété particulière se reproduisent indéfiniment.

Ce processus s'accomplit par l'intermédiaire d'un fluide dans lequel les différentes molécules sont dissoutes. Elles s'y trouvent en forte concentration, se déplacent librement et peuvent ainsi remplir leur office. Ce fluide médiateur est l'eau; très abondante sur la Terre, c'est un excellent solvant pour une très grande variété de substances. Comme nous le savons, la vie ne peut exister sans eau. Les molécules utiles pour la vie sont donc celles qui sont solubles dans l'eau ou qui peuvent être rendues solubles. Par exemple, le dioxyde de carbone est relativement soluble dans l'eau. L'oxygène n'est que faiblement soluble mais se rattache facilement à l'hémoglobine, de telle sorte que la toute petite quantité dissoute est capturée immédiatement, laissant place à une autre petite quantité prête à être dissoute et ainsi de suite.

Le processus de la dissolution dans l'eau est cependant similaire en de nombreux points au processus de fusion et d'ébullition. Les liens inter-atomiques et inter-moléculaires doivent être brisés. Un réseau entier d'atomes n'entrera pas en solution sous forme de masse compacte. En revanche, si ce réseau peut être séparé en fragments plus petits, il pourra être dissous.

Les silicates forment un réseau très dense et leurs liaisons résistent à l'eau comme à la chaleur. Ils sont insolubles, ce qui est une bonne chose, car les océans dissoudraient les continents et produiraient une espèce de fange boueuse qui ne serait ni terre ni mer et sur laquelle la vie telle que nous la connaissons ne pourrait exister.

Mais cela signifie également qu'on ne trouve pas d'atome de silicium sous forme de petites molécules solubles et que, par conséquent ces atomes ne peuvent être incorporés dans les tissus vivants actifs. Ainsi, le silicium n'est pas à la source de la vie, comme l'est le carbone.

Cela, bien sûr, est vrai dans les conditions terrestres. Que se passerait-il dans d'autres conditions? L'environnement d'une planète peut être "oxydant" ou "réducteur". Dans le premier cas, on trouve une prépondérance d'atomes qui acceptent les électrons, comme cela serait le cas avec de grandes quantités d'oxygène libre dans l'atmosphère. Dans le second cas, il existe une majorité d'atomes qui libèrent les électrons, c'est ce qui se passerait avec de grandes quantités d'hydrogène libre présent dans l'atmosphère. La Terre a une atmosphère oxydante. Celle de Jupiter au contraire est réductrice. A l'origine, la Terre a pu également avoir une atmosphère réductrice.

Dans une atmosphère oxydante, le carbone tend à exister sous forme de dioxyde de carbone. Dans une atmosphère réductrice, il tend à exister sous forme de "méthane", molécule qui contient un atome de carbone pour quatre atomes d'hydrogène qui lui sont attachés (CH_4). Aux confins du système solaire, où les conditions réductrices sont la règle, le méthane est extraordinairement répandu.

Le méthane est un parent d'un nombre infini d'autres substances, car les atomes de carbone s'attachent facilement entre eux en chaînes ou en anneaux, avec toutes les liaisons libres connectées à des atomes d'hydrogène. Il existe ainsi un nombre gigantesque "d'hydrocarbures" possibles fait de molécules de tailles variables constituées uniquement de carbone et d'hydrogène. Le méthane est la plus simple d'entre elles.

Ajoutons, un atome d'oxygène, d'azote, de soufre ou de phosphore (ou une combinaison de ces derniers éléments) au squelette de base de l'hydrocarbure et nous obtiendrons une grande variété de composés que l'on trouve dans l'organisme vivant ("composés organiques"). Ce sont tous, après transformation, des dérivés du méthane.

En bref, l'on peut supposer que les composants chimiques de la vie s'obtiennent sous des conditions réductrices, et c'est une des raisons pour lesquelles les chimistes soupçonnent que la Terre, durant ses premiers âges, à l'époque où la vie commençait à apparaître, avait une atmosphère réductrice ou tout au moins non oxydante.

Cependant, les silicates sont caractéristiques d'un environnement oxydant. Le silicium ne forme-t-il pas d'autres types de composés sous des conditions réductrices? Le silicium ne pourrait-il pas, comme le carbone, se combiner avec quatre atomes d'hydrogène?

La réponse est oui. Le composé SiH_4 existe et s'appelle le "silane".

Le méthane a un point d'ébullition qui se situe à —161,5°C de telle sorte que dans les conditions que l'on rencontre à la surface de la Terre, il existe toujours sous forme de gaz. Le silane est très semblable de par ses propriétés, à un point d'ébullition se situant à —1120, et se rencontre donc également sous forme de gaz. (Le point d'ébullition du silane est nettement plus élevé que celui du méthane en raison d'un poids moléculaire nettement plus important, 28 comparé à 16.) De la même façon que le carbone peut former des chaînes avec des atomes d'hydrogène se rattachant aux liaisons libres, le silicium peut le faire. A une chaîne constituée de deux atomes de carbone peut s'adjoindre six atomes d'hydrogène; à une chaîne constituée de trois atomes de carbone peut s'adjoindre huit atomes d'hydrogène; et à une chaîne constituée de quatre atomes de carbone, dix atomes d'hydrogène. En d'autres termes, nous pouvons avoir C_2H_6, C_3H_8, C_4H_10, composés que l'on appelle "éthane", "propane" et "butane" respectivement. (Chacun de ces noms a une explication, mais ce sera pour une autre fois.)

De même, nous avons le Si_2H_6, Si_3H_8, et le Si_4H_10, que l'on appelle respectivement "disilane", "trisilane" et "tétrasilane".

Les composés du carbone ont des points d'ébullition qui se situent à —88,6°C, —44,5°C, et -05°C, respectivement, de telle sorte que tous les trois existent sous forme de gaz dans les conditions ambiantes à la surface de la Terre, bien qu'en général, le butane puisse se trouver à l'état liquide dans des conditions hivernales, et le propane dans des conditions polaires.

Les silanes ont des points d'ébullition plus élevés. Le disilane a un point d'ébullition qui se situe à —14,5°C, le trisilane à 53°C et le tétralisane à 109°C. Dans les conditions terrestres, le disilane est un gaz, alors que le trisilane et le tétrasilane sont des liquides.

Tout cela parait très encourageant, mais il y a un piège. Une liaison simple entre le carbone et l'oxygène a une valeur énergétique de 70 kilocalories par mole (unité que nous utiliserons dans les développements qui suivent), alors que la valeur énergétique de la liaison existant entre le carbone et l'hydrogène est de 87. Ainsi, la tendance du carbone est de rester lié à l'hydrogène même en présence de grandes quantités d'oxygène. Et les hydrocarbures sont très stables dans les conditions ambiantes à la surface de la Terre.

L'essence et la paraffine sont deux mélanges d'hydrocarbures. L'une brûle dans les moteurs automobiles et l'autre dans les bougies, mais la combustion doit être provoquée. Laissées à elles-mêmes, l'essence et la paraffine resteront immuables pendant longtemps.

La liaison silicium-oxygène est cependant de 89 et la liaison silicium-hydrogène de 75. Cela signifie que les silicates ont tendance à rester silicates même placés sous des conditions réductrices, alors que les silanes sont comparativement plus facilement oxydés et transformés en silicates.

En bref, l'avantage va aux hydrocarbures dans le cas du carbone et aux silicates dans le cas du silicium. Il reste que le carbone sera converti en hydrocarbure et ainsi en vie, alors que le silicium sera converti en silicates, impropre à la vie.

En réalité, même si des silanes étaient formés, il n'en résulterait probablement pas des formes de vie. La vie exige des molécules très compliquées et les atomes de carbone peuvent se combiner en très longues chaînes et séries d'anneaux très complexes, cela parce que la liaison carbone-carbone est très forte, 58,6, alors que la liaison silicium-silicium est nettement plus faible, 42,5.

Cela signifie qu'une chaîne d'atomes de silicium est plus faible qu'une chaîne d'atomes de carbone et se désintègre plus facilement. En réalité, les chimistes n'ont pas réussi à former une structure plus complexe que l'hexasilane, avec six atomes de silicium dans la molécule. Ce résultat est à comparer aux chaînes de carbone que l'on rencontre dans la graisse et les huiles ordinaires, qui sont très couramment composées de seize atomes de carbone liés entre eux et cela est loin d'être un record.

De plus, les atomes de carbone s'accrochent suffisamment fortement entre eux pour rendre possible l'existence de liaisons doubles carbone-carbone et même triples, bien que celles-ci soient plus faibles que les liaisons, simples. Cela multiplie le nombre et la variété des composés organiques que l'on peut obtenir.

Des liaisons doubles et triples paraissaient impossibles à obtenir dans le cas des combinaisons silicium-silicium, ce qui semblait écarter l'existence de toute une variété de combinaisons complexes.

Mais ce n'était qu'une apparence. En 1981, pour la première fois, on mit en évidence des liaisons doubles impliquant des atomes de silicium. Il ne s'agissait pas de silanes mais d'autres types de composés du silicium qui (peut-être?) pourraient servir de base à la vie.

Poursuivons cette discussion dans le prochain chapitre.

7. LE SILICONE ROI

Le chimiste anglais Frederick Stanley Kipping (1863-1949) s'était particulièrement intéressé aux molécules asymétriques. Si l'atome de carbone est attaché à quatre différents atomes ou groupes d'atomes, la molécule résultante peut exister sous deux formes, chacune étant l'image de l'autre dans un miroir. De telles molécules sont asymétriques.

La nature et la logique de cette asymétrie fut expliquée en 1874, et rien ne prouve que cette démonstration ne puisse s'appliquer qu'aux atomes de carbone. Kipping, avec son assistant William Jackson Pope (1870-1939), travailla à la synthèse de molécules asymétriques incluant des atomes tels que l'azote et l'étain.

En 1899, Kipping entama une longue série de recherches sur les composés du silicium, supposant, à juste titre, que l'atome de silicium, qui est si semblable chimiquement à celui du carbone, pourrait produire des molécules asymétriques dans les mêmes conditions que peut le faire l'atome de carbone.

Cela nous ramène aux sujets que nous avons abordés dans les deux précédents chapitres.

Les composés du silicium que l'on trouve dans la nature sont les silicates qui, comme je l'ai expliqué précédemment, ont des atomes de silicium liés à des atomes d'oxygène à chacune de leur quatre liaisons. Dans ces conditions, on ne peut s'attendre à trouver une asymétrie au niveau moléculaire.

Kipping voulait connecter des atomes de silicium à différents groupements d'atomes, pour chacune des liaisons.

Ce fut le chimiste français, François-Auguste Grignard (1871-1935), qui, en 1900, trouva un moyen pour rattacher des groupes d'atomes à d'autres atomes en utilisant du magnésium métallique dans de l'éther.

En utilisant ces "réactions de Grignard", Kipping commença à rassembler des groupes d'atomes autour des atomes de silicium en des arrangements originaux et essaya de faire la synthèse des molécules dans lesquelles les atomes de silicium remplaçaient les atomes de carbone dans des composés simples et connus de ce dernier élément. Prenons l'exemple du dioxyde de carbone O = C = O. Laissons un atome d'oxygène à sa place mais déplaçons l'autre et substituons-lui deux groupes différents d'atomes contenant du carbone, un pour chaque liaison du carbone. Appelons ces deux groupes R1 et R2. Nous avons donc la molécule suivante :

Les chimistes ont appelé cet arrangement un "cétone" et les noms donnés à de tels composés ont généralement un nom se terminant en "one". Kipping essaya de faire la synthèse de l'analogue d'un cétone pour le silicium :

utilisant le même suffixe, il appela un tel analogue "silicone".

Bien que Kipping n'ait jamais réussi à produire un tel silicium-cétone, le nom silicone fut appliqué non seulement à cette molécule, mais à tous les composés dans lesquels les atomes de silicium sont attachés à des groupes d'atomes contenant du carbone.

Kipping travailla sur les molécules asymétriques de silicium pendant quarante ans et publia cinquante et une communications. II arriva à ses fins et put montrer, de manière convaincante, que les composés du silicium suivaient les mêmes règles d'asymétrie que les composés du carbone.

Les silicones qu'il réussit à synthétiser ne paraissaient pas cependant avoir une quelconque autre utilité. Il s'agissait uniquement de curiosités qui avaient servi à démontrer un point théorique. En 1937, alors qu'il était âgé de soixante-quatorze ans, Kipping dit tristement : "Je n'ai pas beaucoup d'espoirs quant à la réalisation d'un progrès notable dans ce domaine de la chimie organique au cours des prochaines années".

Il avait tort! En 1941, les premiers brevets sur les silicones furent déposés et une industrie du silicone commença à croître et à s'étendre très rapidement. Kipping vécut jusqu'à quatre-vingt-cinq ans et eut le plaisir de constater ce succès inespéré. Ses recherches en tour d'ivoire acquéraient enfin une valeur pratique.

Laquelle?

Le réseau du dioxyde de silicium, comme je l'ai montré dans le précédent chapitre, ressemble à peu près à ceci (en vous rappelant qu'il s'agit en fait d'une structure tridimensionnelle et non bidimensionnelle) :

Ces liaisons peuvent se développer indéfiniment, de telle sorte que le dioxyde de silicium (comme les silicates, qui ont çà et là dans leur réseau des atomes de métal) est un solide à haute température de fusion. Supposons maintenant qu'au lieu des atomes d'oxygène, qui servent de pont reliant des chaînes de silicium-oxygène, nous ayons un atome ou un groupe d'atomes qui n'ait qu'une liaison. Il peut se rattacher à un atome de silicium d'une chaîne particulière avec sa liaison, et il ne lui restera aucune autre liaison libre pour s'attacher à une chaîne voisine.

Examinons les groupes d'atomes contenant du carbone ainsi connectés. Les atomes de carbone (comme les atomes de silicium) possèdent quatre liaisons, mais trois d'entre elles peuvent être solidement attachées à des atomes d'hydrogène, laissant la quatrième libre d'attachement à d'autres atomes. Nous pourrions représenter le groupe ainsi : CH_3. C'est ce que l'on appelle le "groupe méthyle". (Je résisterai à la tentation d'expliquer ici le mot "méthyle", explication que nous verrons une autre fois dans un autre essai).

En imaginant qu'un groupe méthyle remplace un atome d'oxygène dans le réseau des silicates, il couperait le pont qui relie deux atomes de silicium :

Et, plus on ajoute de groupes méthyle au réseau, plus les ponts sont rompus et plus le réseau s'affaiblit. Finalement, le réseau se démantèle en fragments séparés qui peuvent avoir la forme de chaînes linéaires, de combinaisons de silicium et d'oxygène, de chaînes à branches ou d'anneaux.

Un "silicone-méthyle" typique aurait la structure suivante :

De tels méthyle-silicones sont huileux, très semblables aux huiles (celles-ci étant composées pour l'essentiel, de chaînes d'atomes de carbone). Cependant, la chaîne de silicium-oxygène est plus stable qu'une chaîne de carbone. Elle est plus résistante aux changements imposés par des élévations de température ou des interactions chimiques.

Le caractère huileux provient d'une tendance qu'ont les moclécules disposées en longue chaîne à glisser les unes par-dessus les autres de manière très lente. Plus ce mouvement est lent, plus l'huile est visqueuse, et vice versa.

Un liquide à la fois huileux et visqueux a les caractéristiques d'un lubrifiant. Il permet, entre autre, à deux surfaces de métal qui se déplacent l'une par rapport à l'autre de le faire sur un film de molécules glissant les unes sur les autres plutôt qu'en contact direct. Cela permet au déplacement d'être relativement silencieux, sans friction et évite une usure accélérée des surfaces métalliques. Si le liquide est suffisamment visqueux, il ne s'écoule pas entre les deux surfaces de métal mais reste en place assurant ainsi une lubrification permanente.

Sans lubrification, les machines impliquant un mouvement concomitant de pièces métalliques ne pourraient fonctionner.

Les huiles lubrifiantes ordinaires tendent à perdre de leur viscosité avec la chaleur. L'élévation de température accélère le déplacement des molécules, permet aux longues chaînes de carbone de glisser l'une au-dessus de l'autre plus facilement et augmente ainsi le risque que l'huile s'écoule entre les deux surfaces métalliques.

De plus, les températures élevées accélèrent la vitesse avec laquelle les huiles lubrifiantes ordinaires se combinent avec l'oxygène de l'air (ou avec d'autres vapeurs ou gaz présents dans l'atmosphère). De telles réactions chimiques peuvent produire des composés corrosifs qui attaquent le métal, créer une espèce de boue qui réduit le caractère huileux du composé ou briser la chaîne de carbone et réduire ainsi la viscosité. En aucun cas, ces réactions améliorent les propriétés de l'huile lubrifiante. Ce long déplacement des chaînes du silicium l'une par rapport à l'autre est, en revanche, peu affecté par la température. Ce qui veut dire que la viscosité des silicones est relativement constante, ne décroissant que très faiblement avec l'élévation de la température. De plus, les silicones sont beaucoup moins susceptibles de se combiner avec différents autres éléments chimiques que les huiles lubrifiantes ordinaires et donc, de produire les effets indésirables énumérés ci-dessus.

Les huiles lubrifiantes aux silicones conservent leurs propriétés utiles sans problème à des températures aussi élevées que 150 °C et, en l'absence d'oxygène à des températures bien au-delà de 200 °C.

Il est des cas également où il est nécessaire de lubrifier des surfaces de contact en mouvement relatif à des températures très basses. Une huile lubrifiante ordinaire qui a une viscosité acceptable à des températures normales mais qui s'accroît rapidement dès que la température chute, se durcit et devient inutilisable. Une huile lubrifiante aux silicones n'a pas cet inconvénient.

Pour nous résumer en quelques chiffres, une huile lubrifiante ordinaire peut être 1 800 fois plus visqueuse à —35 °C qu'à 40 °C (soit une plage de 75°) alors qu'une huile lubrifiante aux silicones ne sera que sept fois plus visqueuse à —35 °C qu'à 40 °C.

Pendant l'époque difficile de la Seconde Guerre mondiale, on s'aperçut de l'utilité des silicones dans ce domaine essentiel qu'est la lubrification et cela attira l'attention générale sur l'importance de ces composés.

La viscosité du silicone tend à s'accroître d'une manière prévisible avec la longueur des chaînes silicium-oxygène, de telle sorte que les huiles lubrifiantes aux silicones peuvent être facilement préparées pour obtenir une qualité de viscosité correspondant à une fonction particulière.

Si la chaîne obtenue est suffisamment longue, la viscosité est suffisamment élevée pour produire des substances solides ayant les caractéristiques du caoutchouc. Cela est particulièrement vrai si les chaînes sont connectées les unes aux autres par quelques ponts seulement.

Si le nombre de ponts est plus important, il en résultera une substance résineuse.

Les silicones ne conduisent pas l'électricité; les caoutchoucs et les résines à base de silicones peuvent donc être utilisés comme isolants électriques. Ils sont meilleurs que des caoutchoucs et résines ordinaires en ce sens qu'ils sont plus résistants à la chaleur, moins susceptibles de devenir cassant et de s'effriter, c'est-à-dire de développer des failles dans leurs capacités isolantes.

Un silicone, produit avec une viscosité appropriée, peut être utilisé comme une sorte de jouet. Un silicone peut être suffisamment visqueux pour couler très très lentement et résister à toute forme d'accélération. Les longues molécules continueront à glisser l'une contre l'autre avec beaucoup de dignité sans qu'aucune pression n'influe sur leur mouvement.

Une balle formée d'une telle substance, et jetée contre un mur, se déformera à son contact, mais rebondira.

Si vous laissez cette balle sur une table, au bout d'un certain temps, elle s'étalera, s'accommodant des irrégularités de la surface de la table. Si vous la malaxez entre vos doigts, elle deviendra aussi malléable que la cire.

Les silicones, comme les molécules ordinaires à chaînes de carbone, ne se dissolvent pas dans l'eau. Ils ne se mélangent jamais, avec l'eau de quelque façon que ce soit, ni ne deviennent perméables. Cette propriété est utilisée pour imperméabiliser des textiles et certains autres matériaux en y ajoutant un film de silicone.

Ainsi, on peut commencer avec le méthyl-chloro-silane (composé de molécules consistant en un atome de silicium attaché à trois groupes méthyle et un atome de chlore). Ce groupe se combine avec la cellulose qui constitue la matière de base de tout textile. La cellulose contient des groupes oxygène-hydrogène et l'atome d'hydrogène d'un tel groupe se combine avec les atomes de chlore du méthyl-chloro-silane. Cela signifie qu'un atome de silicium, auquel sont attachés trois groupes méthyle, est accroché à un atome d'oxygène de la cellulose relativement permanente.

Ainsi, la surface totale du textile est recouverte d'un film de silicone d'une molécule d'épaisseur. Ce film est invisible et ne peut être repéré au toucher, mais il imperméabilise le textile.

Le groupement méthyle n'est pas le seul à pouvoir être attaché à une chaîne de silicium-oxygène. D'autres groupes à base de carbone peuvent être attachés aux atomes de silicium de telles chaînes. Le groupe "éthyle" par exemple qui est composé de deux atomes de carbone et de cinq atomes d'hydrogène, peut être attaché de la sorte.

On peut imaginer toutes sortes de groupements à base de carbone, tous très complexes et rattachés à une chaîne silicium-oxygène en différents endroits.

Des molécules de silicone si complexes (que l'on peut facilement construire en imagination) seraient équivalentes aux protéines et aux acides nudéiques, sans pour autant posséder leurs structures. Nous ne disposons pas de silicones si compliqués et pour autant que je sache personne n'essaie de les obtenir mais il paraît raisonnable, en théorie, d'envisager leurs existences. Et, s'il en était ainsi, ils pourraient constituer le fondement d'une vie basée sur le silicium ou plus exactement sur les silicones.

Mais, si la vie — silicone était possible, pourquoi ne s'est-elle pas développée sur la Terre parallèlement à la vie —carbone? Même si, à long terme, la vie — carbone est plus efficace et remporte le duel, pourquoi ne pas imaginer que la vie — silicone puisse subsister de manière marginale, ou dans des endroits particuliers qui, pour certaines raisons, seraient mieux adaptés à ce type de vie qu'à la vie carbone?

Pour autant que nous le sachions, cependant, aucune trace de vie-silicone n'existe sur la Terre et n'a jamais existé.

Peut-être la Terre est-elle trop froide pour la vie-silicone. Si nous comparons les molécules de silicone avec des molécules semblables de chaînes de carbone, l'une des différences marquantes est la plus grande stabilité des silicones, leur plus grande résistance à la chaleur et aux réactions chimiques.

Cela peut constituer une propriété intéressante mais, lorsqu'il s'agit de la vie, ce n'est pas la stabilité qui est recherchée mais la facilité des réactions chimiques, flux et reflux constant d'atomes et d'électrons.

Si la vie signifie le changement, alors, à tous les niveaux, les molécbles de silicone paraissent potentiellement moins vivantes que ne le sont les molécules des chaînes de carbone.

Il se pourrait également que la terre contienne trop d'eau pour qu'une vie-silicone puisse se développer. Tous les changements qui caractérisent la vie se font rapidement, avec une précision délicate, car les molécules de la vie sont immergées dans des milieux aqueux avec lesquels elles interagissent et où certaines se dissolvent.

Jusqu'à preuve du contraire, la vie-carbone est impossible sans eau (ou sans un liquide ayant les propriétés de l'eau, dont la présence de molécules polaires) c'est-à-dire des molécules dont une partie de la charge électrique négative et positive est séparée de manière asymétrique).

Les silicones, cependant, ont tendance à ne pas interagir avec l'eau ou avec tout liquide polaire, mais à interagir au contraire avec des liquides non polaires. Même si l'on ajoute des groupes contenant des atomes de carbone qui interagissent avec l'eau à une chaîne de silicones, il en résultera une molécule moins interactive avec l'eau que ne peut l'être une molécule correspondante appartenant à une chaîne de carbone. Si la vie implique des interactions avec l'eau, ou avec un liquide polaire en général, alors, de ce point de vue, les molécules de silicone semblent potentiellement moins vivantes que les molécules des chaînes de carbone.

Imaginons un monde dont la température ambiante serait très au-dessus.de la température d'ébullition de l'eau. Dans ce cas, cette température pourrait être suffisamment élevée pour rendre assez actives les molécules de silicones, de façon à ce qu'elles puissent servir de base à la vie, et il n'y aurait pas d'eau pour conforter une vie-carbone concurrente. (La chaleur ambiante détruirait de toute façon les composés actifs du carbone.)

Il est certain qu'il faudrait un liquide dans lequel les molécules de silicone puissent se dissoudre ou avec lequel elles puissent interagir, et il se pourrait que les silicone eux-mêmes fournissent ce liquide.

Des silicones relativement simples pourraient être des liquides non polaires à des températures élevées, disons 350 °C, et dans lesquelles pourraient se dissoudre ou se disperser les molécules complexes, éventuellement équivalentes en silicone aux protéines et aux acides nucléiques. Nous pourrions ainsi avoir une vie-silicone.

Nous pourrions en outre imaginer des êtres silicones complexes créés par dépense d'énergie solaire à partir de silice ajouté : soit, l'équivalent des plantes pour la vie-silicone. Une fois formés, ces silicones complexes pourraient être mangés par des animaux-silicones qui en absorberaient l'énergie libérée par l'oxydation des chaînes de carbone. Ces silicones se retrouveraient donc, finalement, sous forme de silice solide, produit déchet de ces réactions.

On peut cependant élever une objection. Nous avons dépeint les silicones comme possédant des chaînes de carbone latérales complexes. Plus ces chaînes sont complexes, plus elles seront sensibles à la température. Car la chaîne silicium-oxygène a une influence stabilisante limitée.

Finalement, les chaînes de carbone latérales seraient incapables de survivre à de hautes températures, ce qui, à priori, exclut tout dévcloppement de vie.

Néanmoins, considérons les arguments suivants : les chaînes et les anneaux complexes de carbone des tissus vivants ont la plupart de leurs liaisons prises par des atomes d'hydrogène; les composés, à la base de là vie, sont donc d'une certaine façon des hydrocarbures modifiés. Cela peut être parce que les atomes d'hydrogène sont extrêmement petits et peuvent satisfaire la plupart ou même toutes les liaisons du carbone sans se bousculer ni se gêner. Seul un autre atome est suffisamment petit pour avoir la même qualité, c'est l'atome de fluor. Que se passerait-il si les composés complexes du carbone étaient des "fluorocarbures" modifiés?

Il s'avère que la liaison carbone-fluor est plus forte que la liaison carbone-hydrogène. Les fluorocarbures sont ainsi plus stables et plus inertes que les hydrocarbures correspondants et sont plus à même de supporter des températures élevées.

On pourrait imaginer des "fluoresilicones" plus stables et plus inertes que les silicones ordinaires et qui pourraient survivre aux températures requises pour participer aux réactions que nous associons à la vie.

Mais s'élève alors une autre objection. Les silicones et les fluorosilicones sont composés d'atomes de silicium, d'oxygène, de carbone, d'hydrogène et de fluor. Dans les planètes chaudes sur lesquelles les silicones et les fluorosilicones pourraient être à la base de la vie, les atomes de carbone, d'hydrogène et de fluor ont de fortes chances d'être rares, sinon inexistants. Ces molécules tendent à former des composés qui fondent et s'évaporent facilement, et des planètes chaudes et petites ne seraient pas capables de les retenir avec leur faible champ gravitationnel.

La Lune, qui atteint des températures relativement élevées pendant la journée, ne contient que très peu de ces atomes volatiles, et l'on peut être sûrs que la situation est la même sur Mercure, encore plus chaude.

Vénus est suffisamment massive pour retenir une atmosphère épaisse qui contient une importante proportion d'atomes de carbone dans ses molécules de dioxyde de carbone et une moins grande quantité d'atomes d'hydrogène dans ses molécules d'eau. Il est possible que les atomes de fluor y soient eux aussi présents.

Cependant, les conditions que l'on rencontre sur Vénus permettent-elles la production naturelle de silicone, même s'il y existe les matériaux de base nécessaires? Il me semble que nous pouvons être à peu près sûrs que non. Je pense qu'il est extrêmement difficile de trouver une planète dont la chimie soit telle qu'elle permette aux silicones et aux fluorosilicones de se former spontanément et d'avoir une chance d'évoluer suivant un processus nécessaire à l'émergence de toute forme de vie.

Pourtant, même si durant les trois derniers chapitres j'ai tenté de démontrer que les atomes de silicium ne pouvaient servir de base à la vie comme le peuvent les atomes de carbone, le fait est qu'une forme de vie-silicium est en train de se développer sur notre terre.

Une telle vie cependant ne ressemble en rien à ce que nous avons évoqué jusqu'ici et nous consacrerons donc le prochain chapitre à ce nouveau sujet.

8. UNE VIE-SILICIUM QUAND MÊME

Examinons tout d'abord le fait qu'un courant électrique circule facilement dans certaines substances et pas dans d'autres. Une substance qui laisse facilement passer le courant est dite conductrice, alors qu'une substance qui ne laisse pas passer facilement le courant est dite, logiquement, non conductrice, ou isolante.

Tous les conducteurs ne transmettent pas un courant électrique avec la même facilité. Chaque substance particulière offre un certain degré de résistance au passage du courant, et plus cette résistance est élevée, plus faible est la conduction.

Même si nous n'avons affaire qu'à une seule substance sous la forme d'un câble, on peut s'attendre à obtenir des résistances différentes selon les circonstances. Plus il est long, plus grande est la résistance; plus sa section est faible, plus grande également sera la résistance. (Cela serait également vrai dans la situation analogue de l'eau circulant dans un tuyau, ce qui donc ne devrait pas nous surprendre.)

Supposons cependant que nous comparions la résistance de différentes substances, chacune sous la forme d'un câble d'une longueur standard et de même section et maintenue à la température de 0°C. Toute différence dans la résistance serait alors entièrement due aux propriétés intrinsèques de la substance, ce qui caractériserait la "résistivité" de la substance; plus basse serait cette résistivité, meilleures seraient ses qualités de conducteur.

La résistivité est mesurée en "ohm-mètres", que nous caractériserons par quelques chiffres. L'argent est le meilleur conducteur connu et a la résistivité la plus basse soit 0,0000000152 ou 1,52 x 10-3. Le cuivre vient ensuite avec une résistivité de 1,54 x 10-3. Le cuivre a une résistivité qui est supérieure seulement d'un peu plus de 1 % à celle de l'argent, mais il a l'avantage d'être beaucoup moins coûteux. Ainsi, si vous enlevez le matériau isolant d'un fil électrique, vous découvrirez qu'il est en cuivre et non en argent.

En troisième position, on trouve l'or dont la résistivité est 2,27 x 10-3 (son prix exclut son usage dans ce domaine), et en quatrième se trouve l'aluminium avec 2,63 x 10-3.

L'aluminium a une résistivité environ 70 % supérieure à celle du cuivre mais est si bon marché qu'il est souvent choisi pour transmettre l'électricité à longue distance. En rendant les fils d'aluminium plus épais, leur résistance diminue et devient inférieure à celles des fils de cuivre plus fins généralement utilisés. De plus, l'aluminium est suffisamment moins dense que le cuivre pour qu'un câble d'aluminium épais soit moins lourd qu'un câble de cuivre plus fin. Ainsi, à masse comparable, l'aluminium est un meilleur conducteur.

La plupart des métaux sont généralement de bons conducteurs. Même le nichrome, un alliage de nickel, de fer et de chrome, dont la résistivité, particulièrement élevée pour un métal, ne s'élève qu'à 1 x 10-6, soit 65 fois plus élevée que celle du cuivre. Le nichrome est particulièrement adapté à des ustensiles tels que les toasteurs et autres appareillages électriques chauffants. Le courant électrique qui force son passage à travers le nichrome le chauffe beaucoup plus qu'il ne le ferait à travers un câble de cuivre de taille équivalente, car l'échauffement s'accroît avec la résistance, comme l'on peut s'y attendre.

La raison pour laquelle les métaux sont de relativement bons conducteurs de courant électrique est que dans chaque atome de métal, on trouve généralement un ou deux électrons situés sur la périphérie extérieure de l'atome et donc faiblement liés au noyau. Ces électrons peuvent passer facilement d'un atome à l'autre, ce qui facilite le passage du courant électrique.

(Le mouvement des électrons n'est pas exactement le même que celui du flux d'électricité. Les électrons se déplacent relativement lentement, mais le flux d'électricité peut traverser le câble à la vitesse de la lumière.)

Dans les substances dans lesquelles les électrons sont fermement maintenus en place, de telle façon qu'il y ait peu ou pas de passage d'un atome à l'autre, le courant électrique est très faible. La substance est mauvaise conductrice et sa résistivité est élevée.

Le bois d'érable a une résistivité de 3 x 10^8, le verre d'environ 1 x 10^12, le soufre d'environ 1 x 10^15 et le quartz de l'ordre de 5 x 10^17. Nous avons là des isolants particulièrement exceptionnels.

Le quartz a une résistivité égale à 33 x 10^24 fois celle de l'argent : si un filament de quartz et un fil d'argent de même longueur et de même section étaient connectés à la même source électrique, il passerait 33 x 10^24 fois plus de courant dans le fil d'argent par unité de temps que dans le filament de quartz. Naturellement, il existe des substances intermédiaires quant à leur capacité à conduire le courant électrique. La résistivité du germanium est égale à 2 et celle du silicium à 30 000.

Le silicium a une résistivité qui est 2 x 10^12 fois plus importante que celle de l'argent. En revanche le quartz a lui une résistivité qui est 16 x 10^12 fois plus importante que celle du silicium.

Le silicium, objet de notre dernier chapitre, a ainsi une résistivité qui se situe environ à mi-chemin entre les extrêmes des conducteurs et des isolants. C'est un exemple typique de ce que l'on appelle un "semi-conducteur".

Dans le chapitre précédent, j'ai expliqué que parmi les 14 électrons de l'atome de silicium, quatre se situaient sur la couche extérieure et étaient moins fortement liés que les autres. Cependant, dans un cristal de silicium, chacun des 4 électrons extérieurs d'un atome de silicium donné est apparié avec un électron extérieur d'un atome voisin et la paire est maintenue entre les deux voisins beaucoup plus fortement que ne le serait un seul électron. C'est la raison pour laquelle le silicium n'est, au mieux, qu'un semi-conducteur.

La capacité de conduction est à son minimum si les atomes de silicium sont parfaitement alignés en rangées et colonnes sur trois dimensions : les électrons de liaisons sont alors plus fermement maintenus. En réalité, dans l'univers, les cristaux ont généralement une structure imparfaite, de telle sorte que çà et là un atome de silicium n'a pas un voisin idéalement placé et que l'un de ses électrons se promène. Cet électron baladeur accroît la capacité conductrice du silicium et contribue de manière disproportionnée à ses propriétés semi-conductrices.

Si vous souhaitez faire passer relativement facilement un courant électrique à travers du silicium, un bon moyen consiste à lui ajouter quelques électrons en plus; une façon simple d'arriver à ce résultat est d'ajouter au silicium une impureté adéquate, l'arsenic par exemple.

Chaque atome d'arsenic a 33 électrons, répartis en quatre couches électroniques. La couche la plus proche du noyau contient deux électrons, la seconde, huit, la troisième, dix-huit et la couche la plus extérieure, cinq. Ce sont ces cinq électrons extérieurs qui sont le plus faiblement liés.

Lorsque l'on ajoute de l'arsenic à du silicium, les atomes d'arsenic tendent à prendre place dans le réseau, chacun se substituant de manière aléatoire à un atome de silicium. Quatre des électrons extérieurs de l'arsenic forment une paire avec ceux des atomes voisins, mais bien sûr le cinquième ne le peut pas. Il reste donc libre et peut circuler.

Il peut parvenir à trouver une place ici ou là, mais seulement au prix du déplacement d'un autre électron qui, à son tour, se met à dériver. Si une extrémité d'un tel cristal est attachée à un pôle négatif d'une batterie et l'autre extrémité à un pôle positif, les "électrons de dérive" (chacun d'entre eux chargé négativement) tendront à s'éloigner du pôle négatif pour s'approcher du pôle positif. Un cristal de silicium d'une telle impureté est appelé "semi-conducteur de type N", N signifiant négatif comme l'est la charge des électrons de dérive.

Supposons cependant qu'une petite dose d'impuretés de bore soit ajoutés au silicium. Chaque atome de bore a cinq électrons sur la couche intérieure et trois sur la couche extérieure.

Les atomes de bore se substituent à des atomes de silicium du réseau et chacun des trois électrons extérieurs forme une paire avec les atomes voisins de silicium. Il n'y a pas de quatrième électron, à sa place se trouve un "trou".

Si l'on attache un tel cristal aux pôles positif et négatif d'une batterie, les électrons tendent à se déplacer, lorsque cela est possible en s'écartant du pôle négatif et en se dirigeant vers le pôle positif. En général, les électrons n'ont nul endroit où aller, mais si un électron a entre lui et le pôle positif un trou, il tendra à le combler et, bien sûr, laissera un autre trou à sa place précédente. Un autre électron remplira ce trou, laissant lui-même derrière lui un trou et ainsi de suite.

A mesure que les électrons remplissent à tour de rôle les trous, chacun se déplaçant en direction du pôle positif, tout se passe comme si les trous, au contraire, se déplaçaient en direction du pôle négatif. Ainsi, le trou agit comme s'il était une particule chargée positivement, de telle sorte que ce cristal est appelé "semi-conducteur de type P", P signifiant positif.

Si un semi-conducteur de type N est relié à une source de courant alternatif, l'excédent d'électrons se déplace dans une direction, puis dans l'autre, puis dans la première et ainsi de suite au fur et à mesure des changements de direction du courant. Cette constatation est vraie également pour les trous, s'il s'agit d'un semi-conducteur de type P.

Supposons cependant que nous ayons un cristal de silicium comprenant une impureté, de l'arsenic par exemple, à une extrémité, et du bore à l'autre extrémité. Une moitié de ce silicium est de type N et l'autre moitié de type P.

Imaginons maintenant que la moitié de type N soit reliée à un pôle négatif d'une batterie en courant continu, alors que la moitié de type P est reliée à un pôle positif. L'excédent d'électrons dans la moitié de type N se déplacera en s'éloignant du pôle négatif auquel ils sont attachés pour se diriger vers le centre du cristal. Les trous de la moitié de type P s'éloigneront du pôle positif auquel ils sont attachés pour se diriger vers le centre du cristal.

Au centre du cristal, les électrons en excédent rempliront les trous et les deux imperfections se compenseront, mais de nouveaux électrons sont apportés au cristal à l'extrémité de type N et de nouveaux trous se forment à l'extrémité de type P au fur et à mesure que les électrons sortent. Ainsi, le courant continue à passer indéfiniment.

Mais imaginons que l'extrémité de type N du semi-conducteur soit reliée à un pôle positif d'une batterie en courant continu, et que l'extrémité de type P soit reliée au pôle négatif. Les électrons de l'extrémité de type N sont attirés vers le pôle positif auquel l'extrémité est reliée et se déplacent vers l'extérieur du cristal, en s'éloignant du centre. Les trous Se situant à l'extrémité de type P sont attirés vers le pôle négatif et sont eux aussi éloignés du centre. Ainsi, tous les électrons et trous se déplacent vers les extrémités opposées, laissant l'essentiel du semi-conducteur vide des deux catégories de charge électrique, de telle sorte qu'aucun courant électrique ne peut passer au travers.

Donc, un courant électrique peut passer à travers un semi-conducteur dans une direction ou dans l'autre si ce semi-conducteur est entièrement de type N ou entièrement de type P; si le semi-conducteur est de type N à une extrémité et de type P à l'autre, un courant électrique peut passer dans une direction mais pas dans l'autre. Ainsi, un tel semiconducteur ne permettra à un courant alternatif de ne passer qu'une seule alternance; un courant alternatif peut entrer dans ce semi-conducteur, mais en sortira continu. Un semi-conducteur qui est de type N, à une extrémité et de type P, à l'autre est appelé "redresseur".

Imaginons maintenant un semi-conducteur divisé en trois zones : une extrémité gauche de type N, une zone centrale de type P et une extrémité droite de type N.

Supposons que le pôle négatif d'une batterie soit attaché à une extrémité de type N, et que le pôle positif soit attaché à l'autre extrémité de type N. Le centre de type P est relié à une seconde batterie de telle sorte qu'il conserve ses trous.

Le pôle négatif chasse l'excès d'électrons de l'extrémité de type N, à laquelle il est relié, vers le centre de type P. Le centre de type P attire ces électrons et alimente ainsi le flux.

A l'autre extrémité, le pôle positif attire vers lui des électrons en excédent dans l'extrémité de type N à laquelle il est relié. Cependant, le centre de type P attire lui aussi ces électrons, et annihile le courant dans cette moité du cristal.

Le centre de type P accélère donc le flux des électrons d'un côté et l'annihile, de l'autre. Ainsi, le flux global de courant peut être modifié de façon très nette si la quantité de charge positive de la partie centrale est modifiée.

Une légère modification de la charge du centre du type P provoquera une importante modification du flux global à travers le semi-conducteur, et si cette charge est volontairement amenée à fluctuer, une fluctuation semblable mais beaucoup plus importante sera imposée au semi-conducteur dans son ensemble. Un tel semi-conducteur est appelé "amplificateur". Un semi-conducteur ainsi conçu en trois parties fut élaboré pour la première fois en 1948, et puisqu'il transférait un courant à travers un matériau de résistance élevée ("resistor" en anglais), ce nouveau dispositif fut appelé "transistor". Ce nom fut donné pour la première fois par John R. Pierce (né en 1910) plus connu des amateurs de science-fiction sous le nom de J.J. Coupling.

Les redresseurs et les amplificateurs ne sont pas étrangers à l'industrie électronique. En fait, les radios, les électrophones, les postes de télévision, les ordinateurs et autres appareils en dépendent tous très largement.

De 1920 à 1950, le fonctionnement des redresseurs et amplificateurs impliquait l'utilisation de faisceaux d'électrons circulant dans le vide.

En 1883, l'inventeur américain Thomas Alva Edison (1847-1931) cherchait un moyen d'augmenter la longévitité des filaments qu'il utilisait dans les ampoules électriques qu'il avait inventées. Il essaya d'adjoindre un filament de métal froid proche du filament incandescent dans son ampoule sous vide. Il remarqua qu'un courant électrique circulait du filament chaud au filament froid.

En 1900, un physicien anglais Owen W. Richardson (1879-1959) montra que lorsqu'un fil métallique était chauffé, les électrons tendaient à s'en échapper comme par une sorte d'évaporation subatomique, ce qui pouvait expliquer l'"effet Edison" (les électrons n'avaient pas encore été découverts à l'époque de l'observation d'Edison).

En 1904, l'ingénieur en électricité anglais John E. Fleming (1849-1945) élabora un système constitué d'un filament entouré d'une pièce métallique cylindrique appelé "plaque" et plaça l'ensemble sous vide. Lorsque le filament était relié au pôle négatif d'une batterie, les électrons s'en arrachaient pour gagner la plaque à travers le vide (connectée au pôle positif), de telle sorte qu'un courant électrique circulait dans le système. Bien sûr, le filament pouvait libérer des électrons plus facilement à mesure que la température augmentait; Fleming dut donc attendre un certain temps avant que le filament ne devienne chaud sous l'effet des électrons et puisse les disperser en quantité suffisante pour produire un courant d'intensité notable.

Par contre, si le filament était relié au pôle positif d'une batterie, les électrons, attirés par celui-ci, sortaient directement du filament et il ne s'en trouvait aucun pour venir prendre leur place. Ils ne pouvaient être fournis par la batterie par l'intermédiaire de la plaque qui restait trop froide pour pouvoir les libérer. En d'autres termes, le courant ne pouvait passer que dans une seule direction à travers le système : il s'agissait donc d'un redresseur.

Fleming appela ce dispositif une "valve" puisqu'il pouvait d'une certaine manière ouvrir ou fermer le flux d'électrons. Aux États-Unis, cependant, de tels dispositifs furent appelés "tubes" en raison de leur forme cylindrique creuse, et comme ils devinrent plus familiers par leur utilisation dans les postes de radio, ils furent appelés "tubes radio".

En 1907, l'inventeur américain Lee de Forest (1873-1961) ajouta un troisième élément métallique, la "grille", entre le filament et la plaque. Si une charge positive était placée sur cette grille, l'importance de cette charge avait un effet disproportionné sur le flux des électrons entre le filament et la plaque; ainsi, le dispositif devenait un amplificateur.

Les tubes de radio fonctionnaient merveilleusement pour contrôler le flux d'électrons mais ils avaient aussi leurs faiblesses.

Par exemple, chaque tube radio était de taille relativement importante, car il fallait un vide suffisant pour contenir le filament, la grille, la plaque assez éloignés les uns des autres pour que les électrons ne franchissent l'espace qu'après incitation. Cela signifiait une fabrication relativement coûteuse, compte tenu de l'importance des matériaux et de la nécessité de faire le vide.

Puisque les tubes radio étaient de taille importante, tout dispositif les utilisant devait être lui-même relativement volumineux et ne pouvait être réduit à une taille inférieure à celle des tubes qu'il contenait. Alors que les dispositifs devenaient de plus en plus sophistiqués, de plus en plus de tubes (chacun remplissant une fonction définie) étaient requis, ce qui accroissait encore l'encombrement de tels appareils.

Les premiers ordinateurs électroniques nécessitaient l'utilisation de milliers de tubes radio et étaient ainsi gigantesques.

Ces tubes radio étaient également fragiles puisque le verre est cassant. Ils avaient aussi une durée de vie limitée puisque la moindre fuite pouvait provoquer le remplkcage du vide. De plus, les filaments devant être maintenus à de très hautes températures pendant tout le temps où le tube était en action, ces filaments finissaient par se briser.

(Je me souviens qu'au début des années 50, lorsque je me suis acheté mon premier poste de télévision, je devais pratiquement avoir un réparateur à plein temps. On peut imaginer le temps d'immobilisation qu'auraient dû supporter les ordinateurs si cette même technique était toujours utilisée...

Et ce n'est pas tout. Puisque le filament du tube radio devait être maintenu à de hautes températures, lorsqu'il était en fonctionnement, il consommait de l'énergie. De plus, puisque le dispositif ne pouvait fonctionner que lorsque le filament avait atteint une température suffisamment élevée, il fallait toujours supporter une période irritante d'échauffement des appareils.

Le transistor et tous les dispositifs annexes modifièrent cela, en effaçant les moindres défauts des tubes radio sans en introduire de nouveaux. (Bien sûr, nous avons dû attendre quelques années après l'invention du transistor, en 1948, avant que les techniques évoluent suffisamment pour produire des matériaux purs et permettre le dosage des impuretés nécessaires adjointes, tout en satisfaisant aux critères économiques de production.)

Dès lors que les techniques requises étaient disponibles, les transistors pouvaient remplacer les lampes et permettaient en premier lieu d'éliminer la condition nécessaire du vide. En outre, les transistors étaient entièrement solides et c'est ainsi qu'ils furent appelés avec tous les dispositifs du même type : "dispositifs à l'état solide".

Les risques de fuite et la fragilité d'ensemble avaient disparu. Les transistors étaient beaucoup plus robustes que les lampes et possédaient une plus grande fiabilité.

De plus, les transistors pouvaient fonctionner à température ambiante de telle sorte qu'ils consommaient moins d'énergie et ne nécessitaient pas de période de préchauffage.

Mais le plus important est que, puisqu'il n'était pas nécessaire de faire le vide, le volume pouvait être extrêmement réduit. Des petits transistors pouvaient accomplir parfaitement leurs fonctions même si la distance entre les régions des type N et de type P ne représentait qu'une petite fraction de centimètre puisque les matériaux utilisés étaient des isolants beaucoup plus efficaces que le vide.

Cela signifiait que chaque tube à vide pouvait être remplacé par un dispositif solide beaucoup plus petit. Cela prit un caractère spectaculaire lorsque l'on put "transistoriser" les ordinateurs, terme qui fut heureusement remplacé par l'expression "miniaturiser".

Les ordinateurs ont très rapidement vu leur taille se réduire, comme les radios. Nous pouvons maintenant mettre une radio ou un ordinateur dans notre poche.

Les postes de télévision pourraient également être réduits de volume, mais la limite est imposée par le fait que nous ne souhaitons pas réduire la taille de l'écran. Cette volonté de conserver une taille raisonnable à l'image limite les possibilités d'une miniaturisation des processeurs des machines à traitement de textes et autres formes de vidéo informatique.

Durant ces vingt-cinq dernières années, le progrès essentiel dans le domaine des ordinateurs a été de réduire de plus en plus leur taille en utilisant des connections de plus en plus délicates et en fabriquant des transistors individuels dont la taille est littéralement microscopique.

Dans les années 70, la "micro-puce" fit son apparition; c'est un petit carré de silicium de 2 mm de côté sur lequel des milliers de circuit peuvent être gravés électroniquement. C'est cette puce qui a permis cette réduction fantastique en introduisant l'ensemble de ces capacités dans une petite boîte. Ce composant a également permis de construire des ordinateurs de poche non seulement petits par leur taille mais avec des capacités supérieurs aux plus gros ordinateurs de la génération précédente. De plus, le coût de ces ordinateurs est aujourd'hui très accessible et leur fiabilité presque parfaite.

La puce a permis également la mise au point des robots industriels. L'action humaine la plus simple exige une telle réflexion qu'il serait impossible à une machine d'accomplir cette action sans trouver une sorte de substitut à cette réflexion.

Supposons par exemple que nous souhaitions apprendre à une machine à serrer des boulons. (Ce qui a rendu fou Charlie Chaplin dans Les Temps Modernes, simplement parce que cette tâche était trop simple et répétitive pour qu'un cerveau humain puisse la supporter longtemps.) Cette tâche semble si simple qu'un cerveau humain ayant une capacité inférieur à la moyenne peut la faire, à la limite, sans réfléchir...

Et pourtant : il faut repérer le boulon, l'atteindre rapidement, placer une clé sur ce bouton suivant une bonne orientation, le serrer rapidement avec une force adéquate, s'assurer avant que le boulon est bien placé par rapport au pas de vis et le corriger s'il ne l'est pas, voir s'il a un défaut ou pas et, éventuellement, le rejeter et le remplacer, etc...

Pour arriver à donner à un bras artificiel l'ensemble des capacités nécessaires qui lui auraient permis d'accomplir tout ce qu'un humain peut faire, on aurait aboutit, avant 1970, à un appareillage complètement inutilisable, énorme et extrêmement coûteux (si on avait réussi à le mettre au point).

Cependant, avec l'avènement de la puce, tous les détails nécessaires de la réflexion humaine peuvent être suffisamment miniaturisés à un coût raisonnable pour permettre de construire des robots industriels dont l'usage se répand d'ailleurs de plus en plus. Sans aucun doute, on peut s'attendre à ce que cette tendance se développe. Les personnes qui travaillent aujourd'hui sur les robots, concentrent leurs recherches dans deux directions essentielles : donner au robot l'équivalent de la vue et lui donner la possibilité de comprendre la parole humaine et de parler.

Un robot qui peut voir, entendre et parler aura certainement franchi un très grand pas vers l'"intelligence" et la "vie".

Il est clair, de plus, qu'une seule chose pourra rendre intelligent et vivant le robot : la puce. Sans ces dispositifs solides qui lui prêtent ces possibilités de jugement et de sensation, un robot ne serait qu'un assemblage de pièces métalliques et de fils.

Or, qu'est-ce donc que cette puce, pour l'essentiel? Du silicium légèrement impur, tout comme le cerveau humain est composé pour l'essentiel de carbone légèrement impur.

Il me semble que nous allons aujourd'hui vers une société composée de deux grands types d'intelligence si différents en qualité qu'ils ne seront jamais directement concurrents mais complémentaires : d'un côté, les êtres humains avec des cerveaux à base de carbone et de l'autre, les robots avec des cerveaux à base de silicium. Plus généralement, on peut dire que nous aurons ainsi une vie-carbone et une vie-silicium.

Il est clair que cette vie-silicium sera engendrée par l'homme, et sera ce que nous appelons "intelligence artificielle". Mais, en quoi consiste cette différence?

Même s'il n'existe effectivement aucune possibilité de vie-silicium naturelle dans quelque endroit de l'univers, une vie-silicium d'une autre nature pourra se développer.

Et si l'on commence à penser en ces termes, la vie-silicium deviendra tout aussi naturelle que la vie-carbone, même si la première est "fabriquée". Après tout, il y a différentes façons de se "développer" ou "d'évoluer".

A nos yeux, il semble que la fonction générale de l'univers est de développer la vie-carbone. Mais, pour un robot, il pourrait sembler que la fonction fondamentale de la vie-carbone est de développer des espèces capables de réaliser la vie-silicium. De la même manière que nous considérons la vie-carbone comme infiniment supérieure à l'univers inanimé duquel elle est extraite, un robot pourrait arguer que...

Mais, oublions cela; j'ai déjà suffisamment abordé cette question dans une histoire que j'ai écrite il y a quelque cinquante ans déjà : Raison.

ASTRONOMIE

9. LA LONGUE ELLIPSE

Le jour approche où la comète de Halley apparaîtra à nouveau dans le ciel. En raison des positions relatives de la comète et de la Terre lorsqu'elle apparaîtra, il ne s'agira pas d'une apparition très spectaculaire, mais je pense cependant que cet événement mérite quelque développement.

La comète de Halley est certainement la plus connue de toutes. Elle est apparue dans le ciel tous les soixante-quinze ou soixante-seize ans durant une période de temps indéfinie, certainement depuis 467 avant J.-C. où l'on en fit la première description connue à ce jour. Donnons-lui un numéro d'ordre, soit le numéro un.

Nous n'avons toujours pas trace de toutes les apparitions qui ont suivi. Par exemple, nous n'avons aucune information concernant l'apparition numéro deux (en 391 avant J.-C.) et la numéro trois (315 avant J.-C.). La première apparition remarquée fut la numéro sept (en 11 avant J.-C.) et puisque la naissance du Christ se situe peu de temps après cette date, d'aucuns ont pu dire que la comète de Halley avait donné naissance à la tradition de "l'étoile de Bethléem".

En général, les comètes étaient considérées comme porteuses de désastre et lorsque l'une d'entre elles apparaissait dans le ciel, chacun pensait que quelque chose de terrible allait se produire. Cette attente ne fut d'ailleurs jamais déçue, puisque à chaque fois un événement terrible se produisit. Bien sûr, de tels événements se produisaient aussi lorsque aucune comète n'apparaissait dans le del mais, à ceci, personne n'avait porté attention. Il aurait fallu être tristement logique et rationnel, ce que peu de gens sont enclins à être...

Le type de désastres annoncés par ces comètes était généralement la mort d'un gouvernant. (Bien que, considérant la plupart des gouvernants de l'époque, le fait de comparer leur disparition à un désastre reste encore pour moi un mystère.)

C'est ainsi que dans le Jules César de Shakespeare, Calpurnia avertit César du mauvais augure annoncé par le ciel et dit : « Lorsque les mendiants meurent, aucune comète n'est visible; les cieux ne s'enflamment que pour la mort des princes... »

En l'an 837, Louis le Pieux gouvernait l'empire des Francs. C'était un empereur bien intentionné mais totalement incompétent et son règne était effectivement un désastre comparé à celui de son père, Charlemagne. A cette époque, il avait cinquante-huit ans et régnait depuis vingt-trois ans; considérant les normes de l'époque, il n'aurait pas été surprenant qu'il meure vers cet âge-là.

Cependant, cette même année, la comète de Halley fit sa dix-huitième apparition et parut annoncer ainsi l'imminence de la mort de Louis le Pieux. En réalité, il ne mourut que quatre ans plus tard, mais cela n'empêcha pas les observateurs de considérer une nouvelle fois la valeur de prédiction de l'apparition de la comète.

L'apparition numéro vingt et un eut lieu en 1066 juste au moment où Guillaume le Conquérant se préparait à envahir l'Angleterre et Harold de Wessex à repousser cette invasion. Il s'agissait bien évidemment d'une situation dans laquelle la comète ne pouvait pas perdre. Il allait sûrement en résulter un désastre pour l'une ou l'autre des parties. Nous savons tous que le désastre fut pour Harold qui mourut à la bataille de Hastings. Guillaume conquit l'Angleterre et établit une lignée de monarques qui sont restés sur le trône depuis lors : à ce titre, la comète ne pouvait pas être considérée comme annonciatrice de désastres.

L'apparition numéro vingt-six se produisit en 1456, date laquelle la comète de Halley montra une autre facette de son talent en prévoyant rétrospectivement les événements. Les Turcs ottomans avaient pris Constantinople en 1453, et cette date marqua certainement une grande menace pour l'occident chrétien (bien qu'à l'époque, Constantinople n'était plus que l'ombre de ce qu'elle avait été durant les années et siècles précédents).

Néanmoins, la chute de Constantinople apparut véritablement comme un désastre officiel le jour où la comète se montra. On assista alors à une panique générale et l'atmosphère se remplit du tintement des cloches des églises et du murmure des prières.

L'apparition suivante, numéro vingt-sept, eut lieu en 1532, mais pour la première fois elle fut accueillie par autre chose que les cris habituels de panique. Un astronome italien, Girolamo Fracastoro (1483-1553), et un astronome autrichien, Peter Apian (1495-1552) remarquèrent tous deux que la queue de la comète pointait en direction opposée au Soleil. Lorsque la comète passait devant le Soleil, se déplaçant d'un côté à l'autre, la queue changeait de direction pour rester dans une direction opposée au Soleil. Ce fut la première observation scientifique relative aux comètes.

L'apparition numéro vingt-neuf eut lieu en 1682 et fut alors observée par un jeune astronome anglais, Edmund Halley (1656-1742). Halley, qui était ami avec Isaac Newton (1642-1727), s'efforçait de persuader celui-ci d'écrire un livre qui, en quelque sorte, systématiserait ces observations. L'Académie Royale se montra réticente pour publier ce livre, au demeurant le plus grand livre scientifique jamais écrit, car il semblait qu'il allait certainement susciter une grande controverse. Cependant, Halley le publia en 1867 à son propre compte. (Il avait touché un héritage en 1684 à la suite de l'assassinat de son père.)

Le livre de Newton contenait entre autre la loi de la gravitation universelle qui expliquait le déplacement des planètes par rapport au Soleil et celui des satellites par rapport aux planètes.

Mais, cette loi ne pouvait-elle pas expliquer également le déplacement des comètes et donner ainsi une explication à leur apparition apparemment imprévisible et erratique afin de faire cesser, une fois pour toutes, ces stupides réactions de panique?

En 1682, Halley repéra avec soin le cheminement de la comète à travers le ciel et le compara à celui suivi par d'autres comètes à partir de rapports qu'il avait pu trouver. En 1705, il avait réussi à retracer la course de deux douzaines de comètes environ et fut frappé par le fait que les comètes de 1456, 1532, 1607 et 1682 avaient suivi environ le même chemin et étaient apparues à des intervalles d'environ soixante-quinze ans.

Pour la première fois, quelqu'un remarqua que ce que l'on considérait comme des comètes différentes pouvait être en réalité la même, apparaissant à intervalles réguliers. Halley suggéra ainsi que ces différentes comètes n'en étaient qu'une . qui suivait un orbite fixe autour du Soleil et apparaîtrait une nouvelle fois, en 1758.

Même si Halley mourut à un âge relativement élevé pour l'époque, il ne vécut pas assez longtemps pour vérifier si sa prédiction était juste et il dut supporter jusqu'à la fin de sa vie les railleries de ceux qui considéraient ses travaux comme tout à fait fantaisistes. C'est ainsi que l'on retrouve par exemple dans Les Voyages de Gulliver de l'écrivain satirique Jonathan Swift quelques mauvaises plaisanteries à ce sujet.

Mais il s'avéra qu'Halley avait raison. Le jour de Noël de 1758, on repéra l'approche d'une comète et, au début de 1759, cette comète laissa une trace lumineuse dans le ciel. A partir de ce jour, on l'appela comète de Halley, ce fut son apparition numéro trente.

L'apparition numéro trente et un eut lieu en 1835; c'était l'année de naissance de Samuël Langhorne Clemens (Mark Twain). Vers la fin de sa vie, alors que plusieurs déboires familiaux l'avaient fait sombrer dans la dépression et l'amertume, il répétait qu'il était venu avec la comète et partirait avec elle. Il avait raison. Il mourut en 1910, année d'apparition numéro trente-deux de la comète de Halley.

On pouvait penser qu'à partir du moment où l'orbite de certaines comètes avait été définie et où l'on pouvait prouver que leur apparition était une sorte de réponse systématique aux prévisions de métronome de la loi de gravité, on considérerait alors les comètes avec sang-froid; avec admiration certes, mais sans peur.

Il n'en fut pas ainsi. Il s'avéra que les astronomes pensèrent que la comète de Halley approcherait la Terre de suffisamment près pour que celle-ci traverse sa queue et ce fut l'occasion, bien sûr, pour de nombreuses âmes simples de prédire la destruction de la Terre. Certains avancèrent même que les gaz nocifs que répandrait ce passage empoisonneraient l'atmosphère terrestre.

La queue de la comète contenait effectivement des gaz nocifs, mais cette queue est si peu dense que le gaz d'échappement d'une automobile aurait eu des effets beaucoup plus nocifs qu'un million de kilomètres cubes de la queue de cette comète.

Il était cependant inutile d'essayer d'expliquer cela car c'était endosser les habits insupportables de la rationalité. Ce désastre éminent fut bien entendu l'occasion pour certains de profiter de cette panique moutonnière en vendant par exemple des "pilules de comète" qui garantissaient la protection de celui qui l'avalait contre les effets de la comète. En un sens, il ne s'agissait pas d'une tromperie, puisque ceux qui avaient avalé ces pilules ne souffriraient effectivement pas des effets de cette comète. (Bien sûr, ne souffrirent pas non plus ceux qui n'avaient pas pris ces pilules.)

L'apparition numéro trente-trois est proche et je suis presque sûr qu'avant que la comète n'apparaisse, on assistera aux prédictions habituelles de la disparition de la Californie, engloutie dans le Pacifique.

Si une comète telle que la comète de Halley tourne autour du Soleil suivant les lois de la gravité, accomplissant une orbite complète tous les soixante-quinze ou soixante-seize ans  (°), pourquoi n'est-elle visible que durant un petit moment lorsqu'elle apparaît? Les planètes, en revanche, sont visibles sur tout le pourtour de leur orbite.

En premier lieu, les planètes voyagent autour du Soleil en suivant des orbites elliptiques dont la forme est légèrement décentrée et proche de celle d'un cercle, ce qui signifie que leur distance par rapport au Soleil (et également par rapport à la Terre) varie peu tout au long de leur déplacement sur leur orbite. Ainsi, si elles sont visibles à un endroit quelconque de leur orbite, elles le sont partout soir cet orbite.

Une comète telle que la comète de Halley se déplace selon une ellipse fortement excentrée qui a la forme d'un cigare. A une extrémité de cet orbite, la comète se trouve très proche du Soleil (et de la Terre) alors qu'à l'autre extrémité, elle s'en trouve très éloignée. Puisqu'il s'agit d'un corps de petite taille, le meilleur télescope ne peut la repérer que lorsqu'elle se trouve sur la partie de son orbite proche du Soleil ("périhélie"); elle devient absolument invisible lorsqu'elle se trouve à l'autre extrémité.

En outre, une comète est un corps glacé de petite taille et qui se réchauffe au fur et à mesure qu'il approche du Soleil : la surface glacée s'évapore, laissant s'échapper une fine poussière prise dans la glace. Ainsi, la comète est entourée par un énorme nuage de poussière qui luit sous le Soleil et c'est le vent solaire qui balaie cette poussière et lui donne la forme d'une longue queue. C'est cette poussière qui est proéminente plutôt que la comète elle-même et qui n'apparaît que lorsque la comète est proche de son périhélie.

Au fur et à mesure que la comète s'éloigne du Soleil, elle se glace à nouveau. Le halo de poussière disparaît et il reste seulement un corps solide de petite taille, totalement invisible. (Une comète qui a dispensé l'essentiel de sa masse gazeuse dans des apparitions précédentes peut ne subsister que sous la forme d'un noyau rocheux invisible même à son périhélie.)

Finalement, tout objet se déplaçant sur une orbite va d'autant plus vite qu'il est plus près du corps autour duquel il tourne. Pour cette raison, une comète se déplace plus vite lorsqu'elle est proche du Soleil et visible, que lorsqu'elle est éloignée et invisible. Ce qui veut dire qu'elle reste proche du Soleil (et visible) durant un bref instant, et reste éloignée du Soleil (donc invisible) pendant un temps beaucoup plus long.

Pour toutes ces raisons, la comète de Halley est visible à l'oeil nu durant seulement une faible fraction de ses soixante-quinze années d'orbite.

Au périhélie, la comète de Halley n'est plus qu'à 87 700 000 kilomètres du Soleil. A ce moment, elle est plus proche du Soleil que ne l'est Vénus. A l'aphélie, point où elle se trouve la plus éloignée du Soleil, elle se situe à 5 280 000 000 kilomètres du Soleil, soit plus loin que ne l'est la planète Neptune. Dans ces conditions, comment peut-on comparer la taille de l'orbite d'une planète à celle des autres objets astronomiques qui tournent autour du Soleil? Une simple mesure des distances n'est pas suffisante puisque dans le cas des comètes, ces distances varient considérablement.

Nous pourrions considérer les surfaces définies par les orbites et ainsi avoir une notion des tailles respectives, sans tenir compte de leur caractère excentré.

Ainsi, la surface définie par l'orbite de la surface de la Lune autour de la Terre est d'environ 456 000 000 000 de kilomètres carrés et pour éviter de s'embarrasser de tous ces zéros, définissons comme unité de surface "une surface de l'orbite lunaire ou 1 OL".

Nous pouvons comparer d'autres surfaces d'orbite de satellites à partir de cette unité. Par exemple, le satellite qui couvre la surface orbitale la plus petite, quand il tourne autour de sa planète, est Phobos, le satellite le plus proche de Mars. La surface orbitale de Phobos est égale à 0,0006 OL.

Le satellite dont la surface orbitale est la plus importante est J—IX, le satellite le plus éloigné de Jupiter. Cette surface est égale à 59,5 01 soit environ 99 000 fois celle de Phobos. Soit, une amplitude de cinq ordres de grandeurs entre les satellites.

Mais qu'en est-il des surfaces orbitales des planètes?

La plus petite d'entre elles connue est celle de Mercure. Son orbite couvre une surface exactement égale à 23 000 OL, ce qui signifie que la plus petite surface orbitale planétaire est 386 fois plus importante que la plus grande surface orbitale de satellite. Il est clair que l'OL n'est pas une unité adaptée à la mesure des surfaces orbitales planétaires.

La Terre couvre une surface qui est d'environ 70 000 000 000 000 000 kilomètres carrés, de telle sorte que la surface orbitale de la Terre (OT) est égale à un petit peu plus de 150 000 OL.

Si nous prenons OT comme unité, nous pouvons établir un tableau des surfaces orbitales pour chacune des planètes. Les résultats sont les suivants :

Planètes

OT

Mercure

0,15

Vénus

0,52

Terre

1

Mars

2,32

Jupiter

27

Saturne

91

Uranus

368

Neptune

900

Pluton

1560

Ces résultats sont clairs. Les surfaces orbitales sont pratiquement égales au carré de la distance de la planète par rapport au Soleil. Nous pouvons maintenant aborder les comètes sur la même base en prenant en considération le caractère excentré de leurs orbites trop important pour pouvoir être ignoré. Prenons l'exemple de la comète de Encke qui de toutes les comètes connues a la plus petite orbite.

A son périhélie, la comète de Encke n'est qu'à 50 600 000 kilomètres du Soleil et est alors à une distance plus petite que la distance moyenne de Mercure par rapport au Sèleil. A son aphélie, la comète de Encke se trouve à 612 000 000 kilomètres du Soleil, alors presque aussi éloignée de ce dernier que Jupiter. Si nous calculons la surface orbitale de la comète de Encke, on obtient 2,61 OT.

En d'autres termes, la comète de Encke couvre une surface orbitale juste un petit peu plus importante que celle de Mars. Bien qu'en terme de distance par rapport au soleil, elle ne puisse s'éloigner autant que ne le fait Jupiter; son orbite n'est qu'un gros cigare comparé au cercle accompli par Jupiter, de telle sorte que la surface orbitale de la comète n'est qu'un dixième de celle de cette dernière planète.

Et qu'en est-il de la comète de Halley qui s'approche du Soleil aussi près que Vénus à une extrémité de son orbite et s'éloigne autant que Neptune à son autre extrémité?

Sa surface orbitale est de 82,2 OT, presque autant que celle de Saturne.

Supposons que nous comparions des ellipses. Chaque ellipse a un plus long diamètre, ou "grand axe" qui rejoint le périhélie et l'aphélie en passant par le centre de l'ellipse. Il a également un diamètre le plus court ou "petit axe" passant par le centre à angle droit avec le grand axe.

Le grand axe de la comète de Halley est de 5 367 800 000 kilomètres de long soit 8,1 fois aussi long que celui de la comète de Enck (qui n'a que 662 600 000 kilomètres de long). Le petit axe de la comète de Halley a une longueur de 1 368 800 000 kilomètres, soit 3,9 fois celle de la comète de Hencke (qui est de 352 000 000 kilomètres).

Notons que la comète de Halley a un grand axe qui est 3,92 fois plus long que son petit axe, alors que la comète de Encke a un grand axe qui n'est que 1,88 fois plus long que son petit axe. Les proportions de l'orbite sont celles d'une ellipse plus fine, un cigare plus long et plus fin que l'orbite de la comète de Encke. En d'autres termes, la comète de Halley a une orbite d'excentricité plus importante que pour la comète de Encke. L'excentricité de l'orbite de la comète de Encke est de 0,847 alors que celle de la comète de Halley est de 0,967.

Bien que la comète de Halley ait une orbite qui s'étende au-delà de Neptune et qu'il lui faille soixante-quinze ans pour accomplir une révolution complète autour de la Terre, la comète de Halley reste une comète "courte". En termes relatifs, elle longe et contourne le Soleil rapidement.

Certaines comètes sont beaucoup plus éloignées du Soleil que ne l'est la comète de Halley, les comètes qui tournent autour du Soleil à des distances d'une année lumière ou plus et prennent un million d'années ou plus pour accomplir une révolution complète. Nous n'avons jamais vu ces comètes distantes, mais les astronomes sont presque certains qu'elles existent.

Nous connaissons cependant une comète qui, même si elle n'est pas aussi éloignée que les comètes les plus distantes, a une orbite beaucoup plus importante que celle de la comète de Halley.

Cette comète n'est autre que la comète Kohoutek. On aurait pu la désigner comme la comète qui "échoit" en raison du fait qu'elle n'a jamais pu devenir aussi brillante que l'avaient espéré les astronomes, sans pour autant qu'il s'agisse d'une erreur de prévision de leur part. La comète Kohoutek a été observée (s'approchant), par Kohoutek, alors qu'elle était encore au-delà de Jupiter, ce qui impliquait une comète de taille importante. C'est la première comète à avoir été observée à une telle distance.

Si la comète Kouhoutek avait été de constitution similaire à celle de la comète de Halley, c'est-à-dire essentiellement formée de glace, elle aurait provoqué un énorme nuage qui se serait effilé en une formidable queue et aurait brillé bien davantage que ne le fait la comète de Halley. Malheureusement, la comète Kohoutek devait essentiellement être constituée de roche de telle sorte qu'à l'approche de son périhélie, trop peu de glace existait et permettait de libérer une quantité de vapeur et de poussière suffisante pour produire ce nuage. C'est pour cette raison que la comète Kohoutek a paru bien terne compte tenu de sa taille. Néanmoins, il s'agit d'une comète extraordinaire en raison de la taille de son orbite, la plus grande orbite connue et observée pour un objet astronomique appartenant au système solaire.

A son point le plus proche du Soleil, la comète Kohoutek se trouve à une distance de seulement 37 600 000 kilomètres, elle est ainsi plus proche du Soleil que ne l'est Mercure. Elle s'éloigne cependant jusqu'à une distance égale à un dix-huitième d'une année-lumière à son aphélie, soit soixante-quinze fois plus loin que Pluton à son point le plus éloigné du Soleil.

Même son petit axe est long de 6 578 000 000 kilomètres, soit une distance gigantesque. Cela signifie que l'ellipse définie par le déplacement de la comète Kohoutek autour du Soleil est plus large, à son point le plus large, que la plus grande largeur de l'orbite d'Uranus.

Ce petit axe, cependant, est bien plus petit en comparaison de son grand axe qui est de 538 200 000 000 kilomètres. Le grand axe de l'ellipse qui forme l'orbite de la comète Kohoutek est 81,8 fois plus long que celui de la comète de Halley alors que le petit axe de la comète Kohoutek est environ cinq fois plus long que celui de la comète de Halley. Il apparaît ici clairement que l'excentricité de l'orbite de la comète Kohoutek est beaucoup plus grande que celle de la comète de Halley. L'excentricité de l'orbite de la comète Kohoutek est de 0,99993, soit beaucoup plus importante que celle de tout autre objet du système solaire.

Quelle est la surface orbitale de la comète Kohoutek?

Elle est d'environ 120 000 OT, soit environ 77 fois la surface orbitale de Pluton, ce qui est énorme, mais n'est pourtant qu'une petite fraction des surfaces orbitales des comètes qui tournent autour du Soleil à des années-lumière de distance.

La comète Kohoutek affecte le Soleil en se déplaçant ainsi autour de lui avec des variations de distance très importantes. Si nous considérons que la comète Kohoutek est une masse rocheuse et glacée d'environ 10 kilomètres de diamètre, elle aurait dans ce cas une masse égale à 1 ou 2 x 10-15 fois celle du Soleil. Alors que la comète Kohoutek se déplace sur son orbite elliptique par rapport au centre de gravité du système Soleil-comète, le centre du Soleil doit accomplir un mouvement conjoint afin, que les centres de la comète et du Soleil restent en permanence de part et d'autre du centre de gravité du système. Naturellement, les déplacements du Soleil et de la comète doivent être inversement proportionnels à leur masse respective de sorte que si le Soleil est 1 à 2 x 10^15 fois plus massif que la comète, il doit se déplacer autant de fois moins en distance.

Ainsi, puisque la comète Kohoutek se déplace sur une distance de 1/18 d'année-lumière dans une direction, puis dans une autre, le centre du Soleil se déplace de dix à vingt centimètres dans les directions inverses respectives. (Naturellement, ce déplacement est totalement masqué par les déplacements beaucoup plus amples accomplis par le Soleil pour compenser l'effet des corps planétaires beaucoup plus massifs, en particulier Jupiter, même si ces corps se déplacent sur• des distances plus courtes.) On peut également se demander combien de temps il faut à la comète Kohoutek pour accomplir une révolution complète? En utilisant la troisième loi de Kepler, on trouve que la comète Kohoutek arrive au voisinage du Soleil une fois tous les 216 500 ans.

Cela explique pourquoi les astronomes ont été surpris par la lumière émise par la comète Kohoutek. Ils n'ont évidemment pas pu bénéficier de commentaires relatifs à la première apparition puisque celle-ci a eu lieu aux premiers âges des hommes de Néanderthal.

Et qui sait si, à sa prochaine apparition, il existera encore quelques êtres humains pour l'observer ou, s'ils existent, ils trouveront encore trace des observations faites en 1973.

Imaginons cependant qu'il existe des êtres vivants sur la comète Kohoutek suffisamment intelligents pour observer une étoile dans le ciel, étoile plus brillante que les autres.

Pendant des milliers d'années, elle ne resterait qu'une étoile, sans modification perceptible de sa brillance. Puis arriverait le temps où les astronomes de la comète observeraient qu'en réalité l'étoile ne brille que très très faiblement. Cette brillance persisterait, puis commencerait à s'accroître à un rythme de plus en plus accéléré.

Enfin, l'étoile apparaîtrait comme un petit globe luisant dans le ciel, qui grossirait rapidement, puis, exploserait en une énorme boule de chaleur et de lumière.

En admettant que ces êtres vivants survivent à cette explosion, ils verraient cette boule atteindre un maximum puis se rétrécir de plus en plus lentement jusqu'à s'éteindre et redevenir une étoile brillante. La brillance de l'étoile diminuerait très lentement au cours d'une centaine de milliers d'années, puis recommencerait à nouveau à croître progressivement pendant une centaine de milliers d'années avant de provoquer un nouveau cataclysme de chaleur et de lumière  (°°).

Voilà un merveilleux sujet de science-fiction : s'il y a des amateurs qu'ils m'écrivent!

(°) L'intervalle peut varier en raison de l'influence des attractions planétaires sur les comètes qui passent, pouvant ralentir ou accélérer leur mouvement et ainsi modifier quelque peu leur orbite. Il arrive, lorsqu'une comète s'approche suffisamment près d'une planète, en particulier de Jupiter, que son orbite puisse changer radicalement.

(°°) Passage non traduit (p. 121).

10. EPOQUES ET EMPIRES

Les planètes, qui semblent se déplacer de manière erratique par rapport aux étoiles, furent attentivement étudiées jusqu'à ce que l'on ait pu trouver la loi de ces mouvements, et les prévoir. C'était le but de l'astronomie ancienne, puisque par la connaissance des différentes positions des planètes les unes par rapport aux autres, les astronomes pouvaient juger à l'avance de leur influence sur la Terre, et donc prédire les événements. (C'est à peu près ce que l'on appelle aujourd'hui l'astrologie...)

Mais, de temps à autre apparaissait une comète, provenant de nulle part, et s'évanouissant dans le néant. Il n'y avait aucun moyen de prévoir cette apparition et cette disparition et elles ne pouvaient être considérées que comme un avertissement de l'au-delà que quelque chose d'inhabituel allait se passer. En d'autres termes, la présence d'une comète dans le ciel signifie que les conditions de vie (époques) et les affaires nationales et internationales (empires) vont changer.

En 1705, l'astronome anglais Edmund Halley (1646-1742) essaya de persuader son entourage que les comètes étaient un phénomène régulier, tournant autour du Soleil comme le faisaient les planètes mais en suivant des orbites très elliptiques, de telle sorte qu'elles ne pouvaient être vues qu'à la proximité de leur périhélie, lorsqu'elles se trouvaient à l'endroit le plus proche de leur orbite du Soleil et de la Terre.

La comète dont il calcula l'orbite et dont il prédit le retour est connue depuis lors sous le nom de comète de Halley. Comme il l'avait prédit, cette comète revint encore deux autres fois. Et nous l'attendons une nouvelle fois en 1986.

La connaissance du mouvement des planètes n'a cependant pas modifié les réactions des esprits. A chaque fois que la comète de Halley revient (ou à chaque fois qu'une autre comète se montre de manière spectaculaire) c'est le début d'un grand mouvement de frayeur et de panique. Après tout, le fait que la comète de Halley revienne périodiquement et que ce retour soit attendu et prévisible ne signifie pas qu'elle n'est pas porteuse d'un message ou d'une malédiction. Peut-être que de tels événements sont prévus par la providence de manière ordonnée et périodique.

Voyons cela. La comète de Halley accomplit une révolution autour du Soleil en approximativement 76 ans. Comme nous l'avons vu dans le chapitre précédent, la période de cette révolution n'est pas exactement définie en raison de l'attraction gravitionnelle à laquelle est soumise la comète par les planètes à proximité desquelles elle passe (en particulier l'attraction de la planète géante Jupiter). Puisqu'à chaque passage, en s'approchant puis, en s'éloignant du Soleil, les planètes se trouvent en des points différents de leur orbite, les conditions de l'attraction gravitionnelle ne sont jamais tout à fait les mêmes deux fois de suite. La période peut ainsi, varier de 74 à 79 ans.

Les premières informations dont on dispose concernant l'observation d'une comète, semblant être la comète de Halley, datent de 467 avant J.-C. En comptant le nombre d'apparitions, la comète de Halley a ainsi pu être visible dans le ciel trente-deux fois durant ces derniers vingt-quatre siècles et demi. En 1986, ce sera la trente-troisième apparition. Nous pourrions rapidement brosser un tableau historique des changements d'époques et d'empires qui ont eu lieu durant ces trente-deux apparitions.

1.    467 avant J.-C. Voilà déjà une génération que Perses et Grecs s'entretuaient, et la comète de Halley brilla cette année-là pour marquer la fin de ces combats. En 466, la flotte athénienne défit les perses dans une grande bataille au large des côtes de l'Asie Mineure et une longue guerre prit fin. La comète de Halley marqua aussi, cette même année, l'avènement à Athènes de la démocratie et l'entrée de la ville dans son âge d'or, probablement la période la plus riche en création et en génie intellectuel et artistique que le monde ait connu sur si peu d'années.

2.    391 avant J.-C. La ville de Rome, au centre de l'Italie, prenait une importance grandissante. Elle avait été fondée en 563 avant J.-C. et était devenue une république en 509 avant J.-C. Elle avait progressivement imposé sa domination sur les villes avoisinantes du Latium et de l'Etrurie. Puis apparut dans le ciel la comète de Halley et, avec elle, les barbares gaulois venus du Nord. En 390 avant J.-C., la Gaule vainquit les forces romaines au nord de la ville et envahirent Rome. Les Gaulois furent finalement boutés hors de Rome mais les Romains avaient été fortement commotionnés par cette intrusion. Cela n'était qu'apparence, car après l'occupation, la force et la domination de Rome s'accrurent beaucoup plus rapidement qu'auparavant.

3.    315 avant J.-C. Entre 334 avant J.-C. et à sa mort, 323 avant J.-C., Alexandre le Grand allait dévaster l'Asie Orientale comme un feu de brousse, conquérant le vaste empire perse à la suite d'une extraordinaire série de victoires. L'empire d'Alexandre cependant ne dura pas après sa mort : il fut démantelé par ses généraux qui se querellèrent au sujet de ses différents fragments. Alors que la comète de Halley s'éteignait, il devint clair qu'il n'y avait plus aucune chance que l'empire soit à nouveau reformé. Antigonus Monophtalmos, le seul général à ne pas vouloir baisser pavillon, fut vaincu, en 312 avant J.-C. et bien qu'il se débattit encore pendant douze ans, il était évident que l'empire avait été partagé entre les trois grands royaumes hellénistiques : l'Égypte sous les Lagides, l'Asie sous les Séleucides et la Macédoine aux mains des Antigonides.

4.    240 avant J.-C. Les royaumes hellénistiques étaient perpétuellement en guerre sans qu'aucune victoire décisive ne puisse être mise au crédit de l'un ou de l'autre, et ne faisaient que s'épuiser mutuellement. En 240 avant J.-C., alors que la comète de Halley était à nouveau dans le ciel, il était clair que les royaumes hellénistiques étaient sur le déclin et que d'autres nations étaient, au contraire, en pleine expansion. Aux environs de 240 avant J.-C., Arsacès rétablit son pouvoir en Parthie, une province de l'est qui avait fait, à une certaine époque, partie de l'empire perse. Par ailleurs, en 241 avant J.-C., Rome, qui alors contrôlait toute l'Italie, avait vaincu Carthage (qui contrôlait l'Afrique du Nord) durant la première guerre punique. Rome était alors dominante dans toute la Méditerranée occidentale. La comète marqua ainsi l'avènement de puissances à l'est et à l'ouest qui, entre elles, allaient détruire les royaumes hellénistiques.

5.    163 avant J.-C. Alors que la comète de Halley revenait, elle devait marquer la seconde victoire de Rome sur Carthage, en 201 avant J.-C. Rome, qui poursuivait sa marche en avant, détruisit la Macédoine et réduisit ainsi Séleucides et Lagides à l'état de simples marionnettes. Rome venait juste d'établir une domination franche et massive sur toute la Méditerranée, en 163 avant J.-C., et entrait dans sa période la plus faste. Cependant, en Judée, une petite province du royaume séleucide, les Juifs s'étaient révoltés. Un concours de circonstances, entre la direction inspirée de Judas Macchabée et des querelles internes parmi la famille royale séleucide, permit aux Juifs de contrôler Jérusalem, en 165 avant J.-C., et d'aboutir à la reconnaissance de facto d'une indépendance juive par les Séleucides, en 163 avant J.-C. La comète flamboyait alors au-dessus de cette nouvelle Méditerranée romaine et de cette nouvelle Judée dont la rencontre prochaine devait avoir des conséquences extrêmement importantes.

6.    87 avant J.-C. Le système de gouvernement des romains, qui était tout à fait adapté à une ville luttant pour chercher à contrôler une province, s'avérait etre défaillant dans la vaste entreprise qui visait à gouverner un immense empire fait de pleuples de langages et de moeurs différents. Des luttes intestines entre les dans politiques de Rome commencèrent à se faire plus intenses et plus meurtrières, d'autant plus que chaque camp cherchait l'appui d'un général parmi d'autres; ces querelles politiques dégénérèrent donc en guerre civile. Le général Marius appuyait le clan démocratique, alors que le général Sulla appuyait, lui, le clan aristocratique. En 87 avant J.-C., la comète de Halley était de retour et éclaira un moment crucial de l'histoire de Rome; car cette année-là, Sulla et son armée entrèrent en force dans la ville de Rome et massacrèrent un certain nombre de politiciens radicaux. Ce n'était pas, cette fois-ci, les Gaulois qui occupaient Rome, mais un général romain. Le présage de la comète de Halley était clair : aucun ennemi extérieur n'était capable d'affronter Rome, Rome serait donc détruite de l'intérieur.

7.    12 avant J.-C. La comète revint à l'époque où Rome, ayant réussi à survivre à toute une série de guerres civiles, s'était même developpée et renforcée. L'empire romain était constitué, et sous son premier empereur, Auguste, il réussit à établir une paix durable, à l'exception de quelques rixes locales le long des frontières nord. C'est à peu près à cette époque que l'on suppose la naissance de Jésus, à Bethléem. L'année exacte de la naissance reste encore inconnue, mais certains pensent qu'elle se situe en 12 avant J.-C. et maintiennent que la comète de Halley est "l'étoile de Bethléem". S'il en est ainsi, la comète aura été porteuse d'un événement qui, aux yeux de beaucoup, constitue un tournant dans l'histoire de l'humanité.

8.    66 L'empire romain goûtait encore une paix stable et était alors gouverné par Néron, lorsque revint la comète de Halley. Il y avait cependant un point de discorde concernant la Judée. La Judée rêvait au Messie et souhaitait faire revivre les anciennes luttes de Macchabée pour se libérer du joug de Rome. En 66, avec la comète de Halley au-dessus de sa tête, la Judée se révolta. Elle fut vaincue dans une lutte sanglante qui dura quatre ans. Jérusalem fut pillée et le temple détruit. Le sort d'une petite province ne semblait pas très important, et le nouveau groupe des chrétiens était resté à l'écart du conflit et avait ainsi perdu tout crédit aux yeux des Juifs. Cela signifiait que les chrétiens n'étaient plus une secte juive mais constituaient une religion indépendante largement influencée par la culture gréco-romaine; cela eut également des conséquences historiques importantes.

9.    141 L'empire romain, jusqu'à ce nouveau retour de la comète de Halley, avait vécu une longue période de paix et de prospérité dont le point culminant avait été le règne sans événement notable d'Antonin le Pieux, devenu empereur en 138. Ainsi, la comète de Halley commençait à s'éloigner au moment de l'apogée de l'histoire méditerranéenne. Toutes les luttes entre Grecs, Romains et autres peuples avaient abouti à l'unification du monde méditerranéen, sous un gouvernement civilisé et éclairé. C'est une situation que ces pays n'avaient jamais connue auparavant, et qu'elle ne vivra probablement jamais plus. La comète de Halley marqua cette apothéose. Puis, vint le temps du déclin.

10.    218 La période heureuse des bons empereurs était déjà terminée depuis longtemps lors de la nouvelle réapparition de la comète. Après quelques périodes de troubles, Septime Sévère plaça l'empire sous une main de fer. En 217, cependant, son fils Caracalla fut assassiné, la comète de Halley commença à se retirer, marquant le début d'une longue période d'anarchie durant laquelle l'empire fut presque anéanti. La comète avait présidé, au cours de sa précédente apparition, à l'apogée de l'empire et marquait maintenant le début de sa chute.

11.    295 La période d'anarchie prit fin en 284, avec l'arrivée au pouvoir de Dioclétien, le premier empereur fort qui ait pu assurer un règne relativement long et stable depuis Septime Sévère. Dioclétien réorganisa le gouvernement impérial et en fit une monarchie orientale. Les restes de l'ancienne Rome disparurent et, en 295, la comète de Halley salua l'avènement d'un empire nouveau dans lequel, à partir de cette période, la partie orientale serait dominante. C'était comme un retour à l'époque hellénistique.

12.    374 Les réformes de Dioclétien permirent à l'empire romain de se perpétuer, mais ce sursis ne fut que temporaire et les temps commençaient à changer quand la comète de Halley réapparut. Les Huns étaient en marche, venant de l'Asie et déferlant sur les steppes ukrainiennes, poussant les Goths devant eux (une tribu germanique). En 376, quelques Goths, cherchant un refuge, traversèrent le Danube et se retrouvèrent en territoire romain. Les Romains ne leur firent pas bon accueil et, en 378, en représailles les légions romaines furent vaincues et détruites par la cavalerie gothique, à la bataille d'Adrianople. Une nouvelle ère s'annonçait : la cavalerie allait dominer les champs de bataille durant un millier d'années. La comète avait ainsi présidé à la chute de l'empire romain et à l'avènement des tribus germaniques.

13.    451 Au moment de la nouvelle apparition de la comète de Halley, plusieurs des provinces de l'ouest de l'empire romain étaient sous le contrôle direct des seigneurs de la guerre germaniques; les Huns étaient plus forts que jamais. Sous la direction de leur chef, Attila, ils avaient construit un empire s'étendant de la mer Caspienne jusqu'aux rives du Rhin. En 451, alors que la comète passait dans le ciel, Attila pénétra en Gaule jusqu'au point le plus lointain qu'ait jamais pu atteindre les tribus nomades venant de l'Asie centrale. A la bataille de Châlons, cependant, Romains et Germains repoussèrent ensemble Attila et l'obligèrent à marquer un temps d'arrêt dans sa progression. Deux années plus tard, Attila mourut et son empire se désintégra.

14.    530 Au moment où la comète de Halley réapparut, l'empire romain d'Occident s'était effondré et les provinces étaient toutes contrôlées par les Germains. Le plus important de tous les nouveaux chefs fut Théodoric l'Ostrogoth qui gouverna l'Italie de manière particulièrement éclairée et s'efforça de préserver la culture romaine. Cependant, Théodoric mourut en 526 et l'année suivante Justinien I devint l'empereur romain d'Orient. L'objectif de Justinien était de reconquérir l'Occident et, en 533, son général, Bélisarius, fit route vers l'ouest pour entamer la dévastation de l'Italie, détruisit les Ostrogoths, mais ne put réellement restaurer l'empire. L'Occident resta aux mains des Francs, les plus barbares des tribus germaniques. D'une certaine manière, l'éloignement de la comète marqua le début des grandes campagnes qui devaient jalonner le Haut Moyen Age.

15.    607 L'empire romain d'Orient restait fort et intact, mais, en 607, alors que la comète de Halley brillait dans le ciel, les Perses, sous la direction du Chrosroes II entamèrent leur dernière et plus brillante guerre contre les Romains. A la même époque, en Arabie, un jeune marchand du nom de Mahomet développait une nouvelle religion fondée sur sa version du judaisme et du christianisme. La guerre entre les Romains et Perses réussit à épuiser totalement les deux combattants; la nouvelle religion put donc s'installer dans tout l'empire perse et dans plus de la moitié de l'empire romain d'Orient, n'ayant à vaincre que de très faibles résistances. Ainsi, la comète de Halley éclaira les débuts de l'Islam et ce qui subsistait de l'empire romain d'Orient appelé "l'empire byzantin".

16.    684 Par une succession étonnante de succès, les Arabes, qui avaient adopté l'Islam, surgirent d'Arabie après la mort de Mahomet et envahirent la Perse, Babylone, la Syrie, l'Égypte et l'Afrique du Nord. Ils étaient maintenant prêts à prendre Constantinople et à envahir ensuite l'Europe pour consolider leur emprise sur le monde occidental. Ils firent le siège de Constantinople alors que les Barbares venus de Bulgarie étaient descendus des Balkans pour approcher la ville, venant de l'intérieur des terres. Constantinople cependant soutint le siège et repoussa les Arabes, en 677. En 685, un an après la nouvelle apparition de la comète de Halley, Justinien II s'empara du trône; c'était un tyran cruel mais énergique qui avait vaincu les Bulgares. La comète avait présidé à la survie de l'empire byzantin, bouclier de l'Europe contre l'Islam.

17.    760 L'Islam continuait à s'étendre, à un moindre rythme, et s'empara de l'Espagne, en 711. En 750, le califat Abbassides s'installa à Bagdad et gouverna tout l'Islam à l'exception de l'Espagne et du Maroc. En 760, alors que la comète de Halley brillait dans le ciel, le califat était fermement installé pour une longue période, et l'Islam avait atteint son apogée; il était pacifique, uni, puissant et indéracinable. La comète de Halley qui avait commencé à s'éloigner au moment où l'empire romain atteignait son apogée, huit apparitions plus tôt, renouvelait ce fait pour l'empire islamique.

18.    837 A l'ouest, l'empire franc atteignait son apogée sous le règne de Charlemagne qui mourut en 814. Son successeur, Louis le Pieux, régna sur un empire intact, mais il était faible et avait quatre fils entre lesquels il voulait partager le royaume. Cette question provoqua des guerres civiles, mais, en 838, le dernier projet de division fut accepté. La comète de Halley présida ainsi à une division qui resta à jamais acquise; toute l'histoire de l'Europe se résuma désormais à une multiplicité de nations toujours en guerre. De plus, l'apparition de la comète avait annoncé les nouvelles invasions extérieures. Les Vikings venus du nord lancèrent leurs offensives les plus dangereuses, peu après 837, comme le firent les Magyars venus de l'est, alors que les Arabes d'Afrique du Nord avaient envahi la Sicile et lançaient des incursions en Italie.

19.    912 La dernière grande incursion des forces vikings sur le territoire franc fut celle des hommes du nord, ou "Normands", sous le commandement de Rollon. En 912, alors que la comète de Halley brillait dans le ciel, Rollon se convertit au christianisme et hérita d'une partie de la côte de la Manche. Dès lors cette région fut appelée "Normandie". Ainsi, la comète fut témoin de la naissance d'un nouvel état qui devait jouer un rôle important dans l'histoire de l'Europe.

20.    989 A son retour, la comète de Halley assista à la formation de l'Europe moderne. La lignée des descendants de Charlemagne arrivait à son terme et ce qui est aujourd'hui appelé France vit l'avènement d'une nouvelle dynastie, en la personne d'Hugues Capet qui s'installa sur le trône en 987. Ses descendants allaient gouverner durant neuf cents ans. En 989, le prince Vladimir de Kiev se convertit au christianisme, et cela marqua les débuts de la Russie en tant que nation européenne.

21.    1066 La Normandie, qui s'était formée deux apparitions auparavant, était maintenant le royaume le plus puissant et le mieux gouverné de toute l'Europe de l'Ouest, sous l'égide de Guillaume le Conquérant. Les Normands avaient déjà atteint les rives de la Méditerranée et s'étaient installés en Sicile et en Italie du Sud. Guillaume cependant projetait une invasion de l'Angleterre, située à quelques brasses de l'autre côté de la Manche. La comète de Halley apparut alors que la flotte se préparait et avant la fin de l'année, Guillaume, vainqueur de la bataille de Hastings, était devenu Guillaume le Conquérant. Ainsi, la comète avait pu assister à la formation d'une Angleterre normande qui, à son heure, devait surpasser Rome et l'Islam.

23.    1222 En aucun cas, l'Europe n'était .encore prête à gouverner le monde. Alors que la comète de Halley revenait, une nouvelle menace venait d'Asie, beaucoup plus importante que toutes celles qui avaient précédé ou qui devaient suivre. En 1162, naquit un mongol du nom de Temudjin. En 1206, il était à la tête des tribus d'Asie centrale sous le nom de Genghis Khan. Il en fit une armée de combattants rompus à de nouvelles tactiques très efficaces qu'il avait mises au point, fondées sur la mobilité, la surprise et le harcèlement. En l'espace d'une douzaine d'années, il conquit le nord de la Chine et s'étendit à l'Asie occidentale. En 1222, avec la comète pour témoin, une armée mongole fit sa première apparition en Europe et infligea, l'année suivante, une défaite retentissante aux Russes. Puis, comme la comète, les Mongols se retirèrent, pour mieux revenir.

24.    1301 Les Mongols revinrent et accumulèrent les victoires, mais se retirèrent une nouvelle fois, invaincus, pour élire un nouveau monarque. La Russie resta entre leurs mains et toute son histoire future allait être fortement influencée par cette dépendance. Lorsque la comète de Halley revint, cet épisode était terminé, et d'autres événements importants étaient en cours. Les chevaliers européens, qui avaient régné sur les champs de bataille durant des siècles, s'en prenaient maintenant aux bourgeois rebelles des Flandres. Ces chevaliers étaient pleins de mépris pour ces marchands de basses extractions. Ceux-ci, cependant, étaient armés de piques et avaient bien choisi leur terrain. Ils l'emportèrent sur la cavalerie française à la bataille de Courtrais, en 1302. Pendant ce temps, le Pape Boniface VIII renforçait le pouvoir grandissant de la papauté en proclamant, en 1302, son autorité suprême sur les rois chrétiens. Philippe IV de France ne fut pas de cet avis et envoya ses agents afin de raisonner le Pape (qui mourut peu après) et établir une papauté docile au service de la royauté. Ainsi, à sa nouvelle apparition, la comète fut le témoin de la fin de l'armée féodale et de la papauté toute puissante et, de ce fait, du déclin du Moyen Age.

25.    1378 Après Boniface VIII, la papauté s'établit en Avignon. En 1378, sous l'oeil de la comète de Halley, un Pape décida de revenir à Rome. Les cardinaux français, cependant, qui souhaitaient rester en Avignon, choisirent un autre Pape. Ce fut le début du "Grand Schisme" qui dura quarante ans et qui offrit à l'Europe le spectacle de Papes rivaux s'injuriant et s'excommuniant l'un l'autre tandis que les nations prenaient parti pour l'un ou pour l'autre, suivant leurs intérêts séculiers. Le prestige de la papauté fut ainsi fortement entamé et cet événement fut le déclencheur de certains changements qui allaient définitivement remettre en cause l'unité religieuse de l'Europe, alors que son unité politique avait été anéantie sept apparitions plus tôt de la comète de Halley.

26.    1456 Lorsque la comète réapparut, elle put, constater que les Turcs ottomans étaient devenus les maîtres de l'Islam. Depuis 1300, l'empire ottoman avait étendu son influence en Asie Mineure et, en 1352, fit une première apparition du côté européen de l'Hellespont. En 1453, il s'empara de Constantinople, mettant ainsi fin à la domination romaine, vingt-deux siècles après la fondation de Rome. En 1456, alors que la comète de Halley était de retour, les Turcs ottomans prirent Athènes et firent le siège de Belgrade. L'Europe occidentale prenait conscience de cette nouvelle menace venue d'Asie que la comète avait annoncée.

27.    1531 L'empire ottoman atteignit son apogée sous le règne de Soliman le Magnifique qui conquit la Hongrie et fit le siège de Vienne, en 1529. Vienne résista cependant et les Turcs durent se replier jusqu'à Budapest. Pendant ce temps, Christophe Colomb avait découvert l'Amérique, et la comète de Halley brilla au-dessus d'une Vienne nouvellement libérée. Les conquistadores espagnols, après avoir asservi les Aztèques du Mexique, se dirigeaient vers le Pérou où ils allaient détruire l'empire inca en l'espace de deux ans. Ainsi, la comète présida à la résistance d'une Europe qui avait, d'une part, arrêté la progression ottomane et, d'autre part, entrepris la conquête du Nouveau Monde. L'Europe était à la veille d'exercer une domination mondiale.

28.    1607 En 1607, au retour de la comète de Halley, un groupe d'Anglais fondèrent Jamestown, dans une région qu'ils appelèrent Virginie. C'était la première colonie anglaise permanente établie sur la côte est de l'Amérique du Nord; ce fut le début d'une série de développements qui devaient amener à la formation des États-Unis d'Amérique, lesquels allaient, à leur tour, dominer l'Europe.

29.    1682 Avec la comète de Halley de nouveau dans le ciel, Fédor III mourait, et ses deux fils lui succédèrent comme co-empereurs. Le plus jeune était Pierre Ier, futur Pierre le Grand, qui, avec une énergie de titan, allait tirer la Russie de son sombre passé dominé par les Mongols vers la lumière de l'Europe occidentale. La Russie devait conserver cette influence occidentale et, conséquence des efforts de Pierre le Grand, disputer un jour le monde aux États-Unis.

30.    1759 Quand la comète de Halley revint, l'Europe dominait le monde. Mais quelle était la nation européenne dominante ? L'Espagne et le Portugal dominants à une certaine époque, étaient en pleine décadence. Les Pays-Bas auraient bien voulu en être le fer de lance de l'Europe, mais le pays était trop petit. L'Angleterre (devenue la Grande-Bretagne) et la France restaient les deux seuls candidats et, en 1756, la guerre de sept ans, qui devait être décisive, se dédencha entre les deux nations (Y participèrent également la Prusse, l'Autriche et la Russie). En 1759, alors que la comète brillait dans le ciel, elle marqua le tournant de cette lutte, alors que la Grande-Bretagne s'emparait du Canada, gagnait le contrôle de l'Inde et s'affirmait comme la maîtresse des mers. Ainsi, la comète présida aux fondations de l'empire britannique qui allait dominer le reste du globe durant près de deux siècles.

31.    1835 La Grande-Bretagne, alors maîtresse du monde, évoluait pacifiquement quand la comète de Halley réapparut. En 1832, une loi fut votée par le Parlement, réformant la réprésentation des députés, élargissant la base de l'électorat et entamant un processus de démocratisation populaire. La reine Victoria monta sur le trône, en 1837. Aux États-Unis, les premiers frémissements d'une rupture entre le nord et le sud survinrent lors de la crise de 1832, qui tourna finalement à l'avantage de l'Union. Le processus de démocratisation était là aussi entamé et finalement le droit de vote fut étendu aux esclaves affranchis. Ainsi, dans les deux pays, se développait la cause égalitariste, sous l'oeil vigilant de la comète.

32.    1910 Édouard VII, le fils le plus âgé de la reine Victoria mourut, en 1910, et ses funérailles furent l'occasion, pour tous les monarques d'Europe, d'une dernière rencontre. En 1914, la Première Guerre mondiale commençait. Elle allait aboutir à la destruction de plusieurs des monarchies anciennes et établir un monde nouveau et plus dangereux. Une fois encore, la comète apportait le changement des époques et des empires.

33.    1986 ? Impressionnant n'est-ce pas! Après tout, l'astrologie détient peut-être quelques vérités. Eh bien non. Cela n'est qu'un modeste tribut de ma profonde culture (!). Donnez-moi une liste de trente-trois dates, de 700 avant J.-C. jusqu'à nos jours, régulièrement ou irrégulièrement espacées; avec un peu de temps pour réfléchir, je pourrais trouver une liste semblable d'événements fondamentaux qui vous sembleront tout aussi essentiels dans l'histoire de l'humanité que la liste précédente. On pourrait dresser une cinquantaine de ces listes (plus particulièrement si l'on inclut l'histoire orientale, l'histoire des sciences et des techniques, les événements culturels, etc.); il serait bien difficile de définir quelle série d'événements a vraiment marqué l'évolution de l'histoire et de donner une interprétation dominante.

L'histoire humaine est suffisamment vaste et ses courants riches de points de bifurcations pour pouvoir entretenir plusieurs interprétations parallèles, et c'est une des raisons pour laquelle ma science imaginaire de la psycho-histoire aura beaucoup de mal à se développer!

11. L'ORBITE DE MONSIEUR CLARKE

Considérons différents objets tournant autour de la Terre et situés à des distances différentes de son centre. Plus l'objet est éloigné de la Terre, plus longue est l'orbite qu'il doit suivre et, en même temps, moins vite il se déplace, puisque l'intensité du champ gravitionnel terrestre décroît avec la distance.

La période de la révolution dépend à la fois de la longueur de l'orbite et de la vitesse orbitale et s'accroît avec la distance d'une manière assez compliquée.

Imaginons un satellite qui effleure la Terre à quelques 150 kilomètres au-dessus de sa surface ou (ce qui est la même chose), à environ 6 528 kilomètres de son centre. Sa période de révolution est d'environ 87 minutes  (°).

La Lune en revanche, tourne autour de la Terre à une distance moyenne de 384 401 kilomètres de la Terre (centre à centre). Sa "période sidérale" de révolution (c'est-à-dire, par rapport aux étoiles, qui est l'approximation la plus précise que l'on puisse faire de sa révolution "réelle") est de 27,32 jours. La Lune est 58,9 fois plus éloignée du centre de la Terre que ne l'est le satellite, mais la période de révolution de la Lune est 452 fois plus longue que celle du satellite.

Cette période, semble-t-il, s'allonge plus rapidement que la distance, mais moins rapidement que le carré de la distance. Nous pouvons exprimer cela mathématiquement en appelant P le rapport des périodes de révolution et D le rapport des distances, en écrivant que P > D' et P < D2. Il s'avère que P = D".

Un exposant de 1,5 signifie que pour obtenir la période de l'objet le plus éloigné, il faut prendre le cube du rapport des distances puis prendre la racine carrée du résultat. Ainsi, la Lune est 58,9 fois plus éloignée que la Terre que ne l'est le satellite. Prenons le cube de ce rapport 58,9 X 58,9 x 58,9 = 204 336 et extrayons la racine carrée de ce résultat qui est : 452. Ce nombre représente le rapport des périodes de révolution. Si l'on multiplie la période du satellite par 452, on obtiendra la période de la Lune. On peut inversement commencer avec la période sidérale de la Lune et la diviser par 452, obtenant la période de l'astéroïde. Ou, à partir du rapport des périodes, on peut obtenir le rapport des distances.

Tout cela n'est que la troisième loi de Kepler, et nous pouvons maintenant oublier les expressions mathématiques. J'effectuerai les calculs et vous devrez me faire confiance...  (°°)

La Terre tourne autour de son axe, par rapport aux étoiles (le "jour sidéral"), en 23 heures 56 minutes. Le jour sidéral de la Terre est plus long que la période de révolution du satellite frôlant sa surface et plus court que la période de révolution de la Lune.

Si nous imaginons une série d'objets tournant autour de la Terre suivant des orbites de plus en plus éloignées du centre de la planète, la période de révolution s'allongera de plus en plus, et à une certaine distance entre l'orbite du satellite (dont la période est trop courte) et l'orbite de la Lune (dont la période est trop longue), il y aura un endroit où le satellite aura une période sidérale de révolution absolument égale à la période sidérale de rotation de la Terre.

Un tel satellite se déplace sur une orbite géosynchrone, ce dernier terme signifiant "se déplacer en cadence avec la Terre".

En utilisant la troisième loi de Kepler, nous pouvons situer exactement l'endroit où doit se trouver un satellite pour être sur une orbite géosynchrone.

Il s'avère que le satellite tournant autour de la terre à une distance moyenne de 42 298 kilomètres du centre de la Terre, tournera exactement un jour sidéral. Un tel satellite évoluera à 35 919 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre (elle-même située à 6 378 kilomètres du centre de la Terre.)

Si un satellite se trouve sur une orbite géosynchrone, il paraît logique de penser que, s'il évolue exactement au même rythme que la Terre tourne, il devrait ainsi apparaître dans le ciel comme un point fixe, jour et nuit, pour une période indéfinie, vu de la surface de la Terre (éventuellement avec un télescope).

En réalité, ce n'est pas tout à fait cela!

Un satellite est sur une orbite géosynchrone à une distance moyenne de 42 298 kilomètres du centre de la Terre quel que soit son plan de révolution. Il pourrait tourner autour de la Terre d'ouest en est (ou, d'est en ouest si vous voulez,) suivant une piste située au-dessus de l'équateur, ou autour de la Terre du nord au sud (ou du sud au nord) au-dessus des deux pôles, ou encore, se trouver sur une orbite oblique située entre ces deux axes. Toutes ces orbites seraient géosynchrones.

Si, de la Terre, vous observiez un satellite situé sur une orbite géosynchrone formant dans un plan un angle avec l'équation, vous verriez sa position se modifier par rapport au zénith.

Le satellite, tout au long de la journée, effectuerait une figure ressemblant à un 8, que les astronomes appellent un "analemme". Plus l'angle que forme l'orbite avec l'équateur est important, plus l'analemme est grand.

Par exemple, le Soleil se déplace dans le ciel sur une orbite apparente qui forme un angle avec l'équateur. Pour cette raison, la position du Soleil à midi dans le ciel se déplace de jour en jour. Ce déplacement trace un analemme et, sur un globe de bonne dimension, on pourra tracer l'analemme en proportion et le situer dans les espaces vides de l'Océan Pacifique. A partir de cet analemme, on peut définir exactement à quelle hauteur se trouve le Soleil de midi, n'importe quel jour de l'année (à condition de tenir compte de la latitude de l'endroit où l'on se trouve) et savoir exactement à combien de minutes le Soleil de midi se trouve du zénith, n'importe quel jour de l'année. (Il se trouve au zénith le 15 avril et le 30 août.)

Ce comportement du Soleil avait dû être pris en compte dans les cadrans solaires de l'ancien temps, et "analemma" est en réalité le mot latin désignant le support sur lequel repose un cadran solaire.

Une orbite géosynchrone n'a pas nécessairement la configuration d'un cercle parfait. Elle peut avoir la forme d'une ellipse plus ou moins excentrée; elle reste géosynchrone dans la mesure où la distance moyenne reste correcte et peut s'approcher à une extrémité de son orbite et s'éloigner à l'autre extrémité.

Cependant, si l'orbite est elliptique et en même temps oblique, alors l'analemme n'est pas symétrique. Un anneau du 8 sera plus important que l'autre. Plus l'orbite est elliptique, plus grande sera la disparité de taille des deux anneaux.

Ainsi, la Terre se déplace autour du Soleil suivant une ellipse légèrement excentrée, de telle sorte que l'analemme formé de jour en jour par la position apparente du Soleil à midi, durant l'année, est asymétrique. L'anneau le plus au nord est plus petit que l'anneau sud, ce qui explique pourquoi le Soleil de midi est au zénith environ trois semaines après l'équinoxe nord du printemps et trois semaines avant l'équinoxe nord d'automne. Si l'orbite de la Terre était circulaire, l'analemme serait symétrique et le Soleil de midi serait au zénith au moment des équinoxes.

Supposons cependant qu'un satellite tourne autour de la Terre suivant le plan de l'équateur. L'orbite formerait ainsi un angle de zéro degré avec l'équateur et l'analemme serait complètement aplati dans une direction nord-sud.

Cependant, si le satellite tournait autour de la Terre dans le plan équatorial, mais en suivant une ellipse, il se déplacerait plus vite que sa vitesse moyenne dans la partie de son orbite plus proche de la Terre que sa distance moyenne, et plus lentement sur l'autre partie de l'orbite. Ainsi, pendant un temps, elle irait plus vite que la surface de la Terre et, durant le reste du temps, elle traînerait derrière.

Vu de la surface terrestre, le satellite tracerait une ligne droite d'est en ouest complétant les mouvements d'allée et venue de sa course durant la journée. Plus le caractère excentré de l'orbite est prononcé, plus longue sera la ligne droite.

Mais supposons qu'un satellite tourne non seulement autour de la Terre dans le plan de l'équateur, mais le fasse en suivant un cercle parfait d'ouest en est. Dans ce cas, l'analemme serait totalement dégénéré. Les déplacements nord-sud et le déplacement est-ouest disparaîtraient, et le satellite vu de la Terre semblerait complètement immobile. Il serait suspendu au-dessus de la Terre indéfiniment.

Il y a une différence entre une orbite géosynchrone et l'orbite de Clarke. Il y a une infinité d'orbites géosynchrones, ayant toutes les valeurs d'inclination et d'excentricité orbitales. Par opposition, il n'y a qu'une orbite de Clarke. Une orbite de Clarke est une orbite géosynchrone ayant une inclinaison orbitale nulle ainsi qu'une excentricité orbitale nulle. Une orbite de Clarke est parfaitement circulaire et se trouve exactement dans le plan de l'équateur et c'est ce qui fait sa particularité : c'est seulement sur une orbite de Clarke qu'un satellite paraîtra immobile par rapport à la surface de la Terre.

Cela peut être très utile. Un satellite immobile par rapport à la surface de la Terre, est un instrument précieux dans le domaine des relais de communication ou de renvoi d'énergie.

Puisqu'il n'y a qu'une orbite de Clarke et qu'elle se trouve relativement près de la Terre, elle représente une ressource extrêmement limitée. La longueur de l'orbite est de 265 766 kilomètres puisque l'orbite de Clarke est seulement 6,6 fois plus loin du centre de la Terre que ne l'est la surface terrestre par rapport au centre.

Supposons que nous souhaitions mettre sur l'orbite de Clarke une série de stations à énergie solaire, et que nous ne puissions pas nous attendre à une disposition parfaite. On ne peut placer le satellite sur l'orbite de Clarke avec exactitude, et même si on le pouvait, les perturbations gravitionnelles de la Lune et du Soleil le conduiraient à osciller quelque peu. Il se pourrait que, par mesure de sécurité, il convienne de placer les stations à des intervalles de mille kilomètres. Dans ce cas, nous ne pourrions en placer que 265 sur l'orbite de Clarke et cela limiterait d'autant la quantité d'énergie que nous pourrions extraire du Soleil. Si nous souhaitions placer d'autres satellites sur l'orbite de Clarke, satellites de communication, satellites de navigation, etc..., les possibilités seraient encore plus limitées.

On pourrait imaginer un satellite particulièrement long d'axe de longueur parallèle à l'orbite de Clarke. Ce long cigare pourrait être investi de différentes fonctions qui n'interféreraient jamais l'une avec l'autre, car le satellite se déplacerait comme une unité. Les stations d'énergie situées aux deux extrémités ne bougeraient pas l'une par rapport à l'autre, ou par rapport aux fonctions de communication et de navigation qui pourraient exister entre les deux. De cette manière, un plus grand nombre d'unités de travail pourrait être logé sur une orbite de Clarke.

On pourrait même imaginer une espèce d'anneau solide qui remplirait l'orbite de Clarke et qui ressemblerait à celui décrit par Larry Niven dans Ringworld. Ainsi, nous pourrions y loger des fonctions de toute sorte dans un réseau dense tout au long de l'anneau. Cependant un tel anneau est <métastable> ce qui veut dire qu'il ne resterait stable sur son orbite que dans la mesure où la Terre reste exactement au centre de l'anneau. Si un événement quelconque fait se déplacer l'anneau d'un côté (des perturbations gravitionnelles par exemple), de sorte que la Terre ne soit plus exactement au centre de l'anneau, il continuerait à s'éloigner dans la même direction et se briserait sous l'action de la gravitation et certaines parties s'écraseraient sur la surface de la Terre.

Néanmoins, il existe des orbites liées à l'orbite de Clarke et qui pourraient présenter un certain intérêt.

Imaginons un satellite sur une orbite circulaire située dans le plan équatorial et à une distance telle que sa période de révolution soit exactement égale à 2 jours sidéraux ou 3 ou 1,5. Une période de 2 jours sidéraux signifie que le satellite se déplace régulièrement, se levant à l'est et se couchant à l'ouest, mais, d'un point quelconque de l'équateur, il semble revenir directement à la verticale toutes les 48 heures. D'autres périodes, liées très simplement au jour sidéral, présenteraient leur propre caractéristiques. (Même les orbites géosynchrones inclinées et excentrées, donc pas des orbites de Clarke, pourraient être disposées de telle sorte qu'elles présentent une structure simple de comportement dans le ciel.)

Je ne suis pas sûr de l'utilité de telles orbites, mais elles seraient intéressantes, ne serait-ce que du point de vue de la mécanique céleste. Considérons l'ensemble de la famille des orbites dont l'inclination et l'excentricité est nulle comme

les orbites de Clarke ›, quelles que soient leur distance et leur période de révolution. L'orbite de Clarke, pour laquelle un satellite aurait une période d'une journée sidérale, serait l'orbite < Clarke-1 >. Une orbite pour laquelle la période serait de 2 jours sidéraux serait l'orbite < Clarke-2 >, et ainsi de suite. Nous aurions ainsi les distances suivantes par rapport au centre de la Terre :

Orbites

Distances (en Km)

Clarke 1/2

26 648

------   1

42 298

------   1 1/2

55 410

------   2

67 127

------   3

87 980

------   4

106 591

------   5

123 679

Plus l'orbite se trouve éloignée, plus l'effet de la perturbation lunaire est important sur elle. Je ne suis pas suffisamment expert en mécanique céleste pour pouvoir déterminer à quel moment une orbite de Clarke serait suffisamment importante pour que des perturbations l'empêchent d'avoir une quelconque utilité au regard d'un objectif donné, mais il ne fait aucun doute que des simulations sur ordinateur seront faites pour trouver une réponse, si elle n'existe pas déjà.

Ce qui fonctionne pour la Terre fonctionnerait pour tout autre corps astral. Supposons par exemple que nous souhaitions placer un satellite sur orbite autour de Mars, de telle façon qu'il serait fixe vu la surface de Mars.

Dans le cas de Mars, aucune orbite géosynchrone n'est possible si l'on considère avec quelque sérieux l'origine grecque du mot < géo > qui ne s'applique qu'à la Terre. Il faudrait donc plutôt parler d'orbite < aérosynchrone >, mais d'aucuns continuent de parler d'orbite géosynchrone (comme nous disons communément < géologie lunaire > lorsque nous devrions dire < sélénologie >).

Et pourtant, on peut toujours définir l'orbite de Clarke pour d'autres mondes. Le terme n'est pas lié étymologiquement à la Terre. On peut définir l'orbite de Clarke comme une orbite sur laquelle un objet se déplace autour d'un objet plus important, avec une inclinaison et une excentricité orbitales nulles et avec une période égale à la période sidérale de rotation de cet objet.

La question est donc : quelle est la distance du centre de Mars à cette orbite ?

Le jour sidéral de Mars est un petit peu plus long que le jour sidéral de la Terre, puisque Mars tourne sur elle-même, par rapport aux étoiles, en 24,623 heures. Cela devrait avoir pour effet d'accroître la distance de l'orbite de Clarke comparée à celle de la Terre puisque le satellite doit se déplacer plus lentement pour rester en phase avec la rotation de Mars.

D'un autre côté, l'intensité du champ gravitationnel martien n'est qu'un dixième de celui de la Terre, de telle sorte que l'orbite de Clarke devrait être plus proche de Mars afin que le satellite fasse le tour de Mars en un petit peu plus de 24 heures. C'est ce second effet qui est le plus important, de sorte que l'orbite de Clarke pour Mars se trouve à une distance de 20 383 kilomètres du centre de Mars.

L'orbite de Clarke de Mars se situe à une distance presque égale à la moité de la distance de l'orbite de Clarke de la Terre.

Le satellite de Mars le plus éloigné, Déimos, se trouve à une distance de 23 500 kilomètres de Mars et se trouve donc très légèrement à l'extérieur de l'orbite de Clarke. Il accomplit ainsi une révolution autour de Mars en un temps un petit peu plus long que le jour sidéral martien, 1,23 jour martien pour être exact.

Tout objet situé à l'extérieur de l'orbite de Clarke (si nous continuons à considérer que les révolutions et rotations s'effectuent d'est en ouest) se lèvera à l'est et se couchera à l'ouest vu de la surface du monde autour duquel il tourne. Cela est vrai pour Déimos qui apparaît à l'est de Mars et disparaît à l'ouest, bien qu'il semble se déplacer très lentement puisque la rotation de la surface de Mars se fait pratiquement à la même vitesse. Un satellite de Mars plus proche, Phobos, a une orbite qui se trouve à l'intérieur de l'orbite de Clarke, puisqu'elle se trouve à une distance de seulement 9 350 kilomètres du centre de Mars. Il tourne ainsi autour de Mars en moins d'un jour sidéral martien (0,31 jour exactement) et dépasse ainsi la surface martienne.

Tout objet se trouvant à l'intérieur de l'orbite de Clarke apparaît ainsi à l'ouest et disparaît à l'est vu du monde autour duquel l'orbite existe, ce qui est le cas de Phobos.

Jupiter est un cas particulièrement intéressant. Cette planète a un champ gravitationnel d'une intensité gigantesque, environ 318 fois celui de la Terre et a une rotation particulièrement rapide, accomplissant une révolution complète autour de son axe en 9,85 heures.

Ainsi, à quelle distance de Jupiter un satellite devrait-il se trouver pour accomplir lui aussi une révolution en 9,85 heures? La réponse est que l'orbite de Clarke de Jupiter se trouve à une distance de 158 500 kilomètres du centre de Jupiter, soit presque quatre fois la distance de l'orbite de Clarke de la Terre au centre de celle-ci, en dépit du fait qu'un satellite tournant autour de Jupiter doive compléter sa révolution en seulement deux cinquièmes du temps que prendra un satellite situé sur l'orbite de Clarke de la Terre pour maintenir le synchronisme.

Rappelons-nous cependant que 158 500 kilomètres représentent la distance comptée à partir du centre de la Terre. Jupiter est cependant une grande et grosse planète, et sa surface équatoriale se situe à 75 450 kilomètres du centre. Cela signifie qu'un satellite situé sur une orbite de Clarke autour de Jupiter ne serait qu'à 87 050 kilomètres au-dessus de la surface visible de la couche de nuages de Jupiter. Imaginons donc un tel satellite se trouvant presque au-dessus de la Tâche Rouge qui, hélas, ne se trouve pas sur l'équateur jupitérien, et ne serait donc pas situé exactement au-dessous de lui. Quelle vue continue aurait-il durant les cinq heures à la lumière du jour?

Ce satellite pourrait se livrer à des observations journalières durant une période de temps assez longue, bien que cette opération amènerait quelques complications. En premier lieu, la Tâche Rouge se déplacerait de manière relativement aléatoire et ne resterait pas indéfiniment en position; deuxièmement, le champ magnétique intense de Jupiter pourrait interférer avec les mesures du satellite; troisièmement, nous savons aujourd'hui que Jupiter a un anneau de débris proche de l'orbite de Clarke et qui pourrait lui aussi perturber le travail du satellite.

Pourtant, quelle vue magnifique, si on pouvait l'obtenir!

Saturne qui, comparé à Jupiter, a une période de rotation légèrement plus longue (10,23 heures) et un champ gravitationnel beaucoup moins intense, a une orbite de Clarke située à une distance de 109 650 kilomètres, soit seulement 49 650 kilomètres au-dessus de la couche de nuages de Saturne.

Il y a cependant un petit problème. Le gigantesque système d'anneaux de Saturne se trouve dans le plan équatorial de la planète de telle sorte que l'orbite de Clarke de Saturne se trouve à l'intérieur de ces anneaux, précisément à l'intérieur de l'anneau B proche du bord intérieur de la division de Cassini.

Cela signifie que l'anneau B, la partie la plus brillante du système d'anneaux, se trouve pratiquement entièrement à l'intérieur de l'orbite de Clarke et devance ainsi la surface de Saturne, en rotation. Si depuis Saturne, les particules individuelles de l'anneau B (et des anneaux se trouvant encore plus près) pouvaient être distinguées, elles seraient vues se levant à l'ouest et disparaissant à l'est. Les particules se trouvant au-delà de la division de Cassini se lèveraient à l'est et disparaîtraient à l'ouest.

Il semblerait que nous puissions choisir quelques particules proches du bord intérieur de la division de Cassini et installer nos instruments dessus. Nous pourrions en choisir une qui se trouve dans l'orbite de Clarke, mais alors, les myriades de particules encore plus proches de Saturne obscurciraient la visibilité de la portion de surface, directement située en dessous.

Il y a également une orbite de Clarke autour du soleil. Elle se trouve à une distance d'environ 26 200 000 kilomètres du centre du Soleil, soit moins de la moitié de la distance qui sépare Mercure et le Soleil.

Au XIXe siècle, la spéculation battait son plein à propos de l'existence d'une petite planète, appelée Vulcain, à l'intérieur de l'orbite de Mercure.

Malheureusement, Vulcain n'existe pas. Quel dommage! Son orbite aurait été nécessairement proche de l'orbite de Clarke du Soleil. Supposons qu'elle ait été exactement dans l'orbite de Clarke, que nous ayons pu l'atteindre et y installer des instruments supportant l'énorme chaleur dégagée par le Soleil.

Imaginons la vue des taches solaires situées au-dessous. Elles pourraient être suivies de très près pendant la majeure partie de leur durée de vie. Il y aurait une complication en ce sens que les points de la surface du Soleil tournent à des vitesses différentes selon la latitude : les taches solaires paraîtraient dériver lentement.

Vénus a une période de rotation très lente (243,09 jours) et l'intensité de son champ gravitationnel n'est que de 0,815 fois celui de la Terre. On s'attend logiquement à une orbite de Clarke éloignée, dans un tel cas; et c'est ce qui se passe puisque cette orbite se trouve à 1 537 500 kilomètres du centre de la planète, soit exactement quatre fois plus éloignée de Vénus que la Lune l'est de la Terre. A cette distance, l'orbite de Clarke serait de peu d'utilité.

L'orbite de Clarke de Mercure est située à 240 000 kilomètres de la planète, soit à une distance considérablement plus faible que celle séparant la Lune de la Terre.

Je mettrai ici un terme à la publicité faite à cette bonne vieille orbite de Monsieur Clarke...

(°) On considérera dans ce livre que tous les objets se déplacent d'ouest en est, dans la direction de la rotation de la Terre.

(°°) Je suis sûr que quelques mauvais plaisants se précipiteront pour vérifier mes calculs...

12. PRÊT ET ATTENTIF

Je suis revenu il y a peu de temps d'une croisière aux Bermudes. L'objectif était de se rendre sur une île magnifique, un endroit où l'on pouvait observer différents objets dans un ciel clair à travers différents télescopes dont les quelques enthousiastes de la croisière avaient pu disposer.

Cette croisière se fait toujours sous le ciel de juillet ou août, en prenant soin de bien choisir la semaine durant laquelle la Lune est absente. Le Scorpion est toujours très proéminent dans la partie sud du ciel, déroulant son S au-dessus de l'horizon.

Immédiatement en dessous et à sa gauche (de notre point de vue), se trouvent huit étoiles qui, pour moi, dessinent parfaitement la forme d'une théière : c'est la constellation du Sagittaire. Au niveau de l'étoile qui marque le bec de la théière, la Voie Lactée s'enroule et, sur la gauche, ressemble à un halo de vapeur évanescent.

Ce point sur le Sagittaire est la partie la plus brillante de la Voie Lactée et, si vous portez votre regard dans cette direction, vous observez le centre de la Galaxie.

Il est assez excitant de penser que, même si l'on ne peut pas voir à travers ces nuages de poussière d'étoiles, quelque part dans cette direction se trouve une zone de turbulence inimaginable où se trouve, selon toute vraisemblance, un trou noir de masse énorme.

Et pourtant, mes yeux se sont détournés vers Antarès, l'étoile la plus brillante de la constellation du Scorpion, et je l'ai fixée pendant un certain temps.

Peut-être, peut-être, peut-être...

La probabilité était de un sur un très grand nombre de trillions pour que quelque chose puisse lui arriver pendant que je la regardais, mais on ne sait jamais, et je restais prêt et attentif.

Mais, bien sûr, rien n'arriva. Qu'est-ce que j'attendais? Et bien, commençons par le commencement.

Aux environs de 130 avant J.-C., l'astronome grec Hipparque (190-120 avant J.-C.) fut le premier à élaborer un catalogue des étoiles. Il fit une liste d'environ 850 étoiles, utilisant les noms qu'on leur donnait alors, et donna leur latitude et longitude par rapport à l'écliptique (la course suivie par le Soleil par rapport aux étoiles en arrière-plan) et à la position particulière du Soleil à l'équinoxe de printemps.

Pourquoi fit-il cela? Selon l'auteur romain Pline (23-79), qui écrivait deux siècles plus tard, c'est parce qu'il avait "découvert une nouvelle étoile ".

Il faut savoir qu'avant l'invention du télescope, tous les observateurs d'étoiles considéraient qu'elles étaient toutes visibles par ceux qui étaient dotés d'une bonne vision. La notion d'étoile invisible semblait être un paradoxe. Si elle était invisible, ce n'était pas une étoile.

Pourtant, les étoiles ont une brillance variable et la plupart d'entre elles sont si peu brillantes qu'elles sont difficiles à voir. Ne serait-il pas possible que certaines soient si peu brillantes qu'elles ne puissent être détectées par l'oeil humain le plus perçant. Aujourd'hui, ce raisonnement paraît si logique que nous comprenons difficilement comment il ne fut pas tenu plus tôt.

Le problème est que, il y a encore quatre siècles et demi, les êtres humains vivaient dans un univers anthropocentrique et croyaient fermement que chaque chose dans l'univers avait été créée dans le seul but d'exercer un certain effet sur les êtres humains. (La plupart des êtres humains vivent dans un tel univers, même aujourd'hui.)

L'on pouvait arguer que les étoiles existaient seulement pour leur beauté et le plaisir de nos yeux, et qu'elles nous plongeaient dans l'émerveillement et le romantisme.

Ou, pour être plus pragmatique, l'on pouvait prétendre que les étoiles formaient un criptogramme complexe : les objets en mouvement tels que le Soleil, la Lune, les planètes, les comètes, les météores traçaient des trajectoires dans lesquelles on pouvait lire des indications concernant le destin de l'humanité.

Ou pour être encore plus transcendant, l'on pouvait dire que les étoiles étaient faites pour donner à notre âme cette sensation de sa propre insignifiance et donner quelques aperçus d'une entité transcendante hors d'atteinte de la compréhension humaine. ("Les cieux proclament la gloire de Dieu, le firmament raconte l'oeuvre de ses mains" Psaumes 19-1.)

Dans un univers anthropocentrique, il est tout simplement absurde d'imaginer une étoile invisible. Quelle serait sa raison d'être? Étant invisible, elle ne pourrait servir ni à l'esthétisme, ni à l'utilitarisme, ni à la religion.

Et pourtant, Hipparque, qui avait suffisamment observé les cieux et passé de temps à situer les étoiles par rapport à l'arrière-plan étoilé pour connaître l'agencement des mille étoiles les plus brillantes par coeur, regarda le ciel et vit une étoile qu'il n'avait pas remarquée durant sa précédente observation. Il présuma donc qu'il s'agissait d'une nouvelle étoile, une étoile qui venait de se former; une étoile temporaire, car elle devait disparaître à nouveau.

Il a dû sembler à Hipparque qu'une telle intrusion dans les cieux était un événement notable, et il dut se demander si un tel événement arrivait souvent. Il est sûr, qu'auparavant, il n'y avait eu aucun témoignage de l'apparition de nouvelles étoiles, mais il se peut également que des observations aient été faites et qu'elles soient restées dans l'anonymat. Peu de personnes connaissaient les cieux comme Hipparque, et il en repérait toutes les irrégularités. Ainsi, il prépara son catalogue pour qu'un futur observateur, au moindre doute concernant l'apparition de quelque chose de nouveau, puisse le consulter et voir si l'étoile qu'il venait d'apercevoir avait déjà été observée.

De temps à autre, même si cela n'a pas été fréquent, de nouvelles étoiles furent signalées, durant les siècles qui suivirent Hipparque. En particulier, une nouvelle étoile apparut dans la constellation de Cassiopée, le 11 novembre 1572. L'astronome danois de vingt-six ans, Tycho Brahe (1546-1601), l'observa attentivement et écrivit un livre de 52 pages à son sujet; ainsi, il devint, d'un seul coup, l'astronome le plus célèbre d'Europe. Tycho (il est également connu par son prénom) donna à son livre un très long titre que l'on résume généralement par "Concernant la nouvelle étoile" ou, puisqu'il l'écrivit en latin, "De nova stella". Depuis ce temps-là, une "nouvelle étoile" a été appelée "nova", qui est le mot latin pour "nouvelle"  (°).

En 1609, Galilée (1564-1642) construisit son premier télescope, le braqua vers le ciel, et remarqua tout d'un coup qu'il renforçait nettement la brillance des étoiles, et que nombre d'entre elles, trop sombres pour pouvoir être perçues d'ordinaire devenaient visibles, lorsqu'il pointait vers elles. Il constata ainsi l'existence de nombreuses étoiles invisibles, beaucoup plus grandes en nombre que les étoiles visibles. Si l'une d'entre elles se mettait à briller suffisamment, pour une raison donnée, elle devenait visible à l'oeil nu; ainsi elle aurait été appelée, avant l'apparition du télescope "nouvelle étoile".

En 1596, par exemple, l'astronome allemand David Fabricius (1564-1617) avait repéré une étoile de magnitude 3 dans la constellation de la Baleine qui, finalement, s'évanouit et disparut. Il la considéra comme une étoile temporaire, telles que celles qu'avaient observées Hipparque et Tycho. Au cours du siècle suivant, cependant, l'étoile fut remarquée à la même place, en diverses occasions. Grâce au télescope, on put constater qu'elle était là en permanence mais que l'intensité de sa brillance variait. Lorsqu'elle était au plus faible, l'étoile ne pouvait être visible à l'oeil nu, mais sa brillance pouvait augmenter jusqu'à différents degrés de brillance visible. En 1779, elle fut appelée "Mira" (merveilleuse), bien que son nom scientifique soit Omicron Ceti.

Aujourd'hui, toute étoile est classée comme nova lorsqu'elle brille fortement et soudainement, même si elle commence en étant si sombre qu'au maximum de sa brillance, elle reste invisible à l'oeil nu. Certaines étoiles peuvent également briller et s'assombrir régulièrement; elles sont alors ce que l'on appelle des "étoiles variables" et ne sont pas considérées comme des novas. En revanche, les novas sont généralement classées comme une variété d'étoiles variables.

Avec l'aide du télescope, on s'aperçoit aujourd'hui que les novas ne sont pas les merveilles et les raretés qu'elles semblaient être autrefois. On en rencontre vingt-cinq par an en moyenne dans notre Galaxie, bien que la plupart restent imperceptibles puisque des nuages de poussière nous les cachent et que nous ne pouvons observer que notre partie de la Galaxie. En général, une nova surgit sans prévenir et n'est détectée qu'après qu'elle se soit mise à briller soudainement. Je ne pense pas qu'une personne ait déjà pu observer une étoile et la surprendre sur le point de briller.

Une fois qu'elle a brillé et qu'elle a été détectée, cependant, on peut l'observer après qu'elle ait perdu sa brillance et soit redevenue ce qu'elle était à priori auparavant.

De plus en plus de ces "post-novas" furent étudiées et, durant les années 50, il était devenu clair que chacune d'entre elles sans exception était un doublet rapproché. Ces novas s'avèrent être des paires d'étoiles tournant autour d'un centre de gravité commun, et si proches l'une de l'autre qu'elles sont soumises à une très forte interaction. L'une des étoiles de la paire est toujours une naine blanche, alors que l'autre est une étoile normale.

Ce qui se passe est simple. L'influence exercée par la naine blanche sur sa partenaire ordinaire tend à attirer de la matière riche en hydrogène hors de celle-ci. Cette matière forme un anneau, autour de la naine blanche, qui lentement se dirige en spirale vers cette étoile. Alors que la matière approche la naine blanche, elle est soumise à une attraction gravitationnelle de plus en plus intense qui la condense et produit un phénomène de fusion de l'hydrogène à l'intérieur. La naine blanche brille ainsi toujours un peu plus que si elle était seule en raison des étincelles que produisent les nuages d'hydrogène volés à sa compagne.

De temps à autre, cependant, des amas de matière exceptionnellement important s'échappent de l'étoile (sans aucun doute en raison d'une activité inhabituelle de sa surface) et une énorme quantité d'hydrogène se dirige vers la naine blanche. L'explosion qui en résulte engendre un éclat beaucoup plus important que celui que la naine blanche peut émettre et, vue de la terre, l'étoile (qui à nos yeux apparaît comme un simple point lumineux, incluant les deux compagnes) se met tout d'un coup à briller davantage qu'elle ne l'avait jamais fait. Puis, bien sûr, cet apport d'hydrogène finit par se consumer et l'étoile retrouve sa brillance d'autrefois, jusqu'à une prochaine décharge.

Cependant, l'histoire ne s'arrête pas là.

En 1885, une étoile fut repérée dans la région centrale de ce qui était connu comme la Nébuleuse d'Andromède, un endroit où on n'avait pas pu jusqu'alors repérer d'étoile visible. Cette étoile resta visible pendant un certain temps puis s'évanouit lentement et disparut. Son maximum de brillance n'était pas encore suffisant pour être visible à l'oeil nu, et elle fut considérée comme un spécimen plutôt sans intérêt. Le fait qu'elle soit suffisamment brillante pour émettre autant de lumière que la totalité de la Nébuleuse d'Andromède ne fut pas considéré comme un fait important.

Mais, supposons que la nébuleuse n'ait pas été un amalgame voisin de poussière et de gaz (comme le supposaient alors la plupart des astronomes) mais un ensemble d'étoiles très éloigné, aussi grand et aussi complexe que notre propre Galaxie; cette hypothèse fut retenue par certains astronomes.

Au cours des années 1910, un astronome américain, Heber Doust Curtis (1872-1942) étudia la Nébuleuse d'Andromède et commença à observer des petits éclats à l'intérieur de celle-ci. Il attribua ces éclats à des novas. Si la Nébuleuse d'Andromède était si distante, les étoiles qui se trouvaient à l'intérieur brilleraient si faiblement que, de la Terre, la Nébuleuse apparaîtrait comme une espèce de brouillard. Les novas brilleraient au point d'être repérées individuellement avec un bon télescope mais resteraient très peu brillantes par rapport aux étoiles de notre Galaxie.

Curtis observa un très grand nombre de novas dans la Nébuleuse d'Andromède, des douzaines de fois plus qu'il ne pouvait en apparaître en même temps dans d'autres pans du ciel de même taille. Il conclut que la nébuleuse était elle-même une galaxie qui contenait tellement d'étoiles que, parmi elles, les novas devaient être très nombreuses. Il s'avéra qu'il avait raison. La galaxie d'Andromède (nom qu'on lui donne aujourd'hui) se trouve à une distance d'environ 700 000 parsecs, soit trente fois plus éloignée de nous que l'étoile la plus distante de notre Galaxie. (Je rappelle qu'un parsec est égal à 3,26 années-lumière.)

Dans un tel cas, comment la nova de 1885 avait-elle pu briller au point d'être visible à l'oeil nu? En 1918, Curtis suggéra que la nova de 1885 était exceptionnelle, particulièrement brillante. En réalité, si la Nébuleuse d'Andromède était une galaxie aussi importante que la nôtre, alors la nova de 1885 brillait avec toute la brillance d'une galaxie entière, et était ainsi des milliards de fois plus lumineuse (temporairement) que notre Soleil.

Or, les novas ordinaires ne sont que quelques centaines de milliers de fois plus lumineuses (temporairement) que notre Soleil.

Dans les années 1930, l'astronome suisse Zwicky (1898-1974) chercha avec constance et assiduité des novas appartenant à d'autres galaxies, brillant à un niveau aussi intense qu'une galaxie, et il appela ces étoiles particulièrement brillantes des supernovas. (La nova de 1885 est aujourd'hui appelée "S d'Andromède".)

Alors qu'une nova peut se mettre à briller de nombreuses fois à chaque fois qu'elle reçoit une grande quantité d'hydrogène de la part de son étoile voisine, les supernovas ne brillent qu'une fois.

Une supernova est une grande étoile qui a consommé toute l'énergie se trouvant dans son centre et qui ne peut plus résister à l'attraction de sa propre gravité. Ainsi, elle n'a pas d'autre alternative que de s'effondrer sur elle-même. Durant ce processus, l'énergie cinétique du mouvement interne est convertie en chaleur; et l'hydrogène, encore présent dans les régions extérieures, est chauffé et compressé jusqu'au moment où les réactions de fusion se déclenchent. Tout l'hydrogène disparaît plus ou moins d'un seul coup et l'étoile explose et, libérant toute cette énergie en un bref instant, brille temporairement plus qu'une galaxie entière d'étoiles ordinaires.

Ce qui reste de l'étoile après l'explosion devient une petite étoile à neutrons qui bien sûr n'explosera jamais plus.

Les supernovas sont beaucoup plus rares que les novas ordinaires comme on peut s'en douter. Il y aurait au mieux une supernova pour 250 novas ordinaires. Dans une galaxie de la taille de la nôtre, on aurait ainsi une supernova tous les dix ans, mais la plupart d'entre elles seraient cachées par les nuages de poussière qui nous masqueraient l'explosion. Une fois tous les 300 ans, l'explosion d'une supernova aurait peut-être lieu dans une région visible de notre galaxie.

Naturellement, les supernovas sont beaucoup phis spectaculaires que les novas lorsque les deux sont observées à des distances comparables. A-t-on déjà vu des supernovas dans notre région de la Galaxie?

Oui. La nouvelle étoile observée par Tycho était sans aucun doute une supernova. Elle se mit à briller rapidement pour atteindre une brillance supérieure à celle de Vénus! Elle était visible le jour et, la nuit, jetait une légère ombre. Elle resta très brillante pendant une quinzaine de jours et resta visible à l'oeil nu pendant un an et demi avant de s'évanouir et de disparaître de notre vue.

En 1604, une autre supernova explosa et fut observée par l'astronome allemand Johannes Kepler (1571-1630). Elle n'était pas aussi brillante que la supernova de Tycho, car elle ne fut jamais plus brillante que la planète Mars. Mais il est vrai que la supernova de Kepler était plus éloignée que celle de Tycho.

Cela veut dire que deux supernovas ont été visibles de la Terre en l'espace de trente-deux ans. Si Tycho, qui mourut en 1601 à l'âge de cinquante-quatre ans, avait vécu trois années de plus, il aurait vu les deux.

Et pourtant (c'est bien l'ironie de l'histoire), durant les quatre cents ans qui suivirent, aucune supernova locale n'a pu être observée. Les instruments utilisés par les astronomes ont connu des progrès considérables, télescopes, spectroscopes, appareils de photos, radio-télescopes, satellites, mais aucune supernova n'a fait son apparition. La supernova la plus proche, visible depuis 1604, fut l'S d'Andromède.

Y avait-il eu d'autres supernovas avant Tycho? Oui, bien sûr. En 1054 (peut-être le 4 juillet) une supernova brilla dans la constellation du taureau et fut observée par des astronomes chinois. Elle aussi fut au départ plus brillante que Vénus et ne s'évanouit que lentement. Elle resta visible à l'oeil nu durant le jour pendant trois semaines et durant la nuit pendant deux ans.

A l'exception du Soleil et de la Lune, ce fut l'objet le plus brillant apparu dans le ciel au cours de toute l'histoire. Curieusement, aucune observation de la supernova du Taureau n'a survécu de source européenne ou arabe. Cependant, il y a une suite à cette histoire. En 1731, l'astronome anglais John Bevis (1693-1771) observa le premier une petite parcelle de nébuleuse dans la constellation du Taureau. L'astronome français, Charles Messier (1730-1817) publia un catalogue d'objets nébuleux, quarante ans plus tard, et la nébuleuse du Taureau fut la première de la liste. C'est la raison pour laquelle on la dénomme parfois M 1.

En 1884, l'astronome irlandais. William Parsons (Lord Rosse, 1800-1867) étudia cette nébuleuse et remarqua que le processus partait dans toutes les directions sous la forme d'une pince, et l'appela la "Nébuleuse du Crabe". C'est le nom qu'on lui donne généralement aujourd'hui.

Non seulement la Nébuleuse du Crabe se trouve au point où avait été observée la supernova de 1054, mais, de plus, elle est sans aucun doute le résultat d'une explosion. Les nuages gazeux qui s'y trouvent dérivent vers l'extérieur avec des vitesses que l'on peut mesurer. En faisant le calcul rétrospectivement, il apparaît que l'explosion a eu lieu quelques neuf cents ans auparavant.

Une petite étoile fut détectée au centre de la Nébuleuse du Crabe en 1942, par l'astronome germano-américain Walter Baade (1893-1960). En 1969, l'étoile fut identifiée à un "pulsar", une étoile à neutrons en rotation rapide. Il s'agit du plus jeune des pulsars connus, effectuant trente rotations par seconde, et c'est tout ce qu'il reste de l'étoile géante qui explosa en 1054.

La Nébuleuse du Crabe se trouve à environ 2 000 parsecs, pas très éloignée dans la Galaxie, de telle sorte qu'il n'est pas surprenant que l'explosion ait été aussi brillante. (Les supernovas plus éloignées, de 1572 et 1604, n'ont laissé aucun reste reconnaissable).

Il a pu se produire cependant un événement encore plus suprenant durant la préhistoire.

Il y a environ onze mille ans, à une époque où, au Moyent-Orient, les êtres humains allaient bientôt développer l'agriculture, une étoile qui se trouvait seulement à 460 parsecs (soit moins du quart de la distance de la supernova de 1054) explosa.

A son apogée, la supernova a dû approcher la brillance d'une Lune pleine; cette apparition d'une seconde Lune immobile dans le ciel, sans disque ni croissant visible, qui s'éteignit lentement et resta presque trois ans, a dû paraître comme un phénomène extraordinaire à nos ancêtres préhistoriques.

Naturellement, on ne retrouve aucune trace de cette observation (bien que certains symboles situés dans des sites préhistoriques pourraient indiquer que quelque chose de particulier a été remarqué dans le ciel) mais nous en avons une preuve indirecte.

En 1930, l'astronome russo-américain Otto Struve (1897-1963) détecta une vaste zone de nébulosité dans la constellation des Voiles, située loin au sud dans le ciel et totalement invisible d'endroits aussi au nord que New York, par exemple.

Cette nébuleuse a la forme d'une enveloppe de gaz et de poussière provenant de la supernova des Voiles quelque onze mille ans auparavant. C'est un phénomène tout à fait similaire à celui qui s'est produit pour la Nébuleuse du Crabe, mais cette nébuleuse s'est étendue sur une période de temps douze fois plus importante et c'est la raison pour laquelle elle est beaucoup plus grande.

Celle-ci fut analysée en détail dans les années 1950 par un astronome australien Collin S. Gum, et est connue depuis lors sous le nom de la Nébuleuse de Gum. L'extrémité la plus proche de la nébuleuse ne se trouve qu'à 92 parsecs de nous et, à son rythme d'expansion actuel, elle pourrait traverser le système solaire en quatre mille ans environ. Cependant, la matière qu'elle contient est si fine aujourd'hui (et sera encore plus fine dans quatre mille ans) qu'elle ne pourra nous affecter d'une quelconque manière.

Quand apparaîtra la prochaine supernova visible? Et quelle est l'étoile qui explosera?

Si nous avions pu observer une supernova proche dans son processus d'explosion avec toute la batterie des instruments modernes dont nous disposons aujourd'hui, nous aurions peut-être pu répondre à la question avec une précision étonnante, mais comme je l'ai dit il nous faut compter avec quatre cents ans d'absence d'observation.

Néanmoins, nous avons quelques éléments. Nous savons par exemple que plus l'étoile est massive, plus elle consomme rapidement l'énergie de son noyau, plus courte est sa vie d'étoile ordinaire typique, et plus rapide et catastrophique sera son effondrement interne.

Même une étoile aussi grande que notre Soleil ne projettera, le moment venu, qu'une petite fraction de sa masse, puis s'effondrera tranquillement pour devenir une naine blanche. La masse projetée s'étendra vers l'extérieur formant ce que l'on appelle une "nébuleuse planétaire" en forme d'anneau autour de l'étoile qui, il y a quatre cents ans, était considéré comme précurseur à la formation des planètes.

Pour obtenir une réelle explosion et la transformation en étoile à neutrons, la masse de l'étoile doit être au minimum égale à 1,4 fois la masse du Soleil et, selon toute vraisemblance, une explosion digne de ce nom exige une masse 10 à 20 fois supérieure à celle du Soleil.

De telles étoiles sont rares. Il ne devrait pas y en avoir plus d'une sur 200 000 qui ait une masse suffisante pour devenir une bonne supernova.

Néanmoins, cela fait tout de même un nombre de 100 000 000 dans notre Galaxie et peut-être 300 000 dans la partie qui nous est visible. Ces étoiles géantes ont une durée de vie de seulement un à dix millions d'années (comparé au douze millions d'années du Soleil) : elles explosent donc fréquemment, sur une échelle astronomique.

On pourrait se demander pourquoi les étoiles géantes n'ont pas toutes explosé aujourd'hui, si les supemovas se forment à peu près une fois tous les dix ans. A ce rythme, toutes les étoiles géantes auraient disparu en un milliard d'années, or la Galaxie a à peu près quinze milliards d'années. En réalité, si elles ne durent qu'environ quelques millions d'années avant d'exploser, pourquoi n'ont-elles pas toutes disparu dans les premiers âges de la Galaxie?

La réponse est qu'il s'en forme toujours plus et que toutes les étoiles géantes qui existent quelque part dans la Galaxie aujourd'hui n'ont été formées qu'il y a quelques millions d'années ou moins. Il n'existe aucun moyen de les observer de manière constante, mais cela n'est pas nécessaire. Le début de la transformation vers l'état de supernova est facilement détectable; il nous suffit donc de nous concentrer sur ces étoiles qui ont entamé le processus.

Lorsqu'une étoile atteint sa dernière phase de vie, elle commence à se dilater. Durant cette phase, elle rougit, puisque sa surface se refroidit au fur et à mesure de l'expansion.. L'étoile devient une géante rouge. C'est une étape universelle. A un certain moment dans le futur, dans cinq ou six milliards d'années, notre Soleil deviendra une géante rouge et il se peut que la Terre soit physiquement détruite par ce processus.

Plus l'étoile est massive, plus longue est cette étape de géante rouge : il nous faut donc examiner les étoiles non seulement massives, mais également géantes rouges massives.

La géante rouge la plus proche est Scheat, qui se trouve dans la constellation de Pégase. Elle n'est éloignée de nous que de 50 parsecs et son diamètre est environ 110 fois celui du Soleil. Cette taille est relativement petite pour une géante rouge et, si c'est la taille maximale qu'elle devrait atteindre, elle n'est probablement pas plus massive que le Soleil et ne sera jamais une supernova. Si elle continue à se dilater, il lui reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant d'exploser.

Mira, que nous avons mentionné précédemment, se trouve à 70 parsecs, a un diamètre égal à 420 fois celui du Soleil et est nettement plus massive que le Soleil.

Il existe cependant trois géantes rouges encore plus massives, chacune se trouvant à une distance de 450 parsecs. L'un d'entre elles est Ras Algethi, dans la constellation d'Hercule, avec un diamètre 500 fois plus important que celui du Soleil, une autre est Antarès dans la constellation du Scorpion, dont le diamètre est égal à 640 fois celui du Soleil. (C'est la raison pour laquelle je ne peux pas m'empêcher de garder un oeil sur Antarès lorsque je me trouve aux Bermudes. Imaginons simplement que je sois en train de la regarder au moment même où elle se décide à exploser, et que je vois s'accroître sa brillance bien au-delà de celle de Vénus en l'espace d'une heure ou même moins!)

Béltegeuse, dans la constellation d'Orion, est encore plus importante. Non seulement sa taille est importante, mais elle subit des pulsations et sa brillance varie. Ceci pourrait être le signe qui précède l'explosion. C'est comme si l'étoile était en train de s'effondrer puis, la pression s'élevant au noyau, un petit peu plus d'énergie en était extraite de manière à ce qu'elle se dilate à nouveau. On rencontre aussi une telle pulsation chez Mira.) Cependant, les astronomes ont trouvé aujourd'hui quelle serait la meilleure candidate. Il s'agit d'Eta Carinae située dans la constellation de la Carène. C'est une géante rouge énorme, aussi importante que Béltegeuse, avec une masse estimée à cent fois celle du Soleil.

Elle est entourée de gaz dense en expansion qu'elle laisse échapper comme les derniers râles de la mort. De plus, sa brillance est soumise à des changements marqués et irréguliers, soit en raison d'une pulsation, soit parce que nous la voyons alternativement découverte ou masquée par le nuage qui l'entoure.

Elle peut devenir très brillante. En 1840, elle était la deuxième étoile la plus brillante dans le ciel, surpassée seulement par Sirius (bien qu'Eta Carinae se trouve certainement plus que mille fois plus loin que Sirius).

Aujourd'hui, Eta Carinae n'est pas assez brillante pour pouvoir être perçue à l'oeil nu. Cependant, ses radiations sont absorbées par le nuage qui l'entoure et, ensuite, irradiées sous forme infrarouge. L'on peut avoir une idée de l'énergie qu'elle émet lorsqu'on réalise qu'il s'agit de la source de radiation infrarouge la plus puissante que l'on trouve dans le ciel à l'extérieur de notre système solaire.

Finalement, les astronomes ont récemment détecté de l'azote dans le nuage qu'elle éjecte et ils pensent que cette présence est le signe de la dernière phase dans la période pré supernova. On pourrait parier qu'il ne reste pas plus de dix mille ans à vivre pour Eta Carinae. Elle pourrait aussi exploser demain, puisqu'il faut neuf mille ans à la lumière pour voyager de Eta Carinae jusqu'à nous; il est possible que l'étoile ait déjà explosé et que la lumière de l'explosion se dirige vers nous. Dans tous les cas, les astronomes sont prêts et attentifs.

... Deux pièges? Deux!

Premièrement, Eta Carinae se trouve à 2 750 parsecs de nous, soit vingt fois plus loin que Béltegeuse, et il est certain que la brillance de la supernova sera fortement atténuée par cette distance supplémentaire.

Deuxièmement, la constellation se trouve très loin dans la partie sud du ciel, et la supernova, lorsqu'elle surviendra, ne sera ni visible en Europe ni dans la majeure partie des États-Unis. Mais, on ne peut pas tout avoir.

(°) Le pluriel latin est "novae" mais une déformation progressive a conduit à l'usage plus fréquent de "novas".

13. CENTRES MORTELS

J'ai reçu une lettre d'une personne qui, sachant que j'habite la ville de New York, se demandait comment quelqu'un pouvait supporter de vivre dans une grande ville, ou même dans n'importe quelle ville. Cette personne disait vivre elle-même dans une ville de 5 000 habitants et envisageait d'habiter dans une ville de quelque 600 habitants.

Vous imaginez avec quelle indignation j'ai lu cette lettre. Ma première réaction a été de répondre sèchement à cette personne que le seul avantage à vivre dans une petite ville était la proximité du cimetière, mais je me suis retenu et finalement je n'ai pas répondu. A chacun ses exigences!

Il me semble pourtant qu'il y a en chacun de nous un certain besoin de "centrisme". Une grande ville est le centre d'une région. Au-delà de la ville se trouvent les faubourgs, puis la banlieue, puis les environs. Ces mots indiquent d'eux-mêmes que la ville est par essence le centre et de cet ensemble et que le reste n'est que subsidiaire.

J'éprouve un certain plaisir d'ailleurs à avoir conscience de vivre non seulement dans une ville, mais à Manhattan, qui est le centre de New York, un endroit si original que j'ai tendance à croire que la terre est divisée en deux parties : Manhattan et le reste.

Je suis même assez fier de dire que j'habite le centre géographique de Manhattan, bien que ce ne soit pas tout à fait vrai. Le centre exact de Manhattan se trouve dans Central Park, alors que mon appartement est à environ 500 mètres à l'ouest de ce point.

Et je ne pense pas être le seul "centrocentrique". Tout le monde l'est. Les statisticiens éprouvent beaucoup de difficulté à déterminer exactement le centre des États-Unis. Il est pourtant facile de déterminer le centre d'une région, d'une nation, d'un continent ou d'un océan. Il est facile à tout un chacun de déterminer avec suffisamment de précision une zone dont il serait le centre. Trêve de plaisanterie. Il s'agit maintenant de déterminer le centre de la Terre elle-même, point unique dans tout l'univers. Au temps où l'on croyait que la Terre était un disque plat, entouré par le ciel à l'horizon, chacun devait croire qu'il était le véritable centre du monde. Toutefois, il n'était pas difficile de se rendre compte qu'en réalité la Terre représentait davantage que les seules limites que chacun pouvait percevoir autour de lui à l'horizon. "L'univers égocentrique" dut être remis en cause.

Néanmoins, une certaine résistance s'opposa à l'idée que le centre de la Terre pouvait être relativement éloigné de nos propres pieds. Si nous n'étions pas le centre, alors cette constatation remettrait en cause bien des attitudes. Ainsi, les anciens Juifs étaient tout à fait persuadés que Jérusalem était le centre de la Terre, et en situaient le centre exact à l'intérieur du Temple.

De la même façon, les Grecs étaient persuadés que Delphes était le centre de la Terre, et avaient placé le point central, là où la Pythie s'asseyait, inhalait des vapeurs et proférait ces sons incompréhensibles qui étaient traduits en prophéties.

(On peut supposer que chaque groupe détermine ainsi un univers "culturocentrique", littéralement ou symboliquement.)

Ce petit jeu dut cesser lorsque l'on comprit que la Terre n'était pas plate mais sphérique (pas exactement sphérique, mais ne soyons pas mesquins). Or, la surface d'une sphère n'a pas de centre.

Certes, une sphère en rotation a deux points particuliers sur sa surface, le pôle Nord et le pôle Sud, mais ces deux points se trouvent en des endroits si indésirables qu'ils en perdent leur valeur. Personne n'éprouverait véritablement de fierté à habiter sur l'un ou l'autre des pôles, personne non plus ne se piquerait d'aller établir un centre religieux au pôle Sud ou au pôle Nord.

De manière très arbitraire, nous divisons la surface de la Terre en degrés de latitude et de longitude, et il existe un seul endroit qui se trouve à la latitude 0 et à la Longitude 0. Cela résulte d'une convention humaine. Ce point se trouve dans le golfe de Guinée, à environ 625 kilomètres au sud d'Accra, la capitale du Ghana. Qui irait établir un centre religieux en plein océan?

On pourrait citer d'autres coïncidences arithmétiques. Par exemple, à seulement 130 kilomètres à l'ouest de la Grande Pyramide se trouve un point qui est à 30 degrés de latitude nord et 30 degrés de longitude est. D'aucuns ont suggéré très sérieusement que les anciens Égyptiens avaient eu une arrière-pensée mystique en construisant leur pyramide près du "double 30" (bien sûr, ce "double 30" ne devint une réalité que 4200 ans après la construction des pyramides, lorsque les Anglais définirent le premier méridien, en le faisant passer à travers l'observatoire de Greenwich, près de Londres, pour des raisons de toute évidence culturo-centriques qui leur étaient propres. Cette pyramide "double trente" ne devient ainsi, comme beaucoup de choses, qu'une simple coïncidence).

Pour en revenir à notre sphère, il nous faut en abandonner la surface, si l'on veut parler sérieusement de centre. Le véritable centre, le centre mort, est équidistant de chaque point de la surface. Le centre de la Terre se trouve à 6 378 kilomètres de la surface quel que soit l'endroit où vous vous trouvez. (En considérant que la Terre est une sphère parfaite, et en ignorant ainsi les renflements équatoriaux et les quelques irrégularités mineures que l'on trouve à sa surface.)

Personne d'entre nous n'a le privilège (ni ne souhaite) de vivre au centre de la Terre, mais personne non plus n'est plus proche de ce centre ou plus éloigné qu'un autre, de manière significative, ce qui est une bonne chose. Si nous sommes "excentriques" (au sens littéral du terme), nous le sommes tous au même degré.

Les philosophes grecs furent les premiers à traiter d'une Terre sphérique, et ils continuèrent à faire de leur mieux pour rendre l'univers aussi égocentrique que possible. (Il ne s'agit pas d'une critique. Nous aurions certainement fait la même chose.)

Ils firent du centre de la Terre le centre de l'univers tout entier. Ils voyaient ainsi la Terre entourée d'une série de sphères concentriques qui contenaient tour à tour la Lune, Mercure, Vénus, le Soleil, Mars, Jupiter, Saturne et les étoiles, dans cet ordre, en allant vers l'extérieur. Le centre de chacune de ces sphères coïncidait avec le centre de la Terre.

Les modèles mathématiques qui avaient été utilisés pour prévoir la position des planètes dans le ciel, par rapport à la voûte étoilée, dans l'hypothèse d'un tel univers géocentrique, furent conçus par Hipparque de Rhodes, aux environs de 130 avant J.-C., et perfectionnés par Claudes Ptolémée (90-168), aux environs de 150 après J.-C.

Certains astronomes grecs dont Aristarque de Samos (310-230 avant J.-C.) et Séleucus de Séleucie (190-120 avant J.-C.) exprimèrent leur désaccord, mais furent ignorés.

Ce n'est qu'en 1543 que l'astronome polonais Nicolas Copernic (1473-1543) put montrer que les mathématiques utilisées pour prédire les positions planétaires pouvaient être simplifiées, si l'on supposait que le Soleil était au centre de l'univers à la place de la Terre. L'univers devenait ainsi "héliocentrique".

Copernic pensait que le Soleil était entouré de sphères concentriques qui contenaient Mercure, Vénus, la Terre (et son attachée la Lune), Mars, Jupiter, Saturne et les étoiles dans cet ordre, en allant vers l'extérieur. Le centre de chacune de ces sphères coincidait avec celui du Soleil.

La Terre était de ce fait décalée par rapport au centre et il a bien fallu cinquante ans pour que les astronomes acceptent la notion d'univers héliocentrique. En 1609, l'astronome allemand Johannes Kepler montra que le mouvement réel des planètes à travers le ciel pouvait être mieux expliqué en supposant qu'elles se déplaçaient suivant les orbites elliptiques; cette vision du système solaire devait rester la même jusqu'à nos jours avec quelques raffinements mineurs.

Les ellipses ont des centres comme les cercles et les sphères mais le centre des ellipses qui caractérisent les orbites planétaires ne coïncide pas avec le centre du Soleil. Le Soleil se trouve au foyer de chaque ellipse, ce foyer se trouvant d'un côté du centre.

En 1687, le savant anglais Isaac Newton (1642-1727) présenta sa loi de la gravitation universelle, et d'après celle-ci, il s'avérait que le système solaire pris dans son ensemble avait un centre de gravité. Ce centre de gravité pouvait être considéré comme immobile, alors que tous les corps du système solaire (le Soleil inclus !) tournaient autour de ce centre de manière assez complexe. Le Soleil se trouvait, à tout moment, beaucoup plus près de ce centre de gravité que n'importe quel autre corps du système solaire; ainsi, en première approximation, on pouvait encore affirmer que toutes les planètes tournaient autour du Soleil.

Le centre de gravité était souvent éloigné du centre du Soleil (plus ou moins en direction de Jupiter) pour qu'il se situe au-delà de sa surface; mais à l'échelle du système solaire, le fait que le centre de gravité de ce système se situe à un million de kilomètres du centre du Soleil a peu de signification, et l'on peut encore considérer le Soleil comme approximativement le centre de ce système.

Néanmoins, il s'agit bien du centre de gravité du système solaire qui se trouve au centre de l'univers, au sens copernicien, et nous devrions parler d'univers "systémo-centrique" plutôt que d'univers héliocentrique.

Il paraissait logique de parler d'univers systémo-centrique, même à l'époque de Newton, puisque (autant qu'on pouvait le savoir à l'époque), les étoiles pouvaient être uniformément distribuées autour du système solaire toutes fixées à une sorte de coquille fine et solide (ou "firmament") située juste au-delà de la planète la plus éloignée. Ceci paraissait cohérent avec ce qui était visible (et il est probable qu'une majorité de la population aujourd'hui croit encore à cette explication).

Cette vision systémo-centrique ne fut pas non plus affectée par la découverte des distances réelles entre les planètes et celle de nouveaux éléments du système solaire : planètes, satellites, myriades d'astéroïdes et comètes. Le tout restait cohérent tant que le firmament existait, quelle que que soit sa distance par rapport au centre ou quels que soient le nombre et la diversité des corps qui le peuplaient.

Un premier coup fut porté au firmament, en 1718, lorsque l'astronome anglais Edmund Halley remarqua qu'au moins trois étoiles brillantes, Sirius, Procyion et Arcturus avaient modifié leur position de manière significative depuis l'Antiquité. D'autres astronomes avaient détecté de telles variations de positions concernant d'autres étoiles.

Ainsi, il devenait clair que les étoiles n'étaient pas fixées au firmament, mais se déplaçaient le long de ce dernier à des vitesses variables et dans des directions variables, ce qui rendait plus ou moins incertaine l'hypothèse de l'existence de ce même firmament. Il devenait possible (et en réalité presque certain) de supposer que les étoiles occupaient un volume à l'intérieur duquel elles se déplaçaient de manière aléatoire, comme des abeilles dans une ruche. Si chacune se déplaçait à des vitesses à peu près égales, les étoiles se trouvant les plus proches du système solaire sembleraient se déplacer plus rapidement, alors que celles qui seraient les plus éloignées sembleraient au contraire se déplacer plus lentement, et même si lentement que ce déplacement ne serait pas apparent, même sur de longues périodes de temps. En 1838, l'astronome allemand Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) détermina pour la première fois la distance de la Terre à une étoile. Les distances nous séparant d'autres étoiles furent ensuite rapidement calculées. Il s'avéra que même l'étoile la plus proche se trouve à 1,3 parsec de nous. La distance du Soleil à l'étoile la plus proche est 9 000 fois plus importante que la distance du Soleil à la grande planète la plus éloignée. D'autres étoiles se trouvent à des distances encore plus importantes, de toute évidence, à des centaines et peut-être des milliers de parsecs. Cependant, si les étoiles étaient en nombre fini et distribuées autour du Soleil suivant une sphère symétrique (quelles qu'aient été les distances), on pouvait encore dire que l'univers était systémo-centrique.

Considérons que tous les corps du système solaire, dont le Soleil, tournent autour du centre de gravité de ce système (certains corps, les satellites, tournent autour du Soleil tout en tournant autour du centre de gravité d'un système de satellite particulier. Ainsi, la Lune et la Terre tournent autour du centre de gravité du système Terre-Lune, alors que ce centre de gravité tourne autour du centre de gravité global du système solaire). Il n'est pas nécessaire que les corps du système solaire tournent dans un même plan. Il est clair que l'ensemble des planètes se situe pratiquement dans un même plan, mais, si on inclut les astéroïdes et les comètes, l'ensemble de ces corps forme une sorte de coquille épaisse et sphérique autour du centre de gravité du système solaire avec le Soleil très proche de ce centre. De la même façon, on peut imaginer toutes les étoiles (chacune ayant peut-être son propre système de planète) tournant autour du centre de gravité du système stellaire dans son ensemble et, si ce centre de gravité coïncide ou se trouve proche du centre de gravité du système solaire, alors l'univers entier peut être considéré comme systémo-centrique.

Bien sûr, plus les limites de l'univers furent reculées, plus il fallut admettre qu'il était peuplé de millions d'étoiles, chacune rivalisant avec le Soleil en taille, et moins il y avait de raisons pour que cet univers soit systémo-centrique. Pourquoi l'univers dans son ensemble, avec ses millions d'étoiles, aurait-il pour centre notre système, et pourquoi devraient-elles toutes tourner autour de nous?

La religion donne une réponse simple. C'est Dieu qui a conçu l'univers. Et puisque l'univers était ainsi conçu comme systémo-centrique, on pouvait en déduire que le système solaire avait une importance particulière, ne serait-ce que parce que les êtres humains habitaient ce système, êtres formés à l'image de Dieu. Ainsi, la nature systémo-centrique de l'univers constituait une preuve irréfutable de l'existence de Dieu.

Pour les agnostiques, la seule réponse possible à un tel état de fait était que l'univers semblait ainsi fait et que, peut-être, les progrès de la connaissance nous permettraient un jour de mieux le comprendre.

Pour rejeter le systémo-centrisme, en réalité, il fallait une raison de penser que cette structure n'existait pas, ou que, si elle existait, il ne s'agissait que d'un concours de circonstances et non pas de la structure intrinsèque de l'univers.

Par exemple, supposons que l'univers soit infini en taille et que les étoiles s'étendent de manière continue et infinie dans toutes les directions (le savant allemand Nicolas de Cusa (1401-1464) avait avancé cette thèse dès 1440).

Dans un tel cas, il n'y aurait pas de centre. Chaque point situé dans une sphère infinie a autant le droit de se considérer comme un centre qu'un autre point, et il n'existe aucune position privilégiée. (Cette situation est exactement la même que celle d'un point situé à la surface d'une sphère, surface sur laquelle il n'existe pas de centre ni aucune position privilégiée.) En bref, si l'univers était infini, il semblerait que nous en fussions le centre, mais cela serait vrai quel que soit le système planétaire sur lequel nous pourrions nous trouver. (Maintenir la thèse systémo-centrique serait ainsi tout aussi naïf que, pour un individu, de se considérer comme le centre de l'univers parce qu'il se trouve au centre d'un cercle bordé par l'horizon.)

En 1826, cependant, un astronome allemand Heinrich Wilhelm Matthâus Olbers (1758-1840) fit remarquer que si l'univers était infini en taille et contenait un nombre infini d'étoiles régulièrement réparties dans toutes les directions, le ciel serait aussi brillant que le cerde du Soleil. Il existe, dans cette optique, plusieurs explications à l'obscurité du ciel mais la plus simple est de considérer cette obscurité comme une preuve que l'univers n'est pas infini en taille, et que les étoiles ne sont en nombre infini. Dans ce cas, l'univers, selon la pensée du XIXe siècle, devait avoir un centre, et il semblait que ce fût le système solaire.

A cette époque, cependant, William Herschel avait fait une découverte particulièrement intéressante.

En 1805, alors qu'il avait passé plus de vingt ans à essayer de déterminer le mouvement propre de plusieurs étoiles (c'est-à-dire leur mouvement relatif à une étoile très peu brillante et donc a priori très éloignée, trop éloignée pour qu'elle ait elle-même un mouvement apparent). Il finit par démontrer que, dans une certaine partie du ciel, les étoiles semblaient généralement se déplacer en s'éloignant d'un centre particulier ("l'apex"). Ce mouvement n'était pas uniforme ou universel, mais il semblait être généralement assez répandu.

Dans l'endroit du ciel directement opposé à l'apex, les étoiles semblaient en revanche se déplacer vers un centre imaginaire, "l'antapex". L'apex et l'antapex étaient à 180 degrés l'un de l'autre.

Une des façons d'expliquer ce phénomène était de supposer que ce que Herschel avait découvert était effectivement en train de se réaliser : c'est-à-dire que les étoiles s'éloignaient l'une de l'autre dans une certaine partie du ciel et, en revanche, se rapprochaient l'une de l'autre dans la partie opposée; se faisant, elles tournaient autour d'un système solaire au large de celui-ci. S'il en était ainsi, quel témoignage éclatant quand à la position particulière occupée par le système solaire!

Une autre interprétation de cette observation était cependant possible. On pouvait considérer effectivement que le Soleil lui-même se déplaçait par rapport aux étoiles environnantes. (Suffisamment proches pour avoir un mouvement propre détectable.)

Supposons par exemple que nous soyons au milieu d'une forêt d'arbres disposés de manière aléatoire et relativement distants l'un de l'autre. En regardant dans n'importe quelle direction, les arbres qui nous sont proches paraissent très distants l'un de l'autre; en revanche, ceux qui sont de plus en plus éloignés semblent de plus en plus près les uns des autres. En nous déplaçant dans une certaine direction, les arbres se trouvant dans cette direction se rapprochent de nous et paraissent ainsi de plus en plus distants les uns des autres. En revanche, les arbres situés dans la direction opposée s'éloignent de nous et paraissent ainsi de plus en plus proches les uns des autres.

C'est un effet banal de perspective, si banal que personne ne le remarque même plus sauf les enfants. Nous nous habituons à ce phénomène.

Il devient alors assez logique de penser que "l'effet Herschel" résulte ainsi du déplacement Soleil. Aucun astronome ne pense qu'une autre explication est nécessaire. Grâce aux observations faites depuis l'époque d'Herschel, les astronomes sont maintenant presque certains que le Soleil se déplace (par rapport aux étoiles proches) en se dirigeant vers un point de la constellation de la Lyre à une vitesse de 20 kilomètres par seconde.

Comment cela peut-il affecter la systémo-centricité de l'univers?

Si le Soleil se déplace, emmenant sans aucun doute avec lui son système planétaire (dont la Terre), il ne peut alors être considéré comme le centre fixe de l'univers.

Il devrait cependant toujours y avoir un centre de gravité immobile du système stellaire autour duquel toutes les étoiles individuelles tournent, et si le système solaire n'est pas situé en ce point, il semblerait néanmoins qu'il en soit proche.

Tout comme le Soleil se déplace suivant une orbite serrée autour du centre de gravité du système solaire, le système solaire peut se déplacer suivant, lui aussi, une orbite serrée autour du centre de gravité du système stellaire. Dans ce cas, si l'univers n'est pas parfaitement systémo-centrique, il n'en est pas très loin.

En revanche, il se peut également que le système solaire se déplace selon une orbite très allongée autour du centre de gravité du système solaire (comme une comète se déplaçant autour du centre de gravité de ce système). Dans ce cas, le système, pendant pratiquement toute son histoire, s'est trouvé très éloigné du centre de gravité mais s'en trouve maintenant relativement proche. En considérant la taille de l'univers et le rythme de déplacement des étoiles par rapport à cette taille, il paraîtrait vraisemblable que le système solaire ait été relativement proche du centre de gravité du système stellaire pendant plusieurs milliers d'années, dans le passé, et en reste relativement proche pour encore plusieurs milliers d'années, dans le futur.

Quelle que soit la forme réelle de l'orbite, un système solaire se déplaçant signifie que l'univers n'est pas systémo-centrique par son architecture, mais simplement en raison des circonstances, et il se peut qu'il ne reste pas ainsi de manière permanente.

N'avoir comme seule preuve de la systémo-centricité de l'univers que celui-ci semble posséder une symétrie sphérique, ne paraît pas très satisfaisant. Nous ne pouvons voir toutes les étoiles, alors comment peut-on dire qu'elles sont réellement distribuées selon une symétrie sphérique? Il serait évidemment intéressant de pouvoir observer des marques et des repères dans le ciel qui nous aident à déterminer cet état de systémo-centricité ou de non systémo-centricité.

Un tel repère existe, et est même très évident. C'est la Voie Lactée, cette bande de brouillard lumineux qui entoure le ciel et le divise en deux moitiés à peu près égales.

En 1609, le savant italien Galilée, braquant pour la première fois un petit télescope vers le ciel, put montrer que la Voie Lactée n'était pas seulement un brouillard lumineux, mais était constituée d'une foule considérable d'étoiles très peu brillantes, trop nombreuses et émettant une luminosité trop faible pour pouvoir étre identifiées individuellement sans télescope.

Pourquoi y aurait-il tant d'étoiles à observer en direction de la Voie Lactée, et si peu (en comparaison) ailleurs?

Dès 1742, un astronome anglais du nom de Thomas Wright (1711-1786) suggéra que le système stellaire n'avait pas une symétrie sphérique, en utilisant la Voie Lactée comme base de son raisonnement.

En 1784, Herschel (qui devait démontrer plus tard que le Soleil se déplaçait) décida de vérifier l'asymétrie de l'univers par une observation directe. Il était pratiquement impossible d'essayer de compter toutes les étoiles. Au lieu de cela, il choisit 683 petites taches de même taille, distribuées de manière uniforme sur toute la voûte céleste et compta toutes les étoiles visibles à travers son téléscope dans chacune de ces taches. En quelque sorte, il fit un sondage dans le ciel.

Il remarqua le nombre d'étoiles par tache grandissait au fur et à mesure qu'il s'approchait de la Voie Lactée et atteignait un maximum dans le plan de cette Voie Lactée, et un minimum dans la direction située à angle droit de ce plan.

Il sembla à Herschel que le moyen le plus simple d'expliquer ce phénomène était de supposer que le système stellaire n'était pas sphérique mais au contraire avait la forme d'une lentille. Si l'on suivait le long diamètre de la lentille, on observerait plus d'étoiles que si l'on observait dans n'importe quelle autre direction. On en verrait tant, en réalité, qu'elles se fondraient indistinctement pour former le brouillard de la Voie Lactée. En s'éloignant du plan de la Voie Lactée, l'on irait vers des régions de l'espace de plus en plus vides d'étoiles et l'on observerait donc une densité de moins en moins grande d'étoiles.

Herschel appela ce système stellaire en forme de lentille, "Galaxie", venant des mots grecs signifiant "voie lactée".

Si le système solaire était éloigné du plan central défini par les diamètres les plus longs de la Galaxie, on observerait la Voie Lactée comme un cercle de lumière confiné d'un côté du ciel. Elle ressemblerait à une sorte d'anneau, avec une concentration d'étoiles plus forte au centre de l'anneau qu'à l'extérieur. Plus on se trouverait éloignés d'un côté du plan, plus le cerde de lumière formant cet anneau serait petit, plus dense serait le tissu d'étoiles se trouvant à l'intérieur, et moins dense serait le tissu d'étoiles se trouvant à l'extérieur.

Il s'avère cependant que la Voie Lactée divise le ciel en deux moitiés, le nombre des étoiles étant également réparti entre les deux. C'est une preuve assez irréfutable que nous sommes sur le plan central de la Galaxie, ou au moins très proches.

Même si nous étions sur ce plan central, nous pourrions être très éloignés du centre de ce plan. Si tel était le cas, alors la Voie Lactée serait beaucoup plus épaisse et plus lumineuse d'un côté de son cercle que de l'autre. Et plus nous serions éloignés de ce centre, plus important serait l'asymétrie.

Il s'avère cependant que la Voie Lactée est relativement uniforme en termes de largeur et de luminosité tout autour du ciel : le système solaire doit donc être au centre ou au moins très proche de ce centre.

A l'époque d'Herschel, et durant un siècle après lui, la plupart des astronomes pensaient que la Galaxie était systémo-centrique et qu'elle contenait toutes les étoiles de l'univers; l'univers lui-même devait donc être systémo-centrique.

Ce point de vue resta en vigueur jusqu'au début des années 20, lorsque l'astronome hollandais Jacobus Comélis Kapteyn (1851-1922) estima que la Galaxie (et l'univers) avait une largeur de 17 000 parsecs et une épaisseur de 3 400 parsecs, avec le système solaire proche de son centre.

En réalité, tout cela était faux. Le système solaire n'était pas plus au centre de la galaxie (en dépit de la preuve apportée par la Voie Lactée) que la Terre n'était le centre du système planétaire. Nous verrons dans le prochain chapitre comment tout cela fut découvert.

14. DANS LA BROUSSE

J'ai évoqué dans le chapitre précédent le penchant que certaines personnes éprouvent à se prendre pour le centre de l'univers (ou d'autre chose). Tout d'abord, chacun pensa qu'il était lui-même le centre, puis cette position fut abandonnée (avec réticence) au profit d'un site culturel d'une certaine importance, puis de la Terre elle-même et enfin du système solaire. Aussi tard que dans les années 1910, il paraissait encore raisonnable de supposer que le système solaire était au centre de la Galaxie (et que la Galaxie était à peu de choses près tout l'univers).

Après tout, les différents corps célestes semblaient répartis de manière symétrique par rapport à nous. Ainsi, les étoiles n'étaient pas réparties de manière plus dense dans une moitié ou l'autre du ciel; et la Voie Lactée, qui représente la Galaxie vue à travers son plus long diamètre, divise le ciel en deux parties plus ou moins égales.

Avant qu'une bonne raison nous empêche de supposer que notre position n'est pas centrale, il nous faut découvrir une preuve irréfutable de l'asymétrie du ciel.

Et il en existe une. L'histoire de cette asymétrie commence avec Charles Messier, qui se spécialisa dans l'étude des comètes. Il fut l'un des premiers à repérer la comète de Halley au cours de l'un de ses retours, en 1759, retour qui avait été prévu par Edmund Halley. (Voir chapitre 10).

Durant les quinze années qui suivirent, Messier découvrit pratiquement toutes les comètes qui furent découvertes, vingt et une d'entre elles, d'après ses propres comptes. C'était la passion de sa vie et l'on rapporte que, alors qu'il se trouvait près du lit de mort de sa femme au moment même où il aurait pu découvrir une comète, finalement annoncée par un astronome français concurrent, il pleura sur cette comète perdue et oublia complètement sa femme.

Quelque chose avait particulièrement ennuyé Messier tandis qu'il cherchait des petits objets fuyant dans le ciel, indicateurs de la présence d'une comète distante en direction du Soleil, il tombait de temps à autre sur une espèce de petit objet fuyant qui s'avéra être toujours présent dans le ciel. Entre 1774 et 1784, il dressa et publia une liste de 103 objets qui, lui semblait-il, devaient être mémorisés par tout chasseur de comètes qui se respecte afin d'éviter toute méprise entre ces objets sans intérêt et les traces du passage d'une comète, seule chose méritant attention. Ces corps célestes dont il avait dressé la liste sont ensore appelés c Messier 1 >, c Messier 2> ou c M1 >, c M2 >, etc.

Et pourtant, il s'avère que les découvertes de comètes de Messier sont relativement banales, alors que les objets dont il fit la liste, qui devait dans son esprit permettre aux astronomes de mieux les ignorer, s'avérèrent d'une impor-tance capitale. Le premier corps céleste de cette liste, par exemple, est en réalité le corps céleste le plus important dans le ciel après le système solaire, c'est-à-dire la Nébuleuse du Crabe.

Un autre objet de la liste Messier, M 13, fut rapporté pour la première fois en 1714 par Halley, le Saint Patron de tous les chasseurs de comètes.

En 1781, William Herschel reçut une copie de la liste de Messier. Son ambition était d'examiner chaque corps céleste. 11 se décida donc à examiner chacun des éléments apparaissant sur cette liste, dont bien sûr M 13.

Herschel, qui n'avait pu s'offrir un bon télescope lorsqu'il commença à s'intéresser à l'astronomie, se décida à fabriquer le sien et réussit finalement à construire les meilleurs télescopes de son époque. Le télescope qu'il utilisa pour observer les objets de Messier était de loin meilleur que ceux dont disposaient Halley ou Messier. Et lorsque Herschel regarda M 13 il ne vit pas seulement une traînée lumineuse, comme les deux précédents astronomes, mais une concentra-tion sphérique très dense d'étoiles.

Herschel fut le premier à interpréter de manière correcte la nature de ce que nous appelons aujourd'hui des c amas globulaires >. Puisque M 13 se trouve dans la constellation d'Hercule, il est parfois appelé c grand amas d'Hercule >. Herschel découvrit d'autres amas globulaires et il s'avéra que 1/4 des corps célestes de la liste de Messier étaient des amas globulaires.

Ces amas sont formés de centaines de milliers d'étoiles, les plus importants d'entre eux en comprenant certainement des millions. La densité en étoiles de ces amas est énorme. Au centre d'un amas important de ce type, il pourrait y avoir environ 1 000 étoiles par parsec cube, alors que dans notre environnement céleste, la densité n'est que de 0,075 étoile par parsec cube.

Si nous étions au centre d'un grand amas globulaire (et que nous puissions survivre dans cet endroit), nous verrions un ciel de nuit, rempli d'environ 80 millions d'étoiles visibles, dont (si la distribution de la luminosité était la même que celle que nous voyons) plus de 250 000 seraient de magnitude 1 ou plus.

Pourtant, ces amas globulaires se trouvent si loin que la concentration de toutes ces étoiles forme des ensembles qui sont, à quelques exceptions près, visibles à l'oeil nu de la Terre.

Le point le plus intéressant à propos de cette centaine d'amas globulaires que nous connaissons aujourd'hui est que la presque totalité d'entre eux se trouve du même côté du ciel, alors que l'autre côté n'en contient pratiquement pas. Environ un tiers d'entre eux peuvent être localisés dans cette portion du ciel sous-tendue par la seule constellation du Sagittaire.

Cette asymétrie fut remarquée pour la première fois par le fils de Herschel, John, (1792-1871) astronome comme son père.

C'est l'asymétrie la plus remarquable que l'on puisse observer dans le ciel, et pourtant elle n'est pas suffisante pour remettre en cause la supposition selon laquelle le système solaire se trouve au centre de la Galaxie. Il existe peut-être après tout une chance pour qu'il ne s'agisse en réalité que d'une coïncidence et que les amas globulaires se trouvent là par hasard d'un seul côté par rapport à nous.

1904 marqua un tournant, lorsque l'astronome australien Henrietta Swan Leavitt (1868-1921) mit en évidence pour la première fois la relation entre la longueur de la période d'un certain type d'étoile variable appelée c céphéide > et sa luminosité intrinsèque ou c luminosité >.

Cela signifiait qu'il était possible, en principe, de comparer la luminosité d'une céphéide avec sa brillance apparente dans le ciel, et d'en déduire sa distance, distance trop grande pour pouvoir être estimée d'une autre façon.

En 1913, l'astronome danois Ejnar Hertzsprung (1873-1967) devait concrétiser cette nouvelle approche, et fut le premier à estimer les distances réelles de certaines céphéi-des.

Cela nous conduit à l'américain Harlow Shapley (1885-1972) qui devint astronome par accident. Il était entré à l'Université du Missouri pour devenir journaliste mais il advint que l'école de journalisme ne devait ouvrir qu'un an plus tard, et le jeune Shapley s'inscrivit à un cours d'astro-nomie simplement pour passer le temps. Il ne devint jamais journaliste.

Shapley éprouva un intérêt grandissant pour les céphéides et, en 1913, il démontra qu'elles n'étaient pas des étoiles binaires s'éclipsant l'une l'autre. Il suggéra qu'elles étaient au contraire des étoiles pulsantes. Dix ans plus tard environ, l'astronome anglais Arthur Stanley Eddington (1882-1944) élabora la théorie des pulsations des céphéides en détail et mit fin au débat.

En rejoignant l'observatoire du mont Wilson en 1914, Shapley décida d'analyser les étoiles variables des amas, globulaires. Ce faisant, il découvrit qu'ils contenaient des étoiles d'une espèce appelée < variable du type RR Lyre > en raison du fait que l'exemple le plus connu de cette catégorie était une étoile appelée < RR Lyre >.

La façon dont la lumière émise par une variable RR Lyre augmente et diminue est semblable à celle d'une céphéide, mais la période de variation de cette dernière est plus petite. Les variables RR Lyre ont généralement une période inférieure à un jour, alors que les céphéides ont une période d'environ une semaine.

Shapley décida que la différence dans la période de variation n'était pas significative, et que les RR Lyre étaient simplement des céphéides à courtes périodes. Il estima ainsi que la relation entre la brillance et la période définies par Leavitt à propos des céphéides pourrait s'appliquer aux variables RR Lyre de la même façon. (En cela, il s'avéra qu'il avait raison).

Il se décida à enregistrer la brillance et la période des variables RR Lyre dans chacun des 93 amas globulaires alors connus, ce qui lui donna immédiatement la distance relative de ces amas. Puisqu'il connaisait la direction dans laquelle ils se situaient, et qu'il avait déterminé leur distance relative, il put construire un modèle tridimensionnel de leur distribution.

En 1918, Shapley put démontrer, à sa grande satisfaction (et bientôt à celle de tous les astronomes), que les amas globulaires étaient distribués suivant une symétrie sphérique autour d'un point situé dans le plan de la Voie Lactée, mais un point qui se trouvait très éloigné du système solaire.

Si le système solaire se trouvait au centre ou proche du centre de la Galaxie, cela signifiait que les amas globulaires étaient centrés autour ou au-delà d'une extrémité de la Galaxie. Cette mauvaise distribution dans les cieux de la Terre, serait ainsi un signe de leur distribution asymétrique réelle par rapport à la Galaxie.

Cependant, cela ne parut pas très raisonnable. Pourquoi ces énormes amas d'étoiles trouveraient-ils quelque chose de particulièrement intéressant à une extrémité de la Galaxie alors que toute notre expérience fondée sur la loi de la gravitation universelle nous invitait à croire que ces amas devaient être distribués symétriquement autour du centre de la Galaxie? Shapley franchit un pas décisif en affirmant que les amas globulaires étaient bien distribués autour du centre de la Galaxie et que ce que nous pensions être une extrémité était en réalité le centre de la Galaxie; c'était donc nous, et non les amas globulaires, qui étions à son extrémité.

Mais s'il en était ainsi, il devenait nécessaire d'expliquer l'asymétrie de tout le reste du ciel. Si nous étions situés à une extrémité de la Galaxie, et si son centre se trouvait en direction du Sagittaire, là où les amas globulaires étaient le plus concentrés, pourquoi la Voie Lactée n'était-elle pas beaucoup plus brillante du côté du Sagittaire que du côté des Gémeaux?

De telles questions exigeaient une réponse, d'autant que se posa rapidement le problème des preuves à ce que Shapley avait avancé.

Durant les années 1920, les nébuleuses c spirales ), observées çà et là dans le ciel, s'avérèrent être constituées de vastes assemblées d'étoiles et non de masses gazeuses, comme on avait pu le supposer. La galaxie en spirale la plus proche se trouve dans la constellation d'Andromède, et une étude de la Galaxie d'Andromède montra qu'elle possédait également des amas globulaires, tout comme ceux de notre propre Galaxie, même si l'on considère que ceux de la Galaxie d'Andromède se trouvent à des distances beaucoup plus éloignées.

Les amas globulaires de la Galaxie d'Andromède étaient distribués suivant une symétrie sphérique autour du centre de la galaxie, exactement comme Shapley l'avait affirmé pour les amas globulaires de notre propre Galaxie. Ce comportement des amas globulaires de la Galaxie d'Andromède se manifestait de façon évidente, et il n'y avait aucune raison de croire que les nôtres se comportaient différemment.

Ainsi, on finit par accepter (et cela fut d'ailleurs finalement démontré sans doute possible) que notre Voie Lactée est une galaxie en spirale semblable à la Galaxie d'Andromède et que le système solaire ne se trouve pas en son centre, mais très éloigné dans un de ses• bras spiraux.

L'humanité, la Terre, le Soleil, le système solaire entier n'est donc pas proche du centre de notre Galaxie. Pas du tout! Nous sommes dans la banlieue galactique, dans la brousse de la Galaxie. Cela peut paraître humiliant, mais il en est ainsi.

Ce qui est certain, c'est que nous sommes dans le plan galactique ou tout du moins très proches. C'est la raison pour laquelle la Voie Lactée coupe le del en deux parties égales.

Mais l'asymétrie? Pourquoi la Voie Lactée est-elle égale-ment brillante d'un côté à l'autre? Si nous examinons la Galaxie d'Andromède, et d'autres galaxies en spirale suffi-samment proches pour être analysées en détail, nous trouvons que les bras spiraux sont riches en nuages de poussières qui ne contiennent pas d'étoiles, et qui ne sont ainsi pas illuminées. Ce sont les < nébuleuses de poussières obscures >.

Si de telles nébuleuses sombres existaient dans l'espace, très éloignées de toute étoile, on ne pourrait pas les voir. Ce serait pour ainsi dire du noir sur du noir. Si en revanche, il y avait des nuages d'étoiles derrière les nébuleuses, les particules de poussière se trouvant dans la nébuleuse formeraient une matière propre à absorber, réfléchir et disperser la lumière arrivant derrière, et les observateurs pourraient distinguer ces nuages de masse noire en contraste avec la lumière des étoiles présentes de chaque côté.

Les bras spiraux de notre propre Galaxie ne font pas exception.

William Herschel, lui-même, dans l'inlassable étude qu'il avait entreprise pour examiner tout ce qui se trouvait dans le ciel, localisa des endroits de la Voie Lactée où il y avait des interruptions, nettement marquées, dans la distribution régulière des nombreuses étoiles éteintes, des régions dans lesquelles il n'y avait aucune étoile visible. Herschel pensa qu'il s'agissait là de zones réellement vides d'étoiles, et que ces tubes vides étaient orientés de telle sorte que l'on pouvait regarder à travers. Il s'agissait certainement là, disait-il, d'un c trou dans les cieux >.

On localisa de plus en plus de ces zone (on en dénombre aujourd'hui plus de 350) et il parut de plus en plus improbable qu'il y eût autant de trous sans étoiles dans le ciel. Aux environs de 1900, l'astronome américain Edward Emerson Barnard (1857-1923) et l'astronome allemand Max Franz Joseph Cornelius Wolf (1863-1932) suggérèrent chacun de leur côté que ces interruptions dans la Voie Lactée étaient des nuages sombres de poussière et de gaz qui obscurcissaient la lumière de nombreuses étoiles se trouvant derrière.

C'était donc ces nébuleuses obscures qui expliquaient l'asymétrie de la Voie Lactée. La Voie Lactée se trouvait si embarrassée de telles nébuleuses obscures que la lumière, provenant des régions centrales de la Galaxie et de ses bras spiraux, situés au-delà de son centre, était totalement obscurcie. Tout ce que nous pouvons voir de la Terre est simplement l'environnement immédiat des bras spiraux de la Galaxie. Nous pouvons voir à peu près aussi loin dans la Voie Lactée, dans toutes les directions, c'est pourquoi ce que nous voyons du ciel est symétrique.

Non seulement Shapley détermina la distance relative des amas globulaires, mais il conçut également un système statistique de traitement des variables RR Lyre de manière à pouvoir estimer la distance absolue entre la Terre et les amas globulaires. Le raisonnement de Shapley était légitime mais il y avait, un facteur qu'il n'avait pas pris en considération ce qui le conduisit à surestimer la taille de la Galaxie. Il s'agissait à nouveau d'un problème d'obscurcissement de la lumière, même en l'absence de nébuleuse obscure.

Il existe un phénomène analogue dans l'atmosphère terrestre. Les nuages atmosphériques dans le ciel peuvent de toute évidence obscurcir le Soleil; même un ciel clair dépourvu de tout nuage n'est pas complètement transparent. Une partie de la lumière est dispersée et absorbée. Cela est particulièrement remarquable près de l'horizon où la lumière doit traverser une épaisseur beaucoup plus importante d'atmosphère pour atteindre nos yeux ou nos instruments. Ainsi le Soleil à l'horizon a ses rayons si affaiblis que nous pouvons très souvent le regarder en face en toute impunité et, quant aux étoiles, elles peuvent être obscurcies jusqu'à devenir invisibles.

De même, on trouve des atomes, des molécules et même des particules de poussière parsemés dans l'espace c clair >. L'espace est bien sûr beaucoup plus clair que notre atmosphère, mais la lumière des étoiles doit voyager plusieurs trillions de kilomètres pour nous atteindre, et sur une telle distance, tous les petits morceaux de matière rencontrés produiront un effet cumulatif non négligeable.

Cela fut établi clairement en 1930 par l'astronome suisse-américain Robert Julius Trumpler (1886-1956) qui démontra que la brillance des amas d'étoiles diminuait avec la distance, un peu plus rapidement que si l'espace était complètement pur. Il postula donc l'existence d'une matière interstellaire extrêmement fine; ce qui fut amplement vérifié par la suite.

La présence d'une telle poussière dans l'espace c clair >, que Shapley n'avait pas pris en compte, affaiblit les variables RR Lyre des amas globulaires, de sorte que les estimations de distances les concernant sont un peu plus importantes que la distance réelle. Une fois introduite la correction de Trumpler, la taille de la Galaxie fut révisée en baisse par rapport à l'estimation de Shapley, et les valeurs trouvées alors sont toujours acceptées aujourd'hui.

A présent, la Galaxie est considérée comme un vaste objet en forme de lentille qui, vu en coupe, est très grande dans le sens de la largeur, et relativement étroite en haut et en bas.

Son diamètre le plus long est d'environ 30 000 parsecs (ou environ 100 000 années-lumière ou environ 9 x 10" kilomètres). Elle a une épaisseur d'environ 5 000 parsecs au centre, et d'environ 950 parsecs de notre côté, là où se trouve le système solaire. En comparaison, l'étoile la plus proche, Alpha du Centaure, se trouve à environ 1,3 parsec de nous, et si cette étoile (ou notre Soleil) se trouvait à la distance de 15 parsecs, nous pourrions à peine la voir à l'oeil nu.

Du centre de la Galaxie jusqu'à son périmètre extérieur, la distance est d'environ 15 000 parsecs, et nous nous trouvons à environ 9 000 parsecs de ce centre. Nous sommes ainsi à plus de la moitié du chemin entre le centre et le périmètre extérieur qui se trouve à 6 000 parsecs de nous en direction opposée au centre.

A partir des études d'autres galaxies, nous avons décou-vert, durant le dernier quart de siècle, que les centres galactiques sont des lieux particulièrement violents et turbu-lents. Ils sont en réalité si violents, qu'il semble impossible que la vie telle que nous la connaissons puisse se développer normalement dans les régions centrales des galaxies alors qu'elle paraît plus vraisemblable c dans la brousse ›, là où nous sommes.

Le problème est que, de là où nous sommes, les distances jusqu'aux centres des autres galaxies sont beaucoup trop importantes pour pouvoir être étudiées correctement. Le centre de la galaxie géante la plus proche, la Galaxie d'Andromède, se trouve à environ 700 000 parsecs de nous, par exemple. La seule région comparable qui soit plus proche de nous, est le centre de notre propre Galaxie, qui ne se trouve qu'à 9 000 parsecs, soit moins de 1/80 de la distance du centre de la Galaxie d'Andromède. Le problème est que nous ne pouvons pas même voir le centre de notre propre Galaxie.

Mais, lorsque je dis que nous ne pouvons pas le voir, c'est à la lumière visible, car il est en permanence masqué par un brouillard de poussière galactique.

Sur la Terre, cependant, lorsque le brouillard masque notre vue, nous pouvons utiliser un radar. Les ondes courtes radio émises et reçues par notre radar peuvent traverser ces nuages et ce brouillard sans problèmes.

Or, il s'avère que les objets astronomiques capables d'émettre de la lumière sont également capables d'émettre des ondes radio, et durant certaines périodes, ces ondes radio sont émises avec une très grande intensité. De telles ondes, à la différence des ondes lumineuses peuvent traverser sans problème de fortes densités de nuages de poussière.

En 1931, Karl Jansky détecta pour la première fois des ondes radio dans le ciel. Ces ondes radio auraient pu venir du Soleil qui, lorsqu'il se trouve à l'apogée de son activité solaire, est la source radio la plus importante (en raison de sa forte proximité, comparée aux distances stellaires). Cependant, le Soleil se trouvait à l'époque dans une période calme, et Jansky repéra la deuxième source la plus importante qui se trouvait être un point du Sagittaire.

Bien sûr, le Sagittaire se situe dans la direction du centre galactique, mais il n'y avait aucune raison particulière pour que cette onde radio intense que Jansky avait détecté ne provienne de ce centre.

Avec les radio-télescopes dont nous disposons aujourd'hui, on peut localiser précisément la source d'émission, et cette source a été définie aujourd'hui comme un point n'étant pas plus large que 0,001 seconde d'arc.

Cela est extraordinairement petit. La planète Jupiter, lorsqu'elle est le point le plus proche de nous, a un diamètre de 3 000 secondes d'arc : la source radio du centre galactique a donc une largeur qui est seulement de 1/3 000 000 de la largeur apparente de Jupiter dans notre ciel, et Jupiter n'apparaît que comme un point lumineux.

Bien sûr, la source centrale est beaucoup plus éloignée que ne l'est Jupiter et, si nous tenons compte de cette distance, la largeur de cette source serait d'environ trois milliards de kilomètres. Si, en imagination, on transférait cette source centrale à la position du Soleil, on l'apercevrait comme ayant la taille d'une gigantesque étoile rouge géante, remplissant l'espace jusqu'à l'orbite de Saturne pourtant distante.

Pourtant, malgré cette taille à l'échelle du système solaire, elle est tout à fait insuffisante pour expliquer l'énergie qui s'en dégage. Une étoile ordinaire, comme notre Soleil, dégage des irradiations par fusion nucléaire, mais aucune fusion nucléaire d'une telle intensité ne peut être contenue dans une source centrale de cette taille et produire l'énergie qu'elle semble produire.

La seule source d'énergie susceptible d'être aussi efficace est l'effondrement gravitationnel. Ainsi on pense de plus en plus qu'au centre de la Galaxie (et probablement aux centres de toutes les galaxies et mêmes de tous les amas globulaires de taille respectable) se trouve un trou noir.

Notre trou noir galactique pourrait avoir une masse égale à un million de fois celle du Soleil. Il devrait être en croissance progressive, avalant de la matière existant en forte concentration dans le coeur de la Galaxie (où les étoiles sont distribuées en plus forte densité qu'au coeur d'un amas globulaire) et convertissant une partie de cette masse en énergie qu'il irradie.

Les plus grandes galaxies devraient avoir des trous noirs plus massifs, irradiant encore plus fortement au fur et à mesure qu'ils absorbent de la matière. Les galaxies actives, telles que les galaxies de Seyfert (repérées pour la première fois en 1943 par l'astronome américain Karl Keenan Seyfert (1911-1960) doivent produire des quantités d'énergie encore plus grandes à l'intérieur de leurs centres extraordinairement lumineux. Quant aux quasars, que l'on pense de plus en plus être des super-galaxies de Seyfert, ils doivent être le siège d'une violence probablement atteinte nulle part ailleurs dans notre univers.

Nous pourrions peut-être avoir une idée de ces manifesta-tions violentes et super-violentes en étudiant en détail le centre, pas si éloigné, de notre Galaxie, centre dont nous ne suspections même pas l'existence il y a une soixantaine d'années.

MATHEMATIQUES

15. ALCHIMIE

Il m'arrive très souvent de jouer avec les nombres, ajouter, retrancher, multiplier, diviser, etc... Cet exercice n'a pas de véritables objectifs scientifiques, car je suis dénué de tout talent mathématique. Ce que je fais simplement avec les nombres est de les empiler comme des cubes. L'objet de cette manipulation est simplement de protéger mon esprit de l'érosion de l'ennui.

C'est ainsi que je me suis amusé à étudier la relation des nombres par rapport à leur carré de la manière suivante :

C'est alors qu'on s'aperçoit d'une certaine régularité. Si l'on parcoure l'échelle des entiers, en soustrayant chaque entier à son carré, le premier entier donne 0 : 1 - 1 = 0. On doit alors y ajouter 2 pour obtenir 2, le résultat de l'entier suivant; puis 4 pour obtenir 6; 6 pour obtenir 12; 8 pour obtenir 20; 10 pour obtenir 30. Ainsi, en suivant la progression des entiers, on obtient l'échelle des nombres pairs, ce qui nous permet de prévoir les nombres 42, puis 56, puis 72, sans avoir à effectuer les soustractions 49 - 7, 64 - 8, et 80 - 9. Amusant.

J'ai ensuite essayé autre chose. J'ai écrit chaque chiffre puis placé en face de ce chiffre le résultat que j'ai obtenu en le soustrayant de son carré, puis j'ai cherché comment décomposer ce résultat. Ainsi, j'ai obtenu :

Il est clair que chaque nombre soustrait de son propre carré donnait un résultat égal à ce nombre multiplié par le plus petit nombre précédent. En découvrant cela, j'avais l'impression de faire une extraordinaire découverte. (Un vrai mathématicien aurait certainement trouvé cela à l'âge de trois ans.)

Quoi qu'il en soit, j'ai voulu généraliser ce résultat en appelant x tout nombre. Le nombre immédiatement plus petit serait donc x - 1 et le carré du nombre serait x^2.

Il m'apparut alors que j'avais découvert, par un puissant effort cérébral, qu'un nombre soustrait de son carré, soit x^2 - x, était égal à ce nombre multiplié par le nombre immédiatement plus petit, soit x (x - 1); en d'autres termes :

x^2 - x = x (x - 1)

En posant cette équation, une grande partie de mon plaisir s'évanouit car cette égalité paraissait triviale. Il suffisait de mettre x en facteur à gauche pour obtenir le même terme qu'à droite. La valeur de ma découverte équivalait à peu près à prouver que deux douzaines étaient égales à vingt-quatre. J'abondonnai alors cette recherche sans jamais y revenir. Et ceci s'avéra être tout à fait dommage car si j'avais continué à chercher, j'aurais peut-être découvert quelque chose qui, sans être particulièrement nouveau, aurait été beaucoup plus intéressant que l'équation que je viens de poser. Et puisque j'en ai l'occasion, j'aimerais donc y revenir aujourd'hui.

Considérons le fait de soustraire un nombre entier de son carré pour les trois premiers entiers : 1 - 1 = 0, 4 - 2 = 2 et 9 - 3 = 6. Les différences s'accroissent régulièrement et nous pouvons donc dire qu'aucune soustraction de ce type ne donnera jamais des différences égales à 1, 3, 4 ou 5, tout du moins si nous ne traitons que de nombres entiers. On pourrait cependant faire le même exercice avec des nombres décimaux.

Par exemple, le carré de 1,1 est 1,21 et 1,21 - 1,1 = 0,11 tandis que le carré de 1,2 = 1,44 et 1,44 - 1,2 = 0,24. Si l'on continue à progresser de dizaines de décimales, nous trouvons que le carré de 1,6 est 2,56 et 2,56 - 1,6 = 0,96, ce qui est très proche de 1; ensuite, le carré de 2,3 est 5,29 et 5,29 - 2,3 = 2,99, ce qui est encore plus proche de 3. En réalité nous pouvons deviner maintenant que si nous choisissons une fraction décimale appropriée, nous pouvons la soustraire de son carré et obtenir un nombre très proche de tout nombre entier de notre choix. Par exemple, le carré de 4,65 est 21,6225, et 21,6225 - 4,65 = 16,9725 qui est très proche de 17.

Aucun des exemples que j'ai cités ne donnent une différence exactement égale à un nombre entier; elles ne font que s'en approcher. On pourrait bien sûr raisonner par approximations et considérer qu'en ajoutant davantage de décimales, nous pourrions tomber sur un nombre entier. Puisque (2,3)2 - 2,3 = 2,99, il pourrait sembler raisonnable de s'attendre à ce qu'un petit ajustement réalisé à partir de 2,3 donne exactement 3. Par exemple (2,303)2 - 2,303 = 3,000809. Comme nous sommes juste un petit peu trop au-delà, rectifions en prenant (2,30275)2 - 2,30275 = 2,999075.

Il est clair que même en procédant à un grand nombre d'ajustements on n'obtiendrait jamais exactement 3. Nous nous en approcherions de plus en plus mais aucun ajustement ne donnerait 3 exactement. On pourrait en déduire deux conclusions possibles :

1. Nous n'avons pas eu la patience d'aller jusqu'au bout et de trouver la bonne décimale.

2. Si nous avions eu un tant soit peu de notions de mathématiques, notre intuition nous aurait dit que le nombre que nous cherchions contenait une suite sans fin de décimales non répétitives et nous aurait amenés sur la piste des nombres irrationnels.

J'ai découvert plus tard au cours de mes études comment résoudre l'équation en x du type ax^2 + bx + c = 0. Dans une telle équation a, b, et c sont les coefficients entiers et x est l'inconnue. Il s'avère que la racine de l'équation est :

(1)

Quelques explications : dans cette équation, la première quantité entre parenthèses doit être multipliée par la seconde quantité entre parenthèses  (°).

Le symbole √¯¯ signifie "racine carrée". Pour donner un exemple, considérons : x^2 + 8x - 5 = 0

Dans ce cas, a est égal à - 5, b est égal à + 8. Cependant, le signe plus est généralement oublié dans de tels cas, et considéré comme implicite, b est dit simplement égal à 8.

Mais quelle est la valeur de a? Il semblerait que x^2 dans cette équation n'ait pas de coefficient du tout mais ce n'est pas le cas. En réalité x^2 peut aussi s'écrire 1x^2 mais généralement le 1 est implicite et omis; a dans ce cas, sera donc égal à 1.

Revenons maintenant à notre problème qui consiste à soustraire un entier de son carré pour obtenir la différence souhaitée. Nous pouvons généraliser algébriquement le problème en disant que x représente tout entier, x^2 son carré et y la différence. Nous pourrions donc écrire :

x2 - x = y.

Prenons un exemple pour voir comment cela fonctionne; et pour prendre un exemple simple, disons que y est égal à 1, le plus petit entier. L'équation devient donc :

x2 - x = 1.

On peut soustraire 1 de chacun des membres de l'équation sans changer l'égalité. Nous pouvons donc écrire :

(2) x^2 - x - 1 = 0

Si nous résolvons cette équation en x, nous obtenons un nombre qui, lorsqu'il est soustrait de son carré, donnera exactement 1. Dans ce but, nous utiliserons l'équation 1 : a, coefficient de x^2, vaut 1; b, coefficient de x, vaut - 1; et c, le coefficient final, vaut également - 1.

Puisque b est égal à - 1, - b est égal à - (- 1), ou + 1, ou plus simplement 1, Il est donc égal à 1; puisque a est égal à 1, alors 1/2 a est égal à 1/2 et, puisque a est égal à 1 et c = - 1, 4 ac est égal à 4, soit 4ac est égal à + 4 ou plus simplement 4.

Et nous pouvons donc écrire en substituant des nombres au symbole de l'équation (1) :

C'est le nombre qui, lorsqu'il est soustrait de son carré donnera une différence exactement égale à 1. Pour exprimer ce nombre en termes décimaux, nous devons extraire la racine carrée de 5, ajouter 1 et diviser la somme par 2.

Et quelle est la racine carrée de 5? Quel est le nombre qui multiplié par lui-même donne 5? Il s'agit hélas d'un nombre irrationnel ayant une suite infinie de décimales non répétitives. On peut l'approcher cependant en disant qu'il est égal à 2,23606796... En fait, nous pouvons nous satisfaire de la valeur approximative : 2,236068. Si nous multiplions ce nombre par lui-même, 2,236068 X 2,236068, nous obtenons : 5,0000001.

Si nous ajoutons 1 à la racine de 5 et divisons par 2, nous obtenons 1,618034. (Une expression encore plus précise serait 1,61803398 mais l'expression précédente suffit amplement à notre exercice.)

Si nous calculons le carré de ce nombre, nous trouvons 1,618034 x 1,618034 = 2,618034 et la différence est 1.

En réalité, cela n'est pas tout à fait exact, pourquoi ? 1,618034 x 1,618034 = 2,618034025156. La différence de 0,0000000025156 résulte de l'approximation du nombre 1,618034. Ainsi, la seule expression exacte de ce nombre est 1/2(1 + √5). Si nous élevons ce nombre au carré, nous obtiendrons une quantité qui sera exactement égale à 1/2(3 + √5), c'est-à-dire supérieur d'exactement 1.

Examinons maintenant les "inverses". Si nous divisions 1 par n'importe quel nombre, nous obtiendrons un autre nombre qui est l'inverse du premier. En d'autres termes 1/2 est l'inverse de 2; 1/3 est l'inverse de 3; 1/17,25 est l'inverse de 17,25. Et d'une manière générale, 1/x est l'inverse de x.

Au lieu de soustraire un nombre de son carré, soustrayons son inverse à un nombre. En utilisant uniquement des entiers, nous obtenons :

A l'exception du cas de (1), nous obtenons toujours un nombre fractionnaire, mais une fois encore nous ne sommes pas obligés de nous limiter à des nombres entiers. Supposons que nous cherchions à trouver un nombre qui, lorsqu'on lui soustrait son inverse donne une différence exactement égale à 1.

De toute évidence, il devra s'agir d'un nombre situé entre 1 et 2, de telle sorte que la différence se situe entre 0 et 1 1/2. Supposons par exemple que nous prenions le nombre 1,5. Son opposé est 1/1,5. Puisque 1,5 est égal à 3/2, et que 1/1,5 est égal à 2/3, nous avons 3/2 - 2/3 = 5/6. Ce qui est relativement proche de 1. Si nous faisons le calcul à partir de 1,6 et soustrayons 1/1,6 la réponse est 0,975, ce qui est encore plus proche de 1.

En poursuivant nos calculs, on s'apercevra rapidement que nous ne pourrons jamais trouver un nombre décimal qui nous permette d'obtenir un résultat exactement égal à 1. Nous allons encore une fois nous retrouvez dans le royaume des nombres irrationnels. Si nous revenons à l'algèbre, nous pouvons écrire l'équation qui représente le cas général :

x — 1/x = 1.

Et si on multiplie chaque membre de l'équation par x, ce qui ne change pas l'égalité, on obtient :

x^2 — x = 1 ou, en réarrangeant : x^2 — x — 1 = 0.

C'est la même équation que l'équation que nous avons vue précédemment. Et nous savons que 1/2(1 + √5) est exactement égal à son carré moins 1. Mais c'est aussi son opposé moins 1. Pour illustrer ce résultat, considérons 1,618034 qui est une bonne approximation de 1/2(1 + √5). Il s'avère que 1/1,618034 est égal à 0,618034.

Imaginons maintenant un rectangle ayant 1 unité de large et 2 unités de long. (La nature de l'unité n'a pas d'importance). Dans un tel rectangle, la longueur est deux fois plus importante que la largeur. Ensemble la longueur et la largeur sont égales à 3 unités, ce qui est égal à 1 1/2 fois la longueur.

Si le rectangle avait 1 unité en largeur et 3 unités en longueur, alors la longueur serait égale à 3 fois la largeur mais la longueur et la largeur seraient égales ensemble à 4, et cette somme serait égale à 1 1/3 fois la longueur.

Si ce rectangle avait une largeur de 1 et une longueur de 4, puis une largeur de 1 et une longueur de 5, et ainsi de suite, nous obtiendrions des couples de nombres qui seraient égaux à 4 et 1 1/4, 5 et 1 1/5 etc. La différence entre les deux nombres irait en grandissant.

Peut-on trouver un rectangle dont les deux nombres sont égaux? S'il existait, ce rectangle devrait avoir une largeur de 1 unité et une longueur inférieure à 2 unités, puisque à 2 unités, les nombres seraient déjà inégaux.

Revenons à l'algèbre, supposons que la largeur du rectangle soit égale à 1, et que la longueur soit égale à x. Pour exprimer le nombre de fois que x est plus grand que 1, nous divisons x par 1 et écrivons x/1 ou plus simplement x.

La somme de la largeur et de la longueur du rectangle est égale à x + 1. Pour exprimer le nombre de fois que cette somme est plus grande que la longueur, nous écrivons (x + 1) x.

Nous recherchons un cas dans lequel ces deux longueurs relatives ou rapports, sont égaux, de telle sorte qu'on ait :

x = (x + 1)/x.

Si nous multiplions les deux membres de l'équation par x,

on obtient x^2 = x + 1

ou encore en soustrayant x + 1 de chaque côté :

x^2 — x — 1 = 0

et nous retombons une fois de plus sur l'équation (2) avec sa solution habituelle.

Supposons alors que nous ayons un rectangle dans lequel la largeur est égale à 1 et la longueur à 1,618034 unités. La somme de la largeur et de la longueur est égale à 2,618034. Cette longueur est bien sûr égale à 1,618034 fois la largeur, tandis que la longueur et la largeur ajoutées seraient égales à 2,618034/1,618034, ou 1,618034 fois la longueur seule.

Ce furent les Grecs qui découvrirent ce résultat. C'était là un moyen de diviser un segment donné en deux parties, la section la plus longue étant à la section la plus courte ce que l'ensemble du segment était à la section la plus longue. Les mathématiciens furent si émerveillés par la beauté et l'équilibre de ce rapport, que, aux environs de la moitié du XIXe siècle, il fut appelé "nombre d'or".

Un rectangle dans lequel la longueur et la largeur représentent une ligne divisée selon le nombre d'or puis brisée en angle droit au point de division est appelé un "rectangle d'or".

Nombreux sont ceux qui considèrent que le rectangle d'or est une configuration idéale ayant des qualités esthétiques particulières. Un rectangle plus long paraîtrait trop long, et un rectangle plus court, trop trapu.

Ainsi, on a recherché et trouvé des exemples de rectangle d'or dans la peinture, les statues, les bâtiments et de nombreux objets produits de notre société.

Très honnêtement, je suis sceptique. Mon sentiment est que l'esthétique est un concept extrêmement complexe et particulièrement influencé par l'environnement social. Faire du nombre d'or la clé de toute forme esthétique me paraît un peu simpliste. Il nous suffit de regarder les films des années 20 et 30 pour nous apercevoir que l'idéal de la beauté féminine a quelque peu changé au cours des années...

Il ne s'agit pas de renier le rectangle d'or, eu égard à l'élégance mathématique de la relation entre ses côtés, mais convertir ce rapport en valeur esthétique me paraît quelque peu surperflu.

Si nous nous en tenons strictement à l'aspect mathématique, nous trouverons que le nombre d'or peut être identifié dans les configurations géométriques simples telle que le décagone (une figure symétrique à dix côtés) et le pentagramme (l'étoile que l'on trouve sur le drapeau américain). Cependant, à ce sujet, il me paraît particulièrement intéressant d'évoquer les séries de Fibonacci.

Les séries de Fibonacci commencent avec deux 1 puis engendrent de nouveaux nombres en faisant la somme des deux nombres précédents.

Ainsi, si nous commençons la série avec 1,1... le troisième nombre sera 1 + 1 ou 2, ce qui donne la série commençant par 1,1,2 ... Le nombre suivant est 1 + 2 = 3, nous aurons donc la série 1, 1,2,3 ... Ensuite 5, ensuite 13 etc. Ainsi les 21 premiers termes d'une série de Fibonacci sont 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10946 ...

Si nous continuons à ajouter ces termes indéfiniment, nous ajouterons des paires de nombres de plus en plus grands; mais ces premiers termes sont suffisants pour notre exercice.

Lorsque les séries de Fibonacci furent élaborées, par le mathématicien Léonardo Fibonacci (1170-1240), elles étaient liées au problème de la croissance biologique. Au départ, le problème était de traiter et d'expliquer la multiplication des lapins, et pourtant...

Considérons les rapports des nombres successifs dans une série de Fibonacci obtenus en divisant chaque nombre par le nombre précédent, en commençant par le deuxième nombre de la série, ainsi :

Comme on peut le constater, ces rapports forment une série oscillante. La valeur du rapport s'accroît de 1 à 2 puis redescend à 1,5 puis remonte à 1,6666..., puis redescend à 1,6 puis remonte à 1,625. Nous pouvons être sûrs que cette oscillation va se poursuivre et que les rapports continueront à monter et à descendre alternativement.

Cependant, le rapport s'accroît et diminue avec une amplitude de plus en plus petite. Tout d'abord, il s'accroît de 1 à 2, mais au cours des oscillations suivantes, il ne redescend jamais plus bas que 1 ni plus haut que 2. Puis il redescend de 2 à 1,5 et toutes les valeurs suivantes se trouveront entre 1,5 et 2. Puis il remonte jusqu'à 1,6666..., et toutes les valeurs suivantes seront situées entre 1,5 et 1,6666...

L'oscillation devient de plus en plus faible : à chaque pas, les valeurs sont restreintes à un intervalle de plus en plus petit.

L'oscillation ne prend jamais fin. Le rapport continuera à osciller indéfiniment. Il se trouvera de part et d'autre d'une valeur centrale dont il s'approchera de plus en plus sans jamais l'atteindre. Cette valeur centrale est appelée limite de la série. Quelle est la limite d'une série de Fibonacci? Poursuivons la série en reprenant le dernier rapport que nous avions calculé.

Arrêtons-nous là...

Prenons les deux derniers rapports des 21 membres de la série de Fibonacci présentés précédemment :

Les oscillations deviennent effectivement très faibles, et semblent osciller autour du nombre d'or...

Comment en être sûr? Peut-être l'oscillation se fait-elle autour d'une valeur microscopiquement différente du nombre d'or.

Mais il n'en est pas ainsi. Il existe des méthodes mathématiques qui permettent de déterminer la limite de telles séries, et on peut démontrer avec certitude que la limite des rapports des termes successifs d'une série de Fibonacci est 1/2(1 + √5). Ce résultat m'enchante. C'est un exemple de la beauté de l'inattendu que l'on peut trouver partout dans le champ des mathématiques, avec un peu de curiosité et de talent. Hélas, c'est ce talent qui me manque.

(°) L'équation a une deuxième racine, , que nous ne prendrons pas en considération dans cet exemple.

EN BORDURE

16. LE CERCLE DE LA TERRE

Vous seriez probablement surpris de la quantité de lettres que j'ai reçues à la suite d'un article que j'avais écrit dans Science Digest; ces lettres niant toutes vigoureusement que dans la Bible il est considéré que la Terre est plate. Pourquoi? Après tout, la Bible a été écrite à une époque où tout le monde considérait que la Terre était plate. A vrai dire, à l'époque où la dernière partie de la Bible a été écrite, quelques philosophes grecs s'aventurèrent à penser différemment, mais qui les avait écoutés? Il me paraît raisonnable de penser que ceux qui ont écrit la Bible n'avaient pas de connaissances astronomiques particulières par rapport à leurs contemporains. Nous ne devrions donc pas leur en vouloir d'avoir exprimé l'opinion de leur époque.

Cependant, les Fondamentalistes, face à une quelconque suggestion sur l'allusion biblique quant à la forme de la Terre, entrent presque en transe.

Leur thèse est que la Bible est le siège de la vérité : aucun de ses mots ne peut être porteur d'erreurs. (Cela découle directement de leur croyance selon laquelle la Bible a été inspirée de la parole de Dieu; Dieu sait tout, et comme George Washington, Dieu ne peut pas mentir).

Par conséquent, les Fondamentalistes nient toute forme d'évolution; ils nient que la Terre et l'univers clans son ensemble aient plus de quelques milliers d'années d'âge, et ainsi de suite.

Il existe une foule de preuves scientifiques montrant que les Fondamentalistes sont dans l'erreur et que leurs notions de cosmogonie reposent sur des bases pour le moins fantaisistes, mais cela ne les empêche pas de réfuter ces preuves. En niant certaines découvertes scientifiques et en en déformant d'autres, ils continuent à prodamer la validité de leurs inepties, appelant leur construction imaginaire un "créationnisme scientifique ".

Il existe cependant une certaine limite dans leur délire. Même le plus fondamental des Fondamentalistes trouverait quelque peu inconfortable de maintenir que la Terre est plate. Après tout, Christophe Colomb n'est pas tombé en arrivant à l'autre bout du monde, et les astronautes ont effectivement montré que la Terre était une sphère.

Ainsi, si les Fondamentalistes devaient admettre que la Bible avait considéré que la Terre était plate, alors toute la structure de vérité de la Bible s'écroulerait. Effectivement, si la Bible devait avoir tort sur un point aussi fondamental, elle pourrait être dans l'erreur pour n'importe quel autre sujet.

En conséquence, la simple mention du fait que, dans la Bible, la Terre est considérée comme plate engendre quelques convulsions chez ces Fondamentalistes.

Ma lettre préférée concernant ce problème soulevait les trois points suivants :

1. La Bible dit expressément que la Terre est ronde (et un verset de la Bible est cité), pourtant en dépit de cette citation biblique, les humains ont persisté à croire que la Terre était plate durant des milliers d'années après.

2. Si certains chrétiens ont insisté sur le fait que la Terre était plate, il s'agissait uniquement de chrétiens catholiques et non pas de lecteurs chrétiens de la Bible.

3. Il est dommage que seuls ceux que l'on considère comme n'étant pas des "bigots" lisent la Bible. (Ce qui m'avait semblé une remarque détournée signifiant que j'étais un bigot qui ne lisait pas la Bible et donc parlait de choses qu'il ne connaissait pas.)

Il s'avère que mon ami correspondant était bel et bien dans l'erreur sur ces trois points.

Le verset biblique cité était "Isaïe 40.22".

Je doute que mon correspondant le réalise, ou le croie si on le lui disait, mais le quarantième chapitre du livre Isaïe entame la deuxième partie du livre appelée "le Second Isaïe" en raison du fait que cette partie ne fut pas écrite par la même main qui avait écrit les trente-neuf premiers chapitres.

Les trente-neuf premiers chapitres furent de toute évidence écrits en 700 avant J.-C. à l'époque du règne d'Ezéchias, roi de Judée, et au moment où le monarque assyrien Sennachérib menaçait le royaume. Cependant, le chapitre quarante commence vers les années 540 avant J.-C. à l'époque où l'empire Chaldéen tombait aux mains de Cyrus de Perse.

C'est ainsi que le second Isaïe, quel qu'il fut, a vécu en Babylonie, à l'époque de la captivité babylonienne et fut de toute évidence imprégné de culture et de science babylonienne.

Ainsi, le Second Isaïe a pensé l'univers en terme de science babylonienne et, pour les babyloniens, la Terre était plate.

Mais alors quel est le verset Isaïe 40.22? Dans la version agrée (mieux connue sous le nom de Bible du roi James, qui est la Bible des Fondamentalistes, de telle sorte que toutes les dernières fausses traductions qu'elle contient leur sont sacrées) le vers qui fait partie de la deuxième tentative du Second Isaïe pour décrire Dieu est le suivant : "C'est Lui qui est assis sur le cerde de la Terre..."

Nous voici donc avec le "cercle de la Terre".

Cela n'indique-t-il pas dairement que la Terre est ronde? Mais pourquoi donc tous ces bigots qui ne lisent pas la Bible persistent à penser que la Terre est plate, alors que la parole de Dieu enluminée de telle manière par la Bible parle d'une Terre comme un "cerde"?

Le piège est, bien sûr, qu'il nous faut lire la Bible du roi James comme si elle était dans la langue de traduction. Si les Fondamentalistes tiennent absolument à affirmer que chaque mot de la Bible est vrai, il me parait alors juste d'accepter la signification dans la langue traduite de ces mots, et non pas d'inventer de nouvelles significations pour détourner les citations de la Bible en d'autres choses.

Le mot cerde exprime une figure à deux dimensions; le mot sphère une figure à trois dimensions. La forme de la terre est pratiquement celle d'une sphère mais certainement pas celle d'un cerde.

Une pièce de monnaie est l'exemple d'un cercle (si l'on néglige l'épaisseur de la pièce). En d'autres termes, ce à quoi se réfère le Second Isaïe lorsqu'il parle du "cerde de la Terre" est une Terre plate limitée par une circonférence; un disque, un objet en forme de pièce.

Ce verset que mon correspondant a cité pour preuve que la Bible considère que la Terre est une sphère, est justement celui qui montre avec évidence que la Bible décrit la Terre comme étant plate.

Pour prendre l'exemple d'un autre verset, choisissons un passage dans le Livre des Proverbes qui est un hymne à la sagesse, attribut de Dieu :

"Lorsqu'il prépara les cieux, j'étais là : lorsqu'il décrit avec un compas la face des profondeurs" : (Proverbes 8.27).

Comme nous le savons tous, un compas trace un cerde, de sorte que nous pouvons imaginer Dieu traçant le disque circulaire et plat du monde. William Blake, l'artiste et poète anglais, fit un tableau très connu montrant Dieu définissant les limites de la Terre avec un compas. "Compas" n'est d'ailleurs peut-être pas la traduction la meilleure du mot hébreux. La version révisée de la Bible traduit ainsi le vers : "lorsqu'il fonda les cieux, j'étais là, et lorsqu'il traça le cercle sur la surface des profondeurs...". Cette traduction rend les choses encore plus claires.

Cependant, si nous voulons tracer une carte schématique du monde, tel qu'il apparaissait aux Babyloniens et aux Juifs, 600 ans avant J.-C. (époque du Second Isaïe), on retrouvera à peu près la figure 1. Bien que la Bible ne le mentionne jamais, les Juifs correspondant à la dernière période biblique considéraient Jérusalem comme étant le centre du "cercle de la Terre", tout comme les Grecs pensaient que Délos en était le centre. (Une surface sphérique n'a bien sûr pas de centre.)

Citons maintement le vers en entier : "C'est Lui qui est assis sur le cercle de la Terre dont les habitants sont comme des sauterelles; il a tendu les cieux comme un rideau et les a déployés comme une tente dans laquelle on pouvait s'abriter". (Isaïe 40.22). La référence aux habitants de la Terre en tant que "sauterelles" est simplement un cliché biblique qui signifie la petitesse et l'insignifiance. Ainsi, lorsque les Israélites erraient sur des terres désolées, et envoyaient des espions sur la terre de Canaan, ces espions revenaient avec des histoires décourageantes sur la force de ses habitants et de leurs cités. Les espions disaient :

"... Nous nous voyions comme des sauterelles, et c'est bien ainsi qu'eux-mêmes nous voyaient" (Nombres 13.33). Observons cependant cette comparaison des cieux à un rideau

ou à une tente. Une tente, telle qu'on la figure généralement est composée d'une structure qui est facilement construite et démontée, une toile de tente, des fils, des piquets. La toile est développée tout autour d'une armature et retombe jusqu'au sol.

La tente n'est pas une structure sphérique qui entoure une structure sphérique plus petite. Aucune tente n'a jamais eu cette forme. Il s'agit d'une forme plus schématique : une demi-sphère ou une espèce de cloche qui forme, au contact du sol, un cercle. Et le sol sous la tente est plat. Cela est vrai dans n'importe quel cas.

Si nous voulons voir les cieux et la Terre en coupe tels que le décrit ce verset, nous obtenons à peu près la figure 2. A l'intérieur de la tente se trouvent les cieux au-dessus de la base plate que constitue la Terre, à l'intérieur de laquelle vivent les petites sauterelles que rassemble l'humanité. Une telle conception paraît raisonnable à ceux qui ne se sont jamais éloignés très loin de chez eux; ou qui n'ont jamais navigué sur les océans; ou qui n'ont pas observé les changements de position des étoiles durant des voyages vers le nord ou le sud ou le comportement des navires lorsqu'ils approchent l'horizon; ou à ceux qui ont été trop terrifiés par les éclipses pour observer de plus près et sans passion l'ombre de la Terre sur la Lune.

Cependant, nous avons beaucoup appris sur la Terre et sur

l'univers durant ces vingt-cinq derniers siècles, et nous savons très bien que l'image de l'univers comme une tente ou comme un rideau en forme de tente drapant un disque plat, ne correspond pas vraiment à la réalité. Même les Fondamentalistes savent cela, et la seule manière pour eux d'éviter d'arriver à la conclusion que la Bible était dans l'erreur est tout simplement de fausser le langage.

Et cela montre combien il est difficile de fixer des limites à l'aberration humaine.

Si nous acceptons l'idée d'un ciel semi-sphérique recouvrant le disque plat de la Terre, il nous faut nous demander sur quoi repose toute cette structure.

Les philosophes grecs, dont le représentant le plus brillant fut Aristote (384-322 av. J.-C.), furent les premiers à accepter l'idée d'une Terre sphérique, et à ne pas se poser de questions sur ce problème. Ils réalisèrent que la gravité était une force dont la direction pointait vers le centre de la Terre sphérique, de telle sorte qu'ils pouvaient imaginer la Terre suspendue au centre d'une plus large sphère qui constituait l'univers dans son entier.

Pour ceux qui avait avaient précédé Aristote ou ceux qui n'avaient jamais entendu parler d'Aristote, ou qui avaient repoussé ses idées, "le bas" était une direction cosmique indépendante de la Terre. Il s'avère que cette vision est si séduisante que chaque génération de jeunes s'y est laissé prendre. Quel enfant ne s'est pas demandé un jour pourquoi, en découvrant pour la première fois que la Terre était une sphère, les habitants situés de l'autre côté ne tombaient pas tout simplement dans le vide?

Et si l'on considère que la Terre est plate, comme les lecteurs de la Bible l'ont fait, il nous faut. répondre à la question de savoir ce qui peut retenir toute cette construction.

La conclusion inévitable, pour ceux qui ne sont pas prêts à admettre que tout cela relève du miracle divin, est de considérer que la Terre repose sur quelque chose, des piliers par exemple.

Mais alors il faut se demander sur quoi reposent ces piliers. Les Hindous avaient fait reposer les piliers sur des éléments géants qui, à leur tour, reposaient sur des tortues encore plus géantes qui, elles, nageaient sur la surface d'une mer infinie.

On se trouve donc coincés à la fin entre le divin et l'infini.

Cari Sagan rapporte le cas d'une femme qui avait une solution beaucoup plus simple que celle des Hindous. Cette femme croyait que la Terre plate reposait sur le dos d'une tortue. Voici le dialogue :

"Mais sur quoi reposait la tortue?"

"Sur une autre tortue" répondit cette femme avec condescendance.

"Et sur quoi..."

Et la femme interrompit son interlocuteur, "Je sais à quoi vous voulez en venir monsieur, mais ce n'est pas la peine. Il s'agit de tortues jusqu'en bas". Mais la Bible s'inquiète-t-elle de ce sur quoi repose la Terre? Oui, mais de manière très elliptique.

Le problème est que la Bible ne s'embarasse pas de détails sur des sujets que chacun est présumé connaître. Ainsi la Bible ne cherche pas à décrire Adam lorsqu'il apparut pour la première fois sur la Terre. Elle ne dit pas qu'Adam fut créé avec deux jambes, deux bras, une tête, pas de queue, deux yeux, deux oreilles, une bouche, etc. Tout cela paraît être du domaine de l'acquis.

De la même façon, elle ne se préoccupe pas de dire exactement "et la Terre est plate" puisque ceux qui ont écrit la Bible n'ont jamais rencontré personne soutenant autre chose. Cependant, cette vision transparaît dans leur description tranquille de la Terre en tant que cerde et du ciel comme une tente.

De la même façon, sans dire spécifiquement que la Terre plate repose sur quelque chose, ce que tout le monde pensait alors, la Bible ne précise pas la nature de ce "quelque chose".

Dans le chapitre trente-huit du livre de Job, Dieu répond aux complaintes de Job sur l'injustice et le mal qui règne dans le monde, non pas en expliquant exactement ce qu'il en est, mais en désignant l'ignorance humaine, et en niant ainsi aux êtres humains le droit même de poser des questions. (Réponse quelque peu cavalière et autocratique à la requête de Job, mais laissons cela de côté.) Il dit :

"Où étais-tu lorsque je fondai la Terre?

Dis-le-moi puisque tu es si savant.

Qui en fixa les mesures, le saurais-tu?

Ou qui tendit sur elle le cordeau?

En quoi s'immergent ses piliers,

et qui donc posa sa pierre d'angle..."

(Job 38. 4-6).

Quelles sont ces "fondations"? Il est difficile de répondre car la Bible ne les décrit pas expressément.

Nous pourrions dire que ces "fondations" font référence aux couches intérieures de la Terre, au manteau et au noyau de métal en fusion. Cependant, ceux qui écrivirent la Bible n'avaient jamais entendu parler de ces explications, pas plus qu'ils n'avaient entendu parler de bactéries, de sorte qu'ils devaient utiliser des symboles aussi grands et aussi gros que des sauterelles pour représenter l'insignifiant. La Bible ne fait jamais allusion aux régions se trouvant sous la surface de la Terre comme étant composées de roches et de métal.

On pourrait en quelque sorte dire que la Bible a tenu un double langage; dans ses versets, elle s'adressait aux contemporains des écrivains de la Bible, peu avertis, mais ces versets prennent une autre signification pour les lecteurs du XXe siècle, ayant davantage de connaissance, et ils voudront probablement dire encore autre chose pour des lecteurs encore plus avertis vivant par exemple au XXXVe siècle.

Cependant, en disant cela, toute la thèse des Fondamentalistes s'écroule, car chaque chose que dit la Bible peut alors être interprétée et adaptée à un univers vieux de quelques quinze milliards d'années ayant vécu une évolution biologique, ce que les Fondamentalistes rejetteraient purement et simplement.

Ainsi, pour défendre la position des Fondamentalistes, nous devons présumer que la Bible du roi James a été écrite en anglais ou dans une autre langue, de telle sorte que les "fondations" de la Terre sont les objets sur lesquels la Terre Plate repose.

Ailleurs, dans le livre de Job, Job dit, en décrivant la puissance de Dieu :

"Les piliers des cieux tremblent, épouvantés, à sa menace". (Job 26.11).

Il semblerait que ces piliers soient les "fondations" de la Terre. Peut-être sont-ils placés sur le pourtour de la Terre, là où le ciel la rejoint, comme le montre la figure 3. Ainsi ces structures sont à la fois les piliers du ciel et les fondations de la Terre.

Mais sur quoi reposent les piliers? des éléphants? des tortues? ou s'agit-il de piliers qui "vont tout en bas"? ou reposent-ils sur le dos d'anges qui volent de manière éternelle à travers l'espace? La Bible ne répond pas à cette question.

Et quel est ce ciel qui couvre la Terre plate comme une tente? Dans l'histoire de la création que l'on trouve dans la Bible, la Terre commence comme une espèce de masse informe composée d'eau. Le premier jour, Dieu crée la lumière et d'une manière ou d'une autre, en l'absence du Soleil, la rend intermittente, de sorte que s'établisse la succession du jour et de la nuit.

Puis, le second jour, il place cette tente au-dessus de cette masse d'eau :

"Et Dieu, dit qu'il y ait un firmament au milieu de ces eaux, et qu'il sépare les eaux d'avec les eaux". (Genèse 1.6).

La première partie du mot "firmament" est "firm", et c'est ce que les écrivains de la Bible avaient dans l'esprit. Ce mot est une traduction du grec "stereoma" qui signifie "un objet dur", et qui à son tour est une traduction de l'hébreu "rakia", qui signifie "une assiette métallique fine".

En d'autres termes, le ciel ressemble fort à cette cloche métallique semi-sphérique placée sur l'assiette que l'on sert dans les restaurants chics.

Le Soleil, la Lune et les étoiles sont sensées avoir été créées le quatrième jour. Les étoiles sont considérées comme des étincelles de lumière appliquées sur le firmament alors que le Soleil et la Lune sont des cercles de lumière qui se déplacent d'est en ouest à travers le firmament, ou peut-être juste en dessous.

On retrouve ce point de vue de manière plus précise dans l'Apocalypse écrit aux environs de 100 après J.-C. et qui contient une série de visions apocalyptiques sur la fin de l'univers. A un certain moment on y trouve une référence à un grand tremblement de terre à la suite duquel :

"... les étoiles du ciel tombent sur la terre, comme un figuier secoué par le vent jette ses figues vertes. Le ciel se retira comme un livre qu'on roule..." (Apocalypse 6.13-14).

En d'autres termes, les étoiles (ces petits points de lumière) furent décrochées par le tremblement de terre de cette fine structure métallique qui constitue le ciel, et cette fine enveloppe s'était même enroulée comme une vulgaire feuille de papier.

On dit que le firmament "sépare les eaux d'avec les eaux". Apparemment de l'eau se trouve sur la partie plate de la structure du monde, la Terre elle-même, et il semblerait qu'il y ait également de l'eau au-dessus du firmament. Ce serait plutôt la source supérieure qui serait responsable de la pluie. (Quelle autre explication pourrait-on donner à la chute de l'eau provenant du ciel ?)

Apparemment, il existe certaines ouvertures qui permettent à la pluie de passer et de tomber, et lorsqu'on souhaite une pluie particulièrement forte, les ouvertures s'agrandissent. Ainsi dans le cas du Déluge :

"... les ouvertures des cieux furent béantes". (Genèse 7.11).

A l'époque du Nouveau Testament, les savants juifs avaient entendu parler de la multiplicité des sphères évoquées par les Grecs et tournant autour de la Terre, pour chacune des sept planètes et une plus éloignée pour les étoiles. Ils commencèrent à penser qu'un seul firmament n'était pas une explication suffisante.

Ainsi, Saint-Paul, au cours du premier siècle après J.-C., avança l'hypothèse d'une multiplicité de deux. Et il dit, par exemple :

"Je connais un homme en Christ, qui fut il y a 14 ans ravi jusqu'au troisième ciel". (2 Corinthiens 12.2).

Mais qu'y a-t-il donc sous le disque plat de la Terre? Certainement pas un manteau ni un noyau en métal en fusion du type de ceux dont parlent aujourd'hui les géologues. Tout au moins pas selon la Bible. Sous la terre se trouve la demeure des morts.

On retrouve la première allusion à cette interprétation lorsque Coré, Datâan et Abirâm se sont rebellés contre l'autorité de Moïse à l'époque de l'exode :

"... et la terre ouvrit sa gueule, et les engloutit tous, et leurs maisons, et tous les hommes qui appartenaient à Coré, et tous leurs biens. Ainsi tous et tout ce qui leur appartenait tombèrent vivants dans le gouffre, et la terre se referma sur eux, et ils périrent..." (Nombres 16.31-33).

Le gouffre, ou "Shéol", était à l'époque de l'Ancien Testament considéré comme un lieu d'obscurité, de faiblesse et d'oubli semblable aux enfers des Grecs.

Plus tard, cependant, peut-être sous l'influence des histoires d'ingénieux supplices évoqués dans Tartare, le Shéol devint l'enfer; ainsi, dans la fameuse parabole de l'homme riche et Lazare, nous remarquons la séparation faite entre les pécheurs qui descendent dans la tourmente et les bonnes âmes qui s'élèvent vers le bonheur.

"Et le mendiant mourut, et fut emporté par les anges auprès d'Abraham. L'homme riche mourut aussi et fut enterré, et vers l'enfer il ouvrit ses yeux, et tandis qu'il était en proie aux tourments, il vit de loin Abraham et Lazare dans son sein. Il s'écria : Père Abraham, aie pitié de moi et envoie Lazare, pour qu'il trempe son doigt dans l'eau et me rafraîchisse la langue; car je souffre cruellement dans cette flamme" (Luc 16.22-24).

La Bible ne décrit pas la forme du gouffre mais il serait intéressant qu'il occupât l'autre demi-sphère du ciel comme dans la figure 4. 11 se pourrait que toute la structure sphérique flotte sur une étendue infinie d'eau à partir de laquelle les cieux et la Terre auraient été créés, et qui représente le chaos originel. Dans ce cas, effectivement, nous n'aurions peut-être pas besoin des piliers du ciel. Ainsi, pour laisser place au Déluge, non seulement les ouvertures du ciel s'ouvrirent en grand, mais aussi : "... tous les réservoirs du grand Abîme furent rompus..." (Genèse 7.11).

En d'autres termes, les eaux du chaos jaillirent et faillirent engloutir toute la création.

Naturellement, si la forme de l'univers est effectivement celle que décrit littéralement la Bible, un système héliocentrique n'a aucune chance d'exister. La Terre ne peut pas être considérée comme un élément en mouvement (sauf en la voyant flotter sans but au-dessus de l'Abîme) et ne peut en aucun cas être imaginée tournant autour du Soleil, qui n'est qu'un petit cercle de lumière placé sur le firmament contenant le disque plat de la Terre. Permettez-moi de ne pas prendre cette image très au sérieux, je ne me sens pas obligé par la Bible d'accepter cette image de la structure de la Terre et du ciel.

Presque toutes les références à la structure de l'univers contenues dans la Bible sont évoquées dans des passages poétiques de Job, des Psaumes, d'Isaïe, ou de l'Apocalypse, etc... Elles peuvent toutes être considérées comme une imagerie poétique, comme des métaphores ou des allégories. Et les histoires de la création au commencement de la Genèse doivent également être considérées comme telles.

Dans un tel cas, rien ne nous oblige à considérer la Bible comme étant tout à fait conforme aux dernières observations de la science moderne.

Il existe de nombreux religieux juifs et chrétiens sincères qui considèrent la Bible de ce point de vue, comme étant un guide théologique et moral, une grande oeuvre poétique mais non pas un manuel d'astronomie, de biologie ou de géologie. Ils ne se sentent aucunement gênés d'accepter à la fois la Bible et la science moderne laissant à chacun sa place de telle sorte qu'ils : "rendent à César ce qui est à César, et à Dieu ce qui est à Dieu." (Luc 20.25).

C'est avec les Fondamentalistes, les Littéralistes et les Créationnistes que j'engage le combat.

Si les Fondamentalistes s'évertuent à vouloir nous imposer une lecture littérale de l'histoire de la création de la Genèse s'ils veulent nous forcer à accepter une Terre et un univers qui n'ont que quelques milliers d'années d'âge, et à nier toute évolution, alors il serait logique qu'ils acceptent également le sens littéral de tous les autres passages de la Bible et donc que la Terre est un disque plat entouré d'un ciel semblable à une fine feuille métallique...

17. LES ARMÉES DE LA NUIT

A l'occasion d'une conférence, une jeune femme s'est un jour approchée de moi me demandant sur un ton assez agressif, "quel est votre point de vue sur l'astrologie?".

Elle n'aurait pas pu lire serait-ce que quelques lignes de mes écrits sans savoir exactement ce que je pouvais en penser; elle voulait donc engager une joute. Comme je n'étais pas d'humeur à débattre, je me contentai de répondre "cela ne m'impressionne pas".

Cette jeune femme devait s'attendre à cette réponse et rétorqua : "Avez-vous déjà étudié l'astrologie?"

Elle devait se sentir très sûre en posant cette question, car elle savait sans doute qu'un écrivain scientifique qui s'efforce de se tenir au courant de toutes les avancées de la science légitime peut difficilement consacrer, ne serait-ce qu'un peu de temps, à toutes les folies qui s'emparent du public.

J'étais tenté de répondre oui car j'avais assez de connaissances en astronomie pour savoir que les hypothèses de l'astrologie étaient ridicules, et j'ai également lu suffisamment d'écrits de scientifiques qui avaient étudié l'astrologie, pour savoir que rien dans cette discipline ne pouvait mériter un quelconque crédit.

Cependant, si j'avais dit qu'effectivement j'avais étudié l'astrologie, elle m'aurait demandé si j'avais lu quelques livres sur ce sujet, et m'aurait sans aucun doute piégé.

Je répondis donc avec un aimable sourire "non".

Elle dit alors : "si vous l'étudiiez, peut-être qu'alors vous pourriez dire que cette discipline vous impressionne".

Toujours très laconique, je répondis "je ne pense pas".

C'est ce qu'elle attendait. Triomphante, elle dit : "Cela veut dire que vous n'êtes qu'un bigot, un esprit étroit, qui a peur de se défaire de ses propres préjugés en cherchant."

J'aurais dû hausser les épaules, sourire et m'en aller, mais j'avais envie de lui clouer le bec. Je répondis alors : "Étant un être humain, madame, je suppose que j'ai en moi une petite dose de bigoterie, que je m'efforce de répandre soigneusement sur l'astrologie de telle sorte que je ne serai pas tenté de l'utiliser sur une autre activité qui présente une quelconque ombre de décence intellectuelle". Elle s'en alla furieusement.

Le problème n'est pas dans mon absence d'intérêt pour l'astrologie, il est que cette femme ne s'est pas intéressée à l'astronomie, ne pouvant ainsi se rendre compte du vide affligeant de l'astrologie.

Il est de bon ton dans certaines couches intellectuelles de la population de se piquer de son ignorance en matière scientifique, ce qui laisse la porte ouverte à toutes sortes de croyances absurdes.

Ces personnes grossissent les rangs des armées de la nuit, ces pourvoyeurs de sorcellerie, ces boutiquiers de la quincaillerie intellectuelle, dont l'ignorance leur interdit de distinguer le nectar des eaux usées.

D'une certaine façon cependant, mon adversaire astrologique m'avait quitté quelque peu prématurément. Elle disposait encore d'un certain nombre d'armes qui auraient pu me pousser à développer mon argumentation sur des terrains plus favorables.

Elle aurait pu me dire qu'il y avait de très grands astronomes qui croyaient à l'astrologie.

Prenons par exemple Johannes Kepler! C'était un astronome de premier rang et c'est lui qui le premier comprit la structure exacte du système solaire. Et pourtant, il concevait des horoscopes.

A son époque, les astrologues gagnaient plus d'argent que les astronomes, et Kepler devait vivre. Je doute fort qu'il ait cru aux horoscopes qu'il concoctait, et même s'il y croyait, cela ne signifiait rien.

La jeune femme aurait pu prétendre que la Lune exerce une influence certaine sur nous par le biais des marées, et pourtant durant des siècles, les astronomes repoussèrent cette notion. L'un de leurs arguments était qu'une marée haute sur deux avait lieu alors que la Lune n'était même pas dans le ciel.

Ce qui est vrai, si j'avais vécu à l'époque de Galilée, est que j'aurais très probablement ignoré l'influence de la Lune comme lui; et j'aurais eu tort, également comme lui.

Pourtant, la relation entre la Lune et les marées n'était pas une croyance astrologique; l'existence de cette relation fut prouvée par les astronomes et non par les astrologues; et lorsqu'elle fut prouvée, elle n'apporta pas un atome de crédibilité à l'astrologie.

Le problème n'est pas de savoir si la Lune influence les marées, mais plutôt si la Lune (ou tout autre corps céleste) nous affecte de telle manière que notre comportement soit guidé par les changements de configuration de ces corps célestes.

Nous savons tous ce qu'est l'astrologie. Si vous avez quelque doute, prenez n'importe quel journal. Si vous êtes né un certain jour, diront les astrologues, vous devrez ce jour-là faire attention à vos investissements, ou ne pas entrer dans des discussions avec vos proches, ou ne pas craindre de prendre de risques, etc…

Pourquoi cette relation?

Avez-vous déjà entendu un astrologue expliquer pourquoi une date de naissance particulière influence votre comportement d'une certaine manière? Il pourrait ainsi expliquer que lorsque Neptune est en conjonction avec Saturne, votre situation financière (disons) devient instable, mais explique-t-il le pourquoi de cette relation? ou comment l'a-t-il trouvée?

Avez-vous déjà entendu deux astrologues discuter sérieusement sur les effets d'une combinaison céleste inhabituelle sur les individus, et avancer la moindre preuve à l'appui de leur point de vue? Avez-vous déjà entendu un astrologue faire état d'une nouvelle découverte astrologique, ou d'une meilleure compréhension astrologique d'un phénomène?

L'astrologie n'est qu'une suite de platitudes. Le taux d'échecs ou de réussites de l'astrologie, en tant que mode d'explication, ne fait que suivre la distribution aléatoire des relations entre les phénomènes.

Prenons un autre exemple. Il y a quelques années fut publié un livre qui s'appelait L'effet Jupiter. Il faisait état d'une thèse complexe qui traitait notamment des effets de marées et d'attraction sur le Soleil. De tels effets d'attraction existent et Jupiter en est le premier agent, bien que d'autres planètes (et notamment la Terre elle-même) y contribuent.

Certains arguments furent avancés pour soutenir la thèse selon laquelle ces effets d'attraction influençaient l'activité solaire en engendrant des phénomènes tels que des taches solaires et des flamboiements. Ces manifestations, à leur tour, influençaient le vent solaire qui, à son tour, influençait la Terre et pouvait, dans une faible mesure, affecter l'équilibre délicat des mouvements des plaques tectoniques de la Terre.

Mars 1982 avait été prévu comme une date où les planètes seraient beaucoup plus proches les unes des autres que d'habitude, et ainsi leur effet combiné d'attraction serait un peu plus intense que d'habitude. Si donc la manifestation la plus forte de taches solaires se produisit en 1982, elle serait ainsi plus importante que d'habitude, et son effet sur la Terre serait probablement accru.

Or, il s'est avéré que le maximum d'intensité des taches solaires s'est produit bien avant 1982, ce qui remit tout en question. Il n'y avait ainsi aucune raison d'établir une relation entre l'activité d'attraction des planètes et le cycle de la tache solaire. Et le tremblement de terre qui avait été prévu par les auteurs, conséquence de ce phénomène, n'eut pas lieu.

Cependant, avant que les auteurs de ce livre n'admettent que cette théorie était fausse, l'effet Jupiter s'était emparé des armées de la nuit. D'après les lettres que j'ai reçues, il semblait que de nombreuses personnes croyaient que les planètes allaient s'aligner en rang d'oignon (en réalité, à l'instant où elles seraient le plus proche les unes des autres, elles seraient réparties sur à peu près un quart de ciel).

Ces personnes pensaient également que ce phénomène ne se produit qu'à peu près tous les millions d'années. En réalité, de tels regroupements se produisent tous les siècles un quart à peu près. D'ailleurs, un tel regroupement s'est produit il n'y a pas si longtemps et il fut encore plus intense que celui de mars 1982, mais en cette occasion, certaines des planètes se trouvaient d'un côté du Soleil alors que d'autres étaient de l'autre côté.

Du point de vue de la densité de l'attraction, il importe peu que les planètes se trouvent d'un côté ou de l'autre du Soleil, ou distribuées des deux côtés, du moment qu'elles se trouvent disposées selon une ligne droite approximative. Les fanatiques de l'alignement ne se sont pas contentés d'annoncer un tremblement de terre, il était également question que la Californie sombre dans l'océan.

Et même, pour nombre d'entre eux, même la perte de la Californie n'était pas un élément suffisant. Le bruit courut que la fin du monde était proche, et je suppose que nombreux sont ceux qui se sont réveillés le jour de l'alignement, prêts à affronter le destin qui leur est promis.

Je me suis d'ailleurs toujours demandé pourquoi l'alignement ne devait se produire, dans l'esprit des gens, que durant une seule journée. Les planètes se déplacent lentement à travers le del suivant des chemins qui leur sont propres et, un jour en particulier, la zone dans laquelle elles doivent se trouver est à son minimum. Le jour précédent et le jour suivant cependant, la zone. est encore très proche de son minimum; et même deux jours avant et deux jours après, la variation est très faible. Quelle qu'ait été l'influence effective de l'alignement, il n'aurait jamais pu être beaucoup plus important au moment où la zone occupée par les planètes a effectivement été minimum qu'à n'importe quel autre moment autour de ce minimum. On peut suspecter donc les fanatiques de l'alignement d'avoir développé une sorte d'influence mystique qui se produirait sous forme de déclic alors que les planètes glisseraient les unes derrière les autres pour former une ligne droite parfaite et, à ce moment, le grand bouleversement se produirait.

Il s'avère que le jour où les planètes s'alignèrent (approximativement), rien ne se passa.

Il reste que les armées de la nuit sont dominantes en nombre, et il me paraît donc peu probable qu'un jour la raison et la démarche scientifique l'emportent.

Mais il est important que la minorité qui s'oppose à ces divagations, ne cesse de faire valoir son point de vue, et se batte pour la bonne cause.

Table of Contents

Présentation

Sommaire

Avant-propos

PHYSIQUE

Lumières !

Quatre cents octaves

Le trio mort trop tôt

X comme inconnu

CHIMIE

Le grand frère

Pain et pierre

Le silicone roi

Une vie-silicium quand même

ASTRONOMIE

La longue ellipse

Epoques et empires

L'orbite de Monsieur Clarke

Prêt et attentif

Centres mortels

Dans la brousse

MATHEMATIQUES

Alchimie

EN BORDURE

Le cercle de la Terre

Les armées de la nuit

Couverture arrière