Matière et Révolution

Boucles de rétroaction en génétique

Robert Paris — 2020-09-24T22:05:00Z

René Thomas, spécialiste en circuits de feedback de la génétique, analyse le rôle des boucles de rétroaction en génétique et leur importance dans le processus de différenciation cellulaire. Il débute par quelques considérations d'analyse mathématique qui montrent qu'il y a une analogie entre des boucles de rétroaction interactives et des systèmes d'équations différentielles chaotiques. Rappelons d'abord qu'on a une boucle de rétroaction à chaque fois que part d'un élément une série de réactions qui revient agir sur cet élément. La rétroaction peut être positive ou négative. Cela signifie que l'action en retour peut favoriser la production de cet élément ou au contraire la freiner ou la bloquer.

Rappelons aussi que les équations différentielles sont celles qui relient les quantités et leur vitesse d'évolution ainsi que l'accélération de cette évolution. Les lois sont généralement des équations différentielles de ce type. Celles qui ont trois paramètres sont capables d'engendrer un attracteur chaotique. Cela signifie que les courbes sont feuilletées à l'extrême, chaque courbe se rapprochant infiniment de la suivante. Il en découle que la moindre variation d'un paramètre fait sauter d'une courbe à une autre. En découle aussi que la suite de l'histoire est changée par un tout petit changement. C'est ce que l'on appelle la sensibilité aux conditions initiales. On est en plein dans le chaos déterministe.

Or René Thomas montre que les mêmes conditions qui font que des boucles de rétroaction à trois éléments engendrent des situations de type foyer-col font que l'équation différentielle correspondante mène à un attracteur chaotique. En dynamique, l'expression col signifie qu'une position stationnaire peut être trouvée et conservée un certain temps.
Il peut y avoir un état stationnaire instable produit par des interactions entre des boucles de rétroactions lorsqu'il y a une dynamique chaotique. C'est un point très important.

On en déduit que des lois non-linéaires des gènes qui rétroagissent peuvent produire des structures émergentes.

Rappelons que les gènes sont effectivement rétroactifs et constituent avec les protéines des boucles positives ou négatives qui actionnent, inhibent, accélèrent ou ralentissent la production des protéines par les gènes. C'est ainsi que l'ADN qui, seul, est inactif devient la base de l'activité génétique du vivant.

Le matériel génétique ne doit donc pas être conçu comme porteur à lui seul de la génétique qui est une structure d'auto-organisation des interactions. Chaque gène doit donc être perçu non comme un individu mais comme une boucle de rétroaction qui interagit avec d'autres boucles. Ces diverses boucles peuvent produire des structures stationnaires instables. Ce sont des réseaux de rétroactions couplés. C'est un ordre génétique. On conçoit ainsi que l'ordre génétique n'est pas programmé, inscrit d'avance mais construit par la dynamique des interaction entre boucles de rétroaction des gènes.

L'espèce est conçue génétiquement comme un ordre émergent. Chaque individu construit lui-même cet ordre en explorant les possibilités de la génétique. C'est en interagissant que les boucles de rétroaction des gènes explorent leurs possibilités. Elles n'ont pas de réponse faite d'avance. C'est ce qui explique que la vie soit à la fois sujette à la variation et à la reproduction à l'identique, deux propriétés apparemment diamétralement opposées.

Comme l'explique Jean-Claude Ameisen dans « La sculpture du vivant », « l'économie de l'univers du vivant ne fait pas exception à l'économie de l'univers de la matière. » La structure génétique d'une molécule d'ADN est fixée mais elle participe d'un ballet des molécules qui viennent se fixer et qui se détachent pour actionner ou inhiber les gènes contenus dans l'ADN. Cette agitation provient du cytoplasme qui a un rôle actif alors que l'ADN est une molécule passive. La molécule ADN n'est fixe que si on considère sa partie codante mais sa partie non codante, elle, change. Elle diminue au fur et à mesure des copies. Or la partie non codante est déterminante pour les coupages, collages, pliages qui permettent le copiage. C'est l'origine du vieillissement génétique. Là encore, le désordre est à la base d'un fonctionnement du vivant et le phénomène actif provient du désordre et non de l'ordre. Cela va jusqu'aux neurones, les cellules qui fondent notre système nerveux et cérébral, qui sont liés par des réseaux neuronaux fondés sur un message neuronal désordonné. La société connaît également ce type de phénomène.

Evolution et Génétique, modelés par les modifications dans l'organisation des rétroactions des gènes et des protéines

Un exemple : la testostérone chez l'homme

Qu'est-ce qu'une boucle de rétroaction ?

La rétroaction de la mort et de la vie

Fonctionnement hiérarchisé et non-linéaire des gènes

Des chaînes de rétroaction des gènes

Des cycles désordre-ordre-désordre

Robert Paris — 2020-02-19T23:05:00Z

La matière, entre ordre et désordre, le film

« Il y a « apparition » d'ordre, différenciation structurale, acquisition de fonctions à partir d'un mélange désordonné de molécules individuellement dépourvues de toute activité, de toute propriété fonctionnelle intrinsèque autre que de reconnaître les partenaires avec lesquels elles vont constituer la structure. »
Le biologiste Jacques Monod
dans « Le hasard et la nécessité »

« Une théorie veut que l'histoire évolue par cycles. Mais, comme un escalier en colimaçon, lorsque le cours des événements humains revient à son point de départ, il le fait à un niveau différent. »
Le mathématicien Ian Stewart
dans « Dieu joue-t-il aux dés »Les scientifiques ont longtemps cherché un ordre naturel s'opposant au désordre, un atome fixe constituant la brique élémentaire de l'univers matériel, une loi permettant de prédire. Pour la vie, l'ordre serait l'ADN préprogrammé, pour la matière ce serait la particule, pour la chimie ce serait la molécule, pour la biochimie la cellule, etc… C'est une thèse très bien développée et diffusée au point que certains pensent que ce serait la seule conception scientifique. Le monde serait bien ordonné et cela permettrait de comprendre que le résultat fonctionne. Une telle démarche est aux antipodes de l'idée d'une nature instable, d'un ordre au sein duquel les contradictions peuvent sans cesse exploser, d'un ordre émergent fondé sur le désordre, de lois ne permettant pas de prédire parce que de petits facteurs peuvent intervenir à grande échelle. L'agitation du monde se manifeste régulièrement : cyclone, tremblement de terre, tsunami, épidémie, explosion de biodiversité, explosion originelle d'une étoile naissante ou absorption d'une galaxie par une autre, crise économique ou guerre meurtrière. L'univers, matériel comme vivant ou humain, ne ressemble en rien au calme et à la tranquille continuité que nous souhaiterions prêter au monde qui nous entoure. Ces explosions ne sont pas des accidents qui font exception dans un monde « comme un long fleuve tranquille ». Les tremblements de terre sont incessants mais à des niveaux divers et aléatoires. La terre est sans cesse en mouvement même si les montagnes, les mers, les étoiles, les espèces vivantes, les objets matériels semblent calmes et même immuables. L'apparente immobilité ne résulte que de contradictions s'annulant momentanément à une certaine échelle mais se préparant à nouveau à se combattre violemment au moment où on s'y attend le moins. Il en va du volcan momentanément au repos comme des molécules à l'agitation invisible, de la tectonique des plaques provisoirement insensible comme de la lutte de classe entre la bourgeoisie et le prolétariat. C'est la société qui projette ses propres aspirations en imposant une image de sérénité à la nature, en nous présentant des images de continuité et de stabilité d'un cosmos qui n'en a pas les propriétés. Mais, loin de regretter une intervention sociale en sciences, il nous faut constater que la réalité matérielle n'est pas si différente de la société elle-même : il y a une espèce de vie sociale dans les êtres vivants, y compris dans les unicellulaires qui échangent des informations, se déplacent, vient, meurent et s'organisent en fonction des moyens de subsistance collectifs. Il en va de même des cellules vivantes dans un corps pluricellulaires, y compris dans un homme. Ce n'est pas l'ADN qui dit ce que sera la cellule, une cellule nerveuse ou musculaire par exemple. Ce ne serait pas possible puisque l'ADN est le même pour deux cellules quelconques d'un même individu. C'est l'environnement cellulaire qui envoie des informations à la cellule sur sa vie, sa mort, ses déplacements, don évolution vers la spécialisation. Il en va de même en ce qui concerne la matière dite inerte. Un individu est lui aussi le sujet de multiples interactions avec ses semblables et avec l'environnement. C'est ce qui détermine son identité. Elle n'est pas prédéfinie par les propriétés de son corps qui n'indiquent que des potentialités. Ce sont les relations qui font de nous des hommes. Les informations qui s'échangent aussi entre particules et antiparticules (réelles ou virtuelles) indiquent la suite de l'évolution de la particule, les sauts, les transformations d'état, les liaisons, les appartenances à des structures de rang plus élevé, l'auto-organisation.. Or ces interactions, dans la matière, dans la vie comme dans la société, se font au hasard, ou pour parler plus clairement, de façon désordonnée. Les molécules, les cellules, les particules, les hommes rencontrent tel ou tel voisinage suivant des histoires variées et, cependant, le résultat final n'est pas complètement au hasard. On constate une certaine organisation, un certain ordre. Quel est le lien entre ordre et désordre ? Voilà une question qui divise les scientifiques, tout autant que les philosophes, les sociologues ou les historiens.

L'idée que l'on veut développer ici est celle selon laquelle la science, comme l'histoire des hommes, n'étudie pas des lois fondées sur la constance, la régularité, la linéarité ni la périodicité mais sur le désordre, sur l'agitation comme le pensait la science à ses débuts. Le désordre a ses lois dont l'ordre n'est qu'un aboutissement momentané à une échelle donnée. Dans ces lois du désordre, l'agitation portée à un point critique mène à une structure, à une constance, à une durabilité. Le désordre construit l'ordre. Le fugitif bâtit le durable. La structure n'est possible que du fait de l'agitation interne. C'est l'agitation moléculaire qui bâtit le vivant. Cette idée n'est pas neuve en philosophie mais elle n'a pu trouver ses marques en sciences que depuis la physique de Ludwig Boltzmann, avec sa physique statistique, et a eu de nombreux développements récents. La révolution est violente ; elle est un bond d'un état à un autre sans intermédiaire. Les scientifiques se posent eux aussi le problème du saut qualitatif [1] que représente le changement brutal de structure de la matière. Et ils constatent que la dynamique interne du système matériel peut mener quasi instantanément à une modification radicale de structure. C'est ce que fait le physicien Max Planck (dans le texte cité plus haut) concernant le phénomène de la radioactivité, c'est-à-dire de l'instabilité du noyau d'un atome lourd. Il constate que le changement de structure n'est pas dû à un choc externe mais au type même de la structure, instable et capable de se transformer en de nouvelles structures avec dégagement d'énergie. Ce type de situation est fréquent dans de multiples phénomènes physiques [2] recouvrant des situations où une structure est démolie et une structure nouvelle est construite après un choc développant une certaine quantité d'énergie. Cette énergie a été productrice de désordre, dans un système instable contenant un grand nombre de possibilités structurelles, mais a produit ensuite un nouvel ordre. L'énergie est une autre expression de l'agitation du niveau inférieur de structure. Une des caractéristiques de la révolution est qu'un niveau inférieur hiérarchiquement a produit un changement à un échelon supérieur. Le chaos déterministe expose ainsi sous le vocable « sensibilité aux conditions initiales » que sous certaines conditions de seuil une structure peut sauter vers un état désordonné puis vers un nouvel ordre. Ce changement peut être dû à un tout petit facteur. Il y a un parallèle à développer entre la philosophie des phénomènes non linéaires et celle des révolutions.

Le désordre a donné lieu à beaucoup moins d'études scientifiques, historiques ou philosophiques que l'ordre. Des centaines de fois plus d'ouvrages [3] ont été écrits sur les phases de conservation et de régulation de la matière et de la société que sur leurs phases de transformation brutale. Pourtant, les courts instants (relativement) d'un cataclysme, naturel comme social, marquent infiniment plus le monde que des décennies de calme, d'immobilité ou de régularité. Des révolutions qui ont duré quelques années ont influencé le monde pendant des centaines ou des milliers d'années. Des chocs de l'histoire physique du globe terrestre qui ont duré des dizaines de milliers d'années l'ont marqué sur des dizaines de millions d'années. On peut comprendre en partie cette réticence intellectuelle envers les cataclysmes par le fait que de telles situations sont déstabilisantes, y compris pour ceux qui ne les ont pas vécues. On a affaire à un événement, c'est-à-dire à une discontinuité de l'Histoire, que ce soit celle de la matière, de la vie ou de la société humaine.

Au lieu d'identifier la matière à un déplacement d'objets stables et fixes, fondés sur la loi de conservation de l'énergie, un petit nombre de scientifiques a souligné l'importance de la qualité de l'énergie, c'est-à-dire du niveau hiérarchique de l'ordre. Des physiciens comme Carnot, Boltzmann, Brunhes ont souligné que la conservation de l'énergie ne signifie pas la stabilité du système car il peut y avoir un changement qualitatif. Comme chacun sait, il y a différentes échelles de la matière qui sont emboîtées en poupées russes. Cette structure a un rôle dynamique et non figé : une diminution de l'énergie permet une action à plus petite échelle. C'est le changement qualitatif de l'énergie qui peut se produire malgré la constance de l'énergie globale. D'autre part, la stagnation globale de l'ordre (phénomène d'entropie) n'empêche pas une augmentation de l'ordre local payée par une augmentation du désordre extérieur. Cependant la science s'est d'avantage développée pour étudier les états stationnaires que les changements brutaux et le désordre. [4] Le physicien Georges Lochak en donnait la raison dans sa préface à l'ouvrage fameux « La dégradation de l'énergie » de Bernard Brunhes : « La physique moderne, qui est née avec Galilée et Newton, doit son succès à l'expérience. Or l'indispensable vertu de l'expérience est la répétabilité : une observation unique n'est pas un fait scientifique. D'où l'importance des états stationnaires, qui laissent le temps nécessaire à l'observation et dont la préparation est facilement renouvelable, tandis que les états transitoires, les états évolutifs, sont plus fugaces et plus difficiles à saisir. La nature se présente à nous comme ces petites mouches des journées chaudes d'été, que nous voyons presque immobiles, soutenues par un battement d'ailes si vif qu'on le discerne à peine, et qui, soudain changent de place presque instantanément, en un vol bref et rapide, pour s'immobiliser un peu plus loin : les états stationnaires s'étalent devant nos yeux, mais pour apercevoir des transitoires, il faut les chercher. Peut-être par suite d'une harmonie secrète entre les mathématiques et la physique, ou plus probablement de la demande des physiciens, l'appareil mathématique décrivant les processus stationnaires est lui aussi plus développé que celui qui décrit les processus évolutifs ; si bien qu'un nouveau phénomène stationnaire trouve aussitôt un cadre conceptuel prêt à l'accueillir, alors que, pratiquement, tout est à chaque fois à refaire pour un processus évolutif. L'idée même de loi s'identifie, en physique, au concept de régularité et non à celui d'évolution. (...) C'est dans l'optique générale d'un débat sur les lois de conservation et d'évolution et sur l'importance relative des phénomènes stationnaires et des processus transitoires, qu'il est intéressant de relire « La dégradation de l'énergie » de Brunhes. » Bernard Brunhes écrivait ainsi « Dans l'entourage et à l'époque de Carnot, on cherchait et on voulait quelque chose qui se conservât. On s'efforçait d'atteindre le permanent. Lavoisier avait proclamé la conservation de la masse dans les réactions chimiques. La place avait montré la stabilité du système solaire ; Fourier avait célébré un monde '' disposé pour l'ordre, la perpétuité et l'harmonie''. C'est dans cette atmosphère intellectuelle qu'a surgi, comme par génération spontanée, en trois points de l'Europe savante, le principe de conservation de l'énergie. » Il revient sur la notion d'entropie en rappelant ce que Carnot relevait déjà. La constance de l'énergie globale ne signifie pas l'immobilité, la qualité de l'énergie pouvant se dégrader ce qui suppose un saut qualitatif, c'est-à-dire un passage de niveau d'organisation hiérarchique de la matière. La température fixe d'un liquide ou d'un gaz est-elle un ordre ou un désordre ? Un paramètre en moyenne fixe semble être un ordre. Pourtant, la température est fondée sur l'agitation moléculaire qui uniformise le fluide. Il se réalise donc par une dynamique fondée sur le désordre des interactions moléculaires, agitation du mouvement brownien elle-même fondée sur l'ordre que représente la molécule. Mais l'ordre de la molécule est lui-même fondé sur l'agitation des atomes et de leurs composants (électrons, neutrons, protons). L'ordre de la particule repose également sur le désordre des fluctuations du vide. Et ainsi de suite…

Dans la nature, ordre et désordre s'interpénètrent ainsi à l'infini. Nous observons autour de nous des quantités d'exemples dans lesquels l'ordre est un produit du désordre mais, le plus souvent, nous ignorons qu'il en est ainsi. Les tâches solaires, les saisons, les nuages, les climats, les particules, les états de la matière (solide, liquide, gaz) sont quelques un des multiples exemples d'un ordre produit du désordre. Pour Ilya Prigogine, la notion d'ordre par fluctuation dans un système maintenu en état de non-équilibre est nécessaire pour comprendre les systèmes non linéaires se stabilisant un certain temps alors qu'ils sont loin de la stabilité. Ce type de système n'est pas un cas marginal dans la nature. Au contraire, la linéarité est une approximation qui n'est valable que dans quelques cas très exceptionnels. C'est l'ensemble du cosmos qui apparaît aujourd'hui aux scientifiques comme un système non linéaire loin de l'équilibre et qui connaît des structures durables comme celles de la matière corpusculaire ou comme les étoiles et galaxies. On a longtemps cru que l'interprétation de la nature par des lois supposait qu'elles mènent tout système à l'équilibre (thermodynamique par exemple). Finalement on constate que l'ordre se construisant à partir d'un univers désordonné peut mener à des structures loin de l'équilibre. Ainsi, un nuage apparemment stable est issu du désordre de l'agitation des molécules d'eau, désordre dont l'énergie est entretenue par les rayons du soleil. La surface d'eau liquide, apparemment lisse, est un ordre issu du désordre puisque les molécules d'eau et d'air passent sans cesse la frontière. Dans une population d'une espèce donnée, l'ordre génétique est fondé sur un désordre puisque les échanges sexuels et les relations entre espèces entraînent un brassage permanent des gènes. « Certains systèmes très désordonnés cristallisent spontanément en structures ordonnées » écrit Stuart Kauffman dans son article « Anti-chaos et adaptation » du dossier « Le chaos » de la revue « Pour la science » – Janvier 1995. Inversement, certains systèmes très ordonnés sont les plus susceptibles de se briser en mille morceaux. On ne peut pas séparer ordre et désordre. Ce sont les pôles d'une même dynamique fondée sur des contradictions.

En physique, on s'attendait à trouver à la base une structure ordonnée fondamentale. En microphysique, loin de constater un ordre, on a découvert un mélange d'ordre et de désordre, interpénétrés à l'infini. Les physiciens Lochak, Diner et Farge expliquent que « Les propriétés d'ordre et de désordre s'imbriquent sans que l'on puisse établir le lien logique qui les unit. (...) Il n'y a pourtant pas entre ordre et désordre l'antinomie que le bon sens suggère. (...) Le déterminisme ne s'oppose pas au hasard. Bien qu'elle soit une théorie des systèmes physiques où le hasard est irréductible, la mécanique quantique n'a pas, de ce fait, le statut de théorie indéterministe. » Agitation et structure sont donc inséparables, imbriqués à toutes les échelles de l'univers. La dynamique intègre conservation et transformation. Dans la particule, dans l'atome, dans la molécule, on ne constate pas de fixité. Les états stationnaires ne sont pas des situations fixes. Les auteurs précédents expliquent ainsi : « Les états quantiques sont comme les états stationnaires d'une onde. La stationnarité ne signifie nullement que rien ne se passe au cours du temps, mais seulement que certaines grandeurs physiques privilégiées ne varient pas quoi qu'il arrive. On dit que ces grandeurs sont conservées, ou encore satisfont à une loi de conservation. »

Montrons sur un exemple cette interpénétration de l'ordre et du désordre dans la physique quantique. C'est le cas étonnant des photons jumeaux sur lequel maints auteurs ont écrit. Ces deux photons ont été émis en même temps par une même source dans deux directions opposées. La physique quantique dira qu'ils ont une histoire commune tant qu'ils n'interagissent pas à nouveau. On le constate en mesurant le spin [5] des deux photons. On trouve toujours qu'ils sont égaux et opposés. Pourtant le spin d'un électron est aléatoire. Donc les deux particules qui avaient, à la source, un spin total zéro continuent à avoir un spin total zéro alors qu'elles s'éloignent au point de ne plus pouvoir communiquer durant le temps de l'expérience. Ce phénomène appelé « intrication » est étrange car les deux valeurs du spin semblent désordonnées et restent toujours égales et opposées sans que les deux photons puissent communiquer. Cela signifie que le spin apparemment au hasard est seulement dans un désordre apparent et que cette agitation à laquelle est reliée la valeur du spin reste déterministe. Les deux photons jumeaux obéissent à des lois en liaison avec l'agitation du vide quantique mais ces lois donnent une apparence agitée. Ordre et désordre sont bien imbriqués au sein du photon. Déterminisme et hasard apparent ne sont pas logiquement opposés.

Nous analysons la valeur de l'énergie comme le niveau du passage ordre-désordre ou désordre-ordre, impliquant des changements brutaux. Ne se contentant pas de la conservation de l'énergie, l'entropie implique que le phénomène redonne au milieu le désordre qu'elle lui emprunte. Si l'ordre augmente à l'intérieur d'une structure, c'est que le désordre augmente à l'extérieur. Mais qui est à l'origine de la dynamique ? L'ordre ou le désordre ? Qui créé de nouvelles structures ? Est-ce dans un milieu extérieur stable qu'apparaissent de nouvelles espèces ? Est-ce lors des mouvements lents du milieu que des structures nouvelles sont fondées ? Non, c'est le choc thermique et les mutations génétiques qui favorisent les changements. La forêt tropicale (milieu biologiquement et physiquement agité et désordonné) est plus favorable à l'apparition d'espèces nouvelles que le désert ou le pôle, milieux ordonnés par la sélection climatique. Des énergies apparaissant brutalement suscitent aussi la formation de nouvelles particules. Au niveau de la synapse neuronale, l'agitation désordonnée des molécules chimiques (neurotransmetteurs) est connectée à l'ordre de la réponse électrique, l'influx nerveux. L'agitation désordonnée des individus produit le fonctionnement du groupe d'êtres vivants. Le désordre du message cellulaire des neurones produit l'ordre du cerveau. Le désordre des explosions nucléaires produit l'ordre des noyaux des atomes. Le désordre des émissions/absorptions des photons par les particules produit l'ordre de la particule. A chaque fois, le désordre est au départ [6] et à l'arrivée du cycle. Dans le domaine de la physico-chimie, Ilya Prigogine et Isabelle Stengers notaient dans « La nouvelle alliance » que « La nature bifurquante est celle où de petites différences, des fluctuations insignifiantes, peuvent, si elles se produisent dans des circonstances opportunes, envahir tout le système, engendrer un régime de fonctionnement nouveau. » Dans le domaine du vivant, le biologiste Jacques Monod remarquait dans « Le hasard et la nécessité » que le désordre moléculaire est à l'origine des rétroactions biochimiques : « Il y a constitution spontanée d'ordre à partir des molécules appartenant à une même espèce chimique. Les quelques cas passés ici en revue suffisent cependant à illustrer le processus par lequel des structures complexes, auxquelles sont attachées des propriétés fonctionnelles, sont construites par l'assemblage stéréospécifique, spontané, de leurs constituants protéiniques. Il y a « apparition » d'ordre, différenciation structurale, acquisition de fonctions à partir d'un mélange désordonné de molécules individuellement dépourvues de toute activité, de toute propriété fonctionnelle intrinsèque autre que de reconnaître les partenaires avec lesquels elles vont constituer la structure. » Les rythmes interactifs qui fondent la vie sont fondés sur le désordre. La forme stéréoscopique des molécules, qui détermine les liaisons des macromolécules du vivant, est capable de changer à une vitesse considérable, modifiant les réactions biochimiques qui sont catalysées et donc les processus en chaîne qui produisent la vie. Un petit facteur agissant rapidement peut modifier toute une structure à grande échelle.

Montrons qu'au niveau de la microphysique quantique, les relations entre particules, de matière ou de lumière, sont du type cycle ordre-désordre. Quels sont les rapports entre matière-lumière et ordre-désordre ? Le physicien Georges Lochak explique dans l'article « Louis De Broglie, savant solitaire » [7] que les particules de matière ont une tendance spontanée à produire du désordre (particules qu'on appelle de Fermi d'où leur nom de « fermions » dont un exemple est l'électron), les particules de lumière à produire de l'ordre qu'on appelle de Bose, d'où leur nom de « boson » dont un exemple est le photon lumineux). : « Les fermions sont (...) « individualistes » et, en particulier, ils ne peuvent pas coexister sur une même onde. Cette propriété est essentielle pour expliquer la stabilité de la matière, la classification des éléments chimiques et les propriétés des solides (en particulier les propriétés électriques). Les bosons au contraire sont « grégaires », ils auront tendance à s'agglutiner dans le même état ; non seulement ils pourront coexister sur une même onde, mais ils auront tendance à y « attirer » d'autres bosons de la même espèce. » En l'occurrence, l'ordre consiste en la capacité de se mettre en phase sur une même onde (les bosons) et le désordre en la nécessité de deux particules proches de se mettre en opposition de phase ou de se repousser. Il semblerait donc que l'ordre s'oppose diamétralement au désordre et pourtant il n'en est rien. Si deux particules de matière parviennent à se coupler, elles deviennent une seule particule de lumière. C'est le processus appelé BCS (du nom de ses découvreurs Bardeen-Cooper-Schrieffer). Cela signifie que désordre plus désordre donne ordre ! Examinons une autre « addition » curieuse : celle de deux bosons qui se rencontrent. Ils peuvent additionner mutuellement leurs effets ou, au contraire, les détruire. Donc ordre plus ordre peut donner du désordre. C'est l'interférence lumineuse. Le désordre matériel, se changeant en ordre, donne lieu à des phénomènes à notre échelle : la supraconductivité (propriété d'un matériau dont la résistance électrique s'annule) et la superfluidité (propriété d'un matériau dont la force de frottement s'annule). Lochak l'expose ainsi : « La théorie BCS a montré qu'on peut l'expliquer par un appariement entre les électrons qui se réunissent dans ce que l'on appelle les paires de Cooper. Or, une telle paire, réunion de deux fermions, se comporte comme une seule particule (...) et elle n'est plus, elle-même, un fermion mais un boson. Les paires de Cooper peuvent donc se mettre en phase sur une même onde, comme le font les photons sur une onde lumineuse. Dès lors, un courant électrique cesse d'être un vent dans un gaz d'électrons en agitation désordonnée, pour devenir une onde qui se propage sans collisions, donc sans frottement et partant sans résistance, dans le réseau cristallin. » Pourquoi la matière aurait tendance au désordre et la lumière à l'ordre ? On l'a dit : les particules de matières subissent des collisions matérielles qui les font rebondir, produisant une agitation désordonnée permanente. Les bosons, inversement, contournent les obstacles. On connaît cette propriété de la lumière que l'on appelle la diffraction. Mais la physique quantique, on le sait, a rompu cette opposition ordre/désordre entre lumière et matière, entre onde et corpuscule. Elle a associé une onde à chaque corpuscule et inversement. Nous avons déjà eu l'occasion précédemment de faire allusion à la relation matière-lumière-vide dans laquelle se manifestent les processus « matière » et « lumière ». Rappelons que le vide est plein de couples fugitifs particule/antiparticule et qu'une particule de matière (plus généralement un fermion) dans le vide, loin de rester toujours identique à elle-même, se couple rapidement à une antiparticule fugitive du vide. Elle libère ainsi la particule fugitive qui était couplée avec elle. Le nouveau couple particule/antiparticule se transforme en énergie par émission de photons (plus généralement de bosons). Rappelons également qu'un corpuscule lumineux (plus généralement un boson) se décompose de façon rapide en une particule et une antiparticule (polarisation de la lumière). Résumons : la lumière se change en matière, la matière en lumière. L'ordre et le désordre n'existent pas séparément mais au sein de cycles de rétroaction. Cela explique que des phénomènes permettent de transformer le désordre en ordre comme la supraconductivité. Cela explique également que la localisation de la particule de matière se transforme en délocalisation de la lumière. Il suffit pour atteindre ce niveau où la matière devient floue de s'approcher suffisamment près d'une particule comme un électron. C'est la base de la relation d'indétermination d'Heisenberg caractérisée par la constante de Planck. A l'échelle de Planck, le temps de transformation de la particule en une autre particule n'est plus négligeable (comme il l'est à notre échelle dite macroscopique). L'ordre intérieur, structurel, que représente la particule de matière (localisée dans une zone restreinte) n'est possible que par la production de désordre entre les particules. L'ordre entre plusieurs photons, représentée leur mise en phase au sein d'un e même onde, n'est rendue possible que par le désordre que représente l'extension spatiale inexorable de l'onde. A tous les niveaux, c'est le désordre sous-jacent qui conditionne l'ordre et inversement. Tous les processus sont des cycles désordre-ordre-désordre. La constance, qui n'est réalisée qu'entre états finaux, s'appelle la constance de l'énergie. Mais chaque interaction avec le vide quantique rompt cette constance, pour la rétablir un temps très court après.

L'énergie est à la base du cycle de base de la matière qui est énergie-matière-énergie. Son niveau quantitatif en indique le rythme. Plus l'énergie est importante, plus le cycle est court. Une énergie signifie une disparition d'un ordre, le cassage d'une structure. Pour intervenir à un niveau de structure, il faut agir dans un temps plus court que celui du cycle désordre-ordre-désordre. C'est un temps-seuil et nous verrons même que c'est le seul moyen de définir le seuil de taille de la particule élémentaire d'une interaction. Les physiciens sont habitués à cela en termes de fréquence d'un rayonnement capable d'agir sur une particule. Les neurobiologistes font la même constatation qu'ils expriment en termes de rythme d'influx capable d'agir sur un neurone. Les révolutions savent que la rapidité est la clef du succès. Le désordre peut détruire l'ordre mais il peut également produire de l'ordre. C'est ce que l'on appelle la néguentropie, c'est-à-dire l'opposé de l'augmentation d'entropie. Rappelons que cette augmentation d'entropie prévue par les lois de la thermodynamique pour tous les systèmes fermés (n'échangeant pas avec l'extérieur) signifie une perte de niveau de l'énergie dans les ordres de la matière. Dans l'interaction d'échelle, l'entropie signifie que le niveau de grain nécessaire pour décrire l'interaction devient plus petit. La capacité de construire de l'ordre est, au contraire, un agraindissement (qui vient du terme « grain », à ne pas confondre avec un agrandissement qui vient de « grand »). Des niveaux hiérarchiques plus petits permettant d'intervenir à grande vitesse dans une zone petite peuvent, dans certains cas, atteindre le niveau supérieur. La clef de l'énigme, comme l'expose le physicien Murray Gell-Mann, suivant en cela la thèse du physicien-chimiste Ilya Prigogine, réside dans la capacité des systèmes ouverts consommateurs d'énergie d'être « sensibles aux conditions initiales ». Maxwell demandait quels démons pouvaient être capables d'intervenir pour ramener l'ordre au sein du désordre et gagner des degrés de structuration. Comme le dit le proverbe, « La diable réside dans les détails ». Ce sont les petits facteurs qui permettent à une structure d'apparaître au sein du désordre. Une structure n'est donc pas un ordre mais un cycle désordre-ordre-désordre. Et l'ordre est lui-même une destruction, celle de la symétrie (synonyme de désordre). Ce cycle se décline sur une infinité de modes suivant les structures désactivation-activation-désactivation du neurone ou onde-corpuscule-onde de la particule de matière ou encore inhibition-activation-inhibition du gène. A l'origine, il y a le désordre que les physiciens appellent symétrie. L'ordre, appelé rupture de symétrie, a un caractère d'apparition brutale et de destruction du désordre. Par exemple, un sens particulier de rotation apparaît dans un nuage de matière qui se concentre sous l'action de la gravitation. C'est le désordre des chocs des molécules qui ont fini par produire un mouvement d'ensemble et rompre la symétrie entre les deux sens de rotation qui n'en privilégiait aucun. C'est le désordre des productions de neurotransmetteurs qui donne un sens au message électrique ordonné qui n'était pas directionnel… etc, etc, …

L'ordre construit par le désordre ? Peut-on donner des exemples d'un tel paradoxe que certains prendraient volontiers pour un simple jeu de mots sur la dialectique du monde ? Empruntons les d'abord à la physique. La thermodynamique classique croyait que toute évolution allait vers une perte d'ordre irrémédiable (loi d'entropie du deuxième principe) mais, après les travaux de scientifiques comme Ilya Prigogine, les exemples se sont multipliés de structures dissipatives [8] fondées sur le déséquilibre et cependant capables de construire de l'ordre. Un nuage bien tranquille dans le ciel en l'absence de vent n'est cependant pas une structure fondée sur l'immobilité. L'énergie du nuage provient des rayons solaires réfléchis sur la surface terrestre. Le nuage reçoit sans cesse de nouvelles masses d'eau et en perd également sans cesse. L'aspect globalement inchangé du nuage n'est pas fondé sur l'équilibre mais au contraire sur une agitation interne des molécules d'eau qui se déplacent dans le nuage et entre l'extérieur et le nuage. Les gouttes d'eau chutent, vaporisent, remontent, se condensent. Des mouvements internes de tourbillons donnent une énergie considérable au nuage. Cette dynamique interne explique que le nuage soit sujet à des transformations brutales causées par sa structure instable. Le physicien Grégoire Nicolis explique ainsi dans la revue « Science et avenir » d'août 2005 que « Dans tout système physique existe en permanence une source de variabilité intrinsèque, les fluctuations. Celles-ci rendent comptent du caractère chaotique très marqué de la dynamique des variables macroscopiques des évolutions essentiellement aléatoires. Pour caractériser une telle évolution, on doit adopter encore un autre niveau de description, où la grandeur centrale est la distribution de probabilité de rencontrer les variables macroscopiques dans une certaine gamme de valeurs à un instant donné. » On retrouve ces propriétés dans toutes les structures fondées sur des courants de convection. Il en va de même du flocon de neige qui peut sauter brutalement d'une structure à une autre (grains fins, grains à face plane, en gobelets, en grains ronds). La constitution de la neige est déjà une transformation brutale. On remarque d'ailleurs que la structure du flocon est toujours spécifique, individuelle même s'il y a des grands types de structures. Deux flocons ne sont pas totalement identiques car un peu d'agitation existe en permanence lors de la fondation de la structure. La surface apparemment tranquille d'un liquide est elle aussi le produit d'une grande agitation : des molécules d'eau sautent dans l'air et inversement. La surface plane de la mer apparaît telle à nos yeux mais n'est qu'une illusion ou plutôt un ordre global fondé sur le désordre. La matière solide est elle-même sujette à cette agitation qui maintient seulement globalement la même structure, les particules élémentaires qui la composent pouvant changer et bouger sans cesse. Une surface matérielle qui semble immobile est, elle aussi, sujette, à des mouvements permanents de particules qui quittent la surface ou la gagnent. Les particules elles-mêmes ne sont rien d'autre que des structures se fondant sur une autre agitation, celle du vide comme nous tenterons de le montrer par la suite. A grande échelle, l'espace apparemment calme est le produit d'une agitation. La structure de l'étoile est le produit des multiples explosions nucléaires du cœur de l'astre lumineux.

Il est très important de comprendre que l'unité élémentaire n'est pas ou l'ordre ou le désordre, entités qui seraient diamétralement opposées mais un cycle entre ces situations qui s'opposent dynamiquement et non logiquement. Le caractère dynamique de cette opposition provient, rappelons le, du fait que l'augmentation de l'ordre à l'intérieur d'une structure entraîne une augmentation du désordre extérieur et inversement. Ce qui rend dynamique le mode de fonctionnement, ce n'est pas la seule existence de structures, c'est qu'il est fondé sur la négation, négation qui mène parfois à la destruction de la structure. La vie tient son dynamisme au jeu permanent d' « accroche-décroche » de ses molécules. La mort est fondamentale dans le fonctionnement de la vie comme le montre le rôle de l'apoptose (suicide cellulaire) dans la cellule. « L'autre condition nécessaire à la possibilité même d'une évolution, c'est la mort. Non pas la mort venue du dehors comme conséquence de quelque accident. Mais la mort imposée du dedans, comme une nécessité prescrite, dès l'œuf, par le programme génétique même. L'évolution, c'est le résultat d'une lutte entre ce qui était et ce qui sera, entre le conservateur et le révolutionnaire, entre l'identité de la reproduction et la nouveauté de la variation. » écrit François Jacob dans « La logique du vivant » L'ordre n'est autre que destruction de la destruction. Il est, en effet, deux sortes de manières de concevoir la structuration. Si on prend par exemple la sculpture, soit on agglomère progressivement de la pâte pour constituer la statue, soit on prend un bloc que l'on creuse en supprimant des parties. Cette dernière méthode est destructive. Elle supprime tout ce qui est en trop.

La destruction est le mécanisme fondamental de l'organisation de la matière. A chaque fois qu'une interaction a lieu, un ou plusieurs corpuscules sont détruits. La plus élémentaire des interactions de la matière est l'électromagnétisme dans lequel un photon lumineux est absorbé par une particule matérielle. Le photon disparaît pour que la particule saute d'un état à un autre. Au sein du noyau atomique, l'interaction dite faible est le passage d'un proton à un neutron par absorption d'un électron. Celui-ci disparaît. Examinons maintenant l'un des phénomènes fondamentaux de la physique des particules, l'interaction forte, qui maintient le noyau de l'atome malgré la répulsion électrique entre protons dont les électricités positives se repoussent. La rapidité de l'activation de l'interaction forte par rapport aux autres interactions est la clef de sa capacité à maintenir la structure du noyau et donc de l'atome. Cela explique également le caractère violent de la rupture du noyau. Rompre la liaison du noyau nécessite une énergie et une rapidité d'action considérables qui est à l'origine de l'énergie des explosions nucléaires. L'énergie nucléaire est le type même d'une action à toute petite échelle spatio-temporelle qui agit brutalement et construit (ou détruit) une structure à beaucoup plus grande échelle. C'est une des définitions de la révolution. Elle n'agit que sur un temps très court et, du coup, sur une distance extrêmement petite mais permet la formation d'un atome de taille et de durée beaucoup plus importantes. La durée de l'interaction forte est moins de 10-23 secondes, soit un cent millième de milliard de milliardième de seconde alors que le noyau et l'atome sont souvent durables. Cette interaction est l'un des phénomènes les plus rapides et brutaux de la nature. Il est également à remarquer que l'interaction forte a un caractère inhibiteur, c'est-à-dire qui bloque un processus spontané. Les interactions rapides et de courte portée sont les bâtisseurs des structures de la matière. Voilà encore un exemple de situation où des petits facteurs ont une influence à grande échelle.

Dans la matière inerte, l'agitation est permanente à tous les niveaux : agitation du vide, agitation des particules, agitation des atomes et des molécules. L'ordre qu'est la particule est une barrière, plus ou moins durable, pour le désordre de l'espace vide. Selon la conception de Max Planck exposée dans l'ouvrage de Léon Brillouin, « La science et la théorie de l'information », « Planck a défini le système atomique élémentaire comme une « complexion métastable ». De manière très générale, on peut dire que tout système est une « complexion métastable », c'est à dire qu'il représente une permanence dans le temps et l'espace d'un état extrêmement peu probable. La « complexion » que représente le système n'est ni plus ni moins probable qu'une autre ; le fait important est qu'elle soit « métastable », c'est à dire qu'il se produit un « saut » (eh oui !) dans la stabilité, dans la constitution d'une « forme ». Tout système est improbable ; mais, pour être plus précis, ce n'est pas l'apparition de la forme spécifique du système qui est improbable (elle est aussi probable que n'importe quelle autre forme composée des mêmes éléments), c'est sa conservation dans le temps, la conservation « systématique » de formes primitivement peu probables . (...)Toute forme conservée, en tous cas, réalise un équilibre entre des éléments fortement discriminés : c'est ce qu'on appelle « contre entropie », « néguentropie » ou « entropie basse ». » (Jean-Marc Lepers dans « Anthropologie systémique ») Dans la matière vivante, le désordre est constitué par les interactions au hasard des molécules qui produisent toutes les liaisons possibles. C'est la destruction qui produit l'ordre. Des systèmes comme les lymphocytes du système immunitaire ou les protéines chaperons sont chargés de détruire tout ce qui menace l'ordre. L'ordre au sein d'un corps, la conservation du « soi », est le produit de la destruction de multiples molécules non désirées. L'ordre qu'est la vie, cette auto-organisation de la matière inerte, est le produit de la destruction de la cellule vivante par elle-même (autodestruction par apoptose ou négation) qui est retardée (négation de la négation comme l'appelle lui-même le spécialiste de l'apoptose Jean-Claude Ameisen [9]) si la cellule correspond à une norme collective définie par les cellules voisines (participer à la mise en place d'un organe ou d'un tissu). Cela signifie que la destruction (gène et protéine de mort) provient de l'intérieur de la cellule et qu'elle existait dès la naissance de la cellule, que toute la vie de la cellule est une lutte entre gènes et protéines de la vie et de la mort. L'ordre que représentent l'Etat et l'organisation sociale est une structure mise en place pour limiter et combattre la lutte des classes que l'aggravation des inégalités sociales aggrave. La lutte des classes est permanente même si elle ne devient évidente (si elle n'explose) qu'en de rares moments et ne triomphe que rarement.

L'idée générale qui en ressort peut grossièrement être résumée ainsi : l'état fondamental (de la nature comme de la société humaine) est l'agitation (agitation des particules, des molécules, des actions individuelles). Ce désordre (appelé symétrie en physique) peut être plus ou moins détruit par une action énergique (appelée en physique rupture de symétrie et que nous appellerons philosophiquement la négation puisqu'elle démolit cet état). Le changement d'ordre est nécessairement brutal et est lui aussi une destruction (appelée en physique transition de phase et que nous appellerons philosophiquement négation de la négation). Et surtout le désordre peut être producteur d'un nouvel ordre. Cela signifie qu'il faut changer la conception selon laquelle le désordre produit du désordre et l'ordre produit l'ordre. L'Etat qui combattait la lutte des classes a produit la révolution, et la révolution produit un nouvel Etat. Dans la nature comme dans la société, le désordre peut produire l'ordre et l'ordre peut produire le désordre. La mort produit la vie et la vie produit la mort. Le positif produit le négatif et le négatif produit le positif.

La matière s'agite en tous sens à tous les niveaux (agitation quantique du vide et des particules, vibrations et rotation des atomes, agitation des molécules, agitation des grandes quantités de matière, etc…). Elle se transforme sans cesse. Les particules apparaissent et disparaissent en permanence par le processus fondamental matérialisation/dématérialisation du vide que nous exposerons. Cette transformation qui est à la base des interactions matière/matière, matière/lumière et matière/vide comme espace/temps se produit en un instant tellement court qu'il nous échappe. Il n'a été mis en évidence que par la physique quantique étudiant des instants extrêmement courts. L'origine de l' « ordre » matériel c'est le désordre du vide (fluctuations d'énergie). L'origine de l'ordre du vivant, c'est le désordre des interactions au hasard entre molécules. L'origine de l'ordre du cerveau, c'est le désordre du message électrique cérébral. De nombreuses transformations, aussi brutales que le saut d'un rythme à un autre de notre cœur ou de notre cerveau, échappent à notre attention. Il en est de même pour la tectonique des plaques, la formation des montagnes, la formation d'étoiles et de galaxies. Ces transformations considérables nous sont quasiment insensibles parce qu'elles ont lieu à une échelle qui ne nous est pas perceptible directement (trop petite ou trop grande) sauf quelques manifestations exceptionnelles (un tremblement de terre par exemple).

La matière inerte n'est pas moins agitée que la vie, pas moins capable de produire de la nouveauté. La vie n'est que qu'une des formes dynamiques de la matière et même pas la plus étonnante [10]. L'astronomie est née de l'astrologie c'est-à-dire de l'idée que le ciel était stable et donc du domaine des dieux alors que la terre, domaine des hommes, était agitée de façon difficilement prédictible. Depuis, le ciel apparemment si calme s'est révélé être le siège des explosions de supernovae, des trous noirs qui « dévorent » des galaxies, des galaxies qui dévorent des grands nuages de gaz et produisent de nouvelles étoiles, des sursauts gamma qui le parcourent. Les planètes suivent des trajectoires chaotiques qui peuvent brutalement les amener à quitter l'attraction solaire ou à tomber sur le soleil. L'espace vide s'avère lui aussi agité, discontinu et d'un fonctionnement non linéaire aussi complexe que la matière. Les particules simples sont le siège d'autant de phénomènes multiples qu'une étoile. La matière dite « inerte » a produit les nouveautés renversantes que sont les étoiles, les galaxies ou la vie et la suite de l'histoire est imprédictible bien qu'obéissant à des lois. Comment la matière inerte a bien pu produire la vie est la question la plus intrigante et la plus passionnante que l'homme s'est posée. La découverte que la matière (particules, rayonnement et vide) n'a rien d'inerte et est au contraire sans cesse producteur de nouveauté change considérablement les termes du problème. Cela signifie que les nouveautés structurelles n'ont pas attendu la vie pour être produites par la matière qui contient en son sein toutes les propriétés d'auto-organisation bien avant d'avoir construit la vie. Le combat entre tendances opposées qui préside en permanence à l'agitation du vide s'est transporté dans la matière/lumière et dans les molécules qui ont donné naissance au phénomène de la vie.

Le vivant n'est pas exempt du même type de phénomène fondé sur le désordre, ou, plus exactement sur une imbrication de désordre et d'ordre en cycles. On retrouve ces cycles ordre/désordre dans tout le fonctionnement physiologique. Donnons en un exemple pris dans le système nerveux : la liaison entre synapses et neurones. Alors que la synapse fonctionne par « bouffées explosives de neurotransmetteurs », cette agitation chaotique se coordonne avec la réponse régulière du neurone. Le fonctionnement stochastique de la synapse enclenche le fonctionnement uniforme du neurone. Comme l'explique Jean-Claude Ameisen dans « La sculpture du vivant », « l'économie de l'univers du vivant ne fait pas exception à l'économie de l'univers de la matière. » La structure génétique d'une molécule d'ADN est fixée mais elle participe d'un ballet des molécules qui viennent se fixer et qui se détachent pour actionner ou inhiber les gènes contenus dans l'ADN. Cette agitation provient du cytoplasme qui a un rôle actif alors que l'ADN est une molécule passive. La molécule ADN n'est fixe que si on considère sa partie codante mais sa partie non codante, elle, change. Elle diminue au fur et à mesure des copies. Or la partie non codante est déterminante pour les coupages, collages, pliages qui permettent le copiage. C'est l'origine du vieillissement génétique. Là encore, le désordre est à la base d'un fonctionnement du vivant et le phénomène actif provient du désordre et non de l'ordre. Cela va jusqu'aux neurones, les cellules qui fondent notre système nerveux et cérébral, qui sont liés par des réseaux neuronaux fondés sur un message neuronal désordonné. La société connaît également ce type de phénomène. Citons simplement la structure d'une ville [11] qui peut être examinée comme une fourmilière d'où les hommes entrent et sortent sans cesse. Rappelons nous que la ville a été l'une des structures révolutionnaires qui ont déstabilisé l'ancien ordre. On a parlé de villes comme Ur ou Babylone comme de « folies », de développements incroyables et explosifs. En Amérique latine et centrale également, les villes [12] sont la base même de la plus grande révolution sociale. La révolution urbaine ne doit pas être comprise uniquement comme un changement radical du mode de vie mais aussi comme l'apparition de nouvelles révolutions sociales menaçantes pour les classes dirigeantes et l'Etat. Nous verrons également que l'Etat lui-même est une structure issue du désordre. Aucune structure, ni naturelle, ni sociale, n'est éternelle, incassable, immuable. Cela provient du fait que ces structures sont issues du désordre et peuvent y retourner.

Le physicien-chimiste Ilya Prigogine considère justement la ville comme structure issue du désordre. Dans « Temps à devenir », il expose : « Des concepts comme l'auto-organisation loin de l'équilibre, ou de structure dissipative (...) sont appliquées dans des domaines nombreux, non seulement de la physique, mais de la sociologie, de l'économie et jusqu'à l'anthropologie et à la linguistique. Pour comprendre ce que cela signifie, il suffit – je donne toujours cet exemple – de penser à une ville, une ville par opposition à un cristal. Un cristal, c'est une structure ordonnée Le cristal une fois formé, il faut le laisser tranquille sinon il peut fondre, il peut casser mais la ville, il ne faut pas la laisser tranquille. Il faut qu'elle réagisse avec ce qui l'entoure. Et c'est cette réaction avec ce qui l'entoure qui va lui donner sa permanence. (...) Et ce sont ces interactions avec le monde extérieur qui lui donnent sa stabilité et sa signification. » Le désordre, le non-équilibre, source d'un certain type d'ordre (les structures dissipatives), voilà la grande découverte de Prigogine qui explique dans « Temps à devenir » que « Le non-équilibre, ce n'est pas du tout les tasses qui cassent ; le non-équilibre, c'est la voie la plus extraordinaire que la nature ait inventée pour coordonner les phénomènes, (...) Les phénomènes irréversibles, loin d'être (...) le chemin vers le désordre, ont au contraire un rôle constructif extraordinaire. (...) La nature aussi invente. La nature créée aussi des événements La nature présente des instabilités. ».

Beaucoup d'agitation casse la structure mais un peu d'agitation en assure la stabilité, comme le montre l'instabilité des dictatures par rapport aux démocraties. Il faut un certain niveau de désordre pour assurer la conservation. C'est ce qui se produit avec le matériel génétique qui contient un ordre avec le message de l'ADN mais aussi un désordre avec les parties non codantes de l'ADN. Ces parties diminuent, du fait des coupures et recollage, quand l'être vivant vieillit. Le vieillissement est synonyme de plus de rigidité, de moins de souplesse, d'une perte d'agitation, d'un manque de stress, d'une perte d'agitation à tous les niveaux. Elle correspond à la diminution de la capacité de trier et détruire les molécules indésirables. Dans un être vivant, un très grand nombre de mécanismes ont pour but de supprimer les erreurs et les mutations. Plus un être vivant est âgé, plus les erreurs génétiques non supprimées se multiplient. La durée de l'être vivant se paie en perte d'ordre obtenu par les mécanismes de contrôle du désordre. Par exemple, une cellule qui supprime son mécanisme d'autodestruction devient cancéreuse. Ce n'est pas seulement l'individu dont la durabilité se paie en diminution de l'inhibition du désordre ; c'est également vrai pour l'espèce. Le vivant est fondé sur la régulation de ce stress mais pas sur sa suppression ni sa diminution. Le stress crée l'espèce et la baisse du niveau de stress diminue la capacité à construire des structures nouvelles, la biodiversité. Des chocs violents sont responsables des grands embranchements de l' « évolution » du vivant.

L'idée défendue dans ce texte, selon laquelle l'histoire et les sciences obéissent aux lois de la révolution, a de quoi choquer le lecteur. Ce dernier accepterait aisément l'affirmation selon laquelle le monde serait soumis aux lois de l'évolution. C'est dans cette version qu'est généralement admis le darwinisme sous le nom d' « évolution des espèces ». Evolution, cela donne un petit air tranquille, régulier, prédictible, logique et sans surprise. C'est une thèse rassurante car elle intègre la notion de progrès graduel, la sélection étant supposée choisir les « plus aptes ». Malheureusement, personne n'a jamais su dire aptes à quoi dans un univers changeant sans cesse, ni en déduire quelles seraient les évolutions à venir, ni comment la loi en question pouvait produire de la nouveauté puisqu'elle se contente de sélectionner. Et surtout, ce qu'on constate n'a rien d'aussi progressif et continu : le principal événement de cette « évolution » est appelé significativement « l'explosion du Cambrien », il y a 543 millions d'années [13] On peut parler de la révolution des êtres vivants aérobies (vivant dans l'oxygène), de la révolution des pluricellulaires, de la révolution de la sexualité, de la révolution des plantes à fleur, etc... Impossible de concevoir l'apparition de nouvelles structures du vivant par un mécanisme graduel. On conçoit à quel point les deux conceptions, évolution ou révolution, divergent. L'évolution (ou la réforme), dont il ne s'agit pas de nier l'existence et parfois l'importance, vise en effet à la conservation globale de la structure, alors que la transformation brutale (ou révolution) vise à la renverser, à la casser, libérant brutalement des énergies qui étouffaient en son sein.

Comme le rappelle le géologue et évolutionniste Stephen Jay Gould dans « Le pouce du panda », « De nouvelles espèces apparaissent presque toujours soudainement sans que les fossiles découverts présentent des maillons intermédiaires (...) La théorie moderne de l'évolution n'a pas besoin d'un changement progressif. (...) C'est le gradualisme qu'il nous faut rejeter, et non le darwinisme. » Le physicien Murray Gell-Mann fait remarquer dans « Le quark et le jaguar » : « L'évolution ne procède d'ordinaire pas selon un mode plus ou moins graduel, comme l'imaginaient certains spécialistes. Au lieu de cela, elle manifeste souvent le phénomène d' « équilibre ponctué », dans lequel une espèce (et des regroupements de rang plus élevé) demeure relativement inchangée, du moins au niveau phénotypique, durant de longues périodes de temps, pour ensuite passer par un changement relativement rapide sur une courte période (thèse de Gould). (...) Des événements biologiques spectaculaires sont parfois responsables d'exemples d ‘équilibre ponctué en l'absence de changement radical dans le milieu physico-chimique. Harold Morowitz insiste sur la grande importance de percées ou événements-seuils ouvrant la voie à des domaines de possibilité entièrement nouveaux, qui impliquent parfois des niveaux d'organisation ou des types de fonctionnement plus élevé. » Toute l'histoire du vivant est ponctuée de changements brutaux dus à des chocs ayant diverses causes (changement climatique, biologique, génétique ou écologique, rayonnement cosmique, tectonique des plaques, volcanisme, chutes d'astéroïdes, mouvement des pôles géomagnétiques, modifications du rayonnement solaire). La cause externe varie mais l'effet qu'elle produit est lié fondamentalement au type de fonctionnement interne. Le choc est le révélateur de la capacité qu'a en permanence la vie pour produire de nombreuses variétés. Le choc ne crée pas la diversité ; il inhibe le mécanisme « chaperon » chargé de supprimer les variétés non désirées qui sont toujours produites, même en période de calme. Pas d'évolution des êtres unicellulaires pendant un milliard d'années et brusquement apparition des êtres pluricellulaires. Puis encore rien pendant 530 millions d'années et d'un seul coup, une véritable explosion de la diversité. On a eu ainsi cinq grandes extinctions qui ont permis les grandes explosions de la biodiversité. Roger Lewin et Richard Leakey observent dans « La sixième extinction » : « L'histoire de la vie sur Terre est ponctuée par de soudaines poussées d'extinction, certaines sont modérées, d'autres sont catastrophiques. (...) Dans le temps, on ne considérait ces extinctions de masse que comme de simples arrêts du flot de la vie. (...) Il est clair aujourd'hui que, durant ces périodes, des règles différentes se sont appliquées, qui mettent de côté, temporairement, la compétition au sens darwinien. Ces épisodes mettent en jeu des forces auxquelles les espèces ne sont pas préparées, et, de fait, on ne voit pas comment elles le seraient. (...) Les extinctions créent la structure du vivant. Jablonski l'a dit en ces termes : « L'alternance de phases normales et de grandes extinctions conditionne la structure évolutive à grande échelle de l'histoire de la vie. » (...) Ainsi, les extinctions de masse restructurent la biosphère. » Lorsqu'un choc climatique ou environnemental détruit un grand nombre d'êtres vivants, il provoque la formation de nouvelles espèces. Ainsi l'explosion de biodiversité, dite de Burgess, qui a produit tous les embranchements du vivant, qui s'est déroulée à l'époque appelée le Cambrien, a suivi la disparition des animaux de l'époque appelée Ediacara. C'est le point le plus étonnant. La destruction est un élément fondateur des lois de la nature et de la société. Cela va de la destruction du message neuronal indispensable à la compréhension du fonctionnement cérébral à la destruction de la particule indispensable à sa conservation en passant par la destruction de la cellule indispensable à son dédoublement ainsi qu'à la construction du corps de l'embryon.

La destruction constructrice de la nature et de l'histoire n'est souvent considérée qu'à titre d'accident qui détruit un ordre alors qu'elle révèle au contraire que l'ensemble du fonctionnement se produit par bonds. Tel est le mode de fonctionnement de la matière, une dynamique (que l'on peut appeler révolution) dans laquelle une structure est brutalement transformée qualitativement et où, d'un seul coup, un niveau inférieur intervient à l'échelon supérieur. Souvenons nous que la principale innovation de la théorie de Charles Darwin n'est pas d'avoir découvert l'évolution des espèces ni la capacité de la nature d'en faire disparaître (grandes extinctions). Son originalité est d'avoir affirmé que le moteur de la construction d'une structure qu'est l'espèce est la destruction d'un très grand nombre d'individus (la sélection naturelle). La méthode de la nature est brutale et radicale. Elle n'est pas constructive mais destructive. C'est ce qui distingue principalement Darwin de Lamarck. Pour ce dernier le positif proviendrait du positif, l'ordre de l'ordre et le désordre ne produirait que du désordre. Un caractère nouveau serait le produit d'effort positif des parents en ce sens. Darwin propose, au contraire, un mécanisme selon lequel seraient détruits tous les êtres qui ne possèdent pas cette particularité. C'est la destruction qui est constructrice. De même, avec la génétique moléculaire, la base du vivant n'est pas à rechercher dans un ordre génétique figé mais dans une agitation moléculaire. Et c'est une destruction après coup qui structure. Sans cette agitation et ces liaisons multiples avec des bouts d'ADN, la fameuse molécule du vivant ne serait rien d'autre qu'un cristal apériodique inerte qui ne piloterait aucun fonctionnement. Pour chaque gène contenu dans l'ADN, il existe un gène inhibiteur qui le bloque. Pour que ce gène soit activé, il faut d'abord détruire cet ordre de l'ADN dans lequel l'activation des gènes est bloquée. Il faut que le gène inhibiteur de l'ADN soit lui-même inhibé par une protéine. Les relations entre cellules sont également fondées sur une agitation, celle des messages entre cellules. Là encore, c'est un processus lié à une destruction. Si la cellule ne convient pas à l'environnement du tissu, elle se tue. Selon ce mécanisme d'apoptose, ou suicide de la cellule, tel qu'il est étudié et exposé par l'immunologiste Jean-Claude Ameisen, la destruction est le pilote de la construction du corps dans l'embryogenèse. Que ce soit pour l'apoptose, pour l'inhibition des gènes, pour la destruction par les lymphocytes immunitaire, pour les interactions entre cellules, les mécanismes de destruction sont internes au système, existent dès sa formation et provoquent sa mort.

Ordre et désordre sont inséparables, interagissent sans cesse mais quelle en est l'origine, d'où vient cette interaction, cette rétroaction ? Nous montrerons dans des exemples tirés de l'histoire comme des sciences que la raison provient de la nature même de l'ordre qui est une structuration, réalisée sans cesse et non une fois pour toutes, en niveaux interactifs de l'agitation. Le seul contenu de chaque structure est donc de l'agitation. Cela explique que, lorsque la structure se défait, apparaisse de l'agitation (en physique de l'énergie). Cela explique également qu'il y ait un seuil d'énergie au delà duquel une structure se défait. Quant aux crises et aux révolutions, elles témoignent que l'agitation atteint un seuil où tous les niveaux interagissent. Privilégier l'ordre, le considérer comme un élément indépendant de l'agitation, c'est se condamner à ne pas le comprendre. Il est caractéristique qu'aucune loi de conservation (loi qui privilégie l'ordre, la constance, la régularité) ne permette d'interpréter [14] les valeurs de constantes (masse du proton, charge de l'électron, vitesse de la lumière, constante de Planck h, constante gravitationnelle G, alphabet de la structure de la molécule d'ADN, etc…). Car ce qui est constant n'est pas figé et préexistant mais est le produit de ce qui change. On ne peut imager un monde dynamique par une représentation figée. Une seule loi ne permet pas de prévoir sa propre limite. Par exemple, la masse des particules ne peut sortir des équations de chacune des quatre grandes interactions de la matière (gravitation, électromagnétique, faible et forte). En effet, cette masse-seuil n'est pas définie par la seule loi (lente) mais également par le choc (rapide) qui est imbriqué dans le phénomène lent. L'instant du choc est aléatoire mais le niveau physique de celui-ci est défini par l'intrication des deux lois [15]. Comme le remarque le physicien Murray Gell-Mann, « si on considère l'approximation dans laquelle toutes les particules considérées ont une masse nulle, ce qui veut dire qu'elles se déplacent à la vitesse de la lumière, la similitude des trois interactions (électromagnétique, faible et forte) devient patente. » Ce qui différencie les quatre interactions fondamentales est seulement la masse des particules élémentaires relativement à ces interactions. Or cette masse est proportionnelle à l'énergie et inversement proportionnelle au temps caractéristique de l'interaction. Les interactions sont en rétroaction et leurs limites sont les frontières de deux lois (une relativement lente et l'autre plus rapide). Nous remarquons également que les seuils ne sont, pas des états fixes mais définissent un passage désordre-ordre-désordre.

[1] Hubert Reeves expose ainsi dans « Patience dans l'azur » : « La matière a de formidables capacités d'adaptation. (...) Au sein des étoiles, la gravité vient au secours de l'évolution nucléaire et reprend avec succès l'expérience ratée des première secondes. » L'astrophysicien expose ainsi que les étoiles réalisent la nucléosynthèse des noyaux atomiques lourds qui n'ont pas pu être synthétisés dans les explosions des premières révolutions de l'histoire du cosmos. Les étoiles représentent les sauts complémentaires des révolutions de la matière pour atteindre les niveaux de noyaux les plus élevés.

[2] Citons des domaines de la physique parfois peu connus du lecteur non-physicien. Il ne s'agit pas à ce stade de développer l'explication de chacun d'entre eux mais de montrer que la notion de discontinuité, de changement brutal et d'interaction d'échelle est effectivement courante en physique. Ce sont les phénomènes faisant appel aux phénomènes de « rupture de symétrie », de « transition de phase », de « seuil de percolation », de « néguentropie », d' « augmentation de degré de la complexité », d' « interaction d'échelle », de « bifurcation d'un système critique », de « saut quantique », d' « émergence de structure », de « matérialisation/dématérialisation ou choc provoquant la création/destruction de particules matérielles dans le vide », de « singularité du champ », de « changement d'état », de « théorie des catastrophes », de « sensibilité aux conditions initiales », de « dynamique non-linéaire », de « thermodynamique dissipative de l'irréversible », de « chaos déterministe », de « variable discrète », de « processus fractal » ou d'« auto-organisation » de la matière, etc... Citons des domaines de la physique, dont les noms sont parfois peu connus du lecteur non-physicien, pour montrer que la notion de discontinuité, de changement brutal et d'interaction d'échelle est effectivement courant en physique.

[3] Remarquons cependant que c'est de moins en moins vrai : thermodynamique de l'irréversible, théorie de l'évolution, théorie économique du capitalisme, théorie de l'immunologie, théorie de la physique du vide et bien d'autres redécouvrent la destruction constructrice.

[4] « Le désordre de l'atmosphère, les variations des populations animales, les oscillations du cœur et du cerveau, l'aspect irrégulier de la nature, discontinu et désordonné, tout cela est resté une énigme ou, pire, a été perçu comme une monstruosité. » écrivait James Gleick, vulgarisateur de la thèse du « chaos déterministe », dans « La théorie du chaos ».

[5] « L'objet quantique » de Lochak, Diner et Farge explique la notion contre-intuitive de spin : « Une autre propriété des particules jouera ici un rôle fondamental, le spin. « To spin » signifie en anglais « tourner » et le spin consiste en ce que, de même que la Terre et les autres planètes tournent sur elles-mêmes comme de gigantesques toupies, les électrons et presque toutes les autres particules en font autant, encore qu'il faille, ici encore, tempérer le sens de cette phrase parce que, en réalité, personne n'est vraiment capable de décrire cette « rotation » de la particule. Tout ce qu'on peut affirmer, c'est que les particules possèdent des lois de symétrie et un certain nombre de comportements physiques qui permettent de les assimiler à des petites toupies. Mais on ne voit pas vraiment tourner la toupie. »

[6] « Oui, le désordre précède l'ordre. » écrit Michel Serres en 1974

[7] Dans la « Revue du Palais de la Découverte » de janvier 1988.

[8] Dissipatives signifie qui perdent de l'énergie et doivent sans cesse en recevoir de l'extérieur. Ces structures contredisent la loi thermodynamique de l'entropie qui ne s'applique qu'à des systèmes en équilibre et isolés énergétiquement de l'extérieur. En fait, il s'avère que des structures isolées à l'équilibre ne sont pas réelles dans la nature et ne sont que des états abstraits. Dans une structure fondée sur le déséquilibre, la durabilité est fondée sur la dynamique et non sur la conservation. Les tâches solaires, les saisons, la tâche de Saturne, les états de la matière, les mouvements de convection sont quelques exemples d'un ordre produit du désordre. Pour Ilya Prigogine, la notion d'ordre par fluctuation est nécessaire pour comprendre les systèmes non-linéaires se stabilisant un certain temps alors qu'ils sont loin de l'équilibre. Ce type de système n'est pas un cas marginal. C'est l'ensemble du cosmos qui apparaît aujourd'hui aux scientifiques comme un système non-linéaire loin de l'équilibre et qui connaît des structures durables comme celles de la matière corpusculaire ou comme les étoiles et galaxies.

[9] Lire l'ouvrage « La sculpture du vivant » de Jean-Claude Ameisen

[10] Par exemple, on est toujours sans explication de la rotation à vitesse constante des galaxies de toutes formes et de toutes tailles. La galaxie est sujette à une « respiration » avec aspiration et éjection de grandes masses de matières gazeuses qui détermineraient l'équilibre global. L'image d'une galaxie toujours identique à elle-même est aussi abandonnée et remplacée par une dynamique sujette à des changements brutaux.

[11] Claude Lévi-Strauss écrit à propos des villes brésiliennes dans « Tristes tropiques » : « il était plus passionnant encore de s'attacher (...) aux formes singulières que favorisait une société en gestation. (...) qu'on voyait naître. Les agglomérations qui surgissaient n'étaient pas comme les villes d'aujourd'hui – si usées qu'il devient difficile d'y découvrir la marque de leur histoire particulière – confondues dans une forme de plus en plus homogène où s'affirment seulement les distinctions administratives. Au contraire, on pouvait scruter les villes comme un botaniste les plantes, reconnaissant au nom, à l'aspect et à la structure de chacune son appartenance à telle ou telle grande famille d'un règne ajouté par l'homme à la nature : le règne urbain. (...) Bien qu'elle représente la forme la plus complexe et la plus raffinée de la civilisation, par l'exceptionnelle concentration humaine qu'elle réalise sur un petit espace et par la durée de son cycle, elle précipite dans son creuset des attitudes inconscientes chacune infinitésimale mais qui, en raison du nombre d'individus qui les manifestent au même titre et de la même manière, deviennent capables d'engendrer de grands effets. Telle est la croissance des villes (...). » De manière convergente, le scientifique Joël de Rosnay écrit dans « Le macroscope » : « La ville est-elle un organisme vivant ? (...) La ville apparaît comme un organisme autorégulé qui contrôle l'équilibre des flux des individus entre son centre et sa périphérie. »

[12] - San Lorenzo capitale des Olmèques de 1200 avant JC à 900 avant JC
– Monte Alban (20.000 habitants) capitale des Zapotèques entre 600 avant JC et 100 avant JC
– Teotihuacan, ville centre d'une civilisation artisanale et commerçante fondée sur de nombreuses villes-relais avant de devenir un centre religieux et politique. Entre 100 avant JC et le premier siècle après JC, cette capitale a un développement incroyable : près de la moitié de la population du bassin de Mexico s'y trouvait concentrée, selon « Atlas historique de la Méso-Amérique » de Norman Bancroft Hunt.
– El Tajin, ville totomaque
– Tikal (40.000 à 70.000 habitants et 3000 édifices en pierre sur 1600 hectares), centre principal des Mayas date entre le 1er siècle avant JC et le 9ème siècle après JC et siège d'un grand édifice de marché. El Mirador était une autre de ces grandes villes s'occupant du grand commerce maya. La civilisation maya n'a pas débuté par un Etat mais par des villes commerçantes et indépendantes, comme celle de Teotihuacàn.
– Tula, capitale de l'Empire Toltèque (dans l'Etat mexicain d'Hidalgo), est l'une des grandes métropoles commerciale, politique et religieuse de Méso-Amérique.
– Tenochtitlan, capitale de l'empire aztèque, fondée sur une série d'îles et de canaux, comprenant environ 200.000 habitants, était à la fois capitale administrative, religieuse, politique et commerciale.

[13] Au Cambrien, on passe de trois phylums du règne animal à 16 phylums, contre 31 aujourd'hui.
« Il n'en demeure pas moins : l'apparition et surtout la diversité de nombreux grands groupes zoologiques à l'aube du Cambrien restent ce que Darwin appelait déjà « une sérieuse difficulté » dans l'histoire de l'évolution. Darwin expliquait cet « événement » paléontologique par le fait que le registre fossile était incomplet, mais cet argument tient de moins en moins et l'on connaît maintenant des séries géologiques complètes montrant le passage du Précambrien supérieur au Cambrien (544 millions d'années) et, toujours, on constate cette apparition soudaine des faunes. » (Dans l'article « Les premiers animaux » de la revue « Pour la science », Octobre 2002).

[14] John Barrow le rappelle dans « Les constantes de la nature » : « Nous n'avons jamais pu donner la raison de la valeur numérique d'une quelconque constante naturelle. (...) Pourquoi ces valeurs sont ainsi et pas autrement reste un profond mystère. »

[15] Par exemple, le seuil de formation de l'étoile est fondé sur la rétroaction de la gravitation et de la pression du rayonnement électromagnétique. Ou encore, le seuil de vitesse (la vitesse de la lumière c) est la limite entre la vitesse de la matière et la vitesse des particules virtuelles du vide. En Histoire, on traduit cette propriété selon laquelle le seuil est défini par l'interaction est émise par sous la forme : « on ne comprend bien un empire qu'à ses marges ».

Qu'est-ce que le climat ?

Robert Paris — 2020-01-18T23:10:00Z

Qu'est-ce que le climat ?

Cette question est devenue non seulement une question scientifique mais sociale, politique et même morale, éthique, civique et on en passe, même quasiment religieuse, de l'ordre de la croyance et même de l'intégrisme violent. Des générations entières de jeunes sont éduqués très tôt à penser que la planète meurt par son climat et qu'ils sont les nouveaux chevaliers de la défense du climat, prêts à se croiser et à rompre des lances pour cet objectif moral et social contre tous leurs adversaires, les sceptiques. Et cela ne signifie pas nécessairement que l'on ait cherché réellement à leur faire étudier les mécanismes naturels de la physique du climat, avant de mettre en avant les maléfices réels ou inventés de l'homme sur le climat. Bien des gens ont d'ailleurs des idées complètement fausses sur ce point, croyant que les mécanismes climatiques comme El Niño ou La Niña dateraient de l'activité industrielle de l'homme et de la pollution des villes, ou encore croyant que l'activité humaine a essentiellement un effet de réchauffement alors qu'elle a aussi un effet de refroidissement (aérosols, fumées, poussières, divers pollutions atmosphériques, etc.), croyant enfin que tout ce qui va mal dans la pollution d'origine humaine serait essentiellement le CO² produisant le réchauffement. Au point que bien des gens estiment que le CO² est directement nuisible à la santé. On se demande alors que viennent faire les estivants se promenant sous les falaises de craie de Normandie qui inhalent sans cesse du CO² en masse provenant de l'action de la pluie sur les falaises de craie… Et aussi pourquoi les gens ont-ils tant de plaisir l'hiver à se tenir prêt d'un feu de cheminée où ils inhalent sans masque des quantités de CO² ? Certes, le CO est dangereux mais pas le CO² ! Le CO² n'est pas nuisible au vivant : c'est la source même du vivant !!! Et ce ne sont là que quelques exemples illustrant combien le climat, s'il fait la une de l'actualité tous les jours, n'en est pas mieux scientifiquement connu pour autant… On entend tous les jours qu'il faut se mobiliser pour « sauver le climat » et c'est même le refrain le plus commun actuellement, y compris de la part des pire pollueur des trusts industriels et des gouvernants proches d'eux !

Avant de se demander s'il est vrai que « le climat est menacé », encore faudrait-il savoir ce qu'est le climat !!! Et on ne peut même plus poser simplement cette question sans se retrouver avec de la propagande réchauffiste-alarmiste-catastrophiste-anthropiste-négativiste qui affirme que l'homme, en général, et surtout pas le capitalisme, serait responsable de la dégradation de la planète, et devrait se sacrifier, en réduisant son train de vie, pour « sauver la planète » en sauvant d'abord le climat !

Bien des gens sont maintenant persuadés que le réchauffement global anthropique n'est pas une hypothèse mais un fait établi. Et ils ont tort ! Ce n'est qu'une projection des prévisionnistes et elle n'est absolument pas prouvée. A contraire même puisque nous sommes dans une phase de décroissance de l'énergie solaire émise par notre étoile et reçue par la Terre, donc en phase d'approche d'une glaciation. Même si l'activité humaine devait augmenter légèrement la température de la Terre, cela ne ferait que retarder un peu la glaciation inévitable et cela ne serait pas un grand mal, au contraire.

Loin d'être d'abord d'origine humaine, l'effet de serre est d'abord naturel. Loin d'être seulement nocif, il est la raison de notre existence et de celle du vivant. Sans lui, pas de vie terrestre ! De même que sans le CO², pas de vie terrestre !!!

La vie humaine, et la vie tout court sur la planète, sont bien plus menacés par la glaciation que par le réchauffement !!!

La connaissance même du climat est actuellement occultée par les discours réchauffistes : on en vient à croire que le seul facteur du climat serait la température globale, alors que les paramètres essentiels sont la pression, le vent, le sel marin, la vapeur d'eau dans l'air, les types de nuages, les courants marins, la formation des êtres vivants en particulier des planctons, les courants marins et on en passe… On en vient à croire que le point principal de l'évolution du climat terrestre serait le CO² atmosphérique alors que l'essentiel largement du CO² est dissous dans l'eau, dans les masses de craie, dans les animaux marins… Et surtout que ce n'est pas le CO² qui prime dans le climat mais l'émission de rayonnement solaire !!!

Bien des gens sont persuadés que, si le système n'est plus pérenne, c'est à cause du climat, alors que c'est à cause de ses fondements sociaux et économiques, essentiellement de la propriété privée par une infime minorité de l'essentiel des richesses et du fossé gigantesque entre possesseurs des capitaux et ceux qui ne vivent de plus en plus durement que de leur travail. Et ce n'est pas le climat qui est menacé de mort mais le capitalisme qui a atteint ses limites et s'effondre inéluctablement… C'est cela qu'il s'agit d'occulter avec la propagande climatique, même si la plupart des défenseurs du climat croient au contraire agir pour imposer aux capitalistes et aux gouvernants de cesser de polluer.

Certains se diront qu'il est impossible que tous les média, la plupart des gouvernants et une bonne partie des scientifiques eux-mêmes proclament l'existence d'un réchauffement global anthropique et… que ce soit faux ! Eh bien, ils manquent de mémoire : les mêmes avaient affirmé que la démographie était exponentielle et que les ressources en énergie seraient épuisées au début des années 2000 !!! Ils avaient affirmé qu'aujourd'hui il n'y aurait plus glaciers à l'Himalaya. Et c'était faux ! Ils se contredisent d'ailleurs entre eux : certains affirment par exemple que l'Antarctique fond et d'autres que c'est le réchauffement qui explique que les glaces s'accroissent au pôle sud antarctique en même temps que la température y baisse !!!

Une remarque très importante sur la fonte des glaces des pôles : elle fond par la surface quand c'est dû à l'augmentation de chaleur régionale et elle fond par en dessous quand c'est dû au volcanisme sous-jacent. Bien entendu, les partisans acharnés du réchauffement climatique global anthropique se refusent à distinguer les deux cas et les additionnent afin d'augmenter le bilan du réchauffement, mais cela est une arnaque de plus. Si on enlève par exemple la fonte des glaces due aux volcans en Antarctique, il reste une augmentation massive des glaces du pôle sud !!! Même en Arctique, retirer la fonte due aux volcans change complètement les résultats !!! Or, les régions couvertes de glace ont très souvent des volcans en dessous : non seulement des zones polaires ou sous-polaires, mais aussi l'Islande, le sud du Chili, ou le Kamtchatka notamment…

Donc si on prétend déduire le réchauffement global de la montée des eaux due à la fonte des glaces, on ne peut que se tromper gravement en prétendant oublier que les glaces fondent du fgfait des volcans sous-jacents !!!!

Plutôt que de faire confiance aveuglément à cette propagande réchauffiste globale anthropique, qu'elle soit honnête ou malhonnête, et avant de dire si le climat est ou pas menacé, demandons à des scientifiques ce qu'est le climat terrestre.

Quant à expliquer le rôle du CO², il faudrait, plutôt que de faire croire que c'est le principal danger pour la vie sur Terre, rappeler que sans le CO² il n'y aurait pas de plancton et pas de vie !!!

Il faut redire que les pires pollutions humaines, loin de produire un réchauffement, produisent un refroidissement. Ce sont les aérosols et ils sont réellement mortels pour le vivant, causant de nombreuses maladies graves, et bloquent les rayons solaires.

Quant à rappeler le rôle de l'effet de serre, il faudrait, plutôt que de faire croire que c'est le principal danger pour la vie, rappeler que sans l'effet de serre naturel il n'y aurait pas de vie sur Terre ! Et aussi que l'apport énergétique de l'effet de serre humain ne compense pas la perte d'énergie émise par le Soleil !!!

Et surtout rappeler qu'aucun réchauffement ne peut détruire la vie mais qu'une glaciation le peut tout à fait. Or, nous sommes entrés dans une phase où la glaciation peut tout à fait nous menacer…

Conférence pour l'Université de tous les savoirs de Robert Sadourny :

« Qu'est-ce que le climat ?

« (…) Quand nous parlons de climat, de quel système physique parlons-nous ? Le « système climatique » inclut naturellement les basses couches de l'atmosphère où nous vivons, et les couches plus élevées dont le comportement est étroitement lié à celles-ci… Ce système inclut aussi les océans et les couches superficielles des terres émergées, qui échangent de l'eau et de la chaleur avec l'atmosphère, et bien sûr, les glaces de terre et de mer. Mais l'étude du climat ne se réduit pas à celle d'un système physique. Le climat interagit très fortement avec la chimie de l'atmosphère et de l'océan, et aussi avec la biosphère, c'est-à-dire l'ensemble des êtres vivants.

Etudier le climat, c'est non seulement observer continûment, sur l'ensemble du globe et durant de longues périodes, le comportement de l'atmosphère, de l'océan, des glaces et des terres émergées, mais aussi modéliser l'ensemble des mécanismes du système pour simuler son évolution. C'est en comparant le climat simulé au climat observé que nous mesurons notre niveau de compréhension des mécanismes, et donc nos capacités à prédire les évolutions futures…

Quant aux modèles de climat, ce sont bien sûr des modèles pronostiques, qui décrivent une évolution dans le temps à partir d'une situation initiale donnée, comme les modèles de prévision météorologique. Mais ils doivent inclure, en plus de l'atmosphère, des océans et des glaces de mer interactifs, ainsi que les couverts végétaux et l'hydrologie des terres émergées. Ces modèles simulent en particulier le cycle de l'eau dans on ensemble, la formation des divers types de nuages, la formation des glaces de mer ; ils commencent aujourd'hui à inclure une végétation interactive et certains cycles chimiques comme le cycle du carbone et celui de l'ozone stratosphérique.

Le coût de calcul est tel que, dans la pratique, la durée d'une simulation dépasse rarement le siècle ; pour des simulations plus longues, il faut user de modèles simplifiés. Le résultat d'une simulation est une évolution, c'est-à-dire une succession d'états. C'est d'ailleurs bien parce que le climat est un problème statistique que nous pouvons prolonger nos simulations bien au-delà de la limite de prévisibilité de l'atmosphère (une douzaine de jours au plus) : on ne s'intéresse plus, comme dans la prévision du temps, aux perturbations individuelles, mais à leurs probabilités d'occurrence… Il suffit par exemple de perturber très légèrement les états initiaux : à cause des instabilités du système, deux solutions initialement très proches deviennent totalement décorrélées dès qu'on atteint la limite de prévisibilité.

Le climat est d'abord une affaire d'énergie. L'apport d'énergie vient presque exclusivement du soleil ; il se répartit dans l'espace et dans le temps en fonction du mouvement orbital de la Terre, de la rotation de celle-ci sur elle-même, et des variations dans le temps de la puissance solaire.

La façon dont cette énergie solaire incidente traverse l'atmosphère, pénètre à la surface, se transforme en d'autres types d'énergie comme l'énergie latente ou l'énergie potentielle, puis est réémise vers l'espace à travers l'atmosphère sous forme d'énergie infrarouge, dépend de la composition physico-chimique de l'atmosphère, du cycle de l'eau, des propriétés optiques de l'océan, de l'état des surfaces émergées et de leur couvert végétal, et enfin du transport d'énergie d'un endroit à l'autre de la planète par les mouvements de l'atmosphère et de l'océan. L'ensemble du système peut d'interpréter comme une sorte d'énorme machine thermique…

La luminosité solaire actuelle correspond à un flux incident d'énergie solaire d'environ 1368 Watt par mètre-carré (pour comparer, le doublement du CO² atmosphérique produit par l'activité humaine produit seulement un excès de 4 W/m² selon Hervé Le Treut dans la conférence pour l'université de tous les savoirs intitulée « L'action de l'homme sur le climat » - note M et R) ; si nous répartissons ce flux sur l'ensemble de la surface terrestre (soit quatre fois la section du cylindre intercepté par la Terre), nous obtenons une valeur moyenne de 343 W/m². De ce flux incident, environ 30%, soit 102 W/m², est réfléchi ou rétrodiffusé vers l'espace par les nuages, les aérosols, la neige et les parties les plus réfléchissantes de la surface, notamment les déserts. Restent donc 240 W/m² qui sont réellement absorbés par le système : environ 65 par l'atmosphère, le reste, environ 175, servant à chauffer la surface. Le fait que presque les trois quarts de l'énergie solaire absorbée le soit au niveau de la surface entraîne naturellement que la température de l'air décroît quand on s'élève ; mais l'effet de serre accentue très fortement cette décroissance. En effet, la surface chauffée par le rayonnement solaire restitue son énergie à l'espace principalement sous forme de rayonnement infrarouge, dont une partie est absorbée et réémise vers le bas par l'écran des gaz à effet de serre (vapeur d'eau, CO², méthane, N²O, ozone, halocarbures) ainsi que par les nuages. Cet effet de serre piège ainsi une grande quantité de chaleur dans les basses couches, dont il contribue à élever encore la température. le rayonnement intercepté par l'effet de serre est de l'ordre de 155 W/m² ; cette valeur est une mesure de l'effet de serre total. Une autre mesure possible de l'effet de serre est le réchauffement qu'il entraîne pour la surface : 33°C, calculé comme la différence entre la température moyenne de la surface et la température de la Terre vue de l'espace à travers l'atmosphère.

Les radiomètres à bandes larges comme ScaRaB (CNRS-CNES), qui mesurent le bilan radiatif depuis l'espace, nous renseignent sur les flux nets de rayonnement solaire et infrarouge irradiés par la Terre vers l'espace. Combinés avec les mesures de surface, les données de ces instruments permettent par exemple d'étudier la modulation de l'effet de serre par la température de surface, par la vapeur d'eau (le plus abondant des gaz à effet de serre) et par les nuages. D'après ScaRaB, la contribution des nuages à effet de serre global est d'environ 30 W/m², alors qu'ils augmentent la réflectivité de la planète de 48 W/m² : l'effet radiatif net des nuages va donc dans le sens d'un refroidissement du climat par 18 W/m². Bien sûr, il s'agit là d'une valeur moyenne : l'effet radiatif varie selon les types de nuages, et se répartit diversement en fonction des lieux et des saisons.

En moyenne sur le globe et dans le temps, le bilan d'énergie de la planète Terre est à peu près équilibré : la Terre irradie vers l'espace dans l'infrarouge une énergie sensiblement égale à celle qu'elle reçoit du soleil. Mais il est évident que cet équilibre ne peut être qu'approché, à cause des oscillations permanentes – diurnes, saisonnières et autres – du système climatique, et aussi, aujourd'hui, de la perturbation faible mais significative due à l'activité planétaire des hommes.

Par contre, en un point donné de la Terre, le bilan des échanges d'énergie avec l'espace est loin d'être équilibré. Dans les tropiques, la Terre reçoit plus d'énergie solaire qu'elle n'émet de rayonnement infrarouge ; dans les régions polaires, c'est l'inverse…

La distribution du bilan net, ou flux net d'énergie entre la Terre et l'espace, nous renseigne sur les mouvements de l'atmosphère et de l'océan. En effet, ce sera le rôle de ces deux fluides de transporter l'excès d'énergie reçue ici ou là vers les régions où le déficit domine. En particulier, l'océan et l'atmosphère vont transporter l'énergie de la bande tropicale vers les moyennes et les hautes latitudes, plus particulièrement du côté de l'hémisphère d'hiver…

Comment l'atmosphère et l'océan peuvent-ils transporter l'énergie d'un endroit à l'autre de la planète ?

Un premier mécanisme est le mélange horizontal des masses d'air. Il est surtout efficace dans l'atmosphère, aux latitudes moyennes et pendant l'hiver, là où la température varie très rapidement avec la latitude. L'instabilité de l'écoulement atmosphérique crée des perturbations (basses pressions autour desquelles l'air tourne à peu près horizontalement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) qui brassent l'air chaud et souvent humide venant des subtropiques, avec l'air froid et plutôt sec venant des hautes latitudes. Cet échange se traduit par un flux de chaleur et d'énergie latente (ou vapeur d'eau) allant des subtropiques vers les hautes latitudes. Le brassage par les perturbations n'est efficace pour transporter l'énergie que parce qu'il mélange des masses d'air subtropical très énergétique, avec des masses d'air subpolaire qui le sont beaucoup moins…

L'atmosphère et l'océan sont des fluides presque partout stratifiés en densité, en pression et en température : la densité, la pression et la température varient beaucoup plus vite (par plusieurs ordres de grandeur) suivant la verticale que suivant l'horizontale. L'origine de la stratification en température est, on l'a vu, le chauffage par la surface et l'effet de serre ; quant à l'océan, il est aussi chauffé par la surface et la température décroît naturellement quand on s'enfonce. Il va de soi que, partout où ces stratifications sont établies, elles sont stables, c'est-à-dire que le fluide léger est situé au-dessus du fluide plus lourd ; les mouvements sont quasi hydrostatiques. On démontre qu'une stratification est stable si l'énergie croît quand on s'élève…

Dans l'océan, c'est la déperdition d'énergie à la surface, aux hautes latitudes, qui tend à violer la condition de stabilité et déclenche la convection. Celle-ci se produit surtout dans les mers de Norvège et du Labrador, et, près de l'Antarctique, dans la mer de Weddell, où l'eau lourde, froide et salée plonge et alimente la circulation abyssale.

La vapeur d'eau dans l'atmosphère, le sel dans l'océan sont tous deux des facteurs déstabilisant pour la stratification. Les seules sources de la vapeur d'eau atmosphérique (ou énergie latente) se trouvent à la surface : c'est l'évaporation sur l'océan, les surfaces d'eau ou les sols humides, ou l'évapotranspiration des couverts végétaux. De plus, la pression de vapeur saturante décroît exponentiellement quand la température s'abaisse : un air très froid ne peut absorber que très peu de vapeur d'eau…

Dans l'océan, l'évaporation à la surface alourdit l'eau superficielle en la chargeant en sel. Aux hautes latitudes, la formation de glace de mer est une source additionnelle de sel ; le sel expulsé par la glace vient alourdir l'eau de surface, favorisant l'apparition de cheminées convectives, où se forme l'eau profonde…

L'atmosphère et l'océan nous apparaissent ainsi comme les deux acteurs principaux du grand jeu climatique. Le dialogue entre ces deux acteurs joue un rôle central : les vents entraînent les eaux superficielles de l'océan ; en retour le mouvement des masses d'eau transporte de grandes quantités de chaleur qui réchauffent à leur tour l'atmosphère, modifiant ainsi le régime des vents qui vont à leur tour entraîner l'océan. Les interactions de ce type, ou rétroactions, sont monnaie courante dans le système climatique ; elles engendrent les instabilités et les oscillations naturelles qui dominent le comportement du système.

Parmi les oscillations liées aux interactions océan-atmosphère, la plus connue est le phénomène portant les noms d'El Niño (pour sa partie océanique) et d'Oscillation australe (pour sa partie atmosphérique)… El Niño est une oscillation interannuelle, avec une pseudo-période de l'ordre deux à quatre ans. Il existe aussi dans les tropiques des oscillations intrasaisonnières, dont les périodes sont de l'ordre de quelques décades ; elles sont caractérisées par la propagation d'amas convectifs vers l'est, de l'ouest de l'océan Indien vers le Pacifique équatorial… Plus proche de nous, il faut citer l'Oscillation Nord-atlantique, qui se traduit par des modulations d'intensité du contraste entre les basses pressions d'Islande et les hautes pressions des Açores… Une autre oscillation interne, à des échelles de temps beaucoup plus longues, est la possibilité de modulation de la circulation thermohaline, donc du flux de chaleur océanique et de la formation d'eau profonde dans l'Atlantique nord…

Le système climatique nous apparaît donc comme un oscillateur assez complexe. Cet oscillateur a ses modes d'oscillation propres… La dérive des continents, à l'échelle de quelques dizaines de millions d'années, change du tout au tout les climats régionaux et modifie même le climat global, par exemple en érigeant des montagnes, ou en limitant, voire en supprimant la possibilité de formation de calottes glaciaires…

A des échelles de temps moins longues, quelques dizaines de milliers d'années, la variabilité climatique a pour source principale les variations lentes de la distribution de l'insolation, due aux irrégularités du mouvement orbital de la Terre. Le mouvement de la Terre autour du Soleil est en effet perturbé par l'attraction des autres planètes du système solaire… Les variations correspondantes de l'insolation sont entièrement définies par la variation dans le temps de trois paramètres : l'excentricité de l'ellipse, qui module le contraste entre une saison chaude globale où la Terre est proche du Soleil, et une saison froide globale où elle est éloignée du Soleil ; l'obliquité de l'équateur terrestre sur l'écliptique, qui module le contraste entre l'hémisphère d'été et l'hémisphère d'hiver ; et enfin, la précession, qui définit le déphasage entre la saison chaude globale et l'hiver ou l'été de l'un ou l'autre des deux hémisphères… Il est aujourd'hui universellement admis que les grandes variations du climat qui ont dominé les deux derniers millions d'années sont dues à ces variations orbitales et aux variations d'insolation qui en découlent. Les phénomènes les plus marquants sont les alternances d'époques glaciaires et interglaciaires, rythmées par la lente accumulation, puis la disparition relativement rapide d'énormes calottes de glace sur l'Amérique du Nord et le nord de l'Europe… L'accumulation de glace sur les pôles est toujours lente, car il faut beaucoup de temps à l'atmosphère pour transporter de la vapeur d'eau en quantité suffisante aux hautes latitudes où l'air est froid et peu porteur d'humidité. Le retour à l'interglaciaire par fonte ou déstabilisation des calottes est beaucoup plus rapide. Nous nous situons aujourd'hui à la fin d'une période interglaciaire qui a débuté il y a environ 10 000 ans. Le dernier maximum glaciaire, c'est-à-dire l'époque où le climat a été le plus froid et où les calottes glaciaires ont atteint leur extension maximale, s'est produit il y a environ 20 000 ans. A cette époque, le Canada et le nord des Etats-Unis étaient recouverts par plus de 3,5 km de glace, et le nord de l'Europe et de la Russie, par plus de 2 km de glace ! La température moyenne du globe était de 5 à 6° plus basse qu'aujourd'hui, et les pôles étaient plus froids d'environ dix degrés. Juste après le retour à l'interglaciaire, il y a 6 à 10 000 mille ans, le climat était légèrement plus chaud qu'aujourd'hui : la précession était telle que la Terre était proche du soleil durant l'été boréal (c'est le contraire actuellement) : les étés de l'hémisphère nord étaient donc plus chauds, les moussons africaines et asiatiques étaient plus intenses et pénétraient plus au nord dans les deux continents : le sud de ce qui est aujourd'hui le désert saharien était relativement verdoyant et peuplé d'animaux et de pasteurs, comme le rappelaient les fresques du Tassili…

Ce que nous disent les archives de l'évolution du climat que sont les calottes glaciaires et les modélisations que l'on peut faire de l'évolution du climat sur ces périodes de temps, c'est que le système climatique se comporte comme un amplificateur des impulsions orbitales, grâce aux multiples rétroactions dues par exemple au cycle de l'eau : la formation de calottes glaciaires et l'accroissement du manteau neigeux, en renvoyant davantage d'énergie solaire vers l'espace, intensifient le refroidissement ; ou encore, dues au dioxyde de carbone et au méthane. La teneur de ces gaz dépend de l'activité biologique et diminue lors des baisses d'insolation, avec pour conséquence un affaiblissement de l'effet de serre et donc un refroidissement supplémentaire.

Une autre cause naturelle, externe, de variations climatiques est l'activité même du soleil. La « dynamo » solaire est modulée par des cycles de 22 ans ; la luminosité varie, elle, suivant des cycles de 11 ans, car elle ne dépend pas du signe du champ magnétique. Les périodes d'activité maximale du soleil se manifestent par la multiplication de taches solaires (surcompensées par des « facules » ou plages extrêmement brillantes). Nous disposons d'observations quantitatives de l'évolution de l'activité solaire depuis la fondation de l'Observatoire de Paris dans la deuxième moitié du XVIIe siècle (apparition, disparition, nombre de taches, variations du diamètre du soleil qui varie en raison inverse de son activité). Nous savons ainsi que la deuxième moitié du XVIIe siècle a été une période d'activité solaire particulièrement faible, allant jusqu'à une disparition totale des taches durant des périodes de plusieurs années…

On notera qu'il faut replacer les effets climatiques de l'effet de serre anthropique (avec leurs propres constantes de temps de quelques décennies à plusieurs siècles) dans le cadre des variations naturelles du climat, auxquelles elles se superposent et avec lesquelles elles peuvent interagir. Par exemple, nous nous dirigeons aujourd'hui naturellement vers une nouvelle glaciation qui devrait se développer progressivement dans les 100 000 ans qui viennent. Certaines études montrent que la modification de cette évolution naturelle par le réchauffement climatique dû aux hommes pourrait perdurer sur plusieurs milliers d'années.

Revenons au présent ou à un avenir plus proche. L'effet de serre n'est pas, et de loin, la seule perturbation d'origine anthropique. Les divers types de combustion, dont les sociétés modernes font un si grand usage, injectent aussi dans l'atmosphère, à doses plus ou moins grandes, des pollutions visibles sous forme d'aérosols, petites particules en suspension dans l'air, à base de carbone suie, de carbone organique, de dioxyde de soufre, etc. Beaucoup de ces particules ont des tailles de l'ordre des longueurs d'onde du rayonnement solaire. Elles interceptent une partie de ce rayonnement et l'empêchent d'atteindre la surface, soit en le renvoyant vers l'espace, soit en l'absorbant. Dans une atmosphère très polluée, la couche des aérosols peut être assez dense pour masquer complètement le soleil un jour de beau temps. A l'opposé de l'effet de serre, les aérosols tendent ainsi à refroidir la surface, et donc le climat. Le fait que certains aérosols, les aérosols soufrés, sont hygroscopiques les rend aptes à jouer en plus le rôle de noyaux de condensation : à quantité donnée de vapeur d'eau, la présence d'une grande quantité d'aérosols soufrés multiplie donc le nombre de gouttelettes ; les gouttelettes qui se forment sont plus petites, elles se forment donc en plus grandes quantités et restent en suspension plus longtemps : un même volume de gouttes d'eau offre ainsi une surface réfléchissante plus grande et plus persistante. Cet effet refroidisseur supplémentaire est ce que l'on appelle l'effet indirect des aérosols soufrés. »

« Gros temps sur la planète » de Jean-Claude Duplessy et Pierre Morel :

« Les grandes reconstitutions paléoclimatiques, tant marines que glaciologiques, suggèrent que le mécanisme de Milankovitch (qui calcule les variations d'insolation terrestre à partir de trois paramètres liés à l'orbite de la Terre, excentricité, inclinaison et précession des équinoxes note M et R) explique une grande partie des fluctuations à long terme du climat de la Terre. Cependant, tant que nous n'aurons pas compris la circulation de l'atmosphère et celle de l'océan au point de connaître leur réponse aux variations de l'insolation, toute tentative de prévision des climats du futur restera essentiellement dans le domaine de la spéculation, bien que l'insolation elle-même soit parfaitement calculable à longue échéance….

La circulation de l'atmosphère terrestre autour de la planète est donc finalement déterminée par la rotation de la Terre autour de l'axe des pôles et par le contraste de température entre les régions polaires froides et la zone intertropicale chaude (à un niveau donné de pression ou d'altitude). En outre, si on envisage la Terre comme une vaste centrifugeuse, on se rend compte que la situation où l'air relativement froid et dense se trouve près de l'axe de rotation et l'air chaud relativement léger sur la périphérie ne peut pas être stable. Il faudrait que l'air froid et dense au niveau de la mer migre vers l'équateur tandis que l'air chaud équatorial s'élèverait et remonterait vers les pôles. C'est bien ce que l'on observe effectivement dans la zone intertropicale : une convergence générale des vents alizés vers l'équateur au niveau de la mer et une circulation généralement divergente qui s'écarte de l'équateur à haute altitude (10 à 12 km). Ce phénomène, connu sous le nom de circulation méridionale de Hadley, se manifeste plus ou moins fortement tout autour de la Terre et apparaît constamment dans les données climatologiques moyennes.

En raison de son caractère permanent et plutôt stable, la circulation de Haley imprime une marque évidente sur les climats terrestres. Sous sa branche ascendante localisée au voisinage de l'équateur, la convergence à basse altitude se manifeste par une forte activité convective et des pluies intenses qui permettent le développement d'une végétation luxuriante, la forêt tropicale ou « rain-forest » en anglais. Sur les grands bassins océaniques, particulièrement l'océan Pacifique, les nuages convectifs s'organisent suivant une bande longitudinale étroite d'une centaine de kilomètres de large, la zone de convergence intertropicale, où sont concentrés les orages et la pluie. Le même phénomène se manifeste, d'une manière peut-être un peu moins nette, sur l'Atlantique tropical entre 5 et 10° de latitude Nord. C'est le « pot-au-noir » qui fut la terreur des pionniers de l'Aéropostale et qui inquiète encore les pilotes actuels parce qu'ils craignent d'y rencontrer des cellules convectives (cumulo-nimbus) dont le sommet dépasse l'altitude pourtant élevée des avions à réaction modernes. Au-dessus du « continent maritime » constitué par l'archipel indonésien et sur la région océanique environnante dont les eaux sont les plus chaudes du monde, la circulation ascendante et l'activité convective prennent une ampleur exceptionnelle : il n'est pas rare que les cumulo-nimbus y culminent à plus de 18 kilomètres d'altitude et qu'on y enregistre des précipitations cumulées annuelles correspondant à une lame d'eau de pluie de 3 à 6 mètres d'épaisseur.

Sous les branches descendantes de la circulation de Hadley, au contraire, l'air venant des couches supérieures est desséché, et la « subsidence » quasiment permanente de l'atmosphère s'oppose au développement de la convection : la pluie y est exceptionnelle, le régime climatique aride et le paysage désertique. Effectivement, les grands déserts du monde s'étendent entre 15 et 30° de latitude Nord ou Sud.

La circulation méridionale de Hadley réalise, à l'échelle planétaire, un cycle thermodynamique qui constitue la principale source d'énergie mécanique alimentant la machine atmosphérique. Le fluide thermodynamique est évidemment l'air, chargé d'humidité au niveau de la mer et sec en haute altitude. la source chaude est la branche ascendante de la circulation de Hadley où l'air reçoit une vaste quantité de chaleur dégagée par la condensation et la précipitation d'une énorme masse d'eau, à un taux correspondant à une puissance moyenne de mille millions de mégawatts…

D'une manière générale, les actions et réactions mutuelles de l'océan et de l'atmosphère sont les agents d'une dynamique fort active, qui engendre une large gamme de variations naturelles du régime climatique, indépendamment de toute influence extérieure…

Le tableau dynamique que nous venons de peindre du fonctionnement de l'environnement terrestre a pour élément central la circulation de l'atmosphère globale qui réalise un cycle thermodynamique moteur et produit ainsi l'énergie mécanique nécessaire pour s'entretenir elle-même et entraîner le reste du système : cycle hydrologique, circulation océanique… Le régime de cette machine complexe est, en fin de compte, déterminé par le contraste de température entre hautes et basses latitudes qui résulte de la compétition autorégulatrice entre le chauffage différentiel de la Terre par le rayonnement par le rayonnement solaire et l'effet compensatoire des transports de chaleur par l'océan et l'atmosphère…

Ces processus peuvent s'organiser en chaîne formant une boucle fermée, dite boucle de rétroaction, dont le résultat final est d'agir sur la cause même de la perturbation qui sollicite le système, pour s'y opposer ou au contraire pour l'amplifier. Dans le premier cas, on a affaire à une boucle de rétroaction négative (stabilisante) et dans le second cas à une boucle de rétroaction positive (déstabilisante).

Historiquement, le mécanisme le plus anciennement reconnu parmi ces enchaînements d'actions et de réactions est la boucle température-neige-albedo qui a été avancée comme une explication possible des transitions relativement brutales et difficilement réversibles entre le régime climatique glaciaire et un régime chaud comme le régime actuel…

Un autre processus, très important celui-là, est la boucle de rétroaction température-vapeur d'eau- effet de serre. Une élévation de température de l'atmosphère favorise l'augmentation du contenu en vapeur d'eau de l'air, comme on peut aisément s'en rendre compte en visitant les Tropiques. Or, la vapeur d'eau est une des espèces chimiques qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface et, compte tenu de la quantité présente dans une colonne d'air, le principal contributeur à l'effet de serre est l'atmosphère. L'augmentation de l'humidité atmosphérique entraîne donc un réchauffement supplémentaire de la surface : c'est un processus de rétroaction positive, c'est-à-dire déstabilisant…. Suivant les circonstances, la saison, la latitude…, les nuages peuvent aussi bien amplifier qu'atténuer l'effet direct d'un réchauffement imposé à l'atmosphère par une cause externe…

A ce niveau, l'ensemble des processus atmosphériques, océaniques et terrestres qui déterminent le climat constitue un système dynamique essentiellement non linéaire dont le comportement n'est nullement prévisible sur la base d'une extrapolation de la tendance constatée pendant une période particulière…

Quelle que soit la compétence – indiscutable – des équipes scientifiques, si puissants que soient les codes numériques et les moyens de calcul, toute prévision climatique demeure entachée d'une sérieuse marge d'incertitude, ceci d'autant plus que l'on s'écarte des conditions actuelles. Le lecteur est prié de croire que cette affirmation ne reflète pas un jugement négatif sur la qualité des travaux les plus sérieux publiés sur ce sujet, mais une appréciation réaliste de l'extrême difficulté du problème…

Trop rapide pour que le système climatique ait le temps de s'ajuster complètement, le changement lié à la hausse de l'effet de serre causé par la croissance des activités humaines est cependant assez lent pour que la circulation et la thermodynamique de l'océan global aient le temps d'intervenir de manière significative, à l'échéance de quelques dizaines d'années…

A la lumière des résultats théoriques récents (l'ouvrage est édité en 1990 – note M et R), et compte tenu aussi de l'amplitude encore relativement faible du réchauffement constaté depuis un demi-siècle, il est admis aujourd'hui que la sensibilité de la réponse climatique à une perturbation donnée est probablement plus petite que le donnaient à penser les premières simulations du réchauffement global : de l'ordre de 2,5°C au lieu de 4 ou 5, pour un doublement du gaz carbonique (IPCC, 1990). Cependant, la marge d'incertitude demeure très large, peut-être un facteur 2 en plus ou en moins…

Même si on doit s'attendre au doublement (effectif) de la teneur en gaz carbonique, à échéance d'une cinquantaine d'années, il est faux de penser que le réchauffement moyen de la Terre atteindra alors 2 à 4°C, comme on pourrait l'imaginer en appliquant brutalement les résultats publiés sur la sensibilité de la composante atmosphérique seule. Le changement sera en réalité freiné par l'inertie thermique de la composante lente du système climatique planétaire, l'océan et les glaces polaires…

Il y a quelques années, l'Agence (américaine) pour la Protection de l'Environnement a obtenu un beau succès médiatique, à défaut du respect des scientifiques, en annonçant que le niveau général des mers allait s'élever de deux mètres d'ici à l'an 2100… Nous verrons cependant que le phénomène ne peut avoir l'ampleur catastrophique annoncée par l'Environment Protection Agency, du moins à l'échéance d'un siècle…

Nous sommes profondément convaincus que l'image catastrophique que les médias, principalement occidentaux, donnent de l'effet de serre du gaz carbonique et l'accent mis par les autorités politiques sur la prévention de cette catastrophe reposent sur une vision erronée du phénomène…

On ne peut guère s'attendre du côté de la calotte glaciaire antarctique à un accroissement notable des rejets d'icebergs dans l'océan austral. Par ailleurs, les modèles climatiques indiquent qu'un réchauffement important de l'atmosphère apportera davantage de précipitations neigeuses sur l'Antarctique ; celles-ci s'accumuleront sur la glace en place dont le volume aura plutôt tendance à augmenter, ce qui aura plutôt pour effet de faire baisser le niveau général des mers. La remontée du niveau marin par la fonte de la calotte glaciaire antarctique de l'Est ne constitue donc pas une éventualité vraisemblable pour le troisième millénaire. »

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Réponses à quelques questions simples sur le climat

Entropie et Dialectique

Robert Paris — 2017-05-16T23:47:00Z

Clausius, « L'entropie est transformation » et caractérise le degré de désorganisation ou de manque d'information d'un système.

Boltzmann : « L'entropie est le degré de désordre du système. »

Shannon : « L'entropie, c'est l'information perdue. »

Entropie et Dialectique

Voilà deux notions qu'on ne marie pas fréquemment ensemble et pourtant…

Pourtant, dès qu'on se pose la question de la relation entre ordre et désordre dans la matière, qui est justement la question posée par la notion d'entropie, on constate à l'évidence qu'on se situe dans une situation où des contradictions dialectiques sont développées.

On conçoit aisément qu'ordre et désordre soient des notions contradictoires mais on les imagine à tort plutôt contradictoires diamétralement et pas dialectiquement ! C'est seulement parce que la dialectique n'a pas pignon sur rue et qu'elle n'est nullement largement diffusée, même pas parmi les scientifiques et les philosophes…

En effet, on peut remarquer que l'ordre et le désordre sont plus imbriqués qu'antinomiques, qu'un grand désordre peut produire un nouvel ordre, que l'ordre émerge d'une base désordonnée permanente, que le désordre lui-même ne se conçoit pas sans un ordre sous-jacent qui s'agite, que les niveaux hiérarchiques de la matière ne peuvent être interactifs que parce qu'il y a un désordre aux transitions entre deux ordres, que ni l'ordre ni le désordre ne caractérisent un état permanent d'une matière donnée mais que chaque matière, à chaque niveau, passe sans cesse de l'ordre au désordre et à un nouvel ordre, sautant d'un état à un autre, que l'agitation ne s'oppose pas diamétralement au repos, que la stabilité ne s'oppose pas diamétralement à l'instabilité, étant donnée que les états structurellement stables sont fondés sur des substrats sans cesse changeants. Et on en passe des quantités de remarques dialectiques que l'on peut faire sur l'ordre et le désordre de la matière/lumière/vide, donc de l'univers à toutes les échelles, dans lesquelles les interactions d'échelle qui sont non-linéaires et brutales ne sont pas celles qui suscitent le moins de telles remarques.

Un désordre général est encore un type d'ordre, comme le verre ou le gaz. Un ordre général est encore un désordre, comme le réseau cristallin avec ses vibrations, des mouvements d'atomes, ses échanges d'électrons, etc… La physique quantique a manifesté ce couplage dialectique entre l'ordre et le désordre, entre le hasard et la nécessité, une nécessité fondée sur le hasard et un hasard fondé sur la nécessité ! Voilà ce qui a désarçonné Einstein ! Les corpuscules arrivent sur les écrans au hasard, après passage dans les fentes de Young du fait de la diffraction et pourtant un grand nombre d'impacts sur les écrans reconstituent des figures d'interférences qui sont nécessaires et prédictibles, et obéissent à des lois. Les inégalités d'Heisenberg témoignent de ce mélange de hasard et de nécessité, d'ordre et de désordre non seulement coexistants mais interdépendants. Un paramètre ne peut en effet être bien connu que si l'autre paramètre l'est moins bien ! Plus on a de l'ordre à un niveau et plus on a du désordre à un autre. L'absence de connaissance totalement précise d'un seul paramètre signifie qu'au sens du plus grand ordre, il y a toujours un désordre. Jamais la matière n'est totalement ondulatoire ni totalement corpusculaire et les deux contraires, apparemment diamétraux, sont en fait dialectiques. Jamais le continu ne l'emporte définitivement sur le discontinu, le local sur le non-local, l'étendu sur le non-étendu. Il n'y a pas d'expérience totalement ondulatoire ou totalement corpusculaire. On ne peut augmenter l'ordre à un pôle ou à un niveau qu'en augmentant le désordre à un autre pôle ou à un autre niveau.

La physique quantique est loin d'être la seule à manifester ce caractère dialectique de l'interaction et de l'interpénétration de l'ordre et du désordre et notamment du fait que l'ordre se change en désordre et le désordre en ordre. La physique de Prigogine en est aussi la démonstration. C'est loin de l'équilibre que se fonde l'ordre émergent. Ce sont des tructures globalement stables fondées sur des éléments matériels qui, eux, changent sans cesse. L'agitation sous-jacente y est indispensable à la formation de structures ordonnées.

Il en va de même dans la physique du vide quantique ou dans l'astrophysique de la formation des étoiles et galaxies, qui sont des ordres fondés sur le désordre.

La question posée par Boltzmann dans sa thermodynamique probabiliste n'est pas seulement celle de l'ordre et du désordre. Elle questionne la capacité de la matière d'agir comme « un démon », c'est-à-dire de « tout savoir » avant d'interagir.

La question de la réversibilité et de l'irréversibilité des transformations induites par les interactions a effectivement posé le problème des bases sur lesquelles la matière se fonde pour réagir. Chaque matière intègre-t-elle la totalité des informations disponibles sur toutes les matières alentour ou seulement une partie d'entre elles, limitée dans le temps, dans les niveaux d'énergie, dans l'espace ? L'entropie suppose en fait que la matière minimise la quantité d'énergie nécessaire à collecter ces informations et donc aussi la quantité d'informations nécessaires pour rétroagir. Supposons que, pour interagir, chaque matière doive savoir tout sur tout ce qui l'entoure, même à longue distance et à tous les niveaux d'énergie de transmission, et avec un niveau infini de précision, cela signifierait un nombre trop grand de collecte d'information avant chaque réaction et donc une énergie quasi infinie et un temps d'interaction beaucoup trop grand. Si chaque instant été consacré à collecter ces informations pour chaque matière, celle-ci ne pourrait ni se mouvoir ni changer, en vertu du paradoxe de Zénon.

Une interaction nécessite en effet un temps de perception, un temps d'action et temps de relaxation, avant redevenir apte à une nouvelle interaction. C'est la base de la discontinuité de toutes les interactions et cela fait que la matière ne peut pas collecter toutes les informations émises. Il en résulte que la matière se contente d'une petite partie des informations sur son environnement pour déterminer ses mouvements et ses changements. La matière minimise ses dépenses d'énergie en se contentant de rétroagir à partir d'une petite partie de ces informations, limitées dans les niveaux d'énergie, dans le temps et dans l'espace.

L'entropie, qui a souvent été présentée comme le nombre d'états possibles d'un système et donc comme la mesure de l'extension du désordre, est ce phénomène de limitation de l'information captée par chaque matière/lumière/vide pour rétroagir. Ce n'est pas une mesure de l'information mais de la restriction des informations nécessaires. Cette restriction permet de limiter l'énergie dépensée, de laisser vacant les temps de perception d'action et de relaxation. Elle est d'autant plus nécessaire que le phénomène matière/lumière/vide est entièrement fondé sur des structures émergentes issues de l'agitation des antiparticules et particules éphémères dites virtuelles qui ne cessent d'apparaître et de disparaître dans le vide quantique. Les particules durables, dites réelles, ne sont que des structures qui sont fondées sur des particules virtuelles sans cesses différentes. Il ne peut, du coup, être question d'une mémoire des interactions précédentes, des positions et des vitesses, ni des énergies ou des impulsions du monde alentour, ni d'aucune mémoire du passé de ces interactions puisque la base réelle de ces particules apparaît et disparaît sans cesse.

On voit donc que l'entropie d'un système mesure sa capacité, tout en interagissant avec le monde alentour, à se passer d'une grande partie des informations et non d'en accumuler le maximum.

L'entropie est l'intermédiaire entre énergie et organisation. L'entropie, ce n'est pas juste des questions de température ou de transmission de chaleur en thermodynamique, ni seulement des questions de perte d'organisation (entropie) et de son contraire dialectique, l'auto-organisation (néguentropie) : l'entropie est le déterminant pour chaque matière de l'efficacité de toute structure organisationnelle, par la capacité de filtrage de l'information qui est indispensable aux interactions, comme à toute mémoire ou à toute perception. L'entropie est une tendance de la matière à minimaliser ses efforts pour réaliser les interactions. C'est un principe d'efficacité maximale mais qui a comme effet que le monde est flou et que sa rationalité est contradictoire… Le caractère flou est relié au caractère imprédictible du système. Le caractère contradictoire est relié au caractère dynamique des transformations de la matière.

Ordre et désordre de la matière, deux réalités complètement et dialectiquement imbriquées

La suite

Le rapport avec l'irréversibilité

Ordre et désordre

Qu'est-ce que l'irréversibilité ?

Qu'est-ce que la théorie de la complexité

Robert Paris — 2017-01-18T00:54:00Z

Qu'est-ce que la théorie de la complexité ?

What is Complexity Theory

Avertissement : si nous débutons les citations sur la complexité par des auteurs favorables à la thèse de la complexité croissante, afin de mieux l'exposer, nous n'y sommes pas pour autant favorables, comme on pourra le lire dans la suite de l'article, pas plus que nous n'approuvons la « théorie de l'information » ni la « théorie des systèmes » dont elle fait partie, alors que nous approuvons cependant certaines parties de ce qu'elle considère comme ses bases théoriques, à savoir l'histoire de la matière, l'auto-organisation, le chaos déterministe, le holisme et l'émergence.

Chez bien des auteurs, la tentation est grande de passer de la notion de matière historique, de chaos déterministe, d'auto-organisation, de néguentropie, d'émergence, à celle de théorie de la « complexité », c'est-à-dire à l'idée que la matière va inéluctablement vers une croissance de la structuration en niveaux et en interactions, fondée sur une organisation de plus en plus développée. Ce n'est pas la même notion que l'on emploie lorsqu'on dit qu'une question est compliquée, difficile à comprendre, car la complexité peut très bien provenir de lois extrêmement simples à comprendre et à formuler. Il suffit que ces structures s'auto-produisent en boucle et fondent des niveaux successifs interactifs. Mais ce que nous récusons dans cet article, c'est le caractère de progrès que la théorie en question attribue à la complexité, le sens de l'Histoire de la matière qu'elle croie déceler.

Il est vrai que l'on observe la capacité spontanée de la matière de se structurer, de fonder différents niveaux d'organisation : du vide quantique (avec ses particules et antiparticules dites virtuelles parce qu'éphémères mais qui sont la véritable réalité fondamentale) aux particules dites « réelles » parce qu'elles sont durables (même si on ne peut pas les suivre continûment sur une trajectoire), des particules aux noyaux atomiques de plus en plus gros (agglomérant neutrons et protons ainsi que les particules d'interaction pour les attacher), des noyaux aux atomes (entourés d'électrons), des atomes aux molécules et aux macromolécules, puis à la vie cellulaire, unicellulaire puis pluricellulaire, intégrant des organismes en son sein, aux organismes vivant de plus en plus complexes, puis à la vie humaine, avec son système nerveux plus développé et son cerveau aux connexions complexes. Il est clair que l'on a le sentiment d'une montée graduelle et continue de la complexité au cours de cette grande histoire de la matière et pourtant ce n'est pas aussi simple…

Nous allons tenter de montrer ici que de cette histoire de la matière, appuyée à juste titre sur la théorie du chaos déterministe, sur la théorie de l'auto-organisation, sur celle de l'émergence, sur la théorie de l'évolution ponctuée, eh bien, elle ne parvient pas à la théorie de la complexité, qui suppose un progrès structurel croissant et graduel et un sens univoque de cette évolution historique. En somme, la matière ne va pas sans cesse vers le « toujours plus complexe », quel que soit le sens que l'on donne à cette notion de « complexité ».

Certes le vide quantique (fondé sur une matière et une antimatière éphémère) produit sans cesse de la matière durable et dite réelle (parce que, contrairmeent à la matière virtuelle éphémère, nous pouvons la détecter avec nos instruments). Mais cela ne signifie pas que le vide quantique laisse place à la matière réelle qui la remplacerait graduellement. Au contraire, le vide quantique emplit la matière à toutes les échelles. Quand l'Univers grandit, ce sont les bulles de vide qui augmentent de taille (expansion de l'Univers) et pas les galaxies, ni les étoiles, ni les atomes, ni les particules. Il y a certes une structuration du vide qui explique la formation de la matière et de ses différents niveaux mais ce n'est pas un processus à sens unique.

Le vide construit la matière mais il la détruit aussi. Il donne sa masse à une particule virtuelle, la rendant réelle, au travers du boson de Higgs, mais, peu après, il lui retire sa masse, la donnant à une autre particule virtuelle proche, et ainsi de suite.

Dans cette première étape de l'histoire de la matière qui fait passer du vide quantique à la matière durable, dite réelle, il n'y a à proprement parler de complexification. Ce sont exactement les mêmes particules qui existent au niveau virtuel qu'au niveau réel. On trouve les électrons virtuels comme les protons ou neutrons virtuels ainsi que toutes les autres particules. Cette première étape de la matière n'est pas une complexification, même si la particule virtuelle est remplacée par un nuage de particules et d'antiparticules virtuelles qui est structuré, qui possède par exemple un spin ou moment de rotation. De même, la lumière qui est fondée sur des couples particule/antiparticules virtuels est aussi une structuration du vide quantique mais pas à proprement parler une complexification.

Et surtout, le passage du virtuel au réel, matériel (on entend ici par matière l'ensemble des particules dites fermions) ou lumineux (on entend ici par lumière l'ensemble des particules dites d'interaction ou bosons) n'est pas à sens unique, c'est-à-dire que l'un ne remplace pas l'autre graduellement, ils coexistent et interagissent. Le vide quantique, loin de disparaître, est la base, indispensable et sans cesse présente, de la matière et de la lumière. Et matière comme lumière retournent toujours au vide quantique. C'est même ce processus de retour au vide quantique qui leur donne leurs propriétés, leur rythme, leur énergie, leur périodicité, leur masse, etc.

L'interaction matière/lumière est également fondée sur les propriétés du vide quantique et inconcevable sans elles. Quand la matière émet de la lumière, c'est-à-dire des photons, elle ne les tire pas de sa propre structure car la particule matérielle ne contient pas de photons. Quand la particule absorbe des photons, elle ne les intègre pas non plus à sa propre structure qui n'en contient pas. Absorption et émission de lumière par la matière ne sont concevables que par des interactions avec le nuage qui entoure la particule réelle, c'est-à-dire par le vide quantique.

On constate effectivement la formation de nouvelles structures puisque la particule n'est pas un individu isolé mais fait partie d'une structuration collective des particules et antiparticules du vide quantique qui s'appelle le nuage de polarisation et entoure la particule mais ces nouvelles structures ne remplacent pas les anciennes. Il y a bien formation de structures mais la matière durable n'est pas plus complexe que la matière virtuelle. On constate par exemple que le vide quantique contient lui-même des niveaux de structures comme le niveau sous-jacent dit « virtuel de virtuel ». Et ce niveau est indispensable et permanent et coexiste avec le niveau virtuel. Là aussi, les structures ne se succèdent pas, ne se remplacent pas mutuellement au cours de leur histoire.

Avec la matière dite réelle, plus durable, on n'a pas vu apparaître de nouveaux objets qui succèderaient aux précédents, mais seulement des modes d'organisation nouveaux. Tous les niveaux de la matière que nous allons successivement évoquer ne sont rien d'autre que des structurations du vide quantique et n'existeraient pas sans les propriétés du vide quantique, du plus petit niveau de la particule au plus grand niveau de l'étoile, de la galaxie, de l'amas de galaxie et de l'amas d'amas… Tous n'ont pas d'autre fondement que le vide structuré et les « objets » que l'on croit toucher, palper, travailler à notre échelle ne sont que… du vide structuré !!!

Il y a d'abord la formation des noyaux, puis des atomes, puis des molécules puis des matériaux macroscopiques et, au cours de ces passages d'un niveau à un autre, les niveaux précédents ne disparaissent jamais et sont sans cesse présents. Il faut comprendre les particules, les noyaux, les atomes et les molécules pour comprendre y compris les étoiles et les galaxies ! Le vide est indispensable à la compréhension de la formation de la matière, aux limites entre les bulles de vide et jusqu'à l'expansion de l'Univers qui est une extension des bulles de vide…

On a ainsi la formation de l'atome d'hydrogène, le premier historiquement puisqu'il agglomère simplement et durablement un proton et un électron. Là encore il s'agit davantage d'une structure que d'un objet au sens que nous donnons à ce terme à notre échelle. Cela signifie que les particules qui composent les atomes ne sont pas toujours les mêmes et que, comme la très vieille barque du pêcheur, on a pu changer une à une toutes ses planches à condition de conserver la structure d'ensemble et les propriétés de la barque comme l'étanchéité, la rapidité, la forme, etc. Les particules qui composent l'atome conservent elles aussi leurs propriétés, leurs caractéristiques propres, ce qui ne signifient pas que ce sont les mêmes qui se poursuivent continûment. On ne peut pas suivre même une seule particule réelle de manière continue puisque le vide quantique ne cesse de la faire apparaître et disparaître !!!

Peut-on dire que l'atome d'hydrogène soit plus complexe que le proton et l'électron qu'elle organise par des liaisons fondées sur des interactions ? Tout d'abord l'atome n'invente pas ces interactions qui existent déjà au sein du vide. Ensuite, la liaison proton/électron est sans cesse cassée et reconstruite et non pas permanente, même si l'ensemble atomique, en tant que structure, est durable : a des propriétés et des caractéristiques fixes, un comportement déterminé qui semble continuel. On ne peut pas parler de progrès de la particule à l'atome mais seulement de structure émergente et d'auto-organisation. L'atome ne crée rien de plus qui n'existe pas déjà au sein du vide, il permet des propriétés nouvelles, émergentes, mais elles proviennent des particules et antiparticules du vide quantique.

Est-ce que l'on a augmenté quelque chose qui pourrait s'appeler « la complexité » en passant des particules aux noyaux, des noyaux aux atomes de plus en plus gros, intégrant un plus grand nombre de neutrons et de protons ? On peut dire qu'on a plusieurs niveaux de structures qui s'ajoutent et qui interagissent mais on ne peut pas parler de progrès, de sens de l'évolution, car cette action n'est pas à sens unique, vers l'ordre, vers le structuré. On ne peut augmenter l'ordre qu'en augmentant le désordre qui l'entoure, c'est-à-dire les agitations et les communications d'énergie du vide que nécessitent la formation des structures de la matière. L'entourage d'une particule ou d'un atome est un vide extraordinairement agité avec sans cesse des couples particule/antiparticule qui se rompent pour céder une particule virtuelle qui va devenir réelle. On ne peut gagner localement en ordre qu'en augmentant le désordre alentour. On ne peut gagner en durabilité que grâce à l'aide des éphémères que sont les particules virtuelles du vide quantique.

S'il y a des mécanismes spontanés dans le monde matériel qui vont vers la structuration spontanée, ou auto-organisation, cela ne signifie pas que l'ordre de l'univers augmente mais seulement qu'il augmente localement et augmente aussi le désordre du reste de l'Univers.

Cela est vrai à toutes les échelles. La formation des étoiles et des galaxies et amas de galaxies est compensée par l'accroissement de la taille des immenses bulles de vide.

Le mécanisme de la construction de structures n'existe que parce qu'existe aussi celui de leur destructuration. Construction et destruction font partie d'un même mécanisme d'ensemble, sont des contraires dialectiques et non des contraires diamétraux. Aucun mécanisme de passage d'une particule virtuelle à une particule virtuelle sans un mécanisme inverse, par exemple. De même, la structuration des étoiles qui suppose la concentration gravitationnelle de grandes masses de gaz et de poussières n'est possible que grâce au rayonnement qui distribue dans l'espace des quantités d'énergie, c'est-à-dire augmentent l'agitation de l'espace qui entoure ces étoiles. Ordre et désordre sont imbriqués et ce sont ces interactions contradictoires ordre/désordre qui fondent des structures nouvelles et pas une tendance unique vers l'ordre qui s'intitulerait « complexité » ou autre chose.

L'étoile, elle-même, n'est pas en soi plus « complexe » que les immenses de poussières et de gaz qui l'ont formé par concentration. Au sein des étoiles, les températures et pressions très élevées entretiennent des explosions nucléaires, permettant de fonder, par fusion des noyaux atomiques, de nouveaux noyaux plus « lourds », comprenant plus de protons et de neutrons, et ces noyaux vont ensuite ensemencer l'univers, permettant de fonder l'ensemble des atomes puis des molécules et des éléments chimiques. On passe dans les étoiles de l'hydrogène à l'hélium, et ainsi de suite jusqu'au noyau de fer. Ce qui caractérise les noyaux atomiques formés par les explosions nucléaires au sein du cœur des étoiles, ce n'est pas la tendance à la complexité mais la tendance vers la stabilité. Le fer est le plus stable des noyaux atomiques. Cela explique qu'une fois parvenue à la formation du fer au sein du cœur de l'étoile, celle-ci entre dans une nouvelle phase de sa « vie » d'étoile, allant soit vers sa mort soit vers son explosion en supernovae, explosion qui dégagera une quantité d'énergie (de désordre) suffisante pour permettre la formation des noyaux plus gros et plus lourds que le fer.

C'est la minimisation de l'énergie interne, et non une complexification, qui guide toute cette évolution des noyaux atomiques.

Chaque noyau contenant un nombre déterminé de neutrons et de protons, même si l'agitation dynamique interne impose que les protons deviennent des neutrons et réciproquement, et même si les protons et les neutrons doivent sans cesse sauter d'un état à un autre, doivent aussi sans cesse interagir, échanger des énergies et des particules d'interactions, le nombre de protons (chargés électriquement de manière positive) va imposer le nombre d'électrons (chargés négativement) qui va pouvoir se structurer au sein du vide quantique entourant le noyau et cette structuration va fonder l'atome. Les électrons apparaissent et disparaissant au sein de zones particulières appelées par la physique quantique des « zones de probabilité de présence ». Cela ne signifie nullement que ce sont toujours les mêmes particules « électron » qui sont présentes autour du noyau ni qu'elles se déplaceraient continûment comme le feraient des objets, tels qu'on les conçoit à notre échelle, macroscopique.

La galaxie n'est pas non plus un ordre plus complexe que les niveaux précédents. Ainsi, les étoiles qui participent des structures « galaxie » ne sont pas différentes de nature des autres étoiles qui appartiennent seulement à des amas globulaires ou qui gravitent isolément ou en couple.

Si la matière et l'Univers, dont nous examinons les premières étapes historiques, avaient présenté une « tendance vers la complexité », cela supposerait que les phases « moins complexes » cèdent la place aux phases « plus complexes », ce qui n'est nullement le cas. On verra, en ce qui concerne le vivant, qu'il en sera de même : un niveau supplémentaire ne signifie pas la disparition des niveaux dits inférieurs.

Pas plus que le vide ne disparaît par la formation de la matière/lumière durable, les quanta et les charges du vide se retrouvant à l'identique dans la matière et la lumière, les particules ne disparaissent pas à la formation des atomes, ni les atomes à la formation des molécules ou des macromolécules du vivant, les espèces anciennes ne disparaissent pas à la formation des nouvelles espèces vivantes, etc.

De même, pas plus que n'apparaît une complexité nouvelle, ce n'est pas non plus une forme qui se constitue aux dépens du fond, c'est-à-dire de la matérialité du monde, ce n'est pas une nouvelle théorie de l'information qui remplacerait la théorie de la matière, comme la théorie de la complexité le laisse souvent entendre.

L'évolution des espèces vivantes n'est pas davantage une prime à la complexité. Les espèces qui disparaissent ne sont ni plus complexes ni moins complexes que celles qui de conservent. Les anciennes espèces disparues ne sont pas moins complexes que les espèces qui sont toujours là. Les plantes, les animaux, les champignons ne sont pas moins complexes les uns que les autres. L'évolution n'est pas la lutte pour la complexité.

La génétique peut informer sur l'existence d'un nombre plus ou moins grand de gènes dans l'ADN mais cela n'indique pas une complexité plus ou moins grande de l'être vivant car l'essentiel est ailleurs, dans l'organisation des interactions de ces gènes entre eux et même l'organisation des interactions ne dit pas tout car une grande part est épigénétique. La dialectique du hasard et de la nécessité n'est pas résumée par « vers le plus complexe » et ce n'est même pas une loi de l'évolution car l'espèce descendante n'est pas plus complexe que celle qui lui a donné naissance. On ne peut pas établir d'échelle de complexité entre des singes ou entre des arbres et des animaux, ni entre deux espèces, deux genres, deux individus. La notion d'information génétique n'est pas suffisante pour comparer des espèces vivantes ou pour comprendre les mécanismes de l'évolution ou du développement.

La fameuse tendance à la complexité ne peut pas davantage être retenue pour la matière dite inerte. Un noyau plus lourd ne peut être considéré comme plus complexe qu'un noyau léger et il n'existe pas seulement une tendance à former des noyaux lourds (fusion), il y a aussi une tendance à scissionner des noyaux lourds en plusieurs noyaux légers (fission).

La matière vivante n'est même pas plus complexe que la matière dite inerte. La taille des molécules n'est pas le seul critère de la vie. Il y a des macromolécules aussi bien dans le vivant que dans le non vivant. Cela dépend par exemple du sens de rotation des molécules.

Dans l'apparition de la vie, puis dans le passage de l'unicellulaire au pluricellulaire, dans la spécialisation des organismes, pouvons-nous parler de complexification ? Ce serait établir une échelle depuis des êtres inférieurs aux êtres supérieurs, ce qui est opposé à la notion darwinienne de l'évolution.

Si on veut dire que les unicellulaires seraient des êtres plus simples, en tout cas, on ne peut absolument pas dire alors qu'il y a une tendance vers le complexe puisque les êtres unicellulaires n'ont absolument pas disparu, éliminés par les pluricellulaires.

Même le cerveau humain n'est pas plus complexe que celui d'un singe. Même s'il l'était, cela n'établirait pas une tendance à la complexité parce que nous NE sommes pas un aboutissement des singes et nous ne les avons pas remplacés, même si nous avons tendance parfois à les éliminer, en supprimant les forêts, ce n'est pas un produit de notre supériorité !!! En tout cas, on ne peut pas dire que toutes les espèces récentes développent des cerveaux nécessairement plus complexes que les espèces précédentes et ce n'est donc nullement une tendance générale.

Nous ne reconnaissons donc aucune loi de la tendance à aller vers le plus complexe, même si nous acceptons parfaitement que la matière a une histoire, qu'au cours de cette histoire, la matière développe des capacités spontanées à créer des formes d'organisation, des structures nouvelles, et des structurations nouvelles aussi de leurs interactions, que des révolutions changent même radicalement les modes d'organisation, que les sauts d'organisation peuvent être des sauts qualitatifs avec de nouveaux paramètres, avec des niveaux supplémentaires d'organisation, ce n'est cependant pas des processus à sens unique et il existe conjointement le processus inverse et nous ne pouvons nullement établir un critère comme « la complexité » comme une propriété qui guiderait l'évolution historique dans un sens toujours identique.

TEXTES EN FAVEUR DE LA THEORIE DE LA COMPLEXITE :

« A la recherche du complexe », Grégoire Nicolis et Ilya Prigogine :

« Une cellule de Bénard simple comporte quelques 1021 molécules. Qu'un nombre aussi énorme de particules puisse adopter un déplacement cohérent en dépit du mouvement thermique aléatoire de chacune d'elles est la manifestation d'une des propriétés essentielles qui caractérise l'émergence du mouvement complexe (...) Cette complexité « organisée » émerge par le jeu réciproque du mouvement thermique désordonné des molécules individuelles et de l'action des contraintes du non-équilibre. (...) La possibilité de décrire à travers ces concepts primordiaux à la fois le comportement des êtres vivants et celui des systèmes physiques, aussi simples soient-ils, marque une avancée essentielle que la Science n'aurait jamais pu prévoir quelques années auparavant. »

Les systèmes complexes sont définis, selon les cas et selon les auteurs, par leur structure, par l'existence d'interactions non-linéaires, par l'émergence de niveaux d'organisation différents, ou par leurs comportements collectifs non triviaux (multistationnarité, chaos, bifurcations, auto-organisation, émergence, boucles de rétroaction). Certains, partant du grand nombre d'entités, insistent sur la structure, l'hétérogénéité et la présence de niveaux d'organisation, aux propriétés émergentes. D'autres insistent au contraire sur la non-linéarité et la dynamique. Cette multiplicité des définitions a des causes objectives liées à l'hétérogénéité des objets regroupés sous le terme de systèmes complexes, qui vont de système naturels, (des molécules aux sociétés humaines), jusqu'aux systèmes artificiels comme le web. Cela correspond obligatoirement à une multiplicité de points de vue, qui se recoupent tous partiellement, bien sûr, mais où l'accent n'est pas mis sur les mêmes propriétés. Ces différences sont aussi liées à des critères idéologiques ou philosophiques, particulièrement importants dans ces domaines.

Un système est un ensemble cohérent de composants en interaction.

Un système complexe est un système composé d'un grand nombre d'entités en interaction locale et simultanée. On exige le plus souvent que le système présente de plus les caractéristiques suivantes (ce qui montre qu'il n'existe pas de définition formelle largement acceptée de ce qu'est un système complexe) :

• le graphe d'interaction est non trivial : ce n'est pas simplement tout le monde qui interagit avec tout le monde (il y a au moins des liens privilégiés) ;
• les interactions sont locales, de même que la plupart des informations, il y a peu d'organisation centrale ;

• il y a des boucles de rétroaction (en anglais feedback) : l'état d'une entité a une influence sur son état futur via l'état d'autres entités.

On constate le plus souvent que le système complexe présente la majorité des caractéristiques suivantes :

• Les interactions des composants entre eux forment des « groupes » de composants fortement liés, chaque « groupe » étant en interaction avec les autres, ce qui permet de modéliser le système complexe par niveaux : chaque composant interagit « localement » avec un nombre limité de composants.

• Les boucles de rétro-action, aussi appelées interactions réflexives, (c'est-à-dire le fait qu'un composant interagisse avec lui-même, soit directement, soit indirectement à travers la chaîne d'interactions avec les autres composants) sont une des raisons de la non-linéarité du comportement du système : « emballement », « relaxation » ou « oscillation autour du point fixe » dans le cas « simple » de l'interaction réflexive d'un composant ; comportement difficilement prédictible dans les cas réels d'interactions entre de nombreuses entités.

• Les composants peuvent être eux-mêmes des systèmes complexes (« niveaux ») : une société peut être vue comme un système composé d'individus en interaction, chaque individu peut être vu comme un système composé d'organes en interaction, chaque organe…

• Le système agit sur son environnement ; on dit que le système est ouvert ; dans le système « entrent » de la matière, de l'énergie ou des informations, du système « sortent » de la matière, de l'énergie ou des informations.

Une réaction chimique, comme la dissolution d'un grain de sucre dans du café, est simple car on connaît à l'avance le résultat : quelques équations permettent non seulement de décrire les processus d'évolution, mais les états futurs ou final du système. En réalité, il n'est pas nécessaire d'assister au phénomène concret ou de réaliser une expérience pour savoir ce qui va se produire et ce qui va en résulter. Au contraire, les cellules nerveuses de notre cerveau, une colonie de fourmis ou les agents qui peuplent un marché économique sont autant de systèmes complexes car le seul moyen de connaître l'évolution du système est de faire l'expérience, éventuellement sur un modèle réduit.

En d'autres termes, lorsque l'on veut modéliser un système, on conçoit un certain nombre de règles d'évolution, puis l'on simule le système en itérant ces règles jusqu'à obtenir un résultat structuré. Un système est dit complexe si le résultat final n'est pas prédictible directement en connaissant les règles qui disent comment le système change.

Du fait de la diversité des systèmes complexes, leur étude est interdisciplinaire. Deux approches complémentaires sont utilisées : certaines disciplines étudient les systèmes complexes dans un domaine particulier, d'autres cherchent des méthodes, schémas et principes généraux applicables à de nombreux types de systèmes différents.

Les systèmes complexes sont un contre-exemple au réductionnisme, à la réduction analytique : malgré une connaissance parfaite des composants élémentaires d'un système, voire de leurs interactions, il n'est pas possible même en théorie de prévoir son comportement autrement que par l'expérience ou la simulation. Cet écueil ne vient pas nécessairement de nos limites de calcul, il est au contraire lié à la nature même des systèmes complexes.

Cela se traduit au niveau mathématique par l'impossibilité de modéliser le système par des équations prédictives solvables. Ce qui est primordial est non pas tant le nombre de facteurs ou dimensions (paramètres, variables), mais le fait que chacun d'entre eux influence indirectement les autres, qui eux-mêmes l'influencent en retour, faisant du comportement du système une globalité irréductible. Pour prévoir ce comportement, il est nécessaire de tous les prendre en compte, ce qui revient à effectuer une simulation du système étudié.

Étymologiquement, compliqué (du latin cum plicare, plier ensemble) signifie qu'il faut du temps et du talent pour comprendre l'objet d'étude, complexe (du latin cum plexus, tissé ensemble) signifie qu'il y a beaucoup d'intrications, que « tout est lié » ; que l'on ne peut étudier une petite partie du système de façon isolée et encore moins inférer l'ensemble à partir des composants. Les systèmes complexes sont généralement compliqués, mais le contraire n'est pas vrai i.e. que les systèmes compliqués ne sont pas généralement complexes

« Le quark et le jaguar », Murray Gell-Mann :

« Qu'entend-on réellement par les termes opposés de simplicité et de complexité ? En quel sens la gravitation einsteinienne est-elle simple alors qu'un poisson rouge est complexe ? Ce ne sont pas là des questions faciles – définir « simple » n'est pas simple. Il est probable qu'aucun concept unique de complexité puisse à lui seul saisir les notions intuitives de ce que devrait signifier le mot. (…) Quels sont les cas où se pose la question d'une définition de la complexité ? Il y a le souci de l'informaticien quant au temps que demande un ordinateur pour résoudre un type donné de problème. Afin d'éviter que ce temps demeure sous la dépendance de l'ingéniosité du programmeur, les scientifiques se concentrent sur le temps de résolution le plus court possible, ce que l'on désigne souvent sous le nom de « complexité calculatoire » du problème. Cependant, ce temps minimal dépend encore du choix de l'ordinateur. Et cette « dépendance du contexte » est un obstacle permanent aux efforts pour définir les différentes sortes de complexité. Mais l'informaticien s'intéresse particulièrement à ce qui se passe dans un ensemble de problèmes qui ne diffèrent que par la taille ; en outre, sa préoccupation première est ce qui arrive à la complexité calculatoire lorsque la taille du problème ne cesse de croître, sans limite. Comment le temps de solution minimal peut-il dépendre de la taille quand celle-ci tend vers l'infini ? La réponse à ce genre de question peut être indépendante des détails de l'ordinateur. La notion de complexité calculatoire a fait la preuve de son utilité, mais elle ne correspond pas étroitement à ce que nous entendons habituellement lorsque nous employons le mot complexe, dans des expressions comme « l'intrigue hautement complexe d'un récit » ou « la structure complexe d'une organisation ». Dans ces contextes, nous serions plus intéressés par la longueur du message qu'exigerait la description de certaines propriétés du système en question que par le temps que mettrait un ordinateur pour résoudre un problème donné. (…) Mais jusqu'à quel niveau de détail faut-il compter ? (…) Lorsque l'on définit la complexité, il est toujours nécessaire de spécifier un niveau de détail où l'on s'arrête dans la description du système, ignorant les détails les plus fins. Les physiciens appellent cela l' « agraindissement ». L'image qui a inspiré cette expression est probablement celle du grain en photographie. Lorsque le détail d'une photographie est si petit qu'il nécessite un très fort agrandissement pour être identifié, l'agrandissement peut faire apparaître les grains individuels qui composent la photographie. Au lieu d'une image claire du détail, on ne verra que quelques points n'en donnant qu'une représentation grossière. (…) Une fois établie l'importance de l'agraindissement, nous restons confrontés à la question de savoir comment définir la complexité du système à l'étude. (…) Au moins une manière de définir la complexité d'un système revient à utiliser la longueur de sa description. (…) Si l'on définit la complexité en termes de longueur de description, ce n'est pas alors une propriété intrinsèque de la chose décrite. La longueur d'une description peut à l'évidence dépendre de qui (ou de ce qui) fait la description. (…) La longueur de la description variera en fonction du langage utilisé, et également de la connaissance et de la compréhension du monde que partagent les correspondants. (…) Et si la description est inutilement longue du seul fait d'un gaspillage de mots ? (…) Dans notre définition de la complexité, nous allons par conséquen nous intéresser à la longueur du plus court message possible décrivant un système. Tous ces points peuvent être inclus dans ce que l'on pourrait appeler « complexité brute » : la longueur du plus court message possible décrivant un système, à un niveau donné d'agraindissement, à quelqu'un d'éloigné, au moyen d'un langage, d'une connaissance et d'une compréhension que les deux parties partagent (et qu'elles savent partager) au préalable. Il y a des manières familières de décrire un système qui ne sont en rien le plus court message possible. Si nous décrivons par exemple séparément les parties d'un système et que nous disons également comment le tout est composé de parties, nous aurons ignoré de nombreuses occasions de compresser le message ; comme d'utiliser les similitudes entre parties. Ainsi, la plupart des cellules d'un corps humain partagent les mêmes gènes et peuvent avoir bien d'autres traits en commun, tandis que les cellules d'un tissu donné peuvent présenter davantage de similitudes encore. C'est là quelque chose dont la plus courte description devrait tenir compte. Certains spécialistes de la théorie de l'information utilisent une quantité qui ressemble beaucoup à la complexité brute, même si leur définition est plus technique et fait évidemment intervenir les ordinateurs. Ils envisagent une description à un niveau donné d'agraindissement, exprimée dans un langage donné, qu'ils encodent ensuite au moyen d'une procédure standard de codage en une chaîne de 1 et de 0. Tout choix d'un 1 ou d'un 0 s'appelle un « bit ». (…) C'est une chaîne de bits ou chaîne-message qui les intéresse. La quantité qu'ils définissent se nomme « complexité algorithmique » ou « aléatoire algorithmique ». Ce mot d' « algorithme » désigne aujourd'hui une règle, et par extension un programme, pour calculer quelque chose. Le contenu d'information algorithmique renvoie, comme nous allons le voir, à la longueur d'un programme informatique. (…) Le contenu d'information algorithmique (CIA) a été introduit dans les années 1960 par trois auteurs travaillant indépendamment : le grand mathématicien russe Andrei N. Kolmogorov, un Américain, Gregory Chaitin, âgé de quinze ans seulement à l'époque, et un autre Américain, Ray Solomonoff. Tous trois présupposent un ordinateur universel idéal, considéré essentiellement comme ayant une capacité de stockage infinie (ou bien finie, mais susceptible d'acquérir autant de capacité supplémentaire que nécessaire). L'ordinateur est équipé d'un matériel et d'un logiciel précis. On considère ensuite une chaîne-message particulière, et l'on demande alors quels programmes auront pour effet que l'ordinateur imprime ce message pour cesser de calculer aussitôt après. La longueur du plus court de ces programmes est la CIA de la chaîne. Nous avons vu que la subjectivité ou l'arbitraire sont inhérents à la définition de la complexité brute, ayant comme source l'agraindissement et le langage utilisés pour décrire le système. Dans le cas du CIA, de nouvelles sources d'arbitraire ont été introduites, à savoir la procédure particulière de codage qui transforme la description du système en une chaîne de bits, ainsi que le matériel et le logiciel associés à l'ordinateur. »

Henri Atlan dans « La fin du tout-génétique » :

« Apparaissent des processus d'auto-organisation de la matière (...) que Prigogine et Nicolis adaptaient à la thermodynamique en les rebaptisant ''ordre par fluctuations''. ( ..) Les erreurs aboutissent à une protéine dont la structure n'est pas une reproduction à l'identique de l'ADN (...) source de l'augmentation progressive de la diversité et de la complexité des êtres vivants. (...) La création par le bruit de complexité fonctionnelle – c'est-à-dire signifiante – fonctionne à la façon d'une double négation. (...) L'effet du bruit est une dimension de l'information portée par la protéine, par rapport à ce qu'elle aurait été si la transmission avait été exacte, c'est-à-dire si la protéine correspondait rigoureusement à l'ADN. (...) Les gènes du développement, gènes dont les mutations produisent des catastrophes globales au niveau du développement embryonnaire. (...) Il existe des exemples non biologiques d'organisation par le bruit. Ils sont fournis par des systèmes physiques qui sont décrits par des systèmes dynamiques (...) comportant plusieurs minima locaux. Un tel système peut, à un moment, se « coincer » dans un de ces minima ; mais s'il existe une quantité optimum de bruit, en l'occurrence de température, cette agitation empêche le système de rester durablement dans cet état, elle lui permet d'en sortir et d'aller vers un autre minimum. (...) Ce modèle est utilisé par des physiciens. »

Ilya Prigogine et Isabelle Stengers dans « La nouvelle alliance » :

« La thermodynamique des processus irréversibles a découvert que les flux qui traversent certains systèmes physico-chimiques et les éloignent de l'équilibre, peuvent nourrir des phénomènes d'auto-organisation spontanée, des ruptures de symétrie, des évolutions vers une complexité et une diversité croissantes. »

Ilya Prigogine dans « Temps à devenir » :

« Donc, loin d'être simplement un effet du hasard, les phénomènes de non-équilibre sont notre accès vers la complexité. Et des concepts comme l'auto-organisation loin de l'équilibre, ou de structure dissipative, sont aujourd'hui des lieux communs qui sont appliqués dans des domaines nombreux, non seulement de la physique, mais de la sociologie, de l'économie, et jusqu'à l'anthropologie et la linguistique. »

Edgar Morin, « Le paradigme perdu » :

« Plus un système vivant est autonome, plus il est dépendant à l'égard de l'écosystème ; en effet, l'autonomie suppose la complexité, laquelle suppose une très grande richesse de relations de toutes sortes avec l'environnement, c'est-à-dire dépend d'interrelations, lesquelles constituent très exactement les dépendances qui sont les conditions de la relative indépendance…. la fleur de l'hypercomplexité, c'est-à-dire la conscience. »

Joël de Rosnay, « Le carrefour du futur » :

« Les sciences de la complexité débouchent sur une nouvelle vision des processus d'auto-organisation. Mais la théorie du chaos qui se consacre à de tels processus évoque, par son appellation, son contraire. La génération d'ordre à partir du désordre ne permet pas de se représenter de manière claire et synthétique la généralité des phénomènes considérés.
De nombreux auteurs ont cherché à faire la synthèse des grands courants de pensée sur l'évolution, l'organisation et la complexité croissante. Certains avaient noté la différence profonde entre les deux grandes dérives de la matière vers la vie et l'entropie. D'autres, comme Teilhard de Chardin, ont cherché à expliquer par une loi de "complexité / conscience" l'émergence de la vie, de la pensée et de la conscience réfléchie. D'autres encore comme Francesco Varela, Jean Piaget, Edgard Morin, ont mis en avant les conditions d'autonomie d'un système complexe au cours de son évolution créatrice. Je voudrais tenter d'enrichir ces approches en leur intégrant l'apport de la théorie du chaos et des sciences de la complexité. Ces différents domaines pourraient être rassemblés dans le cadre d'une théorie unifiée. Elle se fonderait notamment sur l'étude des organisations complexes et la simulation informatique de leur comportement dans le temps. Je propose de l'appeler : théorie unifiée de l'auto-organisation et de la dynamique des systèmes complexes. Mais cette dénomination, qui en résume pourtant l'essentiel, est longue et d'un emploi délicat. De manière plus concise, je propose le terme de symbionomie pour décrire l'ensemble des phénomènes couverts par cette théorie unifiée. Je définis la symbionomie comme l'étude de l'émergence des systèmes complexes par auto-organisation, autosélection, coévolution et symbiose. Je parlerai ainsi, dans la suite de ce livre, de processus ou d'évolution symbionomique pour décrire les phénomènes liés à l'émergence de la complexité organisée, comme ceux que l'on peut observer dans des systèmes moléculaires (dans le cadre, par exemple, de l'origine de la vie), les sociétés d'insectes (fourmilières, ruches), les systèmes sociétaux (entreprises, marchés, économies) ou les écosystèmes. Une des voies privilégiées de l'évolution symbionomique est la symbiose. Cette notion s'applique généralement à des organismes vivants, mais plusieurs auteurs l'on étendue à des associations entre l'homme et des systèmes non vivants. Sans entrer dans la discussion sur l'existence ou l'absence de frontière entre le "naturel" et "l'artificiel" (j'en traiterai dans les chapitres suivants), et par simple commodité de langage, je considère indistinctement des symbioses se réalisant dans le monde "naturel", avant l'intervention de l'homme et des symbioses intervenant depuis son apparition, dans le monde dit "artificiel", celui des machines, des organisations, des réseaux ou des villes. Je continuerai donc à employer le terme de symbiose pour qualifier aussi bien les liens entre l'homme et ses artefacts (avec les ordinateurs, par exemple) qu'entre l'homme et l'écosystème. »

Edgar Morin, « Éduquer pour l'ère planétaire » :

« On dit de plus en plus souvent « c'est complexe » pour éviter d'expliquer. Ici il faut faire un véritable renversement et montrer que la complexité est un défi que l'esprit doit et peut relever. »

Théorie de l'auto-organisation critique - Damienne Provitolo :

« La théorie de l'auto-organisation critique est une théorie de la complexité qui permet d'étudier les changements brutaux du comportement d'un système. Cette théorie enseigne que certains systèmes, composés d'un nombre important d'éléments en interaction dynamique, évoluent vers un état critique, sans intervention extérieure et sans paramètre de contrôle. L'amplification d'une petite fluctuation interne peut mener à un état critique et provoquer une réaction en chaîne menant à une catastrophe (au sens de changement de comportement d'un système). Cette théorie est basée sur deux concepts clefs : l'auto organisation et la criticalité. Le terme d'auto organisation désigne la capacité des éléments d'un système à produire et maintenir une structure à l'échelle du système sans que cette structure apparaisse au niveau des composantes (J.L. Deneubourg, 2002) et sans qu'elle résulte de l'intervention d'un agent extérieur. Le préfixe auto modifie le sens couramment accordé au terme d'organisation. L'auto organisation est un processus d'organisation émergent (R-A. Thietart, 2000). Mais elle se différencie de l'organisation en ce sens où l'organisation émergeante ne provient pas de forces extérieures (même si le système reste ouvert sur son environnement) mais de l'interaction de ses éléments. Si on applique ce concept à l'étude des sociétés, cela signifie qu'en plus du principe régulateur, il n'y a ni leader, ni centre organisateur, ni programmation au niveau individuel d'un projet global. Ces phénomènes d'auto organisation s'observent par exemple aussi bien dans les sociétés animales (organisation de fourmilière, de vols d'oiseaux) que dans les sociétés humaines (applaudissement, panique collective, intention de vote) ou les systèmes géographiques (les réseaux urbains). Dans les groupes humains par exemple, et plus particulièrement dans le cas de l'émergence de la propagation de rumeur ou de panique dans les foules (D. Provitolo, 2007), l'auto organisation n'est pas le fruit d'une intention prédéterminée. Des agents ou des entités en interaction, sans but commun préalablement défini, vont créer, sans le savoir et par imitation, une forme particulière d'organisation. Ce qui caractérise donc les systèmes auto organisés c'est l'émergence et le maintien d'un ordre global sans qu'il y ait un chef d'orchestre. Cette auto organisation signifie que l'on ne peut observer les mêmes propriétés aux niveaux micro et macroscopiques. Quant à la criticalité, elle caractérise les systèmes qui changent de phase, par exemple le passage de l'eau à la glace, de la panique individuelle à la panique collective. En fait, le système devient critique quand tous les éléments s'influencent mutuellement. Lorsque cet état critique est atteint, le système peut bifurquer, c'est-à-dire qu'il change brutalement de comportement pour passer d'un attracteur à un autre. Cet état critique est un attracteur du système dynamique atteint à partir de conditions initiales différentes. Cet état critique est dit auto organisé car l'état du système résulte des interactions dynamiques entres ses composantes et non d'une perturbation externe. L'auto-organisation est donc un processus qui passe par des états critiques. La notion de criticalité auto-organisée a été proposée par Per Bak, Chao Tang et Kurt Wiesenfeld en 1987. Dans son livre intitulé How Nature Works - The science of self-organized criticality, Per Bak applique cette théorie à de nombreux phénomènes complexes, notamment à l'évolution phylogénique des espèces vivantes, aux mécanismes déclenchant des tremblements de terre, des avalanches, des embouteillages et, pour prendre un dernier exemple, aux krachs boursiers. Pour illustrer cette théorie, P. Bak et al. utilisent un modèle simple : le tas de sable. L'expérience consiste à ajouter régulièrement des grains à un tas de sable. Petit à petit le sable forme un tas dont la pente, en augmentant lentement, amène le tas de sable vers un état critique. L'ajout d'un grain peut alors provoquer une avalanche de toute taille, ce qui signifie qu'une petite perturbation interne n'implique pas forcément de petits effets. Dans un système non linéaire, une petite cause peut en effet avoir une grande portée. Les avalanches connaissent donc différentes amplitudes qui sont toutes générées par une même perturbation initiale (un grain de sable supplémentaire). S'il n'est pas possible de prédire la taille et le moment de l'avalanche, en revanche cette théorie nous renseigne sur l'ensemble des réponses du système lorsqu'il atteint l'état critique. L'état critique auto organisé d'un système est donc un état ou le système est globalement métastable tout en étant localement instable. Cette instabilité locale (de petites avalanches dans le modèle du tas de sable) peut générer une instabilité globale (de grosses avalanches entraînant l'effondrement du tas) qui ramène ensuite le système vers un nouvel état métastable : le tas de sable connaît une nouvelle base. »

« Auto-organisation et émergence dans les sciences de la vie », Bernard Feltz, Marc Crommelinck et Philippe Goujon :

« Le concept d'émergence renvoie à l'apparition de propriétés nouvelles liées à la complexité d'une organisation. L'ordre à partir du chaos mis en évidence par les modèles auto-organisationnels est souvent interprété en termes d'émergence, de surgissement d'un niveau d'organisation supérieur. »

Per Bak, « Quand la nature s'organise » :

« La « criticalité auto-organisée » est un regard nouveau porté sur la nature. Celle-ci est en permanence hors d'équilibre, mais organisée dans un état suspendu – l'état critique – où tout peut arriver selon des lois statistiques bien définies. Le but de la science de la criticalité auto-organisée est d'éclairer la question fondamentale suivante : pourquoi la nature est-elle complexe et non simple, comme les lois de la physique pourraient le laisser supposer ? Comment l'univers a-t-il pu commencer avec un si faible nombre de types de particules élémentaires à l'époque du big bang et déboucher sur la vie, l'histoire, l'économie et la littérature ? La thèse présentée est que l'existence de ces comportements complexes dans la nature reflète la tendance des grands systèmes comportant un grand nombre de composants à évoluer vers un état intermédiaire « critique », loin de l'équilibre, et pour lequel des perturbations mineures peuvent déclencher des événements de toutes tailles, appelés « avalanches ». En fait, la plupart des changements se produisent au cours de ces événements catastrophiques plutôt qu'en suivant un chemin graduel et régulier. Cet état extrêmement délicat évolue sans intervention d'agent extérieur et n'est déterminé que par les interactions dynamiques entre les constituants du système : on dit alors que l'état critique est « auto-organisé ». »

Ilya Prigogine dans « Temps à devenir » :

« Le non-équilibre, c'est la voie la plus extraordinaire que la nature ait inventée pour coordonner les phénomènes, pour rendre possibles des phénomènes complexes. »

« La Fin des Certitudes », Ilya Prigogine :

« La supériorité des systèmes auto-organisateurs est illustrée par les systèmes biologiques où des produits complexes sont formés avec une précision, une efficacité, une vitesse sans égale. »

Extraits choisis du livre : La complexité, vertiges et promesses – entretiens avec E.Morin, I.Prigogine, F.Varela, …par Réda Benkirane

CONTRE LA THEORIE DE LA COMPLEXITE
« La vie est belle » (1989), Stephen Jay Gould :

« L'histoire de la vie ressemble à un gigantesque élagage ne laissant survivre qu'un petit nombre de lignées, lesquelles peuvent ensuite subir une différenciation ; mais elle ne ressemble pas à cette montée régulière de l'existence, de la complexité et de la diversité, comme on le raconte traditionnellement… Pour les spécialistes, l'évolution est une adaptation aux conditions changeantes de l'environnement et non pas un progrès… L'évolution de la vie à la surface de la planète est conforme au modèle du buisson touffu doté d'innombrables branches et continuellement élagué par le sinistre sécateur de l'extinction. Elle ne peut du tout être représentée par l'échelle d'une inévitable progrès. »

Entretiens de Stephen Jay Gould avec Jean-Claude Oliva - 1er octobre 1997 :

« Certains définissent l'évolution comme la croissance de la complexité, bien sûr. Mais cette définition ne correspond pas à la réalité. Pour la complexité, il y a plusieurs définitions : le nombre de parties différentes, l'intégration des parties, la complexité de forme de chaque partie. Au travers de ces définitions un peu différentes, nous avons en tête la même idée : il y a des choses simples qui n'ont pas beaucoup de parties et on va vers des choses plus complexes… Notre objectif, pour étudier ce sujet de façon scientifique, c'est de préciser ce que l'on veut dire par complexité. J'ai discuté, par exemple, les travaux de Dan McShea sur la complexité à travers les temps géologiques des mammifères et aussi de Boyajian sur les ammonites et, dans les deux cas, il n'y a pas de tendance générale vers la complexité. Chacune de ces études fait appel à une définition de la complexité. Mais le problème est réel : il n'y a pas une définition que tout le monde accepte… Pour un paléontologue, la diversité, c'est à la fois le nombre d'espèces différentes et la diversité de leurs anatomies. S'il y avait seulement un million d'espèces d'insectes et rien de plus, il y aurait moins de diversité qu'avec deux millions d'espèces et des insectes, des plantes, des champignons, des bactéries, etc. C'est le nombre d'espèces car chaque espèce est une population séparée, une entité biologique. La moyenne ne veut rien dire. Qu'est-ce que la complexité moyenne de la vie quand nous avons des bactéries, des insectes et des hommes ? Il n'y a que la diversité de la vie. L'histoire de la vie, c'est " l'éventail du vivant " (en anglais " the full house ", la maison pleine, un terme du jeu de poker). Il vaut mieux traiter l'histoire de la vie comme l'histoire de sa diversité qui croît - pas toujours car il y a aussi de grandes extinctions - qui croît donc et qui baisse. Le sens de la vie, c'est la diversité, pas la complexité. Tout dépend de ce que l'on entend par « complexe ». D'un point de vue neurologique le cerveau humain est plus complexe qu'aucun autre, mais par exemple du point de vue de l'architecture des os du crâne, on trouve plus compliqué chez d'autres mammifères, et plus compliqué encore chez les téléostes*. Le mot « complexité » a plusieurs sens dans le langage courant, qui se contredisent les uns les autres. Si l'on veut mesurer empiriquement la complexité, la quantifier, il nous faut une définition opérationnelle de la complexité. Il faut chaque fois décider de ce dont on parle. Certains chercheurs l'ont fait, par exemple pour les ammonites. On a pu démontrer que pour un caractère essentiel, les ammonites ne sont pas devenues de plus en plus complexes avec le temps. Le fait que le cerveau humain soit l'objet neurologique le plus complexe de la planète ne signifie pas que l'homme soit l'être le plus complexe. Le cerveau n'est pas tout, il y a bien d'autres structures complexes. Il n'est pas juste d'adopter une vue de l'évolution centrée sur le cerveau. Il n'existe pas de tendance générale de l'évolution vers des cerveaux plus grands. Il y a beaucoup plus d'espèces de bactéries que d'animaux multicellulaires et plus de 80 % des espèces de multicellulaires sont des insectes. Sur les quelque 4 000 espèces de mammifères il n'y en a qu'une qui soit consciente d'elle-même. On ne peut pas dire que l'accroissement de la complexité mentale caractérise l'évolution. L'effet de l'émergence de la conscience a été considérable ; mais ce n'est pas une définition de la complexité. La bombe atomique a eu un énorme effet, ce n'est pas plus complexe que certains explosifs chimiques. L'invention de la conscience a eu plus d'impact peut-être qu'aucune autre invention. Mais cela ne définit aucunement la complexité de la structure de l'objet en question. Et par ailleurs, si l'on se place cette fois du point de vue de l'évolution à venir, on ne voit pas clairement vers quoi nous allons. Il est possible que nous n'existions plus dans deux cents ans, parce que nous nous serons rayés de la carte. L'humanité n'apparaîtra plus alors que comme une expérience momentanée de l'histoire de la vie. L'exercice consistant à prendre en compte tout l'éventail des variations nous oblige à repenser la nature des tendances de l'évolution et l'histoire des systèmes naturels. C'est parce que nous n'avons pas appliqué ce principe que nous en sommes venus à ignorer le fait pourtant incontestable que nous sommes encore et sans doute pour toujours à l'ère des bactéries. Nous aimerions croire que l'histoire de la vie est celle d'une marche vers la complexité. C'est bien sûr vrai en ce sens que les êtres les plus complexes ont eu tendance à se complexifier davantage : mais ce n'est pas l'histoire de la vie, c'est l'histoire des êtres les plus complexes... Nous voudrions croire que l'aspect le plus fondamental de l'arbre de la vie est cette tendance à la complexification, mais ce n'est pas le cas. Pour moi le trait le plus fondamental de l'arbre de la vie est la constance du mode bactérien. Mon livre n'est qu'un plaidoyer pour considérer tout l'éventail de la variation… On ne peut parler du progrès comme d'une tendance forte de l'évolution. Je ne nie pas que les créatures les plus complexes soient devenues plus complexes au cours du temps. Mais ce n'est pas une indication que le système s'est éloigné d'une marche au hasard. Cela se serait produit de toute manière dans n'importe quel système dirigé par le hasard et débutant à proximité d'une limite infranchissable à gauche de la courbe de distribution. Je propose une analogie avec la marche de l'ivrogne qui sort d'un bar. Il se retrouve avec un mur à gauche et le trottoir à droite. A gauche il va heurter le mur, à droite il va finir par tomber dans le caniveau… Je ne dis pas qu'il ne se produit pas des événements de complexification, je dis que si l'on regarde l'ensemble de l'histoire, l'ensemble des variations effectives, la maison au complet avec tous ses habitants, on ne décèle pas de préférence pour la complexité. Le fait que l'homme soit plus complexe que les trilobites, qui sont plus complexes que les algues, qui sont plus complexes que les bactéries, ce fait-là, que je ne nie pas, est mineur au regard de l'histoire du vivant prise dans sa totalité… Bien sûr il doit exister un mécanisme par lequel a émergé par exemple la multicellularité, et ainsi de suite. Mon propos est de déterminer si de tels mécanismes s'inscrivent ou non dans une directionnalité, s'ils répondent à une nécessité - et la réponse est non. »

« Cette vision de la vie » de Stephen Jay Gould :

« L'évolution exprime un équilibre entre les caractéristiques internes des organismes et le vecteur externe du changement environnemental. Ces forces interne et externe incluent toutes deux des composantes aléatoires, ce qui écarte encore plus toute idée de tension vers l'union et l'harmonie. La force interne des mutations génétiques, source première des variations évolutives, fonctionne de manière aléatoire par rapport à la direction de la sélection naturelle. La force externe du chagement environnemental se modifie capricieusement par rapport au progrès et à la complexité des organismes… Je regrette également l'hypothèse excessivement adaptationniste qui affirme que tout trait évolutif dépourvu d'intérêt dans notre vie actuelle est probablement apparu autrefois pour de bonnes raisons, liées à des conditions passées qui ont depuis évolué. Dans notre monde impitoyable, complexe et partiellement aléatoire, nombre de traits n'ont tout simplement aucun sens fonctionnel. Point final…. »

Stephen Jay Gould écrit ainsi dans « Le renard et le hérisson » :

« Les propriétés qui apparaissent dans un système complexe sous l'effet des interactions non linéaires de ses composants sont dites émergentes – puisqu'elles n'apparaissent pas à un autre niveau et ne sont révélées qu'à ce niveau de complexité. (...) L'émergence n'est donc pas un principe mystique ou anti-scientifique, ni une notion susceptible d'avoir des échos dans le champ religieux (...) C'est une affirmation scientifique sur la nature des systèmes complexes. »

Agnès Lenoire, Science&Vie de décembre 2005 :

« L'idée d'une ascension vers l'homme, d'une graduation vers le plus abouti s'estompe et est destinée à mourir. En effet, le « complexe » n'est pas l'équivalent du « plus évolué ». Un simple recul par rapport à l'histoire du monde permet de débusquer l'illusion. La marche vers la complexité, qui donne une direction à l'évolution est donc caduque. Pourtant, à peine ce concept, qui replace l'homme au sein d'un foisonnement et non plus au sommet d'une pyramide, est-il bien compris et vulgarisé, que déjà on l'attaque sur un front sensible, parce qu'affectif : comment la complexité peut-elle être due au hasard ? Certes chacun d'entre nous est troublé devant la somme de coïncidences nécessaires à l'apparition de la vie et à son explosion. Mais passée la première impression, la réflexion, fondée sur le darwinisme, explique bien des mystères. »

Que se passe-t-il à l'interface entre deux milieux ?

Robert Paris — 2011-06-07T08:45:46Z

Un exemple bien connu : le nuage est une structure dynamique à l'interface air chaud / air froid

L'interface est la séparation entre deux (ou trois...) milieux (deux états d'une même molécule ou deux molécules différentes). Si ces deux milieux ont des propriétés différentes ou obéissent à des lois différentes, l'interface est un milieu à part, qui n'est ni l'un ni l'autre, ni la somme des deux...

Frontière fractale d'un front de diffusion

L'interface n'est pas une simple frontière sans importance servant seulement à séparer les milieux. elle a une importance fondamentale dans les propriétés des deux milieux. Il s'y passe des choses importantes (fractales, chaos déterministe, tension superficielle, capillarité, émergence, bulles, formation de structures comme les nuages, convection, ....

Liquide/Gaz

Au sein d'un fluide (liquide ou gaz), les molécules exercent entre elles des forces d'attraction ou de répulsion : force de Van der Waals (attraction), force électrostatique (attraction ou répulsion). On parle de « forces intermoléculaires ».

Si l'on considère un corps pur liquide, composé d'un seul type de molécules, les molécules s'attirent (sinon, elles ne formeraient pas une phase). Au sein du liquide, chaque molécule est tirée dans toutes les directions par les molécules voisines de liquide : la résultante des forces est nulle.

Dans le vide, une molécule n'est, par contre, attirée par rien. Donc, à la frontière liquide/vide, les molécules sont attirées côté liquide mais pas côté vide ; la résultante des forces s'exerçant sur les molécules de la surface est donc dirigée vers l'intérieur du liquide. Ceci tend la surface.

Dans le cas d'une interface liquide/vide, c'est donc un effet au sein d'un liquide qui amène la surface à se déformer comme une membrane élastique.

Mais on sait que soumis au vide, une partie du liquide s'évapore (voir l'article Pression de vapeur saturante). Si cette pression de gaz est faible, le liquide est soumis à une faible compression, et les molécules de la surface sont également soumises à une faible attraction de la part de leurs paires de la phase gazeuse ; mais la densité du gaz étant très inférieure à celle du liquide, cette attraction est négligeable.

Si maintenant il y a un autre gaz au-dessus (par exemple de l'air), le phénomène est similaire. Le liquide est soumis à la pression du gaz, et les molécules à la surface du liquide sont soumises à l'attraction ou à la répulsion de la part des molécules du gaz. Du fait de la faible densité du gaz par rapport au liquide, on néglige en général cette dernière contribution.

La forme de la surface résulte donc de l'équilibre entre la pression du gaz, l'attraction par l'intérieur du liquide, et le poids si l'on est en présence de pesanteur.

Le liquide peut être sous la forme d'une pellicule ; cette pellicule est alors soumise à la pression du gaz des deux côtés. Si les forces d'attraction au sein du liquide sont faibles, la pellicule ne tient pas. À l'inverse, si ces forces sont fortes, la pellicule tient bien et a un comportement élastique (bulle de savon).

Liquide/liquide

Lorsque deux liquides A et B sont miscibles, ils forment une seule phase. Par contre, s'ils sont non miscibles, ils forment deux phases distinctes.

S'ils sont non miscibles, c'est que les molécules se repoussent. Les molécules situées à l'interface sont donc soumises :

* pour les molécules de A :
o à une attraction vers l'intérieur du liquide A ;
o à une répulsion de la part des molécules de B ;
* pour les molécules de B :
o à une attraction vers l'intérieur du liquide B ;
o à une répulsion de la part des molécules de A.

On voit donc que la résultante des forces est située vers l'intérieur de chacun des liquides dans tous les cas.

La forme de l'interface est donc déterminée par

* les forces d'attraction au sein des liquides, A/A et B/B ;
* la force de répulsion entre A et B ;
* la pesanteur le cas échéant.

C'est le cas de l'eau et de l'huile, de la vinaigrette :

* soit l'huile forme une couche au-dessus de l'eau ;
* soit l'huile forme des gouttelettes au sein de l'eau (émulsion).

La capillarité est l'étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l'air ou entre un liquide et une surface. Elle est mise en œuvre lorsque les buvards aspirent l'encre, ou quand les éponges s'imbibent d'eau.

Elle est plus connue par l'effet d'un liquide à forte tension superficielle remontant contre la gravité dans un tube très fin, dit tube capillaire. La tension superficielle est proportionnelle à la force de cohésion intermoléculaire du liquide concerné. Plus les molécules du liquide ont une cohésion forte, plus le liquide est susceptible d'être transporté par capillarité.

L'eau possède une forte cohésion entre ses molécules : elle adhère aux surfaces du tube, puis ses molécules sont attirées sur la partie de la surface du tube immédiatement au-delà, et par répétition de ce phénomène l'eau monte ainsi le long du tube comme représenté sur la figure (H2O). À l'inverse, l'air descend dans le tube en repoussant le mercure (Hg). L'article tension superficielle décrit comment calculer la hauteur à laquelle monte ou descend le liquide dans un tube capillaire grâce à la loi de Jurin.

Sur du verre très propre, l'eau forme un film plutôt que des gouttes car les forces d'adhésion entre le verre et l'eau sont plus fortes que celles de cohésion de l'eau.

Solide/liquide/gaz

On est souvent en présence de la ligne où se joignent trois interfaces, à la jonction de trois phases, par exemple solide/liquide/gaz. On appelle ligne triple cette jonction. Dans le cas où l'une des phases est solide, on appelle angle de contact l'angle entre l'interface fluide/fluide et la surface solide. Cet angle de contact est donné par la Loi de Young-Dupré. Une ligne triple s'observe couramment, par exemple dans les situations suivantes :

* goutte posée sur un solide ;
* goutte suspendue à un solide ;
* bord d'un verre.

Interface entre un cristal liquide et un monocristal (composé cristal liquide 8CB sur un monocristal inorganique MoS2)

Les interactions liquide/gaz ont été décrites ci-dessus.

De même, les molécules du liquide peuvent être attirées ou repoussées par les molécules du solide. La forme de l'interface au niveau du point triple va donc être déterminée par :

* la force d'attraction au sein du liquide ;
* l'attraction ou la répulsion de la part du solide ;
* la pression du gaz, et éventuellement l'attraction ou la répulsion par le gaz ;
* la gravité.

Une gouttelette d'aluminium liquide en contact avec le saphir

S'il y a attraction entre le liquide et le solide :

* la goutte posée sur le solide va avoir tendance à s'étaler ;
* la goutte suspendue va être retenue ;
* le liquide va remonter le long du verre (ménisque, capillarité).

S'il y a répulsion entre le liquide et le solide :

* la goutte posée sur le solide va avoir tendance à « se regrouper », à prendre une forme sphérique ;
* la goutte suspendue va tomber ;
* le liquide va s'incurver vers le haut.

Des composés permettent de diminuer la tension superficielle, ce sont des tensioactifs.

Solide/solide

Lorsqu'on approche deux solides l'un de l'autre, ils subissent des forces d'attraction de différentes natures :

– Des forces à moyenne portée, qui correspondent à des interactions de type van der Waals (quelques nm).
– Des forces à courte portée, qui correspondent aux liaisons chimiques de type intramoléculaire ( ionique, covalente, métallique ) de l'ordre de 0,1- 0,2nm.
– Des forces à longue portée, d'origine électrostatique, qui sont reliées aux mécanismes de polarisation.

Ces forces deviennent mesurables à partir d'une distance d'environ 0,2 micromètre. Quand le contact est réalisé sous une charge extérieure P, ces forces d'attraction agissent dans et autour des zones de contact et viennent s'ajouter à cette charge P, de sorte que tout se passe comme si les deux solides étaient pressés l'un contre l'autre par une force effective P1. La différence P'= P1-P représente la force d'adhésion ; elle dépend de la charge appliquée et des propriétés mécaniques et géométriques des deux solides. La force d'adhésion ainsi définie n'est pas directement mesurable.

Interface entre deux cristaux

Interface au sein d'un cristal

Ce qui est mesurable expérimentalement, c'est la force nécessaire pour séparer les deux solides, c'est à dire leur adhérence. Cette force est généralement plus mal définie que la précédente, et sa valeur dépend beaucoup des conditions expérimentales choisies( type d'éprouvette, vitesse, propriétés des matériaux en présence etc...).

Les forces à courte portée pouvant être écrantées à la surface des solides par les impuretés adsorbées, l'adhésion des solides a souvent été attribuée aux forces de van der Waals . Mais dans le cas des assemblages céramique - métal, l'élaboration se fait à haute température, ce qui va permettre aux forces à courte distance de jouer un rôle prépondérant.