La vie hors de l`eau

L’évolution de la
Terre
Quelle fut l’évolution de la Terre par rapport aux
autres planètes du Système Solaire depuis son
origine ?
Elèves :
Professeurs :
Prugniel François
Pacchiarotti Julien
Sage Charles-Andréa
Mr. Boyon
Mr. Gotti
Mr. Sieradzki
Thème:
Matière :
SPC, SVT
Croissance
Plan :
Sujet : L’évolution de la Terre
Thème : Croissance
Matière : SPC, SVT
Problématique : Quelle fut l’évolution de la Terre par rapport aux autres planètes du
Système Solaire depuis son origine ?
Introduction :
A) Evolution de la Terre par rapport aux autres planètes du
Système Solaire au niveau structurel et géologique :
1) Formation des planètes
2) L’inclinaison de l’axe de rotation
3) L’eau
B) Evolution de la Terre par rapport aux autres planètes du
Système Solaire au niveau biologique:
1) L’atmosphère
2) Les Etres Vivants
3) Les crises biologiques
C) L’impact de l’Homme sur cette évolution :
1) La destruction de la couche d’ozone
2) Les effets de la pollution
3) L’excès des Hommes
Conclusion :
Lexique :
Bibliographie :
1
INTRODUCTION :
La formation de notre Système Solaire aurait débuté il y a quelques 10 milliards
d’années mais à cette époque, il ne s’agissait encore que d’une minuscule fraction d’un
gigantesque nuage d’hydrogène et d’hélium qui poursuivait son ballet autour du centre
galactique.
Ce nuage s’est lentement contracté au cours du temps et s’est enrichi en éléments plus
lourds grâce a l’explosion d’étoiles massives toutes proches.
Finalement, il y a environ 4,6 milliard d’années, ce nuage s’est effondré sur lui-même,
à cause de l’effet de sa propre gravité, et s’est fragmenté en une quantité de petits nuages de
dimension plus réduite dont l’un deviendra le Système Solaire.
Peu à peu, ce nouveau nuage s’est transformé, il s’est aplatit et a commencé à tourner
sur lui-même : c’est le disque protosolaire. Progressivement des planétésimaux sont apparus
et des réactions nucléaires ont débuté ayant ainsi pu donner naissance à notre Soleil, aux
planètes et à divers éléments qui n’ont pas tous évolués de la même manière.
Nous allons donc nous intéresser à l’évolution de la Terre par rapport aux autres
planètes de notre système solaire.
Tout d’abord, nous allons nous intéresser à l’évolution de la Terre au niveau structurel
et géologique, puis biologique, par rapport aux autres planètes et enfin nous étudierons
l’impact de l’Homme sur cette évolution.
Les différentes étapes de la formation du système solaire :
1) Contraction du nuage d’hydrogène et d’hélium.
2) Aplatissement du système
3) Formation de planétésimaux
4) Mise en route des réactions nucléaires au centre
5) Apparition du système sous sa forme actuelle.
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A) Evolution de la Terre par rapport aux autres planètes du
Système Solaire au niveau structurel et géologique :
Dans cette partie, nous allons nous intéresser à l’évolution de la Terre par
rapport aux autres planètes du système solaire à un niveau structurel et géologique.
Nous allons d’abord voir comment se sont formées les différentes planètes qui
constituent notre système solaire et pourquoi elles ont déjà quelques différences
structurelles, pourquoi certaines sont dites telluriques et d’autres sont dites géantes.
Ensuite nous verrons pourquoi certaines planètes ont un axe penché avec des
inclinaisons différentes selon les planètes et quelles sont les conséquences de cet axe
penché.
Puis, nous allons voir pourquoi il y a de l’eau sur Terre, comment elle est
apparue et si il y en a sur les autres planètes et sous quelle forme.
3
1) Formation des planètes
Il y a différentes théories sur la formation des planètes de notre système solaire, la plus
connue étant la formation par accrétion, c'est-à-dire par agglomération de corps célestes. Lors
de la formation du système solaire, quand il n’était encore qu’un disque protosolaire et qu’il
tourné sur lui-même, les atomes qui le composait sont entrés en collision au fur et à mesure
des rencontres et ont formés des poussières. Ensuite, le mécanisme de la gravité a débuté,
sachant que plus un objet est gros et lourd, plus il va attirer les plus petits, comme l’explique
la loi de Newton. En effet, deux objets situés dans l’espace exercent une force l’un sur l’autre,
c’est l’interaction gravitationnelle, définit par la loi de Newton.
Loi de Newton : Deux masses exercent l'une sur l'autre des forces opposées
proportionnelles aux deux masses, inversement proportionnelle au carré de la distance qui
sépare les deux masses et de direction la droite qui sépare le centre de gravité de ces deux
masses. Donc si un objet a une masse plus importante que l’autre, il l’attirera.
Norme :
G = 6,67.10-11 u.s.i.(Unité du Système International), il s’agit de la constante gravitationnel
F s'exprime en Newton (N), il s’agit de la force d’interaction gravitationnel
m1 et m2 en kg sont les masses des objets concernés
d en mètre est la distance séparant le centre de gravité de chaque objet.
C’est ainsi que les poussières se sont transformées en roches au fur et à mesure des
agglomérations pour devenir de plus en plus grosses. Toujours grâce à la gravité et à la
rotation du nuage protosolaire, les plus grosses roches ont continué d’attirer les plus petites et
sont ainsi devenues des planétoïdes, puis des planètes pour un certain nombre d’entre eux,
grâce au mécanisme d’accrétion.
Ainsi, suite à ce long processus qui a duré quelques 10 millions d’années, il ne resta
plus, dans le système solaire, que le soleil et des planètes trop éloignées pour s’attirer, ainsi
que la ceinture d’astéroïdes, qui serait un regroupement de planétoïdes qui n’ont pas pu
former une planète. Cependant, les bombardements d’accrétions se déroulèrent encore durant
600 millions d’années durant lesquelles ce sont les astéroïdes et autres corps célestes qui ont
contribué à la poursuite du mécanisme d’accrétion en entrant en collision avec les différentes
planètes de notre système solaire, ce qui eu différentes conséquences sur leur évolution,
notamment l’apparition de l’atmosphère, de l’eau et de l’axe penché. Suite à cette accrétion,
les planètes étaient des boules de magma en fusion, composées essentiellement de météorites
fondues. C’est à ce moment qu’a commencé la différenciation. Les éléments les plus lourds,
issus des météorites, ont été attirés au centre, grâce à l’attraction gravitationnelle, et ont ainsi
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formé le noyau. En même temps, les éléments plus légers sont remontés à la surface, ont
formé la croûte des planètes telluriques, tandis que les éléments très légers se sont échappés
de la planète pour former l’atmosphère.
Sur Terre, on suppose que l’atmosphère est issue des chondrites, qui sont un type de
météorites et sont composées de chondres (petites sphères formées d’une association finement
cristallisée de silicates (olivine) et de globules métalliques), ce sont des fragments de cailloux
non différenciés. Cette hypothèse a été émise suite à une expérience consistant à faire fondre
une chondrite, à mesurer les quantités de gaz qui s’en échappe et a comparer les résultats avec
les quantités de gaz calculées pour l’atmosphère primitive de la planète.
Dégazage d’une chondrite
(mesures de laboratoire)
Atmosphère terrestre primitive
(calculée)
H2O
82 %
87 %
CO2
17 %
12 %
N2 + Ar
1%
1%
Les concentrations sont exprimées en fractions massiques
Le dégazage d’une chondrite donne un gaz d’une composition proche de l’atmosphère
primitive de la Terre, et par extension, de toutes les planètes telluriques car elles ont une
composition semblable à celle de la Terre, et une chimie similaire. Ont en déduit donc que
l’atmosphère est issue de la formation des planètes, suite au dégazage des chondrites fondues
qui sont entrées en collision avec les planètes telluriques.
Durant cette formation, le nuage protosolaire n’a jamais cessé de tourner autour de son
centre qui n’est autre que notre Soleil actuel. Suite à l’accrétion des corps célestes qui ont
formés les différentes planètes, celles-ci ont gardé le mouvement de rotation autour du Soleil
du nuage protosolaire initial, suivant des orbites différentes mais toutes héliocentriques.
Plan des différentes orbites des planètes de notre système solaire
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Mais alors, pourquoi, si les planètes se sont formées de la même manière, parle-t-on de
planètes telluriques, ou solides, et de planètes géantes, ou gazeuses ? C’est ce à quoi nous
allons répondre ici.
Tout d’abord, les 9 planètes qui composent notre système solaire sont divisées en 3
catégories : les planètes telluriques, les planètes géantes et Pluton qui est une exception.
Les planètes telluriques
Les planètes dites telluriques, à savoir Mercure, Vénus, la Terre et Mars, sont les
planètes les plus proches de notre Soleil. Contrairement aux planètes dites géantes, se sont des
astres à la composition semblable à celle de la Terre, c'est-à-dire que se sont des éléments
solides. Ces 4 planètes ont des dimensions et une composition proche, à savoir principalement
des roches silicatées de fers et ont toutes une densité élevée.
Distance moyenne au soleil en millions de Km :
Distance moyenne au soleil en UA :
Inclinaison axe de rotation :
Inclinaison de l'orbite :
Diamètre :
Masse par rapport à la Terre:
Densité :
Rotation :
Révolution :
Cycle jour/nuit :
Température moyenne au sol :
Mercure
59,14
0,39
0°
7°00'
4878
0,056
5,4
58,6j
87,969j
175,9j
200 à 400°C
Vénus
108,2
0,72
178°
3°24'
12104
0,82
5,2
242,98j
224,7j
116,74j
446 à 470°C
Terre
149,6
1
23,5°
23°00'
12730
1
5,5
23,56h
365,25j
24h
12°C
Mars
228,9
1,5
24°
1°51'
6772
0,108
3,9
24,37h
687j
24,37h
-50°C
Comme nous le montre ce tableau comparatif de différentes caractéristiques des
planètes telluriques, leurs seuls points communs sont la densité supérieur à 3,9 (la densité de
l’eau est de 1), la distance moyenne par rapport au Soleil inférieur à 1,5 UA (UA= Unité
Astronomique, distance Soleil-Terre, soit 149 597 870 Km) et leur diamètre qui est inférieur à
13 000 Km, ce qui en fait des petites planètes comparées aux Géantes gazeuses.
Les Géantes gazeuses
Les Géantes gazeuses, à savoir Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, sont les planètes
dont le prototype est Jupiter, sont les 4 planètes les plus éloignées du Soleil en dehors de
Pluton. Ce sont également les plus grosses et sont riches en glaces et en composés gazeux de
l’hydrogène.
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Distance moyenne au soleil en millions de Km:
Distance moyenne au soleil en UA:
Inclinaison axe de rotation :
Inclinaison de l'orbite :
Diamètre polaire en Km:
Diamètre équatorial en Km :
Masse par rapport à la Terre :
Densité :
Rotation :
Révolution :
Température au plafond des nuages :
Température au centre :
Jupiter
779,2
5,2
3,2°
1°18'
133 516
142 796
318,37
1,3
9h55
11ans 314,8j
-145°C
30 000°C
Saturne
1425
9,5
26,7°
2°29'
107 968
120 600
95,19
0,7
10h39
29ans 167j
-160°C
13 727°C
Uranus
2878
19,2
98°
0°46'
49 260
51 800
14,58
1,3
10h32
84ans 7,4j
-170°C
6 727°C
Neptune
4505
30,03
29°
1°46'
48 220
49 650
17,26
1,6
15h48
164ans 280,3j
-200°C
6727°C
Contrairement aux planètes telluriques, les Géantes gazeuse ont une faible densité,
inférieure à 1,6. Cependant, leur diamètre est nettement supérieur, puisque supérieur a
48 000Km alors que les planètes telluriques ont toutes des diamètres inférieurs à 13 000Km.
Leur masse est également très supérieure à celles des planètes telluriques.
Une autre différence entre les planètes Géantes et les telluriques est la présence
d’anneaux. En effet, les Géantes gazeuses sont entourées d’anneaux alors que les planètes
telluriques en sont dépourvues. Il y a deux hypothèses quant à leur formation, mais elles sont
incertaines et n’ont jamais été vérifiées. La première dit que le matériau des anneaux de
Saturne aurait été apporté par la destruction catastrophique d’un satellite de Saturne. Ce
satellite aurait été d’une taille supérieure à celle de Mimas ou d’Encelade. Ce satellite aurait
été dévié par une collision catastrophique ou se serait lentement approché de Saturne par des
frottements gazeux tel qu’il passe en dessous de la limite de Roche et soit éclaté par les forces
de marée. Le problème est qu’elle n’explique pas les anneaux des autres planètes. La seconde
dit que les anneaux seraient les résidus du phénomène d’accrétion à l’origine des géantes. Les
fragments se trouvant à l’intérieur de la limite de Roche n’auraient pu se rassembler du fait
des forces de marée. Cette hypothèse expliquerait les systèmes d’anneaux non seulement de
Saturne mais d’Uranus et de Neptune mais exigerait que les anneaux aient le même âge que le
système solaire et donc une stabilité très grande qu’on a encore du mal à justifier.
7
3 théories sur la formation des anneaux
1) Théorie de la nébuleuse locale : Un gros nuage de gaz et de poussières se condense pour
former une planète; les débris inemployés forment une sphère qui entoure la planète. Les
particules situées au-delà de la limite de Roche (ligne rouge) s’agglutinent et forment des
satellites. Celles de l’intérieur ne peuvent pas s’accoler ; elles s’entrechoquent et
s’organisent lentement en un mince disque qui tourne dans le plan équatorial de la planète.
2) Théorie du corps étranger : Les forces d’attraction régnant en deçà de la limite de Roche
peuvent faire plus qu’empêcher la formation de satellites. Si un corps étrangers (une comète,
un astéroïde ou tout autre gros corps céleste) est attiré par le champ gravitationnel (ligne
verte), il peut se placer en orbite à l’intérieur de la limite de Roche ; il est alors réduit en
pièces et les divers fragments forment un anneau.
3) Théories des débris : Un satellite peut exister à l’intérieur de la limite de Roche, à
condition qu’il se soit constitué avant que la planète ait atteint sa dimension définitive. Si une
météorite heurte le satellite (ligne verte), les débris arrachés à celui-ci peuvent former un
anneau placé entre ce satellite et un satellite extérieur (A) ; ou bien le satellite peut voler
entièrement en éclats et se transformer en anneau diffus (B).
Pluton
Pluton est la planète la plus lointaine de notre système solaire, bien que tout le monde
ne soit pas d’accord avec sa qualification de planète, car ce n’est pas une planète géante alors
qu’elle est lointaine et qu’elle est solide et non gazeuse comme elle devrait l’être à cause de sa
position dans notre système solaire.
Distance moyenne au Soleil en millions de Km :
Distance moyenne au soleil en UA :
Inclinaison de l'orbite :
Diamètre en Km :
Masse par rapport à la Terre :
Densité :
Rotation :
Révolution :
Température :
Pluton
5913
39,52
17°10'
2320
1/2160
2
6j 9h
247ans 249,7j
-230°C
Comme le montre ce tableau, les caractéristiques de Pluton sont différentes de celles
des planètes telluriques ou des géantes gazeuses. En effet, sa densité est faible, comme les
géantes gazeuses, mais sa masse et sa taille aussi, tout comme les planètes telluriques. Ce sont
ces caractéristiques qui ne collent pas avec la théorie que les planètes les plus éloignées du
Soleil, à partir de Jupiter, devraient être des géantes gazeuses, qui sont à l’origine de la
polémique sur la classification de Pluton comme planète. Cependant, cela fait longtemps
qu’elle est considérée comme une planète et que ce fait est inscrit dans l’esprit des gens, ce
qui fait qu’elle est tout de même considérée comme telle malgré ces caractéristiques.
8
2) L’axe penché :
Comme nous avons pu le constater dans les tableaux précédents, les planètes
admettent souvent une inclinaison de leur axe de rotation. Ce fait a différentes conséquences
sur le climat de ces planètes. Nous allons donc voir ces conséquences et chercher pourquoi cet
axe est penché.
Dans le système solaire, les planètes ont des orbites qui sont toutes à peu près dans le
même plan. Celui de la Terre est appelé l'écliptique. Une exception notable est celle de
Pluton, qui a une orbite trop inclinée pour pouvoir considérer qu'elle est dans ce plan
commun.
Chaque planète tourne autour de son axe de rotation, ce qui entraîne la succession des
jours locaux à chaque planète. Comme rien n'est simple, cet axe fait un angle particulier avec
le plan orbital de la planète. Dans le cas de la Terre, cet angle est d'environ 23,5°.
C'est cet angle qui entraîne la succession des saisons. En été, la partie nord du globe
terrestre voit le Soleil plus haut à midi dans le ciel que la partie sud, et c'est l'été dans le nord.
Car comme les rayons solaires arrivent sur Terre avec un angle plus proche de 90°, une même
unité de surface reçoit plus de rayons lumineux qu'à midi dans le sud à la même époque. Du
fait de cette inclinaison, le Soleil se lève plus tôt, se couche plus tard, et les jours sont plus
longs. Les rayons dans le sud sont beaucoup plus inclinés et arrosent une plus grande surface,
donc ils distribuent moins de chaleur par unité de surface et c'est l'hiver. Le Soleil paraît aussi
plus bas sur l'horizon et les jours sont plus courts, le soleil se lève plus tard et se couche plus
tôt. Ces effets sont d'autant plus prononcés que la latitude de l'observateur est grande. À
l'équateur l'effet est strictement nul, et la durée du jour et de la nuit ne varie pas (même si la
position du Soleil dans le ciel varie). Aux pôles, l'effet est extrême, si bien que le jour et la
nuit y durent six mois chacun.
D'un point de vue astronomique, on peut noter quatre points particuliers sur la
trajectoire d'une planète en fonction de son inclinaison. Lorsque l'inclinaison est maximale et
le côté nord de l'axe de la Terre penche vers le Soleil, c'est le solstice d'été, le jour le plus long
pour l'hémisphère nord. Le Soleil à midi est au zénith du tropique du Cancer, qui a une
latitude de 23°27' nord. C'est le jour le plus court pour l'hémisphère sud. Lorsque l'inclinaison
est maximale et le côté sud de l'axe de la Terre penche vers le Soleil, c'est le solstice d'hiver,
le jour le plus court pour l'hémisphère nord. Le soleil à midi est au zénith du tropique du
Capricorne, qui a une latitude sud de 23°27'. C'est le jour le plus long pour l'hémisphère sud.
Les deux autres points correspondent aux équinoxes de printemps et d'automne. L'axe est
alors dans le plan orthogonal à la direction du Soleil, et la durée des jours est égale à celle des
nuits, au nord comme au sud, et le soleil à midi est au zénith de l'équateur.
La ronde des saisons sur Terre
9
Sur Terre l’axe n’a qu’un angle de 23,5°, ce qui fait des saisons a peu près égales, mais
d’autres planètes ont un axe beaucoup plus penché, ce qui produit des saisons extrêmes. Par
exemple, Uranus est pratiquement couchée sur le côté : son axe de rotation ne dévie que de 8
degrés de son plan orbital autour du Soleil, il a un angle de 98°. Si bien qu’au pôle Sud,
pendant l’été, le Soleil ne se couche pas pendant 42 ans tandis que pendant la même période,
le pôle Nord est plongé dans l’obscurité glaciale de l’hiver. La situation s’inverse après 42
ans, quand Uranus est du côté diamétralement opposé dans son orbite autour du Soleil.
La ronde des saisons sur Uranus
Inclinaison de l'axe
de rotation
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
0°
12°
23,5°
24°
3,2°
26,7°
98°
29°
Ce tableau comparatif montre les différents angles des axes de rotation des planètes du
système solaire, en dehors de Pluton qui a une orbite trop incliné pour être considéré dans le
même plan que les autres et de ce fait calculer un angle d’inclinaison. De ce tableau, on peut
déduire que la Terre, Mars, Saturne et Neptune ont une inclinaison proche, donc que la ronde
des saisons doit se dérouler a peu près de la même façon pour ces 4 planètes. Mercure et
Jupiter sont à la verticale ou presque, ce qui fait que les saisons sont alors dû à la distance au
Soleil car il n’y a pas un hémisphère plus exposé aux rayons du Soleil que l’autre. Uranus,
elle, est à l’horizontale, ce qui produit des saisons extrêmes comme nous l’avons vu
précédemment. Enfin, il reste Vénus qui a un angle d’inclinaison de 12°, on en déduit donc
que les saisons varient légèrement plus que dans le cas de Mercure et de Jupiter, mais tout de
même moins que pour la Terre, Mars, Saturne et Neptune.
Mais pourquoi les planètes ont telles un axe penché ? Pour trouver la clé du mystère, il
faut remonter au temps où le système solaire achevait sa formation, il y a quelques 4 milliards
d’années. La majorité des corps célestes se sont agglomérés en planètes suite à l’accrétion
sous l’effet de la gravité. Leur nombre a beaucoup diminué, et les collisions violentes entre les
planètes et les astéroïdes se font rare, mais le risque n’a pas disparu. En effet, il reste encore
quelques gros astéroïdes lancés à des dizaines de kilomètres par seconde et dont les orbites
croisent celles des planètes.
Il arrive donc qu’un gros astéroïde percute une planète de temps à autre. Le choc qui
en résulte est tel que la planète se renverse et se penche sur le côté. C’est ce qui est arrivé à la
10
Terre. Quand les astéroïdes étaient encore nombreux, on aurait pu s’attendre à ce qu’il y ait
autant d’impact au nord qu’au sud de l’équateur. Un impact au nord qui aurait fait penché la
Terre aurait donc pu être compensé par un impact au sud qui l’aurait redressé. Cependant, la
population des astéroïdes s’étant considérablement réduit à la fin de la formation du système
solaire, les chances d’un impact pouvant redresser la Terre sont très faible. Ainsi, faute de
collision correctrice, la Terre est resté penchée.
Le hasard des collisions aurait pu faire que la Terre soit presque à la verticale, comme
Jupiter ou encore qu’elle soit presque à l’horizontale comme Uranus, ce qui nous aurait valut
l’absence de saison ou encore des saisons extrêmes et aurait pu empêcher le développement
de la vie sur Terre.
Il arrive parfois que d’autres facteurs puissent faire vaciller la Terre sur son axe.
Cependant, ce n’est qu’un changement minime et la Terre se remet ensuite en place. Les
séismes très violents sont un exemple.
En effet, les scientifiques pensent que le séisme qui a eu lieu en Asie, qui a été très
meurtrier et destructeur, fut tellement puissant, qu’il aurait fait vaciller la Terre sur sont axe
au moment où il s’est produit. « Nous pouvons détecter les mouvements très légers de la Terre
et je pense qu’elle a vacillé dans son orbite lorsque le tremblement de terre a eu lieu, en raison
de la quantité massive d’énergie dégagée » a déclaré Ken Hudnut de l’institut géologique
américain (US Geological Survey). L’inclinaison de l’axe de la Terre pourrait donc être
modifié par des très violent séismes, cependant, il revient à la normale ensuite, contrairement
à sa modification lors d’un impact météoritique.
Conséquences de l’axe penché de la Terre
11
3) L’eau :
La surface de la Terre est composée au ¾ d’eau sous différentes formes, à savoir sous
forme de glace et de neige sur les montagnes et les pôles, sous forme d’eau de mer et d’eau
douce dans les fleuves, rivières et lacs ou encore elle est stockée dans des nappes phréatiques,
source d’eau potable pour une bonne partie des humains ainsi que sous forme gazeuse dans
l’atmosphère et les nuages.
Mais comment l’eau est-elle apparue sur Terre ? Est-ce qu’il y en a sur d’autres
planètes ? Sous quelle forme ? C’est ce à quoi nous allons répondre dans cette partie.
Il y a 4,5 milliards d’années, la Terre s’est formée par accrétion de poussières
silicatées recouvertes d’une fine pellicule d’eau. Ce n’était alors qu’une planète hostile et
déserte, qui possédait une énergie considérable accumulée lors de l’accrétion, ainsi que de
nombreux éléments à l’état gazeux. Au fil du temps, la Terre est devenue celle que nous
appelons aujourd’hui la planète bleue, car elle possède de l’eau en très grande quantité à l’état
liquide.
Aujourd’hui encore, les scientifiques ne sont pas tous d’accord sur l’origine de l’eau à
l’état gazeux dans l’atmosphère. Cependant, 4 hypothèses ont été formulées.
1)
2)
3)
4)
L’hypothèse la plus prisée des scientifiques est celle des chondrites
carbonées qui sont arrivées sur Terre à la fin de l’accrétion et qui
transportaient de l’eau.
D’autres pensent que l’eau provient des comètes, qui, après la période
d’accrétion, se sont écrasées sur Terre. En effet, les comètes sont des corps
célestes issus de la ceinture de Kuiper ou du nuage d’Oort ; elles ont un
diamètre en général inférieur à vingt kilomètres, et sont composées à 80%
d’eau glacée.
Certains penchent pour la théorie du dégazage : c’est-à-dire qu’ils pensent
qu’après la formation de notre planète, il y a 4,5 milliards d’années, l’eau
était présente sous forme gazeuse dans les différentes enveloppes de la Terre
et qu’elle s’est échappée suite à un dégazage à la fin de la formation de la
planète.
Il existe aussi une quatrième hypothèse, peu privilégiée des scientifiques,
selon laquelle des micrométéorites de diamètre minuscule, de l’ordre du
micromètre, arrivant de façon fréquente sur Terre, auraient contribué à
amener de l’eau.
Pourtant, de récentes découvertes semblent suggérer aux scientifiques qu’il n’y aurait
pas un seul, mais au moins deux phénomènes à l’origine de la présence de l’eau. En effet, en
évaluant le rapport du deutérium sur l’hydrogène présents dans la comète de Halley grâce aux
mesures de la sonde Giotto et en comparant ce rapport avec celui mesuré sur Terre, les
astrophysiciens ont constaté une différence qui les a poussé à penser que l’eau ne provenait
pas uniquement d’impacts météoritiques ou cométaires, comme certains le pensaient, mais
qu’elle provenait aussi d’une autre source, sûrement l’eau du dégazage du globe. En effet, ils
ont obtenu un rapport de quelque 3.10-4 contre 1,5.10-4 dans les océans terrestres. Mais, par
quelque moyen que ce soit, l’eau, une fois arrivée sur Terre, sous forme gazeuse ou solide
selon les cas énoncés, s’est, dans l’hypothèse des météorites et des comètes, évaporées à cause
des conditions de température ; elle a été ensuite retenue par l’atmosphère protectrice. Dans
l’hypothèse du dégazage, l’énergie fournie par la Terre a entraîné un volcanisme important
12
qui a permis à l’eau de s’échapper du manteau. Puis, la température se refroidissant, la vapeur
d’eau présente dans l’atmosphère s’est peu à peu condensée et a été à l’origine d’une couche
nuageuse épaisse autour de la planète. Aussi, pendant des millions d’années, un déluge de
pluies torrentielles s’est abattu sur la Terre, responsable de l’apparition des océans. Le climat
variant peu, ces océans se sont maintenus et lorsque la vie est apparue, ils ont absorbé une
grande partie du CO2. La température a alors diminué de telle sorte que l’eau sous forme de
glace a pu enfin se maintenir sur Terre. Ainsi l’eau était désormais présente sous ses trois
états, à savoir liquide, solide et gazeux, grâce aux différentes températures de la surface du
globe, sachant que l’eau passe de l’état solide à l’état liquide à 0°C, dans des conditions
normales de pression, et de l’état liquide à l’état gazeux à 100°C, dans les mêmes conditions.
On peut distinguer cinq grands facteurs (hypothétiques classés par ordre décroissant
d'importance) qui ont permis à l’eau de se maintenir sous ses trois états :
1)
La désintégration d’éléments radioactifs contenus dans le manteau (depuis
l'accrétion) a contribué à augmenter de façon importante la température
terrestre. Ce phénomène est à l’origine du dégazage de certains éléments
contenus au sein de la Terre vers sa périphérie.
2)
La Terre est située à une place idéale dans notre système solaire puisqu'elle
se trouve ni trop près ni trop loin du Soleil. Sa température, bien qu’un peu
trop basse, permet à l’eau de se maintenir sous une autre forme que la glace
aux endroits chauds du globe. Mais grâce à l’effet de serre (dû à la présence
de CO2) les conditions deviennent idéales pour que l’eau soit présente en
abondance à l’état liquide.
3)
La Terre, comme tous les corps, attire de nombreux éléments grâce à
l'attraction gravitationnelle. Ainsi par sa masse relativement importante la
Terre devrait empêcher que les éléments gazeux qu’elle libère ne partent
dans l’espace. Mais en réalité au niveau moléculaire, c’est plus compliqué
que cela : la rétention de l’atmosphère se traduit par une lutte entre la
gravitation qui a tendance à retenir les molécules, et la vitesse des
molécules qui tend à les libérer du champ gravitationnel ; une étude
détaillée des facteurs en présence révèle que la vitesse moyenne d’un type
particulier de molécule est proportionnelle à la racine carrée de la
température, et inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse
de la molécule. Pour savoir si la gravitation de la Terre est capable de
retenir un gaz donné, il faut comparer la vitesse de celui-ci à la vitesse de
libération qui définit la vitesse minimale requise pour qu’une particule se
libère à jamais d’un champ de gravitation. La vitesse de libération à la
surface de la Terre est de 11,2km/s. En retenant ces éléments, la Terre se
constitue une atmosphère. Ainsi l’eau libérée n’est pas perdue pour la
planète.
4)
La présence d’un satellite, la Lune, en rotation autour de la Terre, a permis
la stabilité de l’axe de rotation terrestre. Par conséquent le climat terrestre
(lié à l’axe de rotation), n’a pas ou peu été modifié au cours du temps. Cette
caractéristique climatique a contribué à maintenir une forte présence d’eau
liquide. Et avec le développement de la vie il y a 3,5 milliards d’années, les
océans sont devenus grâce aux premières bactéries des « puits de carbone »,
13
c’est-à-dire que grâce à la présence de ces micro-organismes l’océan a été
capable d’absorber une grande quantité de dioxyde de carbone, de l’ordre
de la centaine de millions de tonnes par an. C’est ainsi que l’effet de serre
se réduisant, la température moyenne de la Terre s’est abaissée pour se
stabiliser à environ 15°C (la température terrestre moyenne actuelle).
5)
Dans le noyau externe de la Terre, considéré comme liquide depuis l’étude
des ondes sismiques, la température est supérieure à 5000 °C, ce qui a pour
cause l’ionisation des éléments contenus dans le noyau. La Terre étant en
rotation sur elle-même, le noyau externe est en mouvement, et par
conséquent, selon le modèle de la dynamo, il y a production d’un
gigantesque courant : le champ magnétique. Celui-ci empêche notamment
le vent solaire d’arriver sur Terre et donc de désintégrer certaines molécules
telles que l’eau ou de vaporiser l'atmosphère. De plus un tel champ
s’oppose à l’échappement gravitationnel en agissant sur les couches
ionisées qui constituent les strates supérieures de l’atmosphère.
L’eau, quel que soit son état, n’est pas seulement présente sur Terre comme nous
l’avons vu précédemment. En effet, l’eau est apparue sur les autres planètes du système
solaire de façon similaire à la Terre. Pourtant elle ne s’y est pas maintenue.
Dans les planètes telluriques, l’eau est présente dans l’atmosphère ou dans le sol. A
priori, elle devrait y prendre des formes comparables puisque ces planètes sont relativement
semblables les unes aux autres. Ainsi, la densité de Mars est seulement deux à trois fois
inférieure à celle de la Terre ; celle de Vénus en est proche, à tel point qu’elle est souvent
surnommée la « jumelle de la Terre ».
Malgré cela, tout change d’une planète à l’autre tant les conditions atmosphériques y
varient. Les atmosphères de Mars et de Vénus sont surtout constituées de dioxyde de carbone
(environ 95% en volume) et d’azote, avec des traces de monoxyde de carbone, d’oxygène et
d’eau, alors que la Terre a une composition atmosphérique très différente. L’atmosphère
terrestre ainsi que la température ne seraient pas les mêmes sans les conditions précédemment
décrites. Ainsi contrairement à la Terre, les axes de rotation de Vénus et de Mars ont sans
doute subit de grandes fluctuations, ce qui a notamment modifié leur climat.
La Terre, Mars et Vénus avaient pourtant au départ des atmosphères qui différaient
très peu, tant par leur composition chimique que par les conditions de température et de
pression qui y régnaient. Quoi qu'il en soit l’état de l’eau sur chacune des trois planètes
telluriques diffère dorénavant.
L’eau sur les différentes planètes
Vénus
L’observation à distance de l’eau sur Vénus est difficile en raison de l’épaisse couche
de nuages, localisée à environ une cinquantaine de kilomètres de la surface de cette planète et
qui masque sa surface. Si l’atmosphère vénusienne contient environ 96,5% de dioxyde de
carbone et 3,5% d'azote, on y trouve aussi de la vapeur d’eau en quantité infime. Sa surface,
directement observable dans le domaine visible, a été abondamment cartographiée par les
sondes planétaires et par le télescope Hubble. La température moyenne sur le sol de Vénus est
de 460°C ce qui ne contribue donc pas à la présence d'eau liquide.
14
Mars
Sur Mars, la composition atmosphérique ressemble à celle de Vénus : à peu près 95%
de dioxyde de carbone 3% d’azote et environ 2% d’argon. La vapeur d’eau ne représente que
0,001% de l’atmosphère. Cependant à la différence de Vénus, l’eau est présente sur Mars à la
fois sous forme solide et gazeuse, et ce malgré une température qui ne dépasse pas –60°C en
moyenne en surface. Les conditions de pression et de température à la surface de Mars ne
permettent pas la présence d’eau liquide. L’eau est surtout présente sous forme de glace dans
les calottes polaires, qui se condensent et se subliment au pôle Nord et au pôle sud selon un
rythme saisonnier. Parfois on observe de petites formations nuageuses d’eau, notamment à
proximité des volcans. Si l’eau des calottes était répartie sur toute la planète, elle formerait un
océan global de l’ordre d’une vingtaine ou d’une trentaine de mètres d’épaisseur ; sur Terre,
un tel océan global aurait une profondeur de 2,7 kilomètres. Quant à la pression partielle de
l’eau sur Mars, elle n’excède pas quelques dix millièmes de la pression atmosphérique totale
et présente de fortes fluctuations liées au cycle saisonnier de condensation et de sublimation
des calottes polaires.
Mercure
Mercure n’est pas assez massive et est trop proche du Soleil pour retenir une
atmosphère importante ; les molécules d'eau sont rapidement détruites sous l'influence des
rayons ultraviolets.
Les Géantes gazeuses :
Au-delà de Mars, les planètes volumineuses que sont Jupiter, Saturne, Uranus et
Neptune sont moins bien connues : elles contiennent en profondeur de la vapeur d’eau et des
nuages de glace d’eau, récemment identifiés sur Jupiter par la sonde Galileo. Il est également
probable que leurs noyaux renferment de la glace. Dans les plus hautes couches de leur
atmosphère, une faible quantité de vapeur d’eau a été récemment détectée par le satellite ISO.
Cette vapeur d’eau proviendrait de cristaux de glace interplanétaires qui, en pénétrant dans
leur atmosphère, se seraient vaporisés. Quant aux anneaux de satellites de ces planètes
géantes, ils contiennent beaucoup de glace d’eau. Un des satellites de Jupiter, Europe, est
même soupçonné de renfermer, sous sa croûte de glace superficielle, de grandes quantités
d’eau liquide.
Pluton :
Pluton est la planète la plus éloignée de notre système solaire, ce qui fait que l’on sait
peu de chose sur elle. Elle est réputée pour être une planète de glace, mais il s’agit de glace de
méthane et non d’eau. Aucune trace d’eau n’a été détectée sur Pluton.
Origine de cette diversité
Puisqu’elles sont parties de conditions initiales quasi-semblables, pourquoi Mars,
Vénus et la Terre ont-elles eu des destins aussi divergents ? La réponse tient à l’histoire de
l’eau sur Mars et sur Vénus. L’eau semble avoir été plus abondante dans le passé sur les
sœurs de la Terre. La valeur du rapport de l’abondance de l’eau lourde ou deutérium (HDO) et
de l’eau (H2O) indique, par exemple, qu’il y avait à l’origine beaucoup plus de vapeur d’eau
dans les atmosphères martienne et vénusienne. Dans les océans et dans l’atmosphère terrestre,
15
le rapport HDO/H2O vaut environ 1,5.10-4, valeur dont les planétologues pensent qu’elle n’a
jamais changé depuis la création de la Terre. Partant du principe que cette valeur caractérisait
toutes les planètes telluriques à leur début, ils ont mesuré le rapport HDO/H2O dans les
atmosphères de Vénus et de Mars. Leurs résultats révèlent un fort enrichissement en
deutérium des atmosphères martienne et vénusienne. La vapeur d’eau qui se mêle à
l’atmosphère martienne contiendrait 5 fois plus de deutérium que celle de la Terre et celle de
Vénus près de 120 fois plus. Les planétologues déduisent de ces constatations que la vapeur
d’eau atmosphérique a été présente en quantité bien supérieure sur Mars et surtout sur Vénus,
dans le passé. Comment a-t-elle disparu ? L’enrichissement atmosphérique en deutérium
s’explique par le mécanisme de l’échappement gravitationnel qui privilégie l’échappement
dans l’espace des molécules les plus légères. C’est pourquoi il favorise l’éjection de l’eau
ordinaire par rapport à celle de l’eau lourde, ce qui explique que cette dernière se soit
concentré dans les atmosphères de Mars et de Vénus.
Si l’eau a été nettement plus abondante dans les atmosphères de Mars et de Vénus, l’at-elle été aussi sur leur sol ? Dans le cas de Mars, nous avons des traces de présence, en
surface, de grandes quantités d’eau (peut-être liquide) au début de l’histoire de la planète. La
première est l’existence de vallées ramifiées qui sillonnent les terrains anciens de
l’hémisphère sud et qui datent de plus 3 milliards d’années ; elles donnent l’impression que de
l’eau liquide s’est écoulée en quantité sur la planète, ce qui indique qu’à cette époque existait
une atmosphère dense et chaude. Le deuxième indice est la présence probable d’un océan qui
aurait recouvert les grandes plaines du Nord il y a 2 à 3 milliards d’années. Les récentes
mesures radar de la mission Mars Global Surveyor, ont renforcé cette hypothèse, émise lors
des premières mesures de la sonde Viking. Elles ont révélé la présence de lignes longues de
plusieurs milliers de kilomètres et dont l’altitude est constante. S’agirait-il de rives ? Si un tel
océan a existé, l’eau qu’il contenait aurait formé un océan global d’au moins trente mètres
d’épaisseur.
Origine de cette disparition
Mais pourquoi l’eau de Vénus et de Mars, qui semblait présente en quantité
abondante, a-t-elle disparu ? Étant donné les pressions qui régnaient à la surface des trois
planètes au début de leur histoire, l’eau a sans doute existé plutôt sous forme gazeuse sur
Vénus, sous forme liquide sur la Terre et sous forme solide sur Mars.
Vénus
Sur Vénus, la présence en grande quantité de dioxyde de carbone et d’eau sous forme
de vapeur a provoqué un effet de serre qui s’est rapidement amplifié, de sorte que la
température à la surface de Vénus s’est peu à peu élevée jusqu’aux 730°K actuellement
enregistrés. En l’absence de l’effet de serre (compte tenu de la distance de Vénus au Soleil),
sa température de surface devrait plutôt être de l’ordre de 300°K. La pression du dioxyde de
carbone à la surface de Vénus étant restée constante, comment peut-on expliquer la
disparition de l’eau présente à l’origine et dont la présence dans l’atmosphère est attestée par
l’enrichissement en deutérium de la vapeur résiduelle ? Selon les planétologues la vapeur
d’eau aurait été dissociée par le rayonnement solaire, puis se serait échappée dans l’espace. La
planète Mars a deux caractéristiques : d’une part, elle est plus éloignée du Soleil, par
conséquent plus froide que les autres planètes telluriques ; d’autre part, elle est notablement
plus petite et moins dense. Ainsi, sa masse ne représente que le dixième de la masse terrestre.
16
Ces caractéristiques signifient qu’à son origine, Mars contenait bien moins d’éléments lourds
et radioactifs susceptibles de contribuer à son énergie interne.
Mars
Au début de l’histoire martienne, la pression à la surface de la planète était sans doute
inférieure à celles qui régnaient à la surface de la Terre et de Vénus ; toutefois, l’atmosphère
primitive de la planète rouge était plus dense que celle qui règne aujourd’hui. La présence
probable d’eau sous forme liquide est un indice. Diverses découvertes récentes en ont fourni
d’autres. Ainsi le magnétomètre de la sonde Mars Global Surveyor a récemment découvert un
champ magnétique fossile dans les terrains de l’hémisphère sud de la planète. Ce champ serait
l’empreinte laissée par un ancien champ magnétique, qui aurait existé lors des premières
centaines de millions d’années de la planète. Ainsi Mars aurait eu une énergie interne
supérieure à celle d’aujourd’hui. L’énergie interne de Mars aurait accru l’activité volcanique
et facilité la formation d’une atmosphère par dégazage. Les planétologues, ont estimé la
densité de cette atmosphère en étudiant les rapports isotopiques de l’azote et des gaz rares qui
sont de bons indicateurs de l’échappement atmosphérique. Le rapport entre les isotopes de
l'azote 15N et 14N, notamment, est supérieur à celui de l’atmosphère de la Terre d’un facteur
1,7. Une telle valeur indique que l’atmosphère primitive de Mars avait une pression
atmosphérique proche du dixième de celle de la Terre. Cependant le champ magnétique de
Mars semble s’être éteint au bout d’un milliard d’années, sans doute en raison de la faible
masse de la planète. L’atmosphère martienne se serait ensuite plus facilement échappée en
l’absence d’un tel champ magnétique et aurait été désintégrée par les rayons ultraviolets.
L’eau résiduelle a alors sombré sous la surface martienne et s’est figée dans la croûte par le
gel, probablement à quelques centaines de mètres de profondeur, cette eau résiduelle
correspond à celle que l’on peut aujourd’hui observer. C’est ainsi que l’eau a peu à peu
disparu de Mars et de Vénus. Alors qu’elle est toujours présente en grande quantité sur Terre
et a permis l’apparition de la vie.
La Terre est composé au ¾ d’eau.
Image METEOSAT 5 Canal 2 (137 MHz) du 18 décembre 1995 à 12 GMT
17
B) Evolution de la Terre par rapport aux autres planètes du
Système Solaire au niveau biologique
Dans cette partie nous allons nous intéresser à l’évolution de la Terre par rapport
aux autres planètes du Système Solaire au niveau biologique.
Nous verrons tout d’abord comment les atmosphères des différentes planètes se
sont formées et pourquoi elles sont si différentes.
Ensuite nous nous intéresserons aux Etres Vivants qui peuplent la Terre et à ce
que possède la Terre pour que des Etres Vivants y vivent.
Pour finir nous étudierons les crises biologiques qui ont eu lieu sur la Terre.
La Terre vue de l’espace
18
1) L’atmosphère
Composition de l’atmosphère :
a. La Troposphère :
La plus basse couche de l'atmosphère s'appelle la troposphère. Elle s'élève entre 8 Km
aux pôles et 16 Km au dessus de l'Équateur. La frontière entre la troposphère et la
stratosphère est la tropopause, délimitée par des températures qui se stabilisent. La
température diminue avec l'augmentation de l'altitude de 0,60°C toute les 100 m, en moyenne,
par suite de la raréfaction de l'air et de l'éloignement progressif du substrat.
La troposphère est la plus dense des quatre couches de l'atmosphère et elle contient
jusqu'à 75% de la masse de l'atmosphère. Elle se compose principalement d'azote (78%) et
d'oxygène (21%) avec seulement de petites concentrations d'autres gaz en trace. Presque toute
la vapeur d'eau ou humidité atmosphérique se trouve dans la troposphère.
La troposphère est couverte par la tropopause, une région où la température est stable.
La température de l'air commence alors à s'élever dans la stratosphère. Une telle augmentation
de la température empêche beaucoup de convection d'air au delà de la tropopause, et par
conséquent la plupart des phénomènes climatiques, y compris les nuages porteurs d’orages,
les cumulonimbus, sont confinés à la troposphère. C'est la couche la plus troublée, agitée sans
cesse de mouvements verticaux et horizontaux. La turbulence verticale est due au voisinage
de la surface du globe, qui détermine d'une part des ascendances mécaniques (par frottement),
d'autre part des ascendances thermiques (par instabilité et thermoconvection).
La circulation de l'atmosphère dépend des facteurs cosmiques (radiations solaires),
planétaires (états de l'atmosphère, rotation de la Terre autour de son axe, température et
salinité des océans), géographiques (répartition des continents et mers, couverts végétaux,
englacements). Elle se traduit par des mouvements en longitude, latitude, ascendants et
descendants.
Les anomalies de température de la Troposphère entre 1979 et 2002
19
Trajectoire des vents :
D'après la règle de Buys Ballots, les vents de surface ne soufflent pas exactement des
anticyclones vers les dépressions. La force de Coriolis les dévie de leur trajectoire théorique
vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. Cette déviation
est nulle à l'équateur et maximale aux pôles.
L’air quitte les anticyclones (A) en tournant dans
le sens des aiguilles d’une montre et pénètre dans les
dépressions (D) en tournant en sens inverse des aiguilles
d’une montre, dans l‘hémisphère Nord.
Circulation générale des vents sur le globe :
Le système mondial des vents, qui transporte l'air chaud depuis l'Équateur où le
rayonnement solaire est le plus important vers les latitudes plus élevées, s'appelle la
circulation générale de l'atmosphère, et provoque les zones de climat de la Terre.
La circulation générale de l'air est cassée en trois cellules dans chaque hémisphère :
- la cellule de Hadley
- la cellule de Ferrel (2)
- la cellule Polaire (3)
20
b. La Stratosphère :
La stratosphère est la deuxième couche principale de l'atmosphère. Elle se trouve audessus de la troposphère et est séparée d'elle par la tropopause. Elle occupe la région de
l'atmosphère d'environ 12 à 50 kilomètres, bien que sa limite inférieure est plus haute à
l'équateur et plus basse aux pôles.
La stratosphère définit une couche dans laquelle les températures s'élèvent avec
l'augmentation de l'altitude. En haut de la stratosphère, l'air mince peut atteindre des
températures proche de 0°C. Cette élévation de la température est provoquée par l'absorption
des rayons ultraviolets (UV) du Soleil par la couche d'ozone. Un tel profil de température crée
des conditions atmosphériques très stables, et la stratosphère manque de la turbulence de l'air
qui est si répandue dans la troposphère. En conséquence, la stratosphère est presque
totalement exempte de nuages ou d'autres formes de temps.
La stratosphère fournit quelques avantages pour le vol de longue distance parce qu'elle
est au-dessus des temps orageux et a des vents forts, réguliers et horizontaux.
La stratosphère est séparée de la mésosphère, qui se trouve au-dessus d'elle, par la
stratopause.
La couche d’ozone :
La couche d'ozone est une couche de particules d'ozone dispersées entre 19 et 30
kilomètres d'altitude dans la stratosphère. La concentration de l'ozone dans la couche d'ozone
est habituellement au-dessous de 10 parts d'ozone par million. La couche d'ozone est
indispensable pour la vie sur Terre car elle absorbe le rayonnement ultraviolet (UV) émit par
le Soleil.
Les propriétés physiques uniques de l'ozone permettent à la couche d'ozone d'agir en
tant que crème solaire de notre planète, fournissant un filtre invisible pour aider à protéger
toutes les formes de vie contre les rayons ultraviolets (UV) dangereux du Soleil. La plupart
des rayonnements UV entrant dans l'atmosphère sont absorbés par l'ozone et empêchés
d'atteindre la surface de la Terre.
21
L'ozone est créé dans la stratosphère au-dessus des tropiques puis les vents
stratosphériques le véhiculent autour de la Terre. Elle se forme quand le rayonnement solaire
fortement énergétique frappe les molécules de d'oxygène (O2) et forcent les deux atomes
d'oxygène à se séparer. Si un atome libéré se cogne dans un autre O2, ils se joignent l'un à
l'autre, formant l'ozone (O3). Ce processus est connu sous le nom de photolyse. L'ozone est
également naturellement décomposé dans la stratosphère par la lumière du Soleil et par une
réaction chimique avec divers composés contenant de l'azote, de l'hydrogène et du chlore. Ces
produits chimiques se trouvent tous naturellement dans l'atmosphère en très petites quantités.
Les volcans peuvent avoir modifié la quantité d'ozone dans l'atmosphère tout comme l'activité
solaire et les activités humaines.
c. La Mésosphère :
La mésosphère (littéralement sphère moyenne) est la troisième couche la plus élevée
dans notre atmosphère, occupant la région de 50 kilomètres à 80 kilomètres au-dessus de la
surface de la Terre, au-dessus de la troposphère et de la stratosphère, et au-dessous de la
thermosphère. Elle est séparée de la stratosphère par la stratopause et de la thermosphère par
la mésopause.
Les températures dans la mésosphère chutent avec l'augmentation de l'altitude jusqu'à
environ -100°C. La mésosphère est la plus froide des couches atmosphériques. En fait elle est
plus froide que la plus basse des températures enregistrées en Antarctique. Il y fait assez froid
pour geler de la vapeur d'eau en nuages de glace. Vous pouvez voir ces nuages si la lumière
du soleil les frappe après le coucher du soleil. Ils s'appellent "Noctilucent Clouds" (NLC). Les
NLC sont plus facilement visibles quand le soleil est de 4 à 16° au-dessous de l'horizon.
La mésosphère est également la couche dans laquelle beaucoup de météores se
consument lorsqu'ils entrent dans l'atmosphère de la Terre. De la Terre ils sont vus en tant
qu'étoiles filantes.
La couche bleu foncée à
côté de la noirceur de
l'espace
est
la
mésosphère. L’atmosphère
s’étend beaucoup plus
loin.
22
d. La Thermosphère :
La couche la plus haute est la thermosphère. La thermosphère commence à 90-100 Km
et va jusqu'à 1280 kilomètres d'altitude. La pression y devient presque nulle et les molécules
d'air sont très rares. Les ultraviolets solaires de très courtes longueurs d'onde (entre 100 et 200
nm) sont absorbés entre 100 et 150 kilomètres d'altitude par l'oxygène moléculaire. La
température augmente avec l'altitude et se maintient jusqu'à un niveau appelé thermopause
situé de 250 Km à 500 Km suivant l'activité solaire. Après la thermopause, la température
oscille entre 300°C et 1600°C suivant l'énergie reçue par le Soleil. Les températures sont
élevées, mais comme la densité de matière est extrêmement faible il ferait très froid pour nous
puisque les quelques molécules d'air ne sont pas assez nombreuses pour transférer une chaleur
convenable. La thermosphère est la région où près des pôles se forment les aurores boréales et
australes.
La partie inférieure de la thermosphère est appelée l'ionosphère. L'ionosphère réfléchit
les ondes courtes (ondes radio). Ces ondes, émises par un émetteur, rebondissent sur
l'ionosphère et sont renvoyées vers la Terre. Si elles sont retournées avec un certain angle,
elles peuvent faire presque le tour du globe. L'ionosphère permet donc de communiquer avec
des régions très éloignées.
Comparaison avec les atmosphères des autres planètes du
système solaire :
Mercure :
Mercure ne possède pas d’atmosphère dense, c’est pourquoi la chaleur s’échappe la
nuit (à un point tel que s'installe alors un froid glacial) et rend le rayonnement ultraviolet très
intense, empêchant toute forme de vie.
Composition de l'atmosphère :
Oxygène :
42%
O2
Sodium :
29%:
Na
Hydrogène :
22%
H2
Hélium :
6%
He
Potassium :
0,5%
K
23
Traces possibles de :
Argon
Ar
Dioxyde de carbone
CO2
Eau
H2O
Azote (nitrogène)
N2
Xénon
Xe
Krypton
Kr
Néon
Ne
Vénus :
Le dioxyde de carbone (gaz carbonique) constitue l'essentiel (97%) de l’atmosphère
vénusienne, presque dépourvue d'eau, et qui retient, à une altitude comprise entre 48 et 68
Km, une épaisse couche nuageuse riche en acide sulfurique. La haute atmosphère tourne 60
fois plus vite que la planète (un tour en 4 jours).
Mars :
Le gaz atmosphérique est essentiellement du dioxyde de carbone (95%), le dioxygène
est très rare (0,1%), la vapeur d'eau encore plus.
Jupiter :
Dans les régions internes, où règnent des pressions et des températures excessivement
élevées, cet hydrogène se présente à l'état liquide et forme un océan bouillonnant profond de
plusieurs milliers de kilomètres. Une très épaisse atmosphère où se superposent plusieurs
couches de nuages enveloppe cet océan. La rotation très rapide de Jupiter y provoque
l'étalement de ses nuages le long de bandes parallèles à l'équateur, où alternent régions claires
et sombres. Les premières sont habituellement qualifiées de zones. On a montré en 2004 que
ce zonage de l'atmosphère jovienne reposait sur les mêmes principes (flux turbulent) que ceux
qui organisent la disposition des courants océaniques sur la Terre. Une découverte qui
pourrait avoir des répercussions sur la compréhension de la climatologie de notre planète.
Les nuages sont poussés à des vitesses de l'ordre de 300 Km/h. Les plus hauts
apparaîtraient plus clairs car ils reçoivent directement la lumière du Soleil. Ceux qui se situent
en profondeur sont à l'ombre des précédents et semblent donc plus sombres. Ce point de vue
est aujourd'hui discuté. Et les différences de teintes pourraient aussi provenir de compositions
chimiques différentes.
L'atmosphère de Jupiter peut également former d'immenses tempêtes. Elles
apparaissent sous la forme de vastes taches, généralement blanchâtres, parfois brunes,
appelées des ovales, et qui peuvent persister des mois ou des années.
Jupiter se compose de 75% d'hydrogène moléculaire (H2) et de 24% d'hélium contre
28% pour le Soleil (en nombre d'atomes cela représente 90% d'hydrogène et 10% d'hélium).
24
Saturne :
Dans les grandes lignes, l'atmosphère de Saturne est semblable à celle de Jupiter bien
que ces composants soient distribués différemment. Elle est constituée de 75% d'hydrogène et
de 25% d'hélium (proportion par masse).
L'atmosphère supérieure de Saturne est aussi principalement constituée de cristaux de
méthane et d'ammoniac, auxquels s'ajoutent en plus faibles proportions des éléments
organiques tels que l'éthane, l'acétylène ou la phosphine, donnant à Saturne une coloration
jaunâtre marquée de zones rouges et brunes.
Uranus :
Son atmosphère contient environ 83% d'hydrogène moléculaire, 15% d'hélium, 2% de
méthane, un peu d'ammoniac, des traces d'hydrocarbures et les produits de leur
photodissociation dont l'acétylène. Cette atmosphère est dix fois plus riche en méthane que
celle de Jupiter et Saturne. C'est l'absorption de la lumière rouge (Uranus présente de fortes
raies dans cette région du spectre) qui lui donne cette coloration bleu verdâtre. Le sommet de
l'atmosphère, au niveau 100 mb présente une température de -223°C pour remonter à 447°C
dans la haute atmosphère plus raréfiée. En s'enfonçant dans l'atmosphère, il existerait une
épaisse couche de méthane cristallisée entre les niveaux 900 et 1300 mb baignant dans une
température de -193°C. Autour de la région polaire australe, baignée par le rayonnement
solaire, on a découvert une zone de brume constituée a priori de molécules d'acétylène,
plongeant le pôle sud dans une épaisse brume glacée de couleur brun orange.
Neptune :
Avec une densité moyenne de 1.5, Neptune est légèrement plus dense qu'Uranus
(1.29) et est composé à 85% d'hydrogène, 13% d'hélium et 2% de méthane. Son noyau
jusqu'au deux tiers de son rayon est vraisemblablement constitué d'un mélange de matériaux
lourds en fusion dont du fer, de l'eau, de l'ammoniaque et du méthane liquide. Le tiers
supérieur est constitué d’un manteau d'hydrogène moléculaire, d'hélium, d'eau et de méthane.
Selon E.D.Miner du JPL, la couche la plus élevée contiendrait des hydrocarbures noyés dans
une brume omniprésente. Comme sur Uranus, le méthane absorbe sélectivement le
rayonnement rouge émit par le Soleil, réfléchissant la lumière bleue, donnant à Neptune une
belle couleur bleue.
Pluton :
La planète est dépourvue d'enveloppe gazeuse. L'atmosphère de Pluton semble
contenir du méthane ainsi qu'un gaz plus lourd (peut-être de l'oxyde de carbone ou de l'azote).
La pression atmosphérique à la surface n'atteint qu'un cent millième de la pression
atmosphérique terrestre. Les caractéristiques de l'atmosphère de Pluton varient probablement
beaucoup au cours des saisons ; la pression est maximale au moment où Pluton est proche du
Soleil et peut diminuer d'un facteur dix quand Pluton est près de son aphélie.
25
2) Les Etres Vivants
Les conditions de la vie
Pour rendre la vie possible (comme nous la connaissons) et lui permettre de se
développer, il est nécessaire de réunir ces 3 conditions :
Présence d’eau (en masse assez importante pour former des océans) :
i.
Sur Terre, la vie s’est développée dans les océans et serait détruite en
milieu non aqueux. Il y aurait peut-être une planète sur 1 million dans la
Galaxie qui pourrait contenir des océans (soit environ 200000 puisqu’il y
a 200 milliards d’étoiles).
Présence d’oxygène :
ii.
Le troisième élément atomique déjà connu dans le milieu interstellaire,
sous forme d’oxyde de carbone. En se combinant avec le carbone, il
libère l’énergie indispensable à l’activité vitale (les anaérobies, vivant en
l’absence d’air, tirent leur oxygène de composés organiques qu’ils
décomposent).
iii.
Une certaine température :
Maximale : 100°C pour les bactéries, 65°C environ pour les êtres
complexes
Minimale : certaines bactéries ou végétaux à très basse température
restent en vie, mais ne peuvent se développer, leurs fonctions vitales
étant arrêtées.
L’origine et l’évolution de notre règne vivant impliquent la rencontre au hasard de tant
d’éléments favorables et exceptionnels que leur existence, dans une autre planète, peut
apparaître improbable. Cependant, si nous raisonnons en « temps géologiques » (milliards
d’années) et en « espaces cosmiques » (milliards de systèmes solaires), un nombre presque
infini d’alternatives apparaît, tel que toute éventualité déjà réalisée une fois (conditions de vie
terrestre) doit se retrouver presque sûrement une ou plusieurs autres fois. Mais une fois
apparue, cette « matière vivante » n’a pas nécessairement suivi le même schéma évolutif que
le nôtre, dû à une longue série de hasards favorables pour qu’elle aboutisse à l’homme. Parmi
ceux-ci, l’immense développement du règne végétal (qui enrichit l’atmosphère en oxygène et
fournit la ressource énergétique permettant le développement du règne animal) et la
transformation d’un tout petit nombre de primates vivant en Afrique centrale. S’ils n’avaient
pas existé (ou s’ils avaient disparu précocement), l’homme n’aurait pas vu le jour et, en son
absence, les « maîtres de la Terre » seraient les insectes sociaux au psychisme le plus
développé et le mieux différencié chez les êtres vivants.
26
Certain indice tendant à prouver que la vie a pu apparaître sur d’autres planètes. En
effet, la NASA a décelé sur une météorite tombée à Murchison (Australie), le 28 Septembre
1969, des traces d’acides aminés d’origine chimique et extraterrestre témoignant d’une
évolution chimique du type de celle qui a permis l’apparition de la vie sur Terre. La météorite
tombée à Orgueil (France) le 14 Mai 1864, qui est conservée en partie à Montauban, Paris et
New York, ainsi que la météorite tombée à Mokvia (Nouvelle-Zélande) auraient offert des
traces comparables, bien que cela soit contesté.
Cependant, la vie n’est pas possible sur les autres planètes du système solaire pour
différentes raisons. Sur Mercure et Vénus, la température est trop élevée pour permettre la vie
car supérieur à 100°C qui est la température maximum pour la survit des bactéries. De plus,
Mercure est dénuée d’atmosphère dense. Sur Mars, la présence de grandes quantités d’eau
n’exclut pas l’hypothèse d’une certaine forme de vie (une eau qu’une pluie de
micrométéorites parsemait à l’origine de matière carbonée, de minéraux et d’acides aminés).
Sur Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton, la vie est impossible à cause des trop basses
températures et des atmosphères dénuées de dioxyde de carbone (CO2) et d’oxygène. Mais
comment la vie est-elle apparue sur Terre ? C’est ce que nous allons tentez de déterminer
maintenant.
La chimie de la vie
Avant de passer en revue les évènements qui ont conduit d'une Terre stérile juste après
sa formation à un monde foisonnant de vie, rappelons rapidement quelques notions
fondamentales sur la vie telle que nous la connaissons.
L'élément de base de tout être vivant est une entité microscopique appelée la cellule.
Un être humain en contient à peu près 10 000 milliards. Chacune de ces cellules est une sorte
d'usine vivante assurant plusieurs fonction : absorber des éléments nutritifs, grandir, se
débarrasser de ses déchets et se reproduire.
L'ADN
Chaque cellule possède un centre de contrôle constitué par un ou plusieurs
chromosomes. Les bactéries par exemple n'en possèdent qu'un alors que les humains en
possèdent 46. Ces chromosomes sont les acteurs clefs de la reproduction. Ils permettent à une
cellule de se diviser pour donner naissance à deux cellules génétiquement identiques à la
première. En 1953, Francis Crick et James Watson, révélèrent la structure intime du
chromosome. Ils montrèrent que chacun est en fait une gigantesque molécule formée de deux
brins complémentaires enlacés l'un autour de l'autre pour former la célèbre structure en double
hélice. La découverte de cette molécule, l'acide désoxyribonucléique ou ADN, allait
révolutionner la biochimie et la médecine.
L'unité de base d'un brin d'ADN est appelée un nucléotide. Il s'agit de l'association
d'une base azotée, d'une molécule de sucre et d'une molécule de phosphate. Chaque nucléotide
d'un brin est lié à un nucléotide de l'autre brin et c'est l'enchaînement de ces paires qui crée
l'enlacement caractéristique de la double hélice. Il existe quatre types de bases azotées :
l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T) mais seules deux associations
en paires sont possibles : A-T ou G-C. Ainsi, par cette complémentarité très simple, la
séquence des nucléotides sur l'un des brins de la molécule d'ADN permet de déterminer
directement la succession des nucléotides sur l'autre brin.
27
Cette complémentarité est à la base de la propriété d'autoréplication de l'ADN. Lors de
la division cellulaire, chaque chromosome se dédouble pour donner naissance à deux
chromosomes identiques au premier. Ce processus de dédoublement de l'information
génétique se déroule de la façon suivante au niveau de l'ADN. Les deux brins peuvent se
séparer assez facilement car leur lien repose sur une liaison relativement faible. A ce stade,
apparaissent alors deux bases de données distinctes, mais portant la même information de
façon complémentaire. Il reste néanmoins à recréer deux véritables molécules d'ADN. C'est là
que la reconstruction par complémentarité se produit : chaque brin puise des nucléotides dans
le milieu environnant et les positionne dans le bon ordre pour recréer son complémentaire. On
se retrouve ainsi avec deux molécules d'ADN identiques qui deviendront les chromosomes de
deux nouvelles cellules.
Réplication de l’ADN
Les protéines et l'ARN
Outre l'ADN, deux autres acteurs de la vie d'une cellule sont d'une importance
primordiale : les protéines et l'ARN. Les protéines sont à la fois les briques et les ouvrières
des cellules. Elles s'organisent pour créer la structure des cellules, régulent leur
fonctionnement et assurent la mise en oeuvre de leur rôle dans l'organisme. Une protéine est
une large molécule composée d'un certain nombre de sous unités appelées les acides aminés.
L'ordre dans lequel les acides aminés sont arrangés dans une protéine est directement
déterminé par l'ADN présent dans le chromosome de la cellule. En effet, en regroupant les
nucléotides par triplets et en considérant la valeur de leur base azotée (A, G, C ou T), il est
possible de créer une sorte d'alphabet qui relie directement l'ordre des nucléotides sur un brin
d'ADN à l'ordre des acides aminés dans une protéine.
Le processus qui permet de passer de l'ADN aux acides aminés et aux protéines met en
jeu un nouvel acteur : l'acide ribonucléique ou ARN. Il s'agit d'une molécule similaire à
l'ADN mais qui ne comporte qu'un seul brin. Lors de la synthèse des protéines, l'étape
fondamentale qui transforme l'information contenue dans l'ADN en son expression tangible,
28
c'est l'ARN qui assure les fonctions clefs. Dans un premier temps, l'ARN est créé par
transcription d'un brin d'ADN dans un processus similaire à la reconstruction de la double
hélice après division cellulaire. De part cette naissance, la molécule d'ARN possède alors
toute l'information requise pour créer une protéine. Son travail consiste ensuite à collecter des
acides aminés libres, à les transporter et à les assembler dans l'ordre correct.
L'apparition de la vie
Le scientifique qui cherche à déterminer comment la vie a pu apparaître sur Terre et
comment la chimie décrite précédemment a pu se mettre en place se trouve vite confronté à
une impasse. En effet, lors de la synthèse des protéines, l'ARN ne peut pas accomplir sa tâche
tout seul mais doit faire appel à des types de protéines appelées les enzymes. Ces dernières
ont pour particularité d'avoir une forme dans l'espace bien déterminée qui leur permet
d'assister l'ARN dans sa tâche de copie et de transfert.
La situation à l'intérieur d'une cellule s'avère donc très complexe. Pour répliquer un
acide nucléique (une chaîne de nucléotides), il faut des enzymes, c'est à dire des protéines,
mais pour créer une protéine, il faut un plan, donc un acide nucléique. La situation devient
donc rapidement un casse-tête quand il s'agit de trouver lequel des deux composants est
apparu en premier.
Le monde de l'ARN
L'hypothèse dominante dans la recherche des origines de la vie a d'abord été
l'apparition des protéines à partir de la matière inerte. En effet, la synthèse de protéines à
partir d'éléments non organiques semble relativement facile et des essais ont été accomplis
avec succès. Cependant cette hypothèse souffre d'un grave défaut : les protéines ne se
répliquent pas et l'information n'a pas de moyen de se transmettre d'une génération à la
suivante. Ce défaut a conduit à abandonner l'idée d'une origine protéinique de la vie.
Ce sont donc les acides nucléiques qui ont gagné la faveur générale. Non pas l'ADN,
malgré son rôle central aujourd'hui, mais son cousin l'ARN. Lors de l'apparition de la vie sur
Terre, la chimie très complexe actuelle n'existait pas et, si la vie a commencé avec des acides
nucléiques, ceux-ci devaient être en mesure de se répliquer sans l'aide de protéines. Ce
problème semblait insurmontable jusqu'à ce que l'on découvre que dans certaines
circonstances une section d'un brin d'ARN pouvait se détacher et se comporter comme une
enzyme, donc servir d'aide à la réplication de la molécule principale. La vie trouverait donc
peut être son origine dans un monde où la molécule d'ARN jouait à la fois son rôle actuel
mais aussi celui d'enzyme : le monde de l'ARN.
L'apparition de l'ARN
Si la vie fut d'abord basée sur l'ARN avant de l'être sur l'ADN, encore faut-il expliquer
comment l'ARN fit son apparition. Or ce dernier est déjà un système très complexe et doit
donc descendre de molécules plus simples également capables d'autoréplication. Il est
raisonnable de considérer que ces molécules étaient elles-mêmes déjà formées de nucléotides,
et la question se pose donc de la formation de chaînes de nucléotides à partir des ingrédients
initialement présents sur Terre.
29
La première étape consiste à produire les composants complexes d'un nucléotide, soit
le ribose (un sucre) et les bases azotées. Ceci apparaît difficile mais réalisable : certaines
bases azotées, mais pas toutes, sont faciles à générer et le ribose est également aisé à produire,
mais en quantité limitée car les réactions chimiques en jeu produisent surtout d'autres sucres.
Une difficulté supplémentaire vient du fait que les conditions nécessaires à la formation des
deux types de molécules semblent s'exclure mutuellement. Cette difficulté peut néanmoins
être surmontée si les sucres sont produits dans l'atmosphère ou à la surface des océans et si les
bases azotées le sont dans les profondeurs des océans ou lors d'impacts de comètes riches en
précurseurs des bases azotées.
La deuxième étape est l'association de ces molécules de base pour former des
nucléotides. Il s'agit là du point le moins bien compris dans toute la description. En effet, les
essais en laboratoires produisent bien des nucléotides, mais en quantité trop faible et
insuffisante pour permettre au processus de continuer.
La troisième étape est le regroupement de nucléotides isolés pour former des chaînes
d'acides nucléiques. Celui-ci ne pose pas de problème majeur puisque des expériences en
laboratoire simulant des conditions réelles ont permis de créer des chaînes contenant jusqu'à
quinze nucléotides. Mais quelques objections persistent néanmoins. Par exemple, la
concentration en nucléotides était-elle suffisante pour permettre au processus de se dérouler,
pourquoi des réactions concurrentes n'ont-elles pas pris le dessus, qu'est ce qui a empêché la
croissance des acides nucléiques d'être stoppée par des molécules fatales au processus ?
La quatrième étape est l'autoréplication des acides nucléiques. Les expériences en
laboratoire ont depuis longtemps montré qu'on pouvait facilement répliquer des chaînes
d'acides nucléiques à l'aide de simples nucléotides. Le problème est à nouveau d'expliquer
pourquoi la croissance n'a pas été interrompue par des molécules parasites, ce qui peut par
exemple s'expliquer si la création d'une chaîne est en fait le résultat d'un processus plus
complexe avec rejet de molécules non appropriées.
Les améliorations
Finalement, une fois créée, la molécule d'ARN va peu à peu s'améliorer. En effet, lors
de la réplication, toutes sortes d'erreurs de copies peuvent se produire. Celles-ci sont
généralement néfastes, mais elles peuvent de temps en temps se révéler positives et améliorer
le message génétique si elles apportent à la molécule des atouts dans la lutte quotidienne pour
survivre. Les molécules d'ARN deviennent donc petit à petit plus complexes et plus
performantes. A un moment, certaines deviennent capables de lier les acides aminés présents
dans l'environnement pour former des protéines, et ces dernières prennent le dessus dans la
fonction d'aide à la réplication.
Après l'apparition de l'ARN, l'étape suivante, probablement accidentelle, est
l'évolution de l'ARN en ADN. Cette nouvelle molécule est une banque de données bien plus
sûre car formée de deux brins complémentaires qui contiennent chacun la même information
de manière redondante. C'est donc l'ADN qui finit par assurer la fonction de conservation du
patrimoine génétique, alors que l'ARN se spécialise dans d'autres tâches telles que la synthèse
des protéines.
Le dernier stade est la constitution autour des composants d'une enveloppe externe.
Celle-ci, constituée de molécules appelées les phospholipides, va isoler la chimie décrite
30
précédemment et donc la protéger du monde extérieur. La cellule est née et le règne des
bactéries peut commencer. Tous ces évènements sont évidemment très difficiles à dater, ils se
produisirent probablement il y a plus de quatre milliards d'années. En tout cas, les premières
traces de vie identifiables de nos jours remontent à environ 3,8 milliards d'années.
La vie devient plus complexe
Les besoins énergétiques
Les réactions chimiques qui sont à la base de la vie ont besoin d'énergie pour se
produire. L'environnement dans lequel la vie est née n'est pas connu avec certitude mais il est
probable qu'il était volcanique et que les premières réactions exploitaient des fluctuations dans
la concentration des différents composés chimiques présents. Cette méthode fournissant très
peu d'énergie, les premiers organismes commencèrent à s'appuyer sur la fermentation comme
source d'énergie, d'abord en utilisant des composés organiques préexistants, puis en recyclant
les restes d'organismes morts.
Il y a environ 2,5 milliards d'années apparut une innovation qui allait révolutionner la
vie. Certaines cellules développèrent la faculté de transformer l'énergie du rayonnement
solaire en énergie chimique : la photosynthèse était née, une méthode beaucoup plus efficace
que la fermentation. Les cellules capables de photosynthèse s'appuyèrent d'abord sur le
sulfure d'hydrogène provenant des volcans mais finir par être capable d'opérer simplement à
partir d'eau et de gaz carbonique, composés très abondants à l'époque. Ceci leur permit de
quitter leur lieu d'origine et de se répandre sur la Terre tout entière.
Avec la naissance de la photosynthèse apparut un des ses sous-produits : l'oxygène.
Celui-ci commença à contribuer à l'atmosphère terrestre et vit sa concentration augmenter peu
à peu. Après quelques centaines de millions d'années, certaines bactéries apprirent à utiliser ce
gaz. C'est ainsi que naquit le métabolisme qualifié d'aérobique, c'est à dire utilisant de
l'oxygène, une méthode beaucoup plus efficace d'un point de vue énergétique.
La vie devient plus complexe
Les bactéries à cette époque ne possédaient pas de structure interne, on les appelle des
procaryotes. L'étape suivante dans la complexification de la vie, il y a environ 1,5 milliards
d'années, fut l'apparition des eucaryotes, des cellules possédant un noyau et d'autres structures
internes. L'hypothèse la plus probable est que certains procaryotes furent amenés à s'associer
et à travailler ensemble. Chaque élément de l'organisme ainsi crée pouvait aider les autres
mais aussi tirer avantage d'eux, un phénomène que l'on appelle la symbiose. Par exemple, les
bactéries possédant la faculté de photosynthèse devinrent les chloroplastes, les petits
compartiments chargés de cette tâche dans les plantes actuelles. C'est aussi à ce moment
qu'apparut la notion de sexe qui devint un atout majeur pour la vie car la reproduction sexuée
ouvrait la voie à une façon beaucoup plus créative de réarranger le patrimoine génétique.
Les premiers eucaryotes étaient constitués d'une seule cellule, il s'agissait de
protozoaires. Il y a environ 700 millions d'années, des cellules isolées s'associèrent pour
former des organismes complexes : les métazoaires. Chaque cellule dans ce nouvel organisme
pouvait alors se spécialiser dans une fonction donnée au service de l'ensemble, d'où
l'apparition d'organisme beaucoup plus complexes et sophistiqués qu'auparavant, comme les
vers et les méduses.
31
La vie hors de l'eau
Il y a environ 600 millions d'années se produit une étape fondamentale dans l'évolution
de la vie : l'explosion du Cambrien. Apparaissent alors les premiers organismes possédant des
parties solides, principalement comme moyen de défense contre des agresseurs potentiels.
C'est une nouvelle complexification de la vie avec par exemple les arthropodes (insectes,
araignées) et les mollusques, mais aussi certaines créatures qui n'ont pas de descendants dans
le monde actuel. Notons que grâce à leurs parties solides, ces organismes laisseront
dorénavant des fossiles, ce qui facilitera grandement leur étude.
500 millions d'années avant notre ère apparaissent des êtres encore plus évolués avec
des muscles plus performants, des systèmes nerveux plus complexes et de nouveaux organes
comme le coeur, le cerveau ou les yeux : c'est l'arrivée des premiers poissons. Il y a 450
millions d'années, arthropodes, mollusques et plantes entreprennent la colonisation des eaux
douces et des terres. Après 50 millions années, certains poissons décident également de
s'aventurer sur la terre ferme et c'est ainsi que naissent les amphibiens.
Avec le temps, ces animaux développent des membres plus agiles et voient leur
squelette et leurs dents se renforcer, pour donner finalement naissance aux reptiles il y a 300
millions d'années. Le règne des dinosaures va commencer avec son cortège de monstres
comme le fameux tyrannosaure.
Les mammifères
Il y a 65 millions d'années se produit une catastrophe climatique, probablement due à
l'impact d'une comète ou d'une météorite sur la Terre. Cette catastrophe conduit à l'extinction
d'un grand nombre d'espèces, en particulier les dinosaures. Les mammifères, d'abord apparus
il y a 200 millions d'années, ont alors le champ libre pour se répandre et atteindre la diversité
que nous leur connaissons actuellement, en occupant toutes les niches écologiques laissées
vacantes par les espèces disparues : ont parle de radiation évolutive.
30 millions d'années avant notre ère apparaissent les grands singes. Ceux-ci évolueront
pour conduire à l'orang-outan, au gorille, au chimpanzé et à l'homme qui constituent le groupe
des hominoïdes parmi les primates. Il y a 3,5 millions d'années avant notre ère, apparaissent
les australopithèques, dont la fameuse Lucy, des sortes de pré humains qui marchent sur deux
jambes de manière régulière et peuvent utiliser leurs mains ainsi libérées pour se servir
d'outils rudimentaires : c’est l’apparition des homininés.
Il y a deux millions d'années, c'est le premier homme, Homo habilis, qui possède un
cerveau plus grand que ses ancêtres, fabrique des outils et commence à manger de la viande.
Il y a 1,6 millions d'années apparaît Homo erectus, avec un cerveau toujours plus développé,
qui travaille avec des outils en pierre, construit des abris rudimentaires et s'habille de peaux
d'animaux. Il apprend également à contrôler et à utiliser le feu et quitte son Afrique natale
pour l'Asie et l'Europe.
Finalement, c'est l'arrivée de l'Homo sapiens. D'abord, il y a environ 300 000 ans,
d'Homo sapiens neanderthalensis, qui enterre ses morts et s'interroge peut-être déjà sur sa
propre existence, puis, il y a 100 000 ans, de l'homme moderne, Homo sapiens sapiens, qui
crée l'art (notamment pariétal, c’est à dire, sur les parois), le langage et l'écriture.
32
3) Les crises biologiques
L’histoire de la vie s’accompagne d’apparitions et de disparitions permanentes
d’espèces mais il y a 65 Millions d’années, les disparitions étaient massives et souvent
brutales. On parle de crises biologiques.

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En domaine marin :
o Les ammonites, les bélemnites
o Les grands reptiles marins (ichtyosaures, plésiosaures)
o De nombreux poissons
o La majorité des foraminifères (zooplancton)
o Les coccolithophoridés (phytoplancton)
En domaine continental :
o Les dinosaures
o Les ptérosaures
Les causes possibles de la crise
On admet que la crise Crétacé/Tertiaire a pu être la conséquence de deux évènements
cataclysmiques majeurs survenus vers -65 Millions d’années :



Un épisode volcanique majeur survenu au-dessus d’un point chaud actuellement situé
sous l’île de la Réunion, à l’origine des trapps du Deccan en Inde : énorme
empilement de laves basaltiques formées en moins de 500 000 ans.
La collision d’une météorite de 10 Km de diamètre comme en témoigne l’impact de
Chixulub (Mexique). Le diamètre du cratère est de 300 Km.
Autre cause envisageable en conjonction avec les précédentes : régressions marines,
refroidissement climatique,….
Au bilan, la crise biologique de la limite Crétacé/Tertiaire pourrait s’expliquer par une
conjugaison de causes entraînant le seuil critique d’où des extinctions massives.
Les apports de cette crise :
Cette crise biologique n’a pas eu que des effets néfastes. En effet, elle a permis la
radiation évolutive, c’est à dire la diversification rapide et intense, de diverses espèces tels
que les mammifères et les oiseaux. Les dinosaures ayant totalement disparues de la surface de
la Terre, ils ont laissés des niches écologiques vacantes que les espèces survivantes se sont
empressées d’occuper, d’où une augmentation rapide et brutale de leur population en
l’absence des redoutables prédateurs qu’étaient les dinosaures. Sans cette crise
Crétacé/Tertiaire, les mammifères n’auraient sans doute jamais pu se diversifiés, ce qui aurait
eu pour conséquence, l’absence des innovations qui ont permis d’aboutir à l’Homme.
33
C) L’impact de l’Homme sur cette évolution :
Les Hommes peuvent influencer de différentes façons sur l’évolution de notre
planète et ils le font souvent de manière catastrophique. Une bonne partie des activités
humaines produisent de la pollution et des chlorofluorocarbones qui sont à l’origine de
changement climatique et de la destruction de la couche d’ozone. Certaines activités
pratiquées à l’excès pose également des problèmes, tels que la surpêche, la déforestation,
la surchasse et les risques nucléaires.
Nous allons donc nous intéresser d’abord à la destruction de la couche d’ozone,
puis aux effets de la pollution et enfin aux risques dus aux excès des Hommes.
Nuage de pollution au dessus de Santiago, Chili
34
1) La destruction de la couche d’ozone :
L’ozone (O3), découvert en laboratoire en 1839 par le chimiste Christian Friedrich
Schönbein (1799-1868), est un gaz à l’odeur âcre que l’on peut détecter lors de sa formation
dans les décharges électriques (foudre, courts-circuits, etc.). Ce gaz est le seul constituant
atmosphérique capable de filtrer le rayonnement ultraviolet (UV) entre 240 et 300 nanomètres
(1 nanomètre = 10–9 m) de longueur d’onde. Cet intervalle fixe la limite effective dans
l’ultraviolet du spectre solaire observé du sol. De ce fait, l’ozone nous protège des photons
énergétiques capables de désorganiser les molécules complexes du vivant. De plus, l’ozone
contribue à l’effet de serre par sa bande d’absorption à 9,6 micromètres (1 micromètre = 10–
6
m) de longueur d’onde, au milieu de la “fenêtre” infrarouge atmosphérique. La couche
d'ozone est constituée de 1 molécule d'O3 pour 200 000 d'O2. Elle est perméable à la lumière
solaire. Les rayonnements ultraviolets du rayonnement solaire sont presque tous retenus par la
couche d'ozone.
La mesure de la concentration de l’ozone dans l’air ambiant commence dès 1840,
d’abord pour des raisons médicales. En effet, l'ozone troposphérique se forme pendant les
journées chaudes à partir de la pollution de l'air par les oxydes d'azote et les hydrocarbures
émis par les véhicules et les industries. A cette altitude, l'ozone n'a pas d'effet protecteur mais,
au contraire, menace la santé de tous les êtres vivants et contribue à augmenter l'effet de serre.
La surveillance de la quantité totale d’ozone présente dans l’atmosphère se fait depuis le
début du XXième siècle par la mesure à partir du sol de ses bandes d’absorption UV dans le
spectre solaire (ou lunaire). Cette quantité totale est très faible: si l’on pouvait ramener tout
l’ozone présent dans l’atmosphère aux conditions de pression au niveau de la mer, cela ne
ferait qu’une couche d’ozone pur d’une épaisseur d’environ 3 millimètres en moyenne, soit
300 unités Dobson (DU) pour honorer l’inventeur du spectrophotomètre utilisé pour ces
mesures.
La concentration de l’ozone dans l’air se mesure directement au sol, ou en altitude
avec des instruments installés à bord d’avions ou de ballons. Elle varie d’une à quelques
dizaines de parties par milliard (ppb) par unité de volume dans la troposphère, et s’établit à un
niveau de cent à cinq cents fois plus important, mais néanmoins encore très faible (quelques
parties par million ou ppm), dans la stratosphère. L’ozone, qui se trouve donc à 90% dans la
stratosphère, joue un rôle fondamental dans le maintien de la structure de celle-ci, car son
absorption du rayonnement proche UV solaire constitue une source de chaleur en altitude. À
partir de la tropopause, limite (située entre 8 et 15 km d’altitude, selon la latitude et la saison)
entre la troposphère et la stratosphère, la température augmente ainsi avec l’altitude. En
revanche, dans la troposphère, où la principale source de chaleur provient de l’absorption à la
surface de la Terre du rayonnement solaire visible, la température diminue avec l’altitude.
La destruction naturelle de l’ozone :
L’abondance de l’ozone dépend des processus compétitifs de formation et de
destruction, ainsi que du transport de l’ozone par la circulation de l’atmosphère. Ce transport
joue un rôle important dans la distribution de l’ozone dont la concentration maximale est
observée non pas au-dessus de la zone équatoriale (où le flux de photons UV est le plus fort),
mais à des latitudes relativement élevées, vers la fin du printemps. La quantité totale d’ozone
dépasse alors les 400 DU, et les concentrations les 5 000 ppb.
35
On a longtemps cru, selon Chapman, que la destruction de l’ozone dépendait
essentiellement de l’absorption de photons ayant des énergies supérieures à 1,1 eV: (1) O3(g)
+ photon (E O 1,1 eV) = O2(g) + O(g) , cette dissociation étant suivie par la réaction:
(2) O3(g) + O(g) = 2O2(g).
Ainsi, avec un des photons abondants du rayonnement visible solaire, on convertit
deux molécules d’ozone en trois molécules O2. La réaction (2) n’est cependant pas assez
efficace pour expliquer la faible abondance de l’ozone dans la stratosphère. D’autres
processus doivent intervenir. Vers 1970, Paul Crutzen et Harold Johnston ont mis en évidence
le rôle important des oxydes d’azote (généralement notés NOx), essentiellement le monoxyde
d’azote ou oxyde nitrique (NO) et le dioxyde d’azote (NO2). Ces oxydes agissent dans des
cycles catalytiques de destruction. Chaque molécule NOx peut servir des milliers de fois dans
ces cycles qui transforment deux molécules d’O3 en trois molécules O2: (3a) O3(g) + photon
(E O 1,1 eV) = O2(g) + O, (3b) O(g) + NO2(g) = O2(g) + NO , (3c) O3(g) + NO = O2(g) +
NO2(g).
La molécule NO2 est restituée à la fin du cycle.
D’où viennent les oxydes d’azote ? L’atmosphère étant constituée à 99% par un
mélange de molécules d’azote (N2) et d’oxygène (O2), les oxydes d’azote sont produits
chaque fois que la température est suffisamment élevée (combustion dans la troposphère ou
dans des réacteurs d’avion, explosions nucléaires dans l’atmosphère). De plus, en fonction de
l’activité solaire, les électrons énergétiques des aurores polaires, le rayonnement extrême UV
et les protons énergétiques émis lors des éruptions solaires provoquent la formation des NOx
dans l’atmosphère au-dessus de 30 Km d’altitude. Dans la troposphère, la foudre contribue
aussi à la production naturelle des oxydes d’azote. Des processus très complexes impliquant
les sols, la végétation et les engrais naturels ou industriels produisent non seulement les NOx
mais aussi le protoxyde d’azote N2O. Ce gaz, qui contribue à l’effet de serre, arrive dans la
stratosphère pour y être transformé en oxyde nitrique (NO) par des réactions avec des photons
UV solaires et avec l’oxygène atomique.
Le rôle des oxydes d’hydrogène et des chlorofluorocarbones :
Il y a encore d’autres espèces chimiques et d’autres facteurs physiques qui
interviennent. La destruction de l’ozone peut ainsi être catalysée par un cycle analogue au
cycle (3) sur la base d’oxydes d’hydrogène (HO2 et le radical OH, produits à partir des
molécules H2O de vapeur d’eau). Cependant, les oxydes d’azote réagissent avec les oxydes
d’hydrogène pour former l’acide nitrique (HNO3): (4) NO2(g) + OH(g) + M(g) = HNO3(g) +
M(g).
Autour des pôles terrestres, une partie de l’acide nitrique forme des cristaux qui vont
se “sédimenter” vers la troposphère. Dans les autres régions, transporté par la subsidence
atmosphérique vers la troposphère, le HNO3 va se dissoudre dans les gouttelettes d’eau ou de
cristaux de glace des nuages; il sera ensuite lessivé par les précipitations. Ce processus
élimine une partie des NOx et des hydroxydes (HOx) de la stratosphère.
En 1974, Molina et Rowland démontrent que les chlorofluorocarbures produits par
l’homme augmentent très sensiblement la quantité du chlore (Cl) et des oxydes de chlore
(ClO) dans la stratosphère. Ces espèces chlorées peuvent elles aussi détruire l’ozone dans un
cycle analogue au cycle (3): (5a) O3(g) + photon (E O 1,1 eV) = O2(g) + O, (5b) O(g) + ClO(g) =
O2(g) + Cl(g) , (5c) O3(g) + Cl(g) = O2(g) + ClO(g).
Là encore, il y a transformation de deux molécules d’O3 en trois molécules d’O2, et le
chlore peut resservir des dizaines de milliers de fois. Cependant, les oxydes de chlore
interagissent avec les oxydes d’azote et les oxydes d’hydrogène, produisant plusieurs espèces,
36
en particulier l’acide chlorhydrique (HCl, obtenu par une réaction analogue à (4), également
sujet à sédimentation et lessivage), le composé ClONO2 et bien d’autres encore. Parmi les
résultats paradoxaux de ces interactions, il y a le fait que, à l’altitude où vole le Concorde,
ajouter des oxydes d’azote conduit à augmenter la concentration de l’ozone.
Il peut paraître surprenant que la production des CFC (moins d’un million de tonnes
par an en 1974, soit même pas 2 milligrammes par mètre carré en moyenne globale) puisse
avoir un effet notable, alors que le chlore naturel ne manque pas (cristaux de sel des embruns,
HCl dans les exhalations des volcans, etc.). En fait, les formes “naturelles” de chlore
n’atteignent guère la stratosphère. Comment les CFC y arrivent-ils? Ces molécules
artificielles ont la même structure de base que le méthane (CH4), gaz naturel, mais avec des
atomes de chlore (CL) ou de fluor (F) à la place des quatre atomes d’hydrogène (H): CF2Cl2,
CFCl3, CCl4, etc. Les atomes de chlore ou de fluor se lient très fortement à l’atome de carbone
au centre de la molécule, et, une fois liés, on peut difficilement les en arracher. Les CFC sont
donc chimiquement inertes et présentent des risques d’inflammabilité et de toxicité très
faibles. Ces propriétés, qui les rendent très attrayants pour des usages domestiques, conduisent
en même temps à ce qu’aucune réaction ne les détruit dans la troposphère, et ils finissent par
atteindre la stratosphère. Là, ils rencontrent des photons du rayonnement UV solaire
suffisamment énergétiques pour les dissocier, libérant du chlore et du fluor. On craignait
donc, dès la fin des années 1970, que le flux grandissant des CFC vers la stratosphère ne
renforce le cycle de destruction catalytique (5) de l’ozone.
Les inquiétudes suscitées par les travaux de Molina et Rowland n’ont pas convaincu
tous les scientifiques, ni les industriels fortement intéressés à l’usage des CFC. Les résultats
des calculs sont très sensibles aux réactions chimiques prises en compte, impliquant souvent
des espèces extrêmement difficiles à observer en laboratoire. De même, il est très difficile de
mettre en évidence l’effet des CFC, alors que la couche d’ozone varie fortement au cours de
l’année et dépend de l’activité solaire. Néanmoins, alarmé par les rapports parus dans les
médias, le public prend peur, refusant d’acheter les bombes à aérosols qui utilisent les CFC
comme propulseurs. L’interdiction dès 1978 de cette utilisation des CFC (aux États-Unis et en
Suède) ne fait qu’entériner le choix du public. Toutefois, leur emploi dans l’industrie du froid
se multiplie; en 1985, la production mondiale dépasse le million de tonnes.
Concentration en CFC-11 dans la troposphère. Le CFC-11 est le deuxième le plus abondant dans l'air. Nous
sommes toujours près du maximum dans la troposphère, et, par suite du délai qui sépare le maximum dans la
37
troposphère du maximum dans la stratosphère (car il faut du temps pour que ces molécules lourdes diffusent
dans la stratosphère), la concentration stratosphérique continue de croître.
Le trou de la couche d’ozone :
Sur ce fond de controverses hautement techniques, difficiles à appréhender par le
public et les politiques, l’annonce en 1985 de la découverte du trou dans la couche d’ozone
fait l’effet d’une bombe. Selon les mesures effectuées par Joseph Farman et ses collaborateurs
à la station scientifique britannique de Halley Bay, plus de la moitié de l’ozone au-dessus de
l’Antarctique disparaît pendant le printemps austral. Ces conclusions sont confirmées par des
mesures provenant d’autres stations de l’Antarctique, parfois fort éloignées, notamment la
station japonaise de Syowa. Certes, la quantité d’ozone remonte en été, mais le changement
de comportement de la stratosphère est radical. Ce changement était si peu attendu que le
système de traitement des données du spectrophotomètre TOMS (Total Ozone Mapping
Spectrometer) de la NASA, surveillant la quantité d’ozone à partir du satellite Nimbus-7
(lancé en 1978), avait rejeté les valeurs “trop” faibles, les attribuant à des erreurs de
l’instrument. Après la publication des résultats de Farman, les chercheurs de la NASA ont
réexaminé ces données, mettant en évidence le développement du trou à chaque printemps
depuis 1979 et l’extension de la région affectée à l’ensemble de l’Antarctique.
Comment comprendre ce changement radical de la chimie de la stratosphère? Fallait-il
y voir l’impact des CFC? Tout le monde n’était pas prêt à l’admettre. En l’absence
d’observations systématiques menées en Antarctique avant l’Année géophysique
internationale (1957), on ne pouvait être sûr que le trou fût sans précédent. Pourquoi
l’Antarctique d’ailleurs, alors que l’on n’observait point de trou sur l’Arctique (en 1985)? Et
comment tenir compte des réactions chimiques sur les surfaces des aérosols volcaniques ou
autres? Ces questions ont donné lieu à une intense activité de recherche et à l’organisation
d’ambitieuses campagnes internationales d’observation, d’abord en Antarctique, puis dans
l’hémisphère Nord. La première, la campagne Noze 1 (National Ozone Expedition), est
organisée sous l’égide de la National Science Foundation des États-Unis pendant l’hiver et le
printemps austraux (principalement d’août à octobre) de 1986 et dirigée par la jeune chimiste
américaine Susan Solomon. Mobilisant plusieurs avions de recherche (dont l’ER-2, version
civile de l’avion espion U-2 pouvant voler à 20 000 m d’altitude), lâchant des dizaines de
ballons de recherche de différentes stations, analysant des échantillons d’air à différentes
altitudes, ces campagnes viennent compléter les mesures ponctuelles faites depuis le sol et les
données fournies par les satellites. La concentration de l’ozone ainsi que celles de toutes les
espèces – chlorées, azotées, hydrogénées – pouvant affecter son abondance sont mesurées.
Les aérosols, les températures et les vents sont aussi étudiés.
Plusieurs facteurs expliquent l’apparition du trou au sud plutôt qu’au nord. Au-dessus
de l’océan Arctique, entouré par des masses continentales aussi bien que par des océans, la
circulation atmosphérique est fort irrégulière, alternant réchauffements brusques et épisodes
très froids, mélangeant souvent l’air polaire avec l’air des latitudes moyennes. En revanche,
au pôle Sud, entouré de milliers de kilomètres d’océan, l’Antarctique connaît une circulation
très régulière. En hiver (de juin à août), lorsqu’il ne reçoit aucun rayonnement solaire, les
températures sont très basses et les vents d’altitude s’organisent en un immense tourbillon
stable appelé le vortex polaire. La stratosphère au-dessus de l’Antarctique, alors isolée du
reste de l’atmosphère, devient un énorme vase clos de réactions chimiques. Avec des
températures inférieures à -85°C, les nuages stratosphériques polaires se forment.
38
Le rôle critique des CFC anthropiques est confirmé: la concentration de l’ozone
diminue surtout là où celle du chlore et du monoxyde de chlore est la plus forte. Il s’agit bien
de chlore anthropique, car on le trouve associé à du fluor sous des formes qui sont
extrêmement rares dans le milieu naturel. Cependant, le cycle de réactions qui agit n’est pas
celui (5) qui était proposé en 1974, car des réactions beaucoup plus efficaces ont lieu en
présence des particules de nuages. Ces particules, cristaux de glace d’eau et d’acides
chlorhydrique et nitrique, permettent des réactions qui libèrent le chlore, notamment sous la
forme Cl2, alors que les espèces azotées qui pourraient en quelque sorte neutraliser ce chlore
se trouvent séquestrées dans les particules suffisamment lourdes pour quitter la stratosphère
(“sédimenter”). Ainsi, au cours de l’hiver polaire, la concentration de chlore à l’intérieur du
vortex polaire devient mille fois plus importante qu’à l’extérieur.
Le caractère spectaculaire des cartes du trou dans la couche d’ozone et la théorie
élaborée par les scientifiques rendant responsables les CFC anthropiques ont convaincu le
public ainsi que les décideurs industriels et politiques de la nécessité d’agir. Dès 1986,
l’industrie chimique intensifie la recherche de produits de remplacement des CFC. En
septembre 1987, quarante-trois pays signent le protocole de Montréal, qui (faisant référence à
la convention de Vienne de 1985) programme une réduction par étapes de la production des
CFC. En mars 1988, un “panel” d’experts conclut à une perte réelle de 2 à 3% de l’ozone sur
l’ensemble de l’hémisphère Nord. Après la ratification du protocole en 1988, la société
chimique américaine Du Pont de Nemours, qui fabriquait le quart des CFC produits dans le
monde, annonce l’arrêt progressif de leur production.
Evolution du trou d’ozone entre Octobre 1998 et Décembre 1998.
39
Les conséquences de la disparition de l’ozone :
Réduire l’ozone, c’est réduire l’absorption du rayonnement UV du Soleil qui réchauffe
la stratosphère. Avec une stratosphère plus froide, la circulation de l’atmosphère, la
propagation des perturbations se trouveront-elle modifiées? Nous n’avons guère d’éléments
de réponse. Nous nous inquiétons surtout d’une éventuelle augmentation du rayonnement UV
arrivant au sol. Celle-ci s’observe effectivement en Antarctique. Ailleurs, les mesures
systématiques manquent, et aujourd’hui des réseaux de stations pour mesurer l’UV au sol se
mettent en place. Le calcul montre que ce rayonnement doit augmenter si rien d’autre ne
change, mais en fait tout change; en particulier, les activités humaines modifieraient le climat
en augmentant d’une part les aérosols et d’autre part le CO2 et autres gaz à effet de serre dans
l’atmosphère. Si ces émissions changent le climat, et notamment la couverture nuageuse, elles
peuvent aussi affecter le rayonnement UV arrivant au sol autant que la diminution de l’ozone.
Si le rayonnement UV augmente, quelles seront les conséquences pour la vie? Il est
certain que trop d’exposition aux rayons UV peut entraîner des cancers de la peau. On
constate effectivement une augmentation de ces cancers. Est-elle due entièrement à une
augmentation du rayonnement UV à la surface de la Terre? Ne faut-il pas prendre en compte
aussi les facteurs sociologiques (davantage de vacanciers à Tenerife...)? Quelles seront les
conséquences écologiques, notamment aux latitudes élevées où les phytoplanctons pourraient
se révéler sensibles aux rayons UV? À vrai dire, là aussi, les observations hors laboratoire
sont peu nombreuses, et certains calculs pourraient sous-estimer la capacité d’adaptation de la
vie... Bref, en arrêtant la fabrication des CFC, avons-nous évité une catastrophe? Il est
difficile d’en être parfaitement sûr.
La disparition de l’ozone a différentes conséquences sur les êtres vivants :
a) augmentation de la quantité d'UV qui traversent l'atmosphère et qui atteignent le sol
(UVb). Ces UV concentrés traversent la couche externe de la peau et provoquent une
inflammation (coup de soleil) ou une altération des cellules (des gènes : effets mutagènes,
c’est à dire qui provoque des mutations génétiques) qui peut provoquer des tumeurs et des
cancers de la peau (mélanome malin). Ces UV provoquent également des lésions au niveau
des yeux par l'attaque de la rétine et du cristallin.
b) les UVb menace le métabolisme des plantes, plus précisément la photosynthèse: le
ralentissement de cette photosynthèse freine à son tour la croissance. On sait que certaines
plantes cultivées comme le soja ou les tomates sont particulièrement sensibles à ces
perturbations.
c) le plancton animal ou végétal des océans se place dans l'eau en fonction de
l'intensité lumineuse. Les UVb détruisent le sens de l'orientation lumineuse de ces
microorganismes. Désorientés, ils s'enfoncent dans l'océan et meurent faute de lumière. Ou ils
s'exposent trop au rayonnement à la surface et meurent brûlés par le soleil. La mort du
plancton entraîne la mort des chaînes alimentaires marines et donc à plus ou moins long terme
la mort des océans mais aussi la disparition de la moitié de l'oxygène que nous respirons.
C’est tout l’écosystème terrestre qui s’en trouve menacé.
40
2) Les effets de la pollution :
Les Hommes sont des pollueurs. La plupart de leurs activités engendre de la pollution,
se qui a des effets néfastes sur leur santé et le climat de la Terre. Parmi ses activités, ont
distingue les besoins énergétique, à l’origine de la pollution nucléaire et les industries et
transports, à l’origine de l’effet de serre.
La pollution nucléaire :
Depuis les premiers travaux du projet Manhattan jusqu’au milieu des années 1960, les
essais atmosphériques d’armement nucléaire ont constitué, de fort loin, la principale cause de
pollution radioactive de la biosphère. Cette cause de pollution a considérablement régressé
après le traité de 1962 qui interdit ce genre d’expérimentation, bien qu’il n’ait pas été ratifié
par tous les États. Cependant, d’autres préoccupations provoquées par la crise pétrolière de
1973 sont apparues, liées au spectaculaire développement de l’industrie électronucléaire
intervenu depuis cette date. À titre d’exemple, la puissance électronucléaire française qui
atteignait 3,5 GW électriques en 1970 a atteint 61 GW en 1994.
Plusieurs sujets de préoccupations se sont manifestés face à de telles prévisions.
Celles-ci concernent les effets biologiques, chroniques et à long terme des radiations, ainsi
que les risques écologiques inhérents au problème des déchets radioactifs, en particulier ceux
qui sont associés à leur rejet sous forme d’effluents dilués dans les eaux continentales ou
marines.
La connaissance du cycle du «combustible» nucléaire est indispensable pour
comprendre où se situent les principaux risques de pollution.
Au niveau des mines d’uranium, il existe un danger d’irradiation des mineurs par un
gaz rare radioactif, le radon, lequel émet un rayonnement alpha. Par ailleurs, il a été montré
que les rejets de roches dites «stériles» par ces mines étaient susceptibles de provoquer une
pollution des eaux superficielles par divers actinides, le radium en particulier.
Les réacteurs électronucléaires constituent, même en fonctionnement normal, une
cause de pollution radioactive de l’air et des eaux. Le type de réacteurs de loin le plus courant
est dénommé REP (réacteur à eau pressurisée). Ces derniers sont refroidis par de l’eau légère
sous pression, qui sert aussi de ralentisseur de neutrons. Comme il existe, en fonctionnement
normal, une certaine fréquence de rupture des gaines qui isolent de façon étanche le
«combustible» nucléaire (uranium enrichi à 3% d’uranium 235 : 235U), l’eau du circuit de
refroidissement est contaminée par divers produits de fissions. En outre, l’intensité du flux
neutronique à l’intérieur du cœur du réacteur est telle qu’elle engendre, par irradiation des
matériaux qui le constituent, des produits d’activation extrêmement dangereux (manganèse 54
54
Mn, cobalt 60 60Co, par exemple). On est donc obligé de renouveler périodiquement l’eau
du circuit de refroidissement, ce qui entraîne une pollution de l’air et des eaux de surface dans
lesquelles les effluents dilués sont déversés. Cependant, les principaux problèmes de
contamination de l’environnement propres à l’industrie nucléaire se situent au niveau des
usines de retraitement des combustibles irradiés (la Hague, en France, par exemple).
Celles-ci ont pour objet de séparer la matière fissile résiduelle (uranium 235 non brûlé)
ainsi que le précieux plutonium, qui s’est formé par capture neutronique dans les éléments
combustibles, et les divers déchets radioactifs inclus dans ces derniers. En sus des produits de
fission qui proviennent de la désintégration de l’uranium (les uns ayant une masse atomique
voisine de 90: krypton 85 85Kr, strontium 90 90Sr, par exemple; les autres une masse atomique
voisine de 130: iode 131 131I, césium 137 137Cs, par exemple). Ces déchets nucléaires
41
renferment des produits d’activation (tritium, divers matériaux activés). En outre, comme
aucune technique de récupération n’est efficace de façon absolue, on trouve dans les résidus
du retraitement du plutonium 239 (239Pu) et d’autres transuraniens (américium Am, curium
Cm), dont la période de demi-vie se chiffre en milliers d’années.
Le développement de l’énergie atomique conduit à la production de quantités
considérables de déchets par les usines de retraitement. Ainsi, le programme électronucléaire
français nécessitera le retraitement annuel de quelque 2 200 tonnes de combustibles irradiés
dans les années 2000. Aux États-Unis, les autorités responsables du nucléaire ont décidé,
depuis le début des années 1980, de ne pas procéder au retraitement des combustibles irradiés
et de les stocker dans des piscines. Cette décision est, entre autres raisons, justifiée par le prix
relativement bas de l’uranium sur le marché depuis plusieurs années.
Le fait de ne pas retraiter immédiatement les combustibles irradiés présente l’avantage
de permettre une baisse considérable de radioactivité de ces derniers avec le temps par le jeu
de la désintégration spontanée des radioéléments.
La pollution nucléaire se traduit par une augmentation de la quantité d’irradiation à
laquelle l’homme est en moyenne soumis dans son environnement par exposition externe ou
interne (respiration, alimentation). Cette pollution ajoute en effet son action à celle de
l’irradiation naturelle (rayons cosmiques, «vents» solaires, radioactivité de l’air, des roches,
etc.) à laquelle tous les êtres vivants sont soumis en milieu terrestre. En l’absence de guerre
nucléaire, la seule cause d’irradiation aiguë à laquelle les populations humaines peuvent être
exposées résulterait d’un accident qui surviendrait à des installations nucléaires civiles.
Jusqu’à présent, seule la catastrophe de Tchernobyl, d’avril 1986, a donné lieu à de telles
conséquences.
Le principal risque auquel l’espèce humaine est exposée – en l’absence de conflit
thermonucléaire – provient de la contamination de sa nourriture par le jeu des phénomènes de
bioconcentration des radionucléides dans les chaînes trophiques terrestres et aquatiques. Les
radioéléments les plus dangereux de ce point de vue sont, en règle générale, ceux qui
possèdent une activité biologique spécifique intense (iode 131, 131I, par exemple, qui se fixe
en quelques heures dans la thyroïde), ou/et qui présentent une période longue, supérieure à
l’année, qui leur permet donc d’irradier l’organisme qu’ils contaminent pendant une durée
prolongée. Tel est par exemple le cas du strontium 90 90Sr (période de 28 ans), qui se fixe
dans les os car il est chimiquement voisin du calcium, ou du césium 137, 137Cs, (analogue du
potassium), de période de trente-deux ans, qui se fixe dans les muscles.
On a pu de la sorte observer une concentration de tels éléments dans diverses chaînes
alimentaires de l’homme, soit en raison de la pollution de sols par des retombées radioactives,
soit à cause du rejet, dans les eaux, d’effluents dilués par des usines de retraitement de
combustibles irradiés. Lors de l’accident de Tchernobyl, on a pu assister à une contamination
– importante en Europe centrale et septentrionale – du lait et de la viande des animaux
domestiques. Plusieurs milliers de rennes ont dû être abattus en Laponie, car leurs muscles
renfermaient des doses excessives de césium 137, ce qui interdisait leur consommation. Pour
la même raison, plusieurs milliers de tonnes de lait en poudre ont été détruits en Allemagne.
Pour les populations humaines exposées, la pollution nucléaire se traduit par une
augmentation de la probabilité d’effets carcinogènes et de l’induction de mutations génétiques
provoquées par l’exposition permanente à de faibles doses de radiations. Les experts estiment
qu’un doublement de la dose d’irradiation naturelle à laquelle l’homme est soumis
augmenterait de 20% le taux de mutation, et qu’une exposition à une dose de 2 rem par an
pendant toute une vie accroîtrait de 10% la mortalité par cancer.
En conséquence, la Commission internationale de radioprotection a établi des normes
qui stipulent que l’on ne doit pas dépasser une dose d’irradiation annuelle de 3 rem chez les
travailleurs de l’industrie nucléaire, de 0,3 rem chez les «individus isolés» qui vivent au
42
voisinage d’installations nucléaires, enfin de 17 mrem (le double de la dose moyenne
d’irradiation naturelle) pour l’ensemble des populations humaines. Enfin, une autre
conséquence redoutable de la pollution nucléaire pour les populations humaines tient, en
certaines circonstances, en la contamination des sols qui peut rendre certaines zones
inhabitables pendant des décennies (cas de la zone d’exclusion de Tchernobyl).
Pollution nucléaire dû au nuage radioactif de Tchernobyl.
La pollution industrielle :
L’industrie chimique moderne, mais aussi la métallurgie, voire l’électronique
mettent en circulation dans la biosphère d’innombrables composés minéraux ou organiques de
toxicité souvent élevée ou encore peu dégradables, parfois même indestructibles: mercure,
cadmium, niobium, antimoine, vanadium représentent autant de corps simples ne se
rencontrant qu’à l’état de trace dans les milieux terrestres ou aquatiques mais qui sont
aujourd’hui devenus d’usage banal dans diverses branches industrielles.
Quant à la chimie organique de synthèse, elle élabore des composés artificiels en
nombre sans cesse accru. En 1992, on estimait que plus de 500 nouvelles molécules étaient
mises sur le marché chaque année et qu’au total environ 120 000 molécules minérales ou
organiques de synthèse faisaient l’objet d’un usage commercial dans le monde. Plus
inquiétant encore, en ce qui concerne les risques écotoxicologiques de cette invasion
chimique, on considère que tout au plus le tiers de ces substances ont fait l’objet d’une étude
crédible de leur impact potentiel sur l’environnement de l’homme.
En conséquence, un nombre considérable de ces substances est rejeté dans le milieu
naturel et contribue à une pollution à vaste échelle des divers écosystèmes. Si l’opinion
publique des pays industrialisés est depuis longtemps au fait des «retombées» radioactives,
elle ignore souvent que le même phénomène se produit pour un grand nombre de
43
contaminants d’origine industrielle. On trouve des fragments de matière plastique dérivant du
centre de l’Atlantique, et des traces de composés organochlorés non biodégradables (dichlorodiphényl-trichloréthane ou DDT, polychlorobiphényles ou PCB) dans l’organisme des
Mammifères du Grand Nord canadien ou dans celui des manchots de l’Antarctique. Un autre
exemple de cette invasion chimique de l’écosphère a été donné par la mise en évidence dans
la seconde moitié des années 1980 de traces de chlorofluorocarbures (CFC) dans la
stratosphère antarctique.
Les déchets solides :
La civilisation moderne produit aussi des masses colossales de déchets solides, qui
peuvent se classer selon diverses modalités. On pourra, par exemple, distinguer des déchets
domestiques (ordures ménagères), agricoles et industriels. Les deux premières catégories sont
essentiellement constituées de matières organiques, donc biodégradables. En revanche, les
déchets des industries minières, métallurgiques, chimiques et nucléaires renferment des
résidus intrinsèquement non biodégradables, voire inaltérables, et/ou des substances dont la
toxicité est importante. Certains composés, tels que les dioxines, présentent même la
particularité d’être à la fois peu ou pas dégradables et extrêmement toxiques.
Les déchets domestiques et agricoles peuvent représenter des volumes
considérables. Ainsi, les seuls déchets solides de l’agriculture américaine excédaient
1,4 milliard de tonnes par an à la fin des années 1980.
Les déchets urbains posent aussi des problèmes spécifiques, car leur «production»,
si l’on peut dire, se concentre sur de faibles surfaces. En outre, les ordures ménagères posent,
par les volumes considérables produits, de sérieux problèmes de protection de
l’environnement.
Aux États-Unis, en 1993, la production de déchets solides non agricoles s’élevait à
1,2 milliard de tonnes par an, dont 220 millions de tonnes d’ordures ménagères. En France, la
production urbaine d’ordures excède 1 kilogramme par personne et par jour.
Parmi les divers déchets produits, les plus redoutables – en dehors des résidus de
l’industrie nucléaire, qui font l’objet de traitements spécifiques et assez stricts dans les pays
de l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) – résultent des
industries chimiques et éventuellement métallurgiques, qui produisent de grandes quantités de
déchets toxiques.
Ainsi, à la fin des années 1980, les déchets dangereux produits par les industries
américaines étaient de l’ordre de 275 millions de tonnes par an (OCDE, 1991).
Au cours des années 1980, la production allemande de déchets chimiques toxiques
était de 5 millions de tonnes par an et celle de la France de 2 millions de tonnes (PNUE.,
1991). La France en exportait 50 000 tonnes par an, mais en importait dans le même temps
250 000 tonnes, ce qui faisait de ce pays un importateur de déchets chimiques toxiques avec
une balance des flux largement excédentaire.
De même, l’O.C.D.E. estimait déjà en 1980 que les déchets produits par l’industrie
nucléaire s’élevaient à 10 milliards de curies par an. Cette valeur pourrait dépasser
50 milliards de curies dans les années 2000.
44
En plus de la nuisance esthétique associée à l’accumulation d’une fraction non
négligeable de ces déchets solides dans des décharges à ciel ouvert dites «contrôlées», le
lessivage par les eaux pluviales de certains de ces résidus conduit à une pollution clandestine
et préoccupante des nappes phréatiques.
La pollution agricole :
L’agriculture moderne représente une importante source de pollution de l’espace rural
mais aussi des milieux intégrés par l’homme. L’usage massif des engrais chimiques, le
recours systématique aux pesticides ont permis une augmentation considérable des
rendements agricoles. Ils se sont malheureusement accompagnés d’une pollution accrue des
eaux continentales, des terres cultivées, ainsi que des productions végétales et animales par
divers contaminants minéraux ou organiques.
La consommation mondiale des engrais chimiques, en croissance incessante depuis un
demi-siècle tant dans les nations développées que dans les pays en développement, est passée
de 50 millions de tonnes en 1965 à 150 millions de tonnes en 1990.
L’abus des fertilisants en agriculture a été tel que, dans de nombreux pays, la pollution
des eaux superficielles et surtout celle des nappes phréatiques atteignent localement des
niveaux qui excèdent les concentrations réputées admissibles en nitrates dans l’eau potable.
En France, c’est le cas d’environ 10% des eaux de puits situées en général dans des zones de
céréaliculture intensive. Les métaux et métalloïdes toxiques (cadmium, vanadium, chrome,
cuivre, arsenic, etc.) contenus comme impuretés dans la deuxième grande catégorie d’engrais
chimiques, les superphosphates, s’accumulent dans les sols et peuvent passer dans les plantes
cultivées. L’usage des pesticides (insecticides, fongicides, herbicides, etc.) a également connu
une expansion spectaculaire en agriculture. La consommation mondiale de ces produits
(matières actives pures) s’élevait à plus de 1,8 million de tonnes en 1989 (d’après l’Institut
international de l’environnement et du développement, 1992). La masse de ces substances
dispersées est considérable si l’on songe au pouvoir extraordinairement biocide de certains de
ces produits dont la toxicité compense largement sur le plan du potentiel toxicologique la
réduction en tonnage de divers composés insecticides tel le DDT, dont la fabrication est
interdite dans les pays industrialisés. Il en est de même de certains insecticides tels les
pyréthroïdes qui, bien que quasi inoffensifs pour les animaux à sang chaud, sont très toxiques
pour les poissons et les autres organismes aquatiques.
L’usage excessif des pesticides, qui s’accompagne aujourd’hui d’une pollution
croissante des nappes phréatiques en plus de leurs impacts écologiques indésirables, a conduit
des pays comme les Pays-Bas à mettre en œuvre un programme destiné à diviser par deux,
d’ici au début du XXIe siècle, les quantités de ces substances employées en agriculture. De
telles mesures sont également envisagées par le ministère de l’Agriculture des États-Unis
(USDA). En France, plus de 400 pesticides sont homologués pour des usages agricoles. Les
masses de ces substances dispersées dans l’espace rural sont très considérables si l’on
réfléchit à la toxicité ou/et à la persistance de certaines d’entre elles. Plus de 3 millions de
tonnes de DDT ont été dispersés dans la biosphère depuis sa découverte. Comme le temps de
demi-vie dans les biotopes de cet insecticide excède souvent vingt ans, il en subsistera des
quantités appréciables dans les milieux qu’il a contaminés plus d’un siècle après son
interdiction. L’insertion de ces pesticides dans les chaînes alimentaires n’est plus à démontrer
et concerne en dernière analyse l’homme qui est situé au sommet de la pyramide écologique.
Importance et effets écologiques des principaux types de pollution :
45
La pollution atmosphérique
Provoquée par le rejet intempestif de substances diverses dans l’atmosphère, la
pollution atmosphérique constitue sans aucun doute la plus évidente des dégradations de
l’environnement.
La pollution de l’air est la résultante de multiples facteurs qui caractérisent la
civilisation contemporaine: croissance de la consommation d’énergie, développement des
industries extractives, métallurgiques et chimiques, de la circulation routière et aérienne, de
l’incinération des ordures ménagères, des déchets industriels, etc.
La pollution atmosphérique sévit surtout en milieu urbanisé, non seulement à cause de
la concentration des industries et des foyers domestiques, mais aussi à cause de la circulation
des véhicules à moteur.
Principaux polluants atmosphériques
Les principales substances polluant l’atmosphère peuvent se répartir en deux groupes
principaux: les gaz et les particules solides (poussières, fumées) dénommées parfois à tort
aérosols. On estime que les gaz représentent 90% des masses globales de polluants rejetés
dans l’air et les particules les 10% restants.
Nous avons vu que l’origine de cette pollution est très variée. En effet, le problème est
compliqué par le fait que beaucoup de contaminants injectés dans l’atmosphère vont réagir
entre eux, même à forte dilution, pour donner de nouveaux composés très toxiques. Ainsi,
l’anhydride sulfureux (SO2) va s’oxyder dans l’air en SO3 – SO2(g) + O(g) = SO3(g) - lequel, à
son tour, donnera, avec la vapeur d’eau, de l’acide sulfurique – SO3(g) + H2O(g) = H2SO4(g). Il
contribuera ainsi, de façon déterminante, avec l’acide nitrique formé à partir des oxydes
d’azote, à l’apparition du phénomène des pluies acides, véritable fléau qui sévit dans les pays
industrialisés.
Bien que, d’une façon générale, une tendance à la diminution de la pollution de l’air
urbain se soit manifestée dans de nombreux pays industrialisés, essentiellement à la suite des
chocs pétroliers des années 1970, la pollution atmosphérique demeure préoccupante dans
l’ensemble des villes du monde, certains types d’aéropolluants, en particulier les dérivés de
l’azote et de l’ozone, ayant même tendance à augmenter en raison de l’accroissement
incessant de la circulation automobile urbaine. La réaction des oxydes d’azote avec les
hydrocarbures imbrûlés rejetés dans l’air par les échappements des véhicules à moteur produit
des PAN (peroxyacylnitrates), polluants secondaires beaucoup plus nocifs que les
contaminants primaires dont ils proviennent.
Effets de la pollution atmosphérique
Les polluants rejetés dans l’atmosphère vont induire une multitude d’effets néfastes
non seulement sur les espèces vivantes exposées, homme inclus, mais également sur
l’ensemble des écosystèmes et même à l’échelle globale en perturbant les grands cycles
biogéochimiques.
Dérivés du soufre, de l’azote, du fluor
L’anhydride sulfureux (SO2) constitue le polluant atmosphérique dont l’impact sur
l’ensemble des êtres vivants est de loin le plus préoccupant. Ce gaz se transforme rapidement
dans l’air en acide sulfurique, très hygroscopique, qui joue un rôle essentiel dans la formation
46
des smogs acides, brouillards propres aux milieux urbains des régions à climat tempéré froid
où sévit une forte pollution de l’air.
L’anhydride sulfureux est aussi responsable des pluies acides, car il provoque une
acidification incessante du pH des précipitations dans l’ensemble des pays industrialisés. Ces
pluies acides sont responsables du dépérissement à vaste échelle des forêts de conifères, et de
l’acidification des eaux des lacs situés sur terrains cristallins.
La pollution de l’air par le SO2 est particulièrement néfaste pour les végétaux. Parmi
ces derniers, certains cryptogames comme les lichens présentent une telle sensibilité qu’on les
utilise comme indicateurs biologiques de pollution de l’air. Aucune espèce de lichen ne peut
-9
survivre à une concentration supérieure à 35 ppb dans l’air (ppb = partie par milliard = 10 : à
3
Paris, la teneur moyenne annuelle de SO2 au début des années 1990 était de 35 mg/m d’air),
ce qui explique leur disparition des parcs situés au centre des villes. Le SO 2 est également
fortement toxique pour les phanérogames, aucune plante supérieure ne pouvant croître
normalement dans un air qui renferme en permanence plus de 80 ppb de SO2. Même chez les
végétaux très résistants, des lésions foliaires apparaissent après à peine une demi-journée
-6
d’exposition à 0,25 ppm (ppm = partie par million = 10 ) de ce gaz. Elles se caractérisent par
une nécrose internervaire et bifaciale du limbe foliaire qui prend une coloration variable,
souvent de teinte ivoire.
Parmi les arbres forestiers, les conifères présentent une sensibilité particulière au SO2
bien que les espèces à feuilles caduques soient aussi affectées.
Les animaux et l’homme souffrent également de la pollution de l’air par le SO2. Sa
toxicité chez les Mammifères se traduit par une diminution de l’élasticité pulmonaire à des
concentrations inférieures à 1 ppm et au-delà par une hypersécrétion bronchique.
Le SO2 agit de façon synergique à la fumée de tabac dans l’induction chez l’homme de
la bronchite chronique et de l’emphysème pulmonaire.
Les oxydes d’azote, quoique toxiques pour les végétaux et les animaux aux fortes
concentrations, constituent une catégorie importante d’aéropolluants, surtout à cause de leurs
effets indirects. Ils se transforment en effet en des composés très dangereux, les
peroxyacylnitrates (PAN) dans les atmosphères urbaines polluées et ensoleillées, propices à la
formation des smogs photochimiques. Ces dernières sont le siège de diverses réactions
conduisant à la formation d’ozone, lequel va à son tour agir sur d’autres polluants, les
hydrocarbures imbrûlés, qu’il oxyde en peroxyacycles. La réaction de ces derniers avec les
oxydes d’azote produit des PAN, lesquels sont particulièrement toxiques à la fois pour les
végétaux et les animaux: 15 ppb de ces substances suffisent pour provoquer en quatre heures
des brûlures foliaires chez les phanérogames, une dizaine de ppb induit une forte irritation des
muqueuses oculaires et bronchiques des Mammifères alors que les taux de PAN supérieurs à
50 ppb sont par exemple relevés régulièrement dans diverses villes californiennes.
Les effets de l’exposition aux aéropolluants gazeux (SO2, oxydes d’azotes, PAN,
ozone, etc.) et/ou aux précipitations acides sont à l’origine de sérieux dommages à la
végétation, en particulier dans les écosystèmes forestiers qui présentent, dans l’ensemble des
pays industrialisés depuis la fin des années 1970, divers signes de dégénérescence. En Europe
occidentale et centrale, dans le nord-est de l’Amérique du Nord, les boisements de conifères
sont particulièrement affectés.
47
À la fin des années 1980, on estimait que de 1 à 4% des arbres des forêts feuillues et
jusqu’à 8% de ceux des forêts de résineux étaient morts dans les divers pays d’Europe. La
proportion d’arbres affectés par les pluies acides et autres aéropolluants dépassait 50% dans
les forêts de conifères de la quasi-totalité de ces pays, sauf dans celles de la péninsule
Ibérique.
Les dérivés fluorés constituent une autre catégorie importante de polluants
atmosphériques.
Les fluorures sont rejetés dans l’air par diverses industries, surtout celle de
l’électrochimie de l’alumine. La contamination des sols qui en résulte s’avère catastrophique
pour de nombreuses plantes cultivées ou spontanées et pour les forêts de conifères. De plus,
elle s’accompagne d’une concentration du fluor dans les chaînes alimentaires des animaux
domestiques et de l’homme. En France, dans la vallée de la Maurienne et sur le plateau de
Lannemezan, où sont implantées des usines qui produisent de l’aluminium, les bovins sont
atteints de fluorose, affection caractérisée par des déformations osseuses puis une cachexie
fatale.
Les chlorofluorocarbures, encore dénommés Fréons, sont des dérivés chlorofluorés du
méthane et de l’éthane chimiquement inertes, utilisés comme gaz réfrigérant ou propulseur
dans les bombes aérosols. La production mondiale était encore de l’ordre du million de tonnes
par an à la fin des années 1980, malgré les conventions internationales destinées à réduire puis
à supprimer l’usage de ces composés.
Les Fréons s’accumulent dans la stratosphère, où ils se décomposent sous l’action des
rayons ultraviolets en libérant du chlore, lequel réagit à son tour avec l’ozone qu’il dissocie en
oxygène. On a pu calculer que le maintien de la production de CFC au niveau qu’elle
atteignait au cours des années quatre-vingt pourrait provoquer une véritable catastrophe
écologique due à une réduction significative du bouclier d’ozone stratosphérique. L’humanité
est dès à présent confrontée au problème qui résulte de l’accumulation constatée des CFC
dans la haute stratosphère, dont le temps de demi-vie est supérieur à soixante-quinze ans pour
les Fréon 11 et 12, et peut même atteindre cinq cents ans pour certains composés tels que les
Halons.
Depuis la fin des années 1970, on assiste en conséquence à une diminution de la teneur
en ozone stratosphérique particulièrement marquée au-dessus de l’Antarctique, où apparaît
lors de chaque printemps austral un trou d’ozone d’ampleur et d’étendue croissante.
La réduction de la couche d’ozone s’accompagne d’un accroissement de l’intensité des
rayonnements ultraviolets (UV) de courte longueur d’onde à la surface des continents et des
océans, accroissement dont la nocivité est telle qu’ils pourraient détruire toute vie terrestre. La
biosphère se retrouverait alors dans les conditions qui prévalaient il y a plus d’un milliard
d’années où, en l’absence de couche d’ozone d’épaisseur suffisante, les êtres vivants ne
pouvaient pas se développer en milieu aérien, ni même dans les couches superficielles de
l’océan pénétrées par les rayonnements UV dangereux.
Dérivés du carbone
Les hydrocarbures imbrûlés constituent des contaminants prépondérants dans les
atmosphères polluées des grandes agglomérations; certains d’entre eux sont des polluants
secondaires qui se forment dans les combustions incomplètes. Tel est le cas des hydrocarbures
polycycliques carcinogènes: benzopyrène, benzanthracène, fluoranthrène, etc., qui sont
48
particulièrement abondants dans les fumées, les suies et les échappements de moteurs (diesels
notamment).
L’oxyde de carbone (CO), également produit par les combustions incomplètes,
représente le principal polluant de l’air (en masse). Il se rencontre usuellement à des teneurs
comprises entre 20 et 40 ppm dans les atmosphères urbaines polluées, le seuil de toxicité étant
fixé à 100 ppm. Il s’agit d’un toxique respiratoire très puissant qui bloque la fixation de
l’oxygène par l’hémoglobine en se combinant à cette dernière de façon irréversible.
Le gaz carbonique (CO2), bien qu’il soit un constituant normal de l’atmosphère, est
rejeté dans l’air en quantités considérables par suite de l’usage des combustibles fossiles.
En 1993, on estimait que les combustions avaient rejeté quelque 6,4 milliards de
tonnes de CO2 (en équivalent carbone) dans l’atmosphère; en 1960, les quantités produites
atteignaient 10,5 milliards de tonnes, en 1990, 23 milliards de tonnes.
En conséquence, on observe une croissance continue de la teneur de l’air en CO2, au
rythme actuel de 1,5 ppm par an. Les mesures effectuées à l’observatoire de Mauna Loa
(Hawaii) et l’étude des bulles d’air emprisonnées dans les calottes polaires montrent que la
concentration est passée d’environ 270 ppm dans les années 1850 (début de la révolution
industrielle) à 357 ppm en 1993. La civilisation technologique a donc déjà perturbé le cycle
du carbone à l’échelle globale. En outre, cette augmentation de la teneur en CO2
atmosphérique est susceptible de provoquer d’importantes modifications climatiques. Le CO2
est responsable d’un effet de serre en retenant au voisinage du sol les rayonnements
infrarouges, calorifiques. Tout accroissement de sa concentration atmosphérique induit
automatiquement un réchauffement des basses couches de la troposphère. On a pu calculer
qu’un doublement de sa teneur dans l’air pourrait augmenter de 2,8 °C la température
moyenne superficielle de la Terre (actuellement de 15 °C). Simultanément se produirait une
baisse moyenne des précipitations de l’ordre de 15% dans deux bandes comprises, d’une part,
entre 30° et 55° N et, d’autre part, entre l’équateur et 20° S. Selon certains experts du climat
global, le réchauffement général et les autres modifications climatiques associées à cette
augmentation de la teneur de l’atmosphère en CO2 sont déjà perceptibles.
Particules solides
On les classe en catégories de taille décroissante, les plus petites, dites
insédimentables, car incapables de se déposer au sol sous l’effet de la gravitation, possèdent
un diamètre inférieur à 0,1 micron =10-6m). Ce sont les plus dangereuses pour la santé
humaine car elles sont susceptibles de pénétrer dans les alvéoles pulmonaires. Par ailleurs,
elles contaminent les plus hautes couches atmosphériques et sont donc responsables d’une
pollution globale.
Deux types de «particules» soulèvent des problèmes d’hygiène publique des plus
préoccupants en milieu urbain, celles qui dérivent du plomb ou de l’usage des fibres
d’amiante.
Utilisés comme additif des supercarburants, divers composés plombiques sont
transformés par les combustions en particules de plomb généralement insédimentables. On
détecte couramment dans l’air des grandes villes européennes des concentrations de plomb
particulaire égales ou supérieures à 5 microgrammes par mètre (5mg/m3) cube alors que le
3
taux maximal réputé non toxique pour l’homme est de l’ordre de 0,7 mg/m .
49
L’amiante est un matériau isolant et ignifuge qui a été fort utilisé dans les industries
métallurgiques et dans le bâtiment, avant d’être interdite dans de nombreux pays (dont la
er
France, le 1 janvier 1997). L’inhalation des fibres d’amiante polluant l’atmosphère induit
une affection redoutable, le mésothéliome pulmonaire.
Pollution des eaux continentales :
La pollution des eaux continentales constitue sans aucun doute un des problèmes les
plus graves auxquels sont confrontés les pays industrialisés. Aux États-Unis, on estime que
90% des eaux fluviales servent à transporter des déchets vers l’océan. En ex-URSS, plus de
400 000 kilomètres de cours d’eau sont soumis à une pollution chronique. En France, malgré
les efforts entrepris depuis la fin des années 1960, l’essentiel de notre réseau hydrographique,
et en particulier les grands fleuves (Rhin, Seine, Rhône, partie inférieure des cours de la Loire
et de la Garonne), présente toujours un état de pollution préoccupant.
Cette pollution est principalement du au rejet de produits polluants dans les rivières et
les fleuves par les industries, mais est également du aux pluies acides et aux déchets
domestiques, rejetés dans les fleuves par les égouts. Cette pollution est également du à
l’agriculture dont les engrais contamine les nappes phréatiques en traversant le sol sous
l’action de la pluie, ou son drainé jusqu’aux rivières, fleuves ou lacs par ces mêmes pluies.
Pollution des eaux maritimes :
Bien que les eaux marines soient exposées aux mêmes grandes catégories de polluants
que les écosystèmes dulçaquicoles, la pollution des mers comporte quelques particularités.
Le rejet intempestif de métaux lourds en milieu marin pose des problèmes majeurs.
L’affaire du Minamata au Japon, qui a provoqué l’intoxication de 2 000 personnes, provenait
de la bioconcentration du mercure dans les chaînes trophiques marines.
La pollution marine est également le fait de la pollution des eaux continentales, qui
vont se jeter dans les mers et océans.
L’autre facteur polluant est le rejet d’hydrocarbures dans l’eau, du à la circulation des
bateau, et également aux marées noires provoquées par les naufrages des superpétroliers qui
sillonnent la planète. Ce type de catastrophe a des répercutions surtout l’écosystème marin du
lieu de l’accident car les poissons et les oiseaux qui si trouvent ne survivent pas à ces marées
noires. Le pétrole qui s’attache aux plumes des oiseaux les immobilisent et les intoxiquent,
tandis que les poissons meurent des suites de l’absorption du pétrole répandu dans l’eau.
Oiseaux mort suite à une marée noire en Belgique, à cause du pétrolier « Tricolor »,14 décembre 2002
Le réchauffement climatique :
50
Le climat changera-t-il au cours du XXIe siècle? Si le réchauffement de la planète
semble certain, toutes les régions du globe n’en seront pas affectées de la même manière ni
avec la même intensité. Plus que dans l’augmentation de la température globale moyenne,
c’est dans la perturbation du cycle de l’eau que les dangers environnementaux sont à craindre;
ils peuvent avoir des conséquences significatives sur la biosphère et sur les sociétés humaines.
La réalité du réchauffement depuis 1860 ne fait aucun doute, mais la courbe des
températures ne suit pas une ascension régulière. Au réchauffement marqué (+ 0,4 °C) entre
1910 et 1940 succède une pause jusqu’à 1975 et ensuite une montée rapide de 0,4 °C de 1975
à 1999. Superposées à cette courbe, on voit de fortes fluctuations au fil des années: pointes de
chaleur pendant les événements «El Niño» les plus marqués (1982-1983 et 1997-1998), chute
de la température en 1992 à la suite de l’éruption en 1991 du mont Pinatubo, aux Philippines.
Les températures moyennes des dernières années ont dépassé le niveau maximal atteint au
cours des quatre derniers siècles, quoiqu’il semble avoir fait plus chaud il y a mille ans.
Peut-on supposer que toutes les variations ont des causes identifiables? Depuis 1995,
on s’efforce d’inclure dans les calculs, en plus du renforcement de l’effet de serre par le CO2
ajouté, les effets directs et indirects des aérosols anthropiques. On reproduit ainsi, bien mieux
qu’avec le seul renforcement de l’effet de serre, les traits généraux de la répartition nord-sud
des changements de température depuis 1950, et le non réchauffement entre 1950 et 1975.
Cependant, la concordance n’est pas très bonne, et bien des incertitudes subsistent sur les
propriétés des aérosols. En outre, on apprécie encore mal la «variabilité interne» du système,
c’est-à-dire l’amplitude possible des variations sans cause externe. Peut-on, pour expliquer le
réchauffement entre 1910 et 1940, adopter l’hypothèse d’une variation énergétique du Soleil,
alors que la surveillance spatiale de l’irradiance solaire n’a commencé qu’en 1976?
Le cycle de l’eau perturbé :
On ne saurait réduire le changement climatique à un simple réchauffement. Les
impacts biogéographiques et socio-économiques passent autant, sinon plus, par les
changements dans le cycle de l’eau (précipitations, infiltration, ruissellement, évaporation),
que par le réchauffement proprement dit. La sensibilité du climat au CO2 ajouté dépend
d’ailleurs de façon critique des «rétroactions» du cycle de l’eau. On admet généralement que
l’atmosphère s’humidifie avec une augmentation de la température, ce qui renforce
conjointement l’effet de serre, puisque la vapeur d’eau en est un des principaux acteurs.
L’incertitude subsiste sur la valeur précise de cette amplification, mais l’observation et la
théorie, quoique imparfaites, convergent sur sa réalité. La partie atmosphérique du cycle de
l’eau étant nécessairement perturbée, la formation des nuages et celle des précipitations le
sont nécessairement aussi. Cependant, les processus de transformation, entre les états gazeux,
solide et liquide de l’eau, se déroulent à des niveaux souvent microscopiques, fort difficiles à
représenter correctement dans les «modèles» de la circulation générale de l’atmosphère à
l’échelle planétaire. Il en résulte une forte incertitude sur la sensibilité globale du climat
exprimée en termes de réchauffement, et a fortiori sur les modifications de la carte des
précipitations. Plus douteux encore sont les pronostics souvent émis d’une augmentation de la
fréquence d’événements extrêmes, qu’il s’agisse de sécheresses ou d’inondations, de cyclones
ou d’autres tempêtes cycloniques. Selon plusieurs simulations, le cycle hydrologique doit
globalement s’intensifier; mais si les précipitations risquent d’augmenter dans la zone
équatoriale et aux latitudes élevées, elles pourraient diminuer à l’intérieur des continents, aux
tropiques et dans les zones subtropicales.
51
D’autres incertitudes surgissent à l’interface entre atmosphère et océans. Une partie
significative des variations récentes de la température moyenne à la surface du globe
correspond à des fluctuations interannuelles (l’oscillation australe, donc l’alternance El
Niño/La Niña) et interdécennales (notamment l’oscillation de l’Atlantique nord) qui affectent
les échanges de chaleur (et d’eau douce) entre l’océan et l’atmosphère, les cartes des pressions
atmosphériques et celles des vents. Cela veut-il dire que la tendance récente au réchauffement
n’est qu’une phase d’une oscillation devant prochainement s’inverser? Ou au contraire que le
réchauffement «global» se manifeste essentiellement en modifiant l’amplitude ou la fréquence
des oscillations, favorisant par exemple El Niño aux dépens de La Niña? Questions que les
climatologues cherchent à élucider dans l’ambitieux programme international Clivar (Climate
Variability and Predictability for the 21st Century)...
Les effets attendus :
Aujourd’hui, les activités humaines entraînent l’émission de 7 milliards de tonnes de
carbone par an vers l’atmosphère, sous forme de CO2. Ces émissions croîtront encore pendant
les premières décennies du XXIe siècle, surtout dans les pays en voie de développement
économique où le taux par habitant est actuellement inférieur à celui des pays développés,
c’est-à-dire à une tonne par an. Dans les pays développés, en revanche, l’émission par
habitant va de 2 (pour la France, largement nucléarisée) à plus de 7 tonnes par an (ÉtatsUnis). Les aérosols liés à la combustion continueront de compenser partiellement le
renforcement de l’effet de serre dû à l’augmentation de la teneur en CO2 dans l’atmosphère,
mais leur importance relative ira en diminuant. En effet, leur temps de résidence
atmosphérique reste limité à 8-10 jours, de sorte que le renforcement de l’effet parasol n’a pas
le caractère cumulatif qu’a l’intensification de l’effet de serre. L’extension à l’Asie de la lutte
contre la pollution par le dioxyde de soufre (SO2) et les particules carbonées, pollutions
nuisibles au confort et à la santé, pourrait même réduire les émissions d’aérosols. On doit
donc s’attendre, d’ici à 2050, à une prédominance croissante de l’effet de serre, et donc (sauf
affaiblissement solaire ou éruption volcanique cataclysmique) à un réchauffement climatique
accompagné et renforcé par une intensification du cycle hydrologique.
L’effet de serre opère 24 heures sur 24, alors que l’effet parasol n’agit que le jour. La
hausse des températures sur les continents (de 0,5 ou 1 °C en moyenne globale entre 2000 et
2050?) se manifestera plus la nuit que le jour, phénomène déjà constaté depuis le début des
années 1980. De même, on s’attend à des hivers plus doux aux latitudes moyennes, moins
glacials aux latitudes polaires. Si l’extension des glaces de mer (les banquises) diminue,
l’absorption de rayonnement solaire au cours de l’été polaire pourra augmenter, une
rétroaction positive amplifiant le réchauffement. Cependant, il ne faut pas oublier que partout,
qu’il s’agisse des tropiques où des latitudes élevées, le climat comporte des variations d’une
année à l’autre, d’une décennie à la suivante. Les hivers de l’Arctique se sont nettement
refroidis au cours des années 1960 et 1970, pour s’adoucir par la suite. La température
moyenne de la période 2000-2050 y sera presque certainement plus élevée que de 1950 à
2000, mais cela n’exclut pas un refroidissement pendant dix ou vingt ans.
Le changement climatique ne sera important que si le cycle de l’eau est perturbé. Que
deviennent alors les ressources en eau et la biosphère?
Selon les projections faites à l’aide du modèle climatique du Hadley Centre
(Royaume-Uni), le «gisement» d’eau douce deviendrait plus abondant dans certaines régions
(hautes latitudes, Asie du Sud-est...), mais dans d’autres (notamment le Maghreb), l’évolution
du bilan hydrique pourrait aggraver des situations déjà critiques. Sur une grande partie de
52
l’Europe comme de l’Amérique, on verrait un net assèchement. Toutefois, les modèles ne
donnent pas tous les mêmes résultats et aucun ne rend bien compte de la totalité des
changements depuis 1900. Pour certains, la France sera située dans une zone d’assèchement
relatif, mais pour d’autres, elle sera, comme le nord de l’Europe, mieux arrosée. Il serait bien
risqué de prédire l’évolution des chutes de neige dans les stations d’altitude des Alpes, même
si l’on peut penser que la neige tombée fondra plus vite.
En ce qui concerne la biosphère, l’enrichissement en CO2 stimulera la photosynthèse
dans certains végétaux, améliorant le rendement de leur utilisation de l’eau. La diminution de
la fréquence de gels, l’adoucissement des hivers, l’allongement de la saison de croissance
pourront également favoriser la production de biomasse. Certains calculs indiquent que la
biosphère continentale pourra, entre 2000 et 2050, incorporer ainsi de 2 à 3 milliards de
tonnes de carbone de plus chaque année, une partie significative du CO2 produit par la
combustion de carburants fossiles. Cependant, la capacité de la végétation de profiter de la
fertilisation par le CO2 dépend de nombreux autres facteurs. À terme, les changements dans la
répartition de l’eau joueront un rôle critique. Dans les tropiques subhumides et semi-arides, on
peut redouter une aggravation du stress hydrique liée à l’intensification de l’évaporation, qui
nuirait gravement à la productivité agricole. En outre, le dépérissement de forêts dans les
régions ainsi touchées conduirait à une perte de biomasse à l’échelle du globe, même si les
forêts boréales s’étendent plus vers le nord. Certains modèles prévoient qu’à partir de 2050,
en fonction des changements du bilan hydrique, la biosphère continentale rejettera des
quantités importantes de CO2 vers l’atmosphère, aggravant le renforcement de l’effet de serre
pendant le reste du XXI e siècle.
Quant au niveau moyen de la mer, après une montée d’environ 20 centimètres depuis
1900, à cause de la fonte des glaces du au réchauffement climatique, la dilatation thermique
accompagnant un réchauffement pourrait conduire à une vingtaine de centimètres
supplémentaires d’ici à 2050, et 70 centimètres avant 2100. La question du bilan de masse des
calottes glaciaires et d’une éventuelle montée de plusieurs mètres du niveau de la mer ne se
pose guère pour le XXI e siècle. Les problèmes liés aux ressources en eau, à la production
agricole et à l’état de la biosphère naturelle pourraient devenir autrement urgents bien plus tôt.
Un réchauffement important (plus de 1°C en moyenne globale d’ici à 2050) n’est pas
certain. Toutefois, même si le climat se révèle relativement insensible aux perturbations
d’origine humaine, cela ne nous déchargera pas de notre responsabilité de préserver au mieux
l’environnement global de la planète vis-à-vis des générations futures. Au contraire, si d’ici à
2020 le réchauffement anthropique doit se dévoiler plus clairement qu’aujourd’hui, si une
surveillance planétaire qui se complète de plus en plus et les progrès de la modélisation nous
convainquent qu’une mutation climatique radicale est engagée, n’est-il pas absurde de penser
aujourd’hui que nous sommes incapables de changer de politique environnementale,
notamment énergétique? Il faut envisager et préparer ce changement dès maintenant, car il
sera ensuite trop tard pour bien faire.
53
Les variations de température entre 1960 et 1990
L’effet de serre :
L'effet de serre est un phénomène naturel reposant sur le fait que l’atmosphère
terrestre se conduit un peu comme la vitre d’une serre : elle laisse pénétrer la chaleur du soleil
et l'emprisonne. Ce sont les gaz à effet de serre présents dans l'atmosphère qui piègent les
rayons infrarouges émis par la Terre. Plus ils sont abondants, plus l’atmosphère et le sol se
réchauffent.
Ce phénomène, bien que naturel à l’origine, est accentué par les émissions de gaz à
effet de serre des Hommes. En effet, tous les moyens de transports utilisant les combustibles
fossiles, c’est à dire les hydrocarbures comme l’essence, rejette d’importante quantité de gaz à
effet de serre sous la forme de dioxyde de carbone CO2. La plupart des activités humaines
rejettent également des quantité considérable de gaz à effet de serre, tel que la vapeur d’eau
H2O dans les centrales nucléaires, le dioxyde de carbone CO2 issue de la combustion
incomplète des hydrocarbures, les oxydes d’azotes NO e N2O provenant de la circulation
automobile et de l’utilisation d’engrais chimiques en agriculture, le méthane CH4 provenant
des décharges à ciel ouvert, à cause de la décomposition de certain matériaux et les CFC qui
sont des gaz industriels utilisés dans de nombreux cas, tel que les aérosols et les frigos.
Afin de limité la production des gaz à effet de serre, le 11 décembre 1997, 180 pays
ont signés le protocole de Kyoto, au Japon, dans lequel 38 pays industrialisés s'obligent à
abaisser leurs émissions de gaz à effet de serre entre 2008 et 2012 à des niveaux inférieurs de
5,2 % à ceux de 1990. Cependant, les plus gros pollueurs de la planète, Etats-Unis en tête, ne
l’ont pas signé, ce qui limite les effets de ce protocole qui est pourtant une bonne chose pour
l’avenir de la planète. Ce protocole est entré en vigueur très récemment, à savoir le 16 février
2005, mais les Etats-Unis refusent toujours d’y participer malgré les tentatives du
gouvernement japonais pour les convaincrent.
En effet, les gaz à effet de serre augmentent l’effet de serre ce qui provoque un
réchauffement climatique qui peu avoir des effets catastrophique sur notre planète et la vie qui
l’habite.
54
3) L’excès des Hommes :
Les activités humaines sont souvent pratiquées avec excès, ce qui peut avoir de grave
conséquence sur l’écosystème de la planète. Les activités telles que la surpêche, la
déforestation et le nucléaire ont de graves conséquences sur l’évolution de notre planète, que
nous allons étudier maintenant.
La surpêche :
La pêche est la seule activité de chasse et de cueillette à avoir atteint un
développement comparable à celui des grandes productions animales terrestres qui s’appuient
toutes sur la domestication. Elle fournit un sixième des protéines animales consommées par
l’homme. Pendant longtemps, elle a progressé plus rapidement que les élevages terrestres.
Mais au cours des années 1990 sa croissance s’est arrêtée consécutivement à l’épuisement des
ressources. Aujourd’hui, la persistance de fortes surcapacités, d’une surexploitation
prononcée, et de conflits montre que les méthodes élaborées lorsque les ressources n’étaient
pas limitantes ne suffisent plus pour rationaliser la pêche et conserver les ressources. La
régulation de l’accès à la pêche est devenue indispensable. Pour cela, les institutions (régimes
de propriété des ressources, mécanismes d’allocution des droits de pêche et organes de
régulation) qui régissent ce contrôle doivent être ajustées aux nouvelles conditions de rareté
des ressources.
Effets sur la biodiversité et sur l’environnement :
Très tôt, les mouvements écologistes ont été sensibles à la vulnérabilité de certains
groupes d’animaux (mammifères, tortues, oiseaux, sélaciens...) à certaines techniques de
pêche. Sous leur pression, le gréement et la manœuvre des engins de pêche ont évolué. Ainsi,
au cours de la décennie 1990, les captures de dauphins dans la pêche thonière de l’océan
Pacifique sont tombées de 800 000 à 25 000 individus. L’action de ces mouvements illustre
l’application à la pêche du principe de précaution qui impute aux exploitants la charge de la
preuve d’absence de risque écologique et fait de cette preuve un préalable à l’exploitation.
Elle révèle aussi les problèmes d’application du principe qui tiennent à l’imprécision de ses
objectifs et à l’impossibilité d’apprécier objectivement le risque écologique pour des espèces
pour lesquelles il est difficile, en l’absence d’une exploitation commerciale, de disposer des
statistiques nécessaires aux évaluations.
Un peu partout dans le monde, la structure des communautés halieutiques s’est
modifiée parallèlement à l’intensification de la pêche: développement des stocks de petits
pélagiques dans le bassin méditerranéen, remplacement des espèces de grande taille par des
espèces de petite taille dans le golfe de Thaïlande... La diversité des facteurs causaux (pêche,
pollution, changement climatique, variations naturelles du climat) complique l’appréciation de
leurs rôles respectifs. L’accroissement des stocks de petits pélagiques dans le bassin
méditerranéen a été attribué à l’eutrophisation du milieu et à la surexploitation des stocks de
prédateurs. En mer Noire, ces mêmes phénomènes auraient été initialement bénéfiques à la
productivité des stocks de petits pélagiques avant de conduire à leur effondrement. Si, à
l’exception des espèces à faible fécondité (mammifères, sélaciens...), les stocks halieutiques
font preuve d’une grande robustesse, les communautés démersales sont de plus en plus
constituées de grands nombres de petits individus – y compris pour les espèces de tailles
grande et moyenne, dont l’abondance est réduite par la pêche.
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Les rejets de poissons contribuent au développement des populations d’oiseaux marins
et d’espèces nécrophages vivant sur le fond. Les arts traînants (dragues et chaluts) modifient
le substrat et changent la structure des communautés benthiques qui stabilisent le fond. Ainsi,
dans la Manche, les arts traînants ont facilité la propagation d’espèces comme la crépidule,
qui gêne la colonisation de stocks commerciaux de coquille Saint-Jacques. La régression des
herbiers de zostères et de posidonies est aussi imputée à la pêche, encore que l’on ait constaté
que leurs variations suivaient celles du climat.
La déforestation :
L’exploitation intensive de la terre et du bois s’est traduite par une déforestation
massive en Amérique latine. Des 998 millions d’hectares de forêts en 1970, il ne restait que
958 millions en 1980, 919 en 1990 et 913 en 1994, soit plus de 60% de la quantité coupée sur
l’ensemble de la planète. On estime, par ailleurs, la destruction de la foret amazonienne à 5,8
millions d’hectares par an. Un phénomène qui prend une dimension particulière au Brésil
puisque le pays représentait 8% des exportations mondiales de bois dur en 1995. Cette
déforestation progresse d’année en année et les études scientifiques établissent que le cycle de
vingt cinq à trente ans nécessaire pour la régénération n’est désormais plus respecté.
Cette déforestation intensive a un effet néfaste pour l’Homme. En effet, ce sont les
arbres qui fournissent en majorités l’oxygène que nous respirons grâce au mécanisme de la
photosynthèse, donc si nous les abattons tous, ils ne pourront plus fournir l’oxygène
indispensable à la des espèces vivantes sur Terre.
Les 10 plus grand pays de la déforestation (pertes en hectares)
pays
classement perte annuelle
Brésil
1
- 2 550 000
Indonésie
2
-1 080 000
R.P. Congo
3
-740 000
Bolivie
4
-580 000
Mexique
5
-510 000
.
.
.
.
.
.
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pays
classement perte annuelle
Venezuela
6
-500 000
Malaisie
7
-400 000
Myanmar
8
-390 000
Soudan
9
-350 000
Thaïlande
10
-330 000
Le risque d’hiver nucléaire :
Il s'agit d'une expression concoctée au début des années 1980 pour décrire l'un des
pires effets possibles d'une guerre nucléaire. En plus des importants dommages dus au souffle
des explosions et aux radiations, il faudrait également craindre de graves dérèglements
climatiques.
Les scientifiques croient que si la moitié des ogives nucléaires des Etats-Unis et de la
Russie explosait, cela provoquerait le rejet dans l'atmosphère d'énormes quantités de
poussières et de fumée. Ces particules en suspension dans l'atmosphère agiraient comme un
écran et bloqueraient les rayons solaires durant plusieurs mois. La Terre, particulièrement
l'hémisphère Nord, serait plongée dans un climat glacial jusqu'à ce que les poussières soient
retombées au sol. Privée de lumière et de chaleur, la végétation pourrait être détruite,
entraînant la rupture de la chaîne alimentaire. La couche d'ozone pourrait également en
souffrir.
Heureusement, ce scénario catastrophe n'a jamais été vérifié expérimentalement, mais
on a pu observé des refroidissements climatiques lors de périodes d'intense activité
volcanique.
Explosion nucléaire
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Conclusion :
Nous avons vu que les planètes s’étaient toutes formées de la même manière mais
qu’ensuite, leur évolution fut différente. Le hasard a voulu que de nombreux facteur différent
soit réunis sur Terre pour ainsi permettre l’apparition de la vie. Parmi ces facteurs, ont
distinguent l’eau, une atmosphère respirable et une température moyenne idéale. Ces facteurs
n’étant pas réunis sur les autres planètes du système solaire, la vie n’a pas pus s’y développer.
La Terre a beaucoup évolué depuis sa formation jusqu’à l’apparition de l’Homme.
Cependant, l’Homme contribue également à changer son environnement mais ceci de manière
catastrophique, avec la pollution, l’effet de serre, le trou de la couche d’ozone. Si les Hommes
ne changent pas très vite certaines habitudes qui contribuent à modifier notre environnement,
cela pourrait nous conduire à l ‘extinction de la vie sur Terre à cause du température trop
élevé à cause de l’effet de serre, d’une eau pollué par toutes sortes de produit, de la disparition
de la couche d’ozone avec la surproduction de CFC ou encore à cause d’un hiver nucléaire lié
à la trop grande quantité d’armes atomiques existantes.
Notre planète est fragile, il faut donc faire notre possible pour la préserver et préserver
la vie qu’elle abrite.
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Lexique :
Actinides : Nom générique des éléments chimiques analogues à l’actinium est de
numéro atomique supérieur, soit 85.
Aérobie : Se rapporte à tout organisme qui a besoin d’oxygène pour vivre et pour
fonctionner.
Anaérobie : Se rapporte à tout organisme qui peut vivre sans oxygène.
Anthropiques : Résultant de l'action de l'homme ou produit par lui.
Anticyclone : Centre de hautes pressions atmosphériques, généralement supérieures à
1 015 hPa, à l'intérieur duquel la pression croît de la périphérie vers le centre. Un anticyclone
est une énorme colonne d'air dans laquelle l'air s'affaisse en tourbillonnant dans le sens
anticyclonique, qui par convention est le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère
Nord et le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Sud.
Aphélie : Point de l’orbite d’une planète le plus éloigné du soleil.
Astéroïde : Petite planète du système solaire dont la taille est comprise entre un
millier de kilomètres et une fraction de kilomètre. Le plus grand, Cérès, a un diamètre
d'environ 1000 km. Plus de 6 000 "gros" astéroïdes ont été répertoriés et numérotés mais il
pourrait en exister des centaines de milliers d'autres, trop petits pour être aisément détectables.
La plupart tournent autour du Soleil entre Mars et Jupiter.
Aurores polaires : Phénomène lumineux de la haute atmosphère dû à l’interaction des
molécules de gaz de cette dernière avec le vent solaire. Les aurores polaires se produisent
dans les régions polaires au-dessus de60° Nord ou Sud. On les appelle alors respectivement
aurores boréales et aurore australe.
Biochimie : La biochimie est une science expérimentale qui vise l'étude des processus
chimiques à la base de la vie.
Biotopes : Aires géographiques correspondant à un groupe d’êtres vivants soumis à
des conditions constantes ou cycliques.
Calottes polaires : Masse de neige et de glace qui recouvre les pôles.
Cambrien : La période la plus ancienne de l'ère Paléozoïque actuellement définie par
l'apparition d'une trace fossile, un terrier nommé Trichophycus pedum dans une succession de
roches datée à 543 MA (MA= Millions d’Années) (Terre-Neuve, Canada). Le Cambrien se
termine à environ 490 MA. Durée totale : 53 MA.
Ceinture de Kuiper : La Ceinture de Kuiper est une population de petits corps glacés,
de tailles similaires à celle des astéroïdes, occupant une région en forme d'anneau dans le plan
du Système solaire et s'étendant de l'orbite de Neptune (30 UA du Soleil) jusqu'à environ 100
ou 150 UA.
Champ gravitationnel : Le champ gravitationnel d’un corps 1 est la force qui attire
un corps 2 selon la relation E=F/m2 où F est la force d’interaction gravitationnelle, d’où
E=G*m1/d2
Chlorofluorocarbones : En 1928, lors de leur découverte, les CFC ont été qualifiés
de substances chimiques miracles du fait qu'ils étaient stables, incolores, non toxiques,
ininflammables et peu coûteux. On les a utilisés comme gaz réfrigérants, comme isolants et
comme solvants.
Comète : Les comètes sont des astres formés d’un noyau solide relativement petit qui,
au voisinage du Soleil, éjectent une atmosphère passagère de gaz et de poussière, à l’aspect de
chevelure diffuse, s’étirant dans la direction opposée au Soleil en une queue parfois
spectaculaire. Loin du Soleil, la comète se réduit à un noyau solide de forme irrégulière et de
dimension kilométrique.
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Comète de Halley : En 1705 Edmond Halley prédit, en utilisant les lois nouvellement
formulées de la mécanique céleste de Newton, que la comète vue en 1531, 1607, et en 1682
retournerait en 1758 (ce qui fut, malheureusement, après sa mort). La comète est en effet
retournée comme prévu et plus tard elle fut nommée en son honneur.
Communautés benthiques : Organismes vivants sur le fond ou à proximité (fixé ou
mobile).
Communautés démersales : Désigne les espèces vivants au voisinage du fond.
Communautés halieutiques : Industries de la pêche.
Condensation : Passage de l’état gazeux à l’état solide.
Convection : Mouvement d’un fluide sous l’influence de différences de températures.
Crépidule : Mollusque gastropode prosobranche non spiralé, qui vit dans les mers
chaudes et tempérées , fixé aux rochers et aux coquilles mortes.
Cryptogames : Se dit des plantes pluricellulaires lorsqu’elles n’ont ni fleurs, ni fruits,
ni graines.
Cumulonimbus : Nuages instables dans lesquels l’air chaud s’élève rapidement. Ces
nuages de tonnerre génèrent des pluies courtes et violentes.
Densité : Rapport entre la masse d’un corps et la masse de la même quantité d’eau
pure.
Dépressions : Zones de basses pressions atmosphériques à l’origine des phénomènes
climatiques tel que la pluie ou les cyclones.
Deutérium : Isotope non radioactif et stable de l’hydrogène de masse atomique 2.01
et de symbole D. Il est communément appelé hydrogène lourd car sa masse atomique est
environ le double de celle de l’hydrogène et les deux éléments ont les même propriétés
chimiques.
Ecosystèmes dulçaquicoles : Ensembles des êtres vivants exclusivement dans les
eaux douces et des éléments non vivants qui leur sont liées vitalement.
Effets carcinogènes : Synonyme de effets cancérigènes.
El Niño : El Niño est un phénomène océanique d'origine mal connue constituant, avec
le phénomène opposé surnommé La Niña , un élément important de la variabilité du climat .
Lors des périodes où il survient, il se traduit par des températures de surface de la mer qui,
dans les toutes premières dizaines de mètres de profondeur, restent anormalement chaudes sur
toute la zone s'étalant du centre à l'est du Pacifique autour de l'équateur.
Emphysème pulmonaire : Dilatation excessive et permanente des alvéoles
pulmonaires, avec rupture des cloisons interalvéolaires.
Equinoxe : Epoque de l’année au printemps ou à l’automne où le jour et la nuit ont la
même durée.
Eutrophisation : Evolution biochimique naturelle des eaux où sont déversés trop de
déchets industriels nutritifs, ce qui perturbe leur équilibre biologique par diminution de
l’oxygène dissous mais de façon limitée.
Force de Coriolis : Force s’exerçant sur tout corps en mouvement à la surface
terrestre et produite par l’accélération complémentaire du à la rotation de notre planète.
Forces de marée : Lorsque deux astres se trouvent l’un proche de l’autre, ils exercent
une force d’attraction réciproque. L’intensité de cette force dépend - comme l’explique la loi
de la gravitation universelle - de la distance entre les deux astres et des volumes de leurs
masses. Dans le cas de la marée océanique, c'est la distance entre Terre et Lune - d'environ
400 fois plus courte que celle qui sépare la Terre du Soleil - qui joue le rôle décisif. Si une des
deux masses est supérieure à l’autre, elle peut provoquer une déformation dans la structure de
l’astre de moindre volume. La force qui engendre une telle déformation est appelée “force de
marée”. Dans le cas des galaxies, l'effet de cette force peut, à l'extrême, mener à la fusion
complète de deux voisines
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GW : Giga Watt, unité de mesure de puissance, de flux énergétique et de flux
thermique. 1GW = 109 W
Ionisation : Transformation d’atomes ou de molécules neutres en particules chargées
électroniquement ou ions.
Kelvin ou K : Unité de température absolue. 0°K correspond à la température
minimale possible. 0°C = 273,15°K
La Niña : De même que le phénomène opposé surnommé El Niño ("Le petit garçon"
en espagnol, pour signifier "L'enfant Jésus"), La Niña (c'est-à-dire "La petite fille") est un
phénomène océanique d'origine mal connue constituant un élément important de la variabilité
du climat. Lors des périodes où il survient, il se traduit par des températures de surface de la
mer qui, dans les toutes premières dizaines de mètres de profondeur, restent anormalement
froides sur toute la zone s'étalant du centre à l'est du Pacifique autour de l'équateur.
Lésions foliaires : Perturbations apportées dans la structure des feuilles, comme des
déchirures, par exemple.
Limite de Roche : Le mathématicien Edouard Roche établit que les forces de marée
(différentielle de forces) détruirait un satellite fluide ou un satellite solide dont le rayon est
supérieur à 100km situé en dessous d’une limite communément appelé limite de Roche. Cette
limite est environ de 2.5 rayons planétaires pour une planète géante.
Magnétomètre : Instrument servant à mesurer l’intensité d’un champ magnétique.
Mb : Unité de pression, le millibar : 1mb = 100 Pa
Mimas et Encelade : Deux des satellites naturels proches de Saturne.
Nappes phréatiques : Nappes d’eau souterraines.
Nuage de Oort : Nuage de comètes qui ceinture le système solaire à une distance
énorme (50 000 unités astronomiques).
Orbites héliocentriques : Système où les planètes décrivent des orbites autour du
soleil.
Pélagiques : Relatifs à la haute mer.
Phanérogames : Opposées des cryptogrammes, c'est-à-dire plantes pluricellulaires
avec fleurs, fruits et graines.
Photodissociation : Réaction chimique correspondant à une dissociation en atomes
résultant de l’absorption par ces molécules du rayonnement ultraviolet et des rayons X émis
par le Soleil. Cette réaction chimique s’accompagne d’une libération d’énergie.
Phytoplancton : Ensemble des végétaux microscopiques ou de petite taille en
suspension dans la mer et l’eau douce.
Plan de l’écliptique : Pour les astres en orbite autour du Soleil, le plan de référence
est le plan de l’orbite de la Terre, également appelé le plan de l’écliptique.
Plan équatorial : Le plan normal à l'axe de rotation terrestre coupant en deux
hémisphères la sphère terrestre s'appelle plan équatorial terrestre. L'intersection de ce plan
avec la Terre est l'équateur terrestre.
Planètes géantes : Planètes beaucoup plus grandes que les planètes telluriques
composées principalement d’hydrogène, d’hélium et de glace et contenant Jupiter, Saturne,
Uranus, et Neptune.
Planétésimaux : Petits corps de la taille d’un astéroïde.
Planètes telluriques : Planètes relativement proches du soleil essentiellement
composées de roches et de fer contenant Mercure, Vénus, la Terre, et Mars.
Planétoïde : Objet extra terrestre en orbite autour du soleil dont la taille est beaucoup
plus grande qu'un astéroïde.
Posidonies : Formation végétale marine, caractéristique de l'étage infra littoral,
formant un écosystème marin d'une grande richesse biologique et particulièrement vulnérable.
Rayonnement alpha : Emission radioactive de molécules d’hélium He.
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Rayons ultraviolets (UV) : Les rayons ultraviolets sont des radiations émises
naturellement par le soleil ou artificiellement par certaines lampes. On distingue les UV A et
les UV B. Les UV B, de courte longueur d'onde, sont arrêtés dans les couches les plus
externes de la peau. Ils sont responsables de brûlures (coups de soleil). Les UV A, de
longueur d'onde plus importante, pénètrent profondément et atteignent le derme. Ils induisent
la pigmentation (bronzage).
Sélaciens : Poissons marins à squelettes cartilagineux, comme les requins, les raies et
les roussettes.
Solstice : Epoque de l'année où le Soleil a sa plus grande déclinaison boréale (solstice
d'été) ou australe (solstice d'hivers). Dates de l'année (22 ou 23 juin, 22 ou 23 décembre) où le
Soleil se trouve à sa plus forte déclinaison boréale ou australe. Correspondent respectivement
au début de l'été et de l'hiver, et inversement dans l'hémisphère Sud.
Sonde Galileo : Galileo est une sonde automatique américaine destinée à l'exploration
de Jupiter. Lancée le 19 octobre 1989 par la navette américaine Atlantis, Galileo a suivi une
trajectoire complexe qui lui a permit de bénéficier de l'assistance gravitationnelle de Vénus et
de la Terre, et de survoler les astéroïdes Gaspra et Ida. Le 12 juillet 1995, elle a largué un
module de 337 kg (dont 28 kg d'instruments scientifiques), qui a plongé dans l'atmosphère de
Jupiter le 7 décembre pour en étudier les caractéristiques (profil vertical de la température et
de la pression, altitude et composition des nuages, etc.).
Sonde Giotto : Lancée par l’Agence Spatiale Européenne (ESA), la sonde Giotto est
le premier engin spatial à avoir fourni les images d’un noyau cométaire : en mars 1986, elle
s’est en effet approchée de la comète de Halley à près de 605Km de distance.
Sonde Viking : Sonde spatiale partit sur Mars pour faire des études du sol de cette
planète.
Spectrophotomètre : Appareil servant à mesurer, en fonction de la longueur d’onde,
le rapport des valeurs d’une même grandeur photométrique relatives à deux faisceaux de
rayonnement.
Sublimation : Passage de l’état solide à l’état gazeux.
Subsidence atmosphérique : Mouvement généralisé d’affaissement qui affecte une
masse d’air.
Substrat : Ce qui sert de base à quelque chose.
Symbiose : (du grec « sun »avec et « bios »vie) en biologie relation entre deux ou
plusieurs êtres vivants d’espèces différentes bénéfique à chacun des partenaires.
Transuraniens : Se dit des éléments chimiques de numéro atomique supérieur à celui
de l’uranium (92). Les éléments transuraniens sont instables et n’existent pas sur Terre.
Trophiques : Qui est relatif à la nutrition d’un tissu vivant.
Zénith : Point de la sphère céleste représentatif de la direction verticale ascendante, en
un lieu donné.
Zooplancton : Ensemble des animaux microscopiques ou de petite taille en
suspension dans la mer et l’eau douce.
Zostères : Genre de plantes marines vivaces de la famille des zostéracées, formant des
prairies sous-marines.
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