Frédéric Joignot
Frédéric Joignot
Nuage lenticulaire au-dessus de Harold’s Cross Dublin Irlande, le 30 juin 2015.
Nous, les humains, sommes dans “l’air” comme le poisson dans l’eau. Nous y baignons, nous sommes tellement habitués à ce qu’il nous soit donné, depuis toujours, en tout lieu, à un taux d’oxygène constant, vital, que nous oublions qu’il est désormais menacé par les activités humaines, l’air où “s’en vont les ailes par le vent caressées” comme l’écrivait Théodore de Banville.
Il faut savoir que l’air que nous respirons, avec son oxygène miraculeux, le premier des biens communs, ce don inouï de la nature, n’a pas toujours enveloppé la Terre pour y soutenir la vie. Un journaliste scientifique américain, Sam Kean, nous le rappelle dans un livre récent, Caesar’s Last Breath. Decoding the Secrets of the Air Around Us (“Le dernier souffle de César. Décoder les secrets de l’air autour de nous”, Little, Brown and Company, 2017, non traduit). Si Sam Kean se passionne pour l’histoire de la chimie du “souffle”, c’est parce que celui-ci joue un rôle crucial pour le vivant.
En 1764 déjà, Joseph Black, un médecin et chimiste écossais, découvrait que les humains consomment de “l’air atmosphérique” et nous prévenait: “Vous pouvez survivre sans eau, sans liquides, pendant des jours. Mais sans gaz, vous tiendrez tout au plus quelques minutes.”
Inspirer l’oxygène pour survivre nous oblige à fraterniser avec les autres espèces respirantes et relie les hommes entre eux. Pour nous le rappeler, Kean nous conte la conjecture troublante du physicien italo-américain Enrico Fermi (1901-1954), Prix Nobel en 1938: chaque homme a sans doute dans ses poumons quelques bribes du dernier souffle de Jules César!
En effet, expliquait-il, César, en mourant, a expiré 400 cm3 d’air, contenant 25 sextillions de molécules de CO2 (10 suivi de 25 zéros); qui se sont dilués dans l’atmosphère terrestre. “Une molécule, a-t-il conclu, étant dans le même rapport avec un souffle d’air que ce dernier avec toute l’atmosphère” il y a de fortes chances que tout homme inspire à un moment une molécule expirée par César.
Bien sûr, Enrico Fermi savait que les arbres, depuis la mort de César, ont capté quantités de CO2 et que son hypothèse était fausse. Mais cette histoire nous rappelle combien le vivant est tributaire de notre respiration, de la présence d’oxygène à un taux constant et de la qualité de l’air. Nous en dépendons tous, plantes, animaux, humains, tous ceux qui doivent vivre dans un monde devenu respirable suite à d’énormes bouleversements physico-chimiques...
Il y a quelque 4,5 milliards d’années, la première atmosphère de la Terre était composée de dioxyde de carbone (CO2), de soufre, de sulfure d’hydrogène, d’ammoniaque et de méthane – des gaz qui suintaient des fissures du sol et des volcans. Puis, il y a 3,7 milliards d’années, certaines cyanobactéries et les micro-algues planctoniques ont inventé ce miracle de la vie, la photosynthèse, qui extrayant l’oxygène (O) du CO2 a commencé de produire l’air respirable de la Terre. Comment procèdent-elles à cette extraordinaire cuisine? Elles utilisent l’énergie du soleil pour casser – oxyder – les molécules d’eau et en libérer d’oxygène (ou plus savamment du dioxygène, car une molécule d’oxygène contient deux atomes).
Pendant plus de 2 milliards d’années, la photosynthèse s’est ainsi déroulée au sein des océans, produisant quantités d’oxygène, jusqu’à ce qu’apparaissent sur Terre, il y a près de 470 millions d’années, les premiers organismes photosynthétiques terrestres: les plus anciens fossiles de plantes remontent à cette époque, dite de l’Ordovicien moyen – essentiellement des spores de minuscules plantes non vascularisées où racines, tiges et feuilles se confondent.
Lentement mais surement, sur des millions d’années, secula seculorum, une partie de cet oxygène produit par photosynthèse a formé la couche de trioxygène, ou ozone, ce formidable bouclier qui protège la Terre du rayonnement solaire dans une serre perméable aux rayonnements spatiaux et autres bombardements de météorites. Il a permis qu’entre -541 et -530 millions d’années, le vivant s’épanouisse sur notre petite planète en forme de patate du système solaire. C’est ce que les géologues appellent “l’explosion cambrienne”: le plancton, grand fournisseur d’oxygène, les organismes complexes et les premiers animaux ont alors proliféré. Le taux d’oxygène est monté à 30% sous le Carbonifère (-358 millions d’année/- 0,2 millions d’années), puis s’est stabilisé depuis à 21%. Une permanence remarquable, autorisant une croissance exubérante des créatures vivantes.
Résumons: presque tout l’oxygène libre brut de l’air a donc été produit par la photosynthèse à l’œuvre dans les océans du fait du plancton et dans les grandes forêts tropicales. Mais, il faut savoir que la quasi-totalité de cet oxygène brut libéré par la végétation terrestre et les micro-organismes marins se trouvent immédiatement utilisée par la respiration de ces mêmes plantes et organismes, qui pour survivre consomment de l’oxygène et produisent du dioxyde de carbone. Autrement dit, la végétation des forêts produit le jour l’oxygène qui est réutilisé lors de leur respiration nocturne. En conséquence, la production nette d’oxygène par les forêts et les micro-organismes forestiers de la planète est pratiquement nulle. En ce sens, les grandes forêts et l’Amazonie ne sont pas comme on entend souvent “le poumon” de la planète au sens où ils ne produisent pas d’oxygène en plus. Par contre, ils jouent un rôle décisif dans la captation du carbone atmosphérique – ce carbone désormais en surplus du fait des intenses activités humines, et qui, comme le sait n’importe quel étudiant débutant en chimie, est en grande partie responsable du dramatique effet de serre qui réchauffe l’atmosphère terrestre.
D’où vient alors l’immense réservoir d’oxygène actuel de notre Terre? D’un déficit de respiration. En effet, depuis deux milliards d’années, une partie de la matière organique – mousses et fougères particulièrement – a été enfouie dans des tourbières et dans le sol, et quantités de plancton mort sont tombés au fond des océans, tant et si bien que toutes ces plantes et organismes n’ont pas consommé tout l’oxygène produit en surface. Mais si une masse considérable d’oxygène est présente dans l’atmosphère terrestre – ce qui est rassurant –, plusieurs équipes scientifiques s’alarment depuis dix ans d’un grave appauvrissement de la quantité d’oxygène dans les océans à mesure qu’ils se réchauffent – ce qui est inquiétant et pourrait devenir menaçant.
En effet, d’après ces études, la quantité d’eau en pleine mer sans oxygène a plus que quadruplé cours des 70 dernières années. Dans les plans d’eau côtiers, y compris les estuaires et les mers, les sites à faible teneur en oxygène ont été multipliés par plus de 10 depuis 1950. Les scientifiques s’attendent à ce que l’oxygène continue de chuter même en dehors de ces zones à mesure que la Terre se réchauffe. Ainsi, l’abstract d’une étude publiée le 16 février 2017 dans la revue Nature, “Baisse de la teneur mondiale en oxygène océanique”, prévient que “la teneur globale en oxygène océanique a diminué de plus de 2% depuis 1960, avec de grandes variations de perte d’oxygène dans différents bassins océaniques et à différentes profondeurs.”
Une synthèse des recherches en cours du 24 janvier 2018 de la Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego, rappelle que “la baisse de l’oxygène des océans fait partie des effets les plus graves des activités humaines sur l’environnement terrestre.” L’article met en évidence les plus grands dangers pour les mers et les océans et les sociétés humaines qui en dépendent, et ce qu’il faudrait faire pour garder les eaux de la Terre saines et productives. Aujourd’hui, confirme-t-il, les effets combinés de la surcharge en nutriments provenant des terres et du changement climatique – le réchauffement des eaux de surface empêche l’oxygène d’atteindre l’intérieur de l’océan – “augmentent considérablement le nombre et la taille des “zones mortes” en haute mer et dans les eaux côtières, où l’oxygène est trop faible pour soutenir la plupart des espèces marines.” Or, comme le rappelle Vladimir Ryabinin, secrétaire exécutif de la Commission océanographique internationale, “environ la moitié de l’oxygène sur Terre provient de l’océan.”
Mais l’étude la plus alarmante sur les menaces pesant sur l’oxygène terrestre provient de chercheurs de l’Université de Leicester, qui estime que l’oxygène terrestre pourrait chuter de façon spectaculaire suite à un changement de température de l’océan de quelques degrés seulement. L’étude dirigée par Sergei Petrovskii, professeur de mathématiques appliquées au département de mathématiques de l’institution, avance qu’une augmentation de la température de l’eau des océans du monde d’environ 6 degrés Celsius – qui pourrait survenir dès 2100 selon la modélisation dite du hot spot (la plus inquiétante) – pourrait suspendre la production d’oxygène par le phytoplancton en perturbant le processus de photosynthèse.
Le professeur Petrovski prévient: “On a beaucoup parlé de ses conséquences désastreuses attendues par le réchauffement climatique; la plus notoire est l’inondation mondiale qui peut résulter de la fonte de la glace antarctique. Cependant, il apparaît maintenant que ce n’est probablement pas le plus grand danger que le réchauffement puisse causer à l’humanité.” Et pour cause! Environ les deux tiers de l’oxygène atmosphérique total de la planète sont produits par le phytoplancton des océans, par conséquent son arrêt entraînerait l’épuisement de l’oxygène atmosphérique à l’échelle mondiale. Une probabilité effrayante. L’équipe de Leicester émet ce regret: “Peu de chercheurs explorent les effets du réchauffement climatique sur la production d’oxygène.” Elle appelle à la multiplication des travaux allant dans ce sens. Les collapsologues, écrivait Pablo Servigne, ne sont pas des catastrophistes, ce sont les derniers réalistes: “L’utopiste est celui qui croit que tout peut continuer comme avant.” ■
Il faut savoir que l’air que nous respirons, avec son oxygène miraculeux, le premier des biens communs, ce don inouï de la nature, n’a pas toujours enveloppé la Terre pour y soutenir la vie. Un journaliste scientifique américain, Sam Kean, nous le rappelle dans un livre récent, Caesar’s Last Breath. Decoding the Secrets of the Air Around Us (“Le dernier souffle de César. Décoder les secrets de l’air autour de nous”, Little, Brown and Company, 2017, non traduit). Si Sam Kean se passionne pour l’histoire de la chimie du “souffle”, c’est parce que celui-ci joue un rôle crucial pour le vivant.
En 1764 déjà, Joseph Black, un médecin et chimiste écossais, découvrait que les humains consomment de “l’air atmosphérique” et nous prévenait: “Vous pouvez survivre sans eau, sans liquides, pendant des jours. Mais sans gaz, vous tiendrez tout au plus quelques minutes.”
Inspirer l’oxygène pour survivre nous oblige à fraterniser avec les autres espèces respirantes et relie les hommes entre eux. Pour nous le rappeler, Kean nous conte la conjecture troublante du physicien italo-américain Enrico Fermi (1901-1954), Prix Nobel en 1938: chaque homme a sans doute dans ses poumons quelques bribes du dernier souffle de Jules César!
En effet, expliquait-il, César, en mourant, a expiré 400 cm3 d’air, contenant 25 sextillions de molécules de CO2 (10 suivi de 25 zéros); qui se sont dilués dans l’atmosphère terrestre. “Une molécule, a-t-il conclu, étant dans le même rapport avec un souffle d’air que ce dernier avec toute l’atmosphère” il y a de fortes chances que tout homme inspire à un moment une molécule expirée par César.
Bien sûr, Enrico Fermi savait que les arbres, depuis la mort de César, ont capté quantités de CO2 et que son hypothèse était fausse. Mais cette histoire nous rappelle combien le vivant est tributaire de notre respiration, de la présence d’oxygène à un taux constant et de la qualité de l’air. Nous en dépendons tous, plantes, animaux, humains, tous ceux qui doivent vivre dans un monde devenu respirable suite à d’énormes bouleversements physico-chimiques...
Il y a quelque 4,5 milliards d’années, la première atmosphère de la Terre était composée de dioxyde de carbone (CO2), de soufre, de sulfure d’hydrogène, d’ammoniaque et de méthane – des gaz qui suintaient des fissures du sol et des volcans. Puis, il y a 3,7 milliards d’années, certaines cyanobactéries et les micro-algues planctoniques ont inventé ce miracle de la vie, la photosynthèse, qui extrayant l’oxygène (O) du CO2 a commencé de produire l’air respirable de la Terre. Comment procèdent-elles à cette extraordinaire cuisine? Elles utilisent l’énergie du soleil pour casser – oxyder – les molécules d’eau et en libérer d’oxygène (ou plus savamment du dioxygène, car une molécule d’oxygène contient deux atomes).
Pendant plus de 2 milliards d’années, la photosynthèse s’est ainsi déroulée au sein des océans, produisant quantités d’oxygène, jusqu’à ce qu’apparaissent sur Terre, il y a près de 470 millions d’années, les premiers organismes photosynthétiques terrestres: les plus anciens fossiles de plantes remontent à cette époque, dite de l’Ordovicien moyen – essentiellement des spores de minuscules plantes non vascularisées où racines, tiges et feuilles se confondent.
Lentement mais surement, sur des millions d’années, secula seculorum, une partie de cet oxygène produit par photosynthèse a formé la couche de trioxygène, ou ozone, ce formidable bouclier qui protège la Terre du rayonnement solaire dans une serre perméable aux rayonnements spatiaux et autres bombardements de météorites. Il a permis qu’entre -541 et -530 millions d’années, le vivant s’épanouisse sur notre petite planète en forme de patate du système solaire. C’est ce que les géologues appellent “l’explosion cambrienne”: le plancton, grand fournisseur d’oxygène, les organismes complexes et les premiers animaux ont alors proliféré. Le taux d’oxygène est monté à 30% sous le Carbonifère (-358 millions d’année/- 0,2 millions d’années), puis s’est stabilisé depuis à 21%. Une permanence remarquable, autorisant une croissance exubérante des créatures vivantes.
Résumons: presque tout l’oxygène libre brut de l’air a donc été produit par la photosynthèse à l’œuvre dans les océans du fait du plancton et dans les grandes forêts tropicales. Mais, il faut savoir que la quasi-totalité de cet oxygène brut libéré par la végétation terrestre et les micro-organismes marins se trouvent immédiatement utilisée par la respiration de ces mêmes plantes et organismes, qui pour survivre consomment de l’oxygène et produisent du dioxyde de carbone. Autrement dit, la végétation des forêts produit le jour l’oxygène qui est réutilisé lors de leur respiration nocturne. En conséquence, la production nette d’oxygène par les forêts et les micro-organismes forestiers de la planète est pratiquement nulle. En ce sens, les grandes forêts et l’Amazonie ne sont pas comme on entend souvent “le poumon” de la planète au sens où ils ne produisent pas d’oxygène en plus. Par contre, ils jouent un rôle décisif dans la captation du carbone atmosphérique – ce carbone désormais en surplus du fait des intenses activités humines, et qui, comme le sait n’importe quel étudiant débutant en chimie, est en grande partie responsable du dramatique effet de serre qui réchauffe l’atmosphère terrestre.
D’où vient alors l’immense réservoir d’oxygène actuel de notre Terre? D’un déficit de respiration. En effet, depuis deux milliards d’années, une partie de la matière organique – mousses et fougères particulièrement – a été enfouie dans des tourbières et dans le sol, et quantités de plancton mort sont tombés au fond des océans, tant et si bien que toutes ces plantes et organismes n’ont pas consommé tout l’oxygène produit en surface. Mais si une masse considérable d’oxygène est présente dans l’atmosphère terrestre – ce qui est rassurant –, plusieurs équipes scientifiques s’alarment depuis dix ans d’un grave appauvrissement de la quantité d’oxygène dans les océans à mesure qu’ils se réchauffent – ce qui est inquiétant et pourrait devenir menaçant.
En effet, d’après ces études, la quantité d’eau en pleine mer sans oxygène a plus que quadruplé cours des 70 dernières années. Dans les plans d’eau côtiers, y compris les estuaires et les mers, les sites à faible teneur en oxygène ont été multipliés par plus de 10 depuis 1950. Les scientifiques s’attendent à ce que l’oxygène continue de chuter même en dehors de ces zones à mesure que la Terre se réchauffe. Ainsi, l’abstract d’une étude publiée le 16 février 2017 dans la revue Nature, “Baisse de la teneur mondiale en oxygène océanique”, prévient que “la teneur globale en oxygène océanique a diminué de plus de 2% depuis 1960, avec de grandes variations de perte d’oxygène dans différents bassins océaniques et à différentes profondeurs.”
Une synthèse des recherches en cours du 24 janvier 2018 de la Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego, rappelle que “la baisse de l’oxygène des océans fait partie des effets les plus graves des activités humaines sur l’environnement terrestre.” L’article met en évidence les plus grands dangers pour les mers et les océans et les sociétés humaines qui en dépendent, et ce qu’il faudrait faire pour garder les eaux de la Terre saines et productives. Aujourd’hui, confirme-t-il, les effets combinés de la surcharge en nutriments provenant des terres et du changement climatique – le réchauffement des eaux de surface empêche l’oxygène d’atteindre l’intérieur de l’océan – “augmentent considérablement le nombre et la taille des “zones mortes” en haute mer et dans les eaux côtières, où l’oxygène est trop faible pour soutenir la plupart des espèces marines.” Or, comme le rappelle Vladimir Ryabinin, secrétaire exécutif de la Commission océanographique internationale, “environ la moitié de l’oxygène sur Terre provient de l’océan.”
Mais l’étude la plus alarmante sur les menaces pesant sur l’oxygène terrestre provient de chercheurs de l’Université de Leicester, qui estime que l’oxygène terrestre pourrait chuter de façon spectaculaire suite à un changement de température de l’océan de quelques degrés seulement. L’étude dirigée par Sergei Petrovskii, professeur de mathématiques appliquées au département de mathématiques de l’institution, avance qu’une augmentation de la température de l’eau des océans du monde d’environ 6 degrés Celsius – qui pourrait survenir dès 2100 selon la modélisation dite du hot spot (la plus inquiétante) – pourrait suspendre la production d’oxygène par le phytoplancton en perturbant le processus de photosynthèse.
Le professeur Petrovski prévient: “On a beaucoup parlé de ses conséquences désastreuses attendues par le réchauffement climatique; la plus notoire est l’inondation mondiale qui peut résulter de la fonte de la glace antarctique. Cependant, il apparaît maintenant que ce n’est probablement pas le plus grand danger que le réchauffement puisse causer à l’humanité.” Et pour cause! Environ les deux tiers de l’oxygène atmosphérique total de la planète sont produits par le phytoplancton des océans, par conséquent son arrêt entraînerait l’épuisement de l’oxygène atmosphérique à l’échelle mondiale. Une probabilité effrayante. L’équipe de Leicester émet ce regret: “Peu de chercheurs explorent les effets du réchauffement climatique sur la production d’oxygène.” Elle appelle à la multiplication des travaux allant dans ce sens. Les collapsologues, écrivait Pablo Servigne, ne sont pas des catastrophistes, ce sont les derniers réalistes: “L’utopiste est celui qui croit que tout peut continuer comme avant.” ■
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Frédéric Joignot, journaliste, romancier, essayiste. Dernier ouvrage: L’Art de la ruse (Tohu Bohu, 2018).
Blog invité du Monde: lemonde.fr/blog/fredericjoignot
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