James Lovelock et le Détecteur à capture d’électrons (Electon Capture Detector)

Je n’avais pas conscience que l’une de mes inventions, le détecteur à capture d’électron, affecterait de manière significative le développement de la pensée environnementale. James Lovelock

A la fin des années 50, James Lovelock a développé un certain nombre d’instruments d’analyse chimique qui lui ont procuré une certaine crédibilité dans le cercle scientifique.

James Lovelock a travaillé avec A.J.P. Martin, cocréateur avec A.T. James de la chromatographie en phase gazeuse, qui leur a valu le Prix Nobel en 1952. Cette collaboration l’oriente vers ce genre de techniques. En 1957, James Lovelock développe le détecteur à capture d’électrons, un outil d’analyse de très haute précision qui permet d’étudier la composition en gaz d’une atmosphère. D’après ses propres termes, le DCE a servi de « monnaie d’échange » à James Lovelock qui lui a permis de « réaliser [sa] quête Gaïa à travers les différentes disciplines scientifiques. »

Principe du DCE :

Le DCE utilise un composé radioactif émetteur de particules β (³H ou ⁶³Ni) afin d’ioniser certain des gaz et de produire un courant entre deux électrodes. Quand des molécules organiques contenant les groupes fonctionnels électronégatifs (halogènes, composés phosphorylés ou azotés) passent à travers le détecteur, ils capturent des électrons et réduisent le courant mesuré entre les deux électrodes. Le DCE est capable de détecter des composés présents à partir de 0,1pg.

Applications du DCE :

Le DCE a notamment permis la détection des CFC (chlorofluorocarbones). James Lovelock a mis en évidence un taux considérable de CFC dans l’atmosphère. Les dommages causés par la photolyse de ces gaz sur la couche d’ozone ont ensuite été démontrés par Franck Rowland et Mario Molina en 1974 (prix Nobel de Chimie en 1995).

L’invention de James Lovelock a également permis de détecter des résidus de pesticides dans un grand nombre d’êtres vivants, des pingouins d’Antarctique au lait maternelle aux Etats-Unis. Ces observations ont été la base du livre de Rachel Carson, Silent Spring, publié en 1962, qui est à l’origine de la campagne de lutte contre les pesticides, et notamment le DDT.

Par ailleurs, ce détecteur a permis à James Lovelock de soutenir l’hypothèse Gaia (cf. Lovelock, J.E. 1982. From gas chromatography to Gaia. Chromatographia, 16, 26-31) grâce à l’étude des cycles des DMS (diméthylsulfides). Avec trois autres scientifiques, il développe l’hypothèse DMS selon laquelle le phytoplancton, par le biais des DMS , influe sur le climat par un effet rétroactif négatif, permettant la stabilisation de la température de l’atmosphère terrestre.

James Lovelock et la NASA

Dans les années 1960, la NASA a mené une série d’investigations sur la planète Mars afin de déterminer si l’on pouvait y détecter la présence de vie. Dans ce cadre, James Lovelock est invité en 1961 à rejoindre le Jet Propulsion Laboratory (JPL). Il propose avec Dian Hitchcock l’utilisation des tests physiques afin de détecter la présence de vie sur une planète grâce à la composition en gaz de son atmosphère. En effet : « Si une planète était sans vie, alors on pourrait s’attendre à ce que son atmosphère soit déterminée simplement par la physique et la chimie et donc proche de l’état d’équilibre chimique. Mais si la planète portait de la vie, les organismes à la surface seraient obligés d’utiliser l’atmosphère comme une source de matières premières et un dépositoire de déchets. Une telle atmosphère changerait sa composition chimique. Elle s’éloignerait de l’équilibre, dévoilant en quelque sorte la présence de vie. » James Lovelock (http://www.ecolo.org/lovelock/lovedeten.htm)

Grâce à cette technique, James Lovelock met en évidence les différences saisissantes existants entre l’atmosphère martienne (très proche de l’équilibre chimique et présentant du dioxyde de carbone en abondance) et l’atmosphère terrestre. Des anomalies de la composition en gaz de l’atmosphère de notre planète comme la coexistence entre des gaz très réactifs comme le méthane ou la grande quantité d’oxygène seraient inenvisageable sur une planète sans vie. James Lovelock a ainsi démontré l’absence de vie sur Mars. Si cette constatation n’a pas plus à aux sponsors de la recherche spatiale, elle a été confirmée par les résultats des programmes Viking I et Viking II en 1975.

L’étude des différences fondamentales entre la composition des atmosphères martienne et terrestre a été le point de départ des questionnements de James Lovelock sur la spécificité de la Terre et sa capacité à accueillir la vie.

James Lovelock et l’élaboration de l’hypothèse Gaïa

L’expérience de James Lovelock à la NASA est en grande partie à l’origine de l’idée de Gaïa. Comme il le dit lui-même : « Quand la NASA a monté don projet d’exploration planétaire dans les années 1960, nous avons tous été forcés de porter un regard nouveau sur la vie et la Terre. » Par ailleurs, les premiers clichés de la Terre vue de l’espace « telle qu’elle est », semble avoir orienté James Lovelock vers une vue d’ensemble de notre planète.

Son questionnement démarre lorsqu’il travaille au Jet Propulsion Laboratory. En se penchant sur la détection de la vie sur Mars, James Lovelock est amené à s’interroger sur les conditions du développement de la vie sur notre propre planète. Il a constaté les extraordinaires conditions de déséquilibre chimiques qui caractérisent l’atmosphère terrestre et en a conclu que de telles conditions ne pouvaient être stables que dans le cas d’une régulation du système. En 1968, il est invité par l’American Astronautical Society à produire un article qui mentionnait pour la première fois « la notion de la Terre comme un système autorégulé ».

En 1971, le début de sa collaboration avec Lynn Margulis marque une étape importante dans l’élaboration de la théorie Gaïa. Cette biologiste, qui est la première à formuler de manière cohérente l’hypothèse endosymbiotique, a permis de « mettre de la chair sur le squelette de Gaïa ». James Lovelock reprend l’idée développée par James Hutton en 1785 selon laquelle la Terre est un super-organisme qui ne peut être correctement étudié que par la physiologie.

En 1972, James Lovelock entreprend un voyage sur le Shackleton afin de mesurer la quantité de DMS (diméthylsulfide) dans différentes régions du monde. Ces mesures le mettent sur la voie d’un des modes de régulation de la composition de l’atmosphère par les microorganismes marins. Il formule l’hypothèse CLAW avec Robert Charlson, Meinrat Andrea et Stephen Warren. Leurs mesures sont confirmées par M. O. Andreae à la fin des années 70.

L’année 1972 marque le « lancement » de l’hypothèse Gaïa. James Lovelock publie un article intitulé : “Gaia as seen through the atmosphere” (Atmospheric Environment, 1972, 6,p.579-580). Dans cet article, James Lovelock met en évidence la nécessité d’un système de régulation pour maintenir la composition actuelle de l’atmosphère, particulièrement favorable au développement de la vie. Selon lui, l’augmentation de quelques pourcents de la concentration en O₂ ou de la pression entraînerait des conséquences très importantes sur notre environnement. James Lovelock pose alors la question : « Ce sont deux exemples choisis parmi de nombreux autres qui pourraient montrer simplement à quel point l’environnement est adapté à la vie. Ou est-ce plus probable que la biosphère interagisse activement avec l’environnement de manière à le maintenir à son optimum ? L’objectif de cet article est de suggérer que la vie, aux premiers stades de son évolution, a acquis la capacité de contrôler son environnement global en fonction de ses besoins et que cette capacité s’est perpétuée et est toujours activement utilisée. » Certaines critiques ont soulevé le fait que les articles de James Lovelock sur ce sujets ont souvent été plus poétiques et philosophiques que réellement scientifiques.

Toutefois, James Lovelock a ensuite appuyé sa théorie par un grand nombre d’articles scientifiques, écrits seul ou en collaboration avec Lynn Margulis ou Andrew Watson par exemple. En 1974, James Lovelock et Lynn Margulis Margulis publient “ Biological modulation of the Earth’s atmosphere ” (Icarus, Volume 21, n°4, Avril 1974, pp.471-489) et“Atmospheric homeostasis by and for the biosphere: the Gaia hypothesis” (Tellus, 1974, 26, p.1-10).

L’ouvrage fondateur la théorie Gaïa, Gaia: a new look at life on Earth (La Terre est un être vivant : L’hypothèse Gaïa) est publié en 1979. James Lovelock y formule son hypothèse : « hypothèse suggérant que la matière organique, l’air, les océans et la surface terrestre de la Terre forment un système complexe susceptible d’être appréhendé comme un organisme unique et ayant le pouvoir de préserver les caractéristiques vitales de notre planète. » ( Lien vers le résumé complet du livre )

Les réponses de James Lovelock aux critiques récurrentes adressées à Gaïa

En formulant l’hypothèse Gaïa, James Lovelock a pris un grand risque quant à sa réputation de scientifique. Alors que son parcours était jusque là jugé avec le plus grand respect, de vives critiques vont être adressées à sa méthode scientifique et à sa théorie, peu prise au sérieux.

Les principales caractéristiques générales qui lui sont adressées peuvent être résumées en 3 points :

• Le téléologisme

D’une certaine manière, la première critique qui a été adressée à Gaïa porte sur son nom même. Selon James Lovelock, « la « Biosphère », tout comme les autres groupements en biologie, est une entité dans les propriétés sont plus importantes que celles de la somme de ses parties. Même si elle n’est qu’hypothétique, une telle créature « globale » possédant la capacité de réguler l’environnement de la planète a besoin d’un nom. » Le nom de la déesse grecque, personnification de la Terre-Mère a été suggéré à James Lovelock par son ami William Golding.

La particularité de la conception de James Lovelock de la relation entre science et religion est en effet perceptible dans certaines formulations de son hypothèse (cf. sémiotique ). Laissant suggérer une sorte de personnification de la Terre, de mauvaises interprétations de la théorie ont taxé James Lovelock d’attribuer une volonté propre à la planète. L’auteur dément formellement cette dimension téléologique attribuée sa théorie. Dès la publication de L’hypothèse Gaïa en 1979, il répond à cette critique dans le préface en affirmant lui-même que certains passages de son livre « risqu[aient] de paraître influencés par les fléaux jumeaux de l’anthropomorphisme et de la téléologie. »

Toutefois, cette critique reste l’une des plus durables. Elle a poussé James Lovelock, notamment, à reprendre la distinction établie par Kirchner entre l’hypothèse forte de l’hypothèse faible dans un texte de 2004 intitulé Reflections on Gaia. L’hypothèse faible de Gaïa correspond à celle défendue par James Lovelock : la vision de la Terre comme un système autorégulé ; alors que l’hypothèse forte, dénoncée par ses opposants correspond à l’idée d’une Terre vivante au sens biologique.

Cette confusion a poussé James Lovelock à réfléchir de nouveau au nom de sa théorie. En effet, il constate en 2004 que : « Ce que nous ne semblions pas avoir remarqué, c’est que la science de Gaïa fait dorénavant partie de la connaissance conventionnelle et est nommée « Science du système Terre » ; seul le nom de Gaïa reste controversé. » Dans ce sens, si la Déclaration d’Amsterdam sur le changement climatique (2001) ne développe par l’hypothèse Gaïa, elle proclame : « Le système Terre se comporte comme un système global autorégulé comportant des éléments physiques, chimiques, biologique et humains. »

• L’holisme

Par ailleurs, pour James Lovelock, l’hypothèse Gaïa s’inscrit dans une vision pluridisciplinaire des sciences. « Nous avons encore une certaine route à parcourir car une entière compréhension de la Terre requiert l’abolition des frontières interdisciplinaires. » En créant le terme de géophysiologie pour qualifier son approche de la science de Gaïa, James Lovelock abat en effet les frontières entre deux disciplines scientifiques fortement éloignées l’une de l’autre.

Cette vision holiste de la science a rencontré l’opposition de scientifiques comme Dawkins et Doolittle , défendant plutôt une approche réductionniste des sciences, impliquant de maintenir les frontières existantes entre les disciplines. Ces deux néodarwinistes défendent l’idée que rien ne permettait, dans le principe de la sélection naturelle, d’expliquer cet « altruisme à grande échelle ». Ils affirment que cette capacité des organismes à réguler leur environnement devrait être inscrite dans leurs gènes.

En réponse aux différentes critiques qui lui sont faites, James Lovelock enrichie son modèle par des outils techniques et des études scientifiques. Ainsi, en 1982, il développe la premier modèle du Daisyworld , avec la collaboration d’ Andrew Watson notamment. Ce modèle consiste en un outil mathématique et informatique permettant de mettre en évidence l’évolution d’un système simplifié en fonction des conditions environnementales.

• La non-testabilité

Enfin, l’hypothèse Gaïa s’est vu réfuter le qualificatif de théorie scientifique du fait de sa non réfutabilité. A cette idée, James Lovelock oppose un certain nombre de tests qui permettent de mettre en évidence la capacité d’autorégulation du système Terre.

Ainsi, James Lovelock appuie son hypothèse grâce à l’étude des spécificités chimiques de l’atmosphère et des cycles de régulation de sa composition. Il s’appuie sur ses recherches sur le DMS , mais s’intéresse également sur le dioxyde de carbone. Ainsi, dans un article rédigé en collaboration avec Andrew Watson (« The Regulation of Carbon Dioxide and Climate: Gaia or Geochemistry », Planet. Space Sci., vol.30, n°8, pp.795-802, 1982), James Lovelock démontre le contrôle biologique de la pression partielle de CO₂.

James Lovelock détaille dix prédictions de l’hypothèse Gaïa qui ont été confirmée dans son article Reflections on Gaia de 2004 :

– Que la Terre était, et est toujours en grande partie, gérée par son écosystème bactérien ;

– Que l’atmosphère de l’Archéen était chimiquement dominé par le méthane ;

– Que l’érosion des roches (rock weathering Schwartzman) fait partie du système d’aurorégulation impliquant le biota qui régule le taux de dioxyde de carbone atmosphérique et stabilise la température ;

– Que les niveaux d’oxygène nécessitent une régulation pour être maintenus entre 15 et 25% ;

– Que les cycles naturels des éléments sulfureux et iodeux se mettent en place via la production biologique de diméthyle sulfure et de méthyle iode ;

– Que l’émission de diméthyle sulfure de l’océan est liée à la présence d’algues à la surface, aux nuages et à la régulation du climat ;

– Que le climat d’une région est couplé à la croissance des arbres, tant dans les régions tropicales que boréales ;

– Que la biodiversité est un élément nécessaire à l’autorégulation de la planète ;

– Que les procédures mathématiques permettant de modéliser ces systèmes ont été initié par le Daisyworld ;

– Que la vie sur les autres planètes peut être détectée par l’analyse de la composition chimique de leurs atmosphères.

Ainsi, le lien entre la présence de vie et la composition en gaz de l’atmosphère est une affirmation réfutable puisque que la découverte de vie sur Mars ou sur Vénus entraînerait une remise en question de l’ensemble de la théorie Gaïa.

Gaïa et les questions environnementales

James Lovelock a publié deux autres principaux ouvrages sur Gaïa : Les Âges de Gaïa (1990) et La Revanche de Gaïa (2006). Dans ce dernier livre, on constate une réelle évolution de la position de James Lovelock. Cette évolution ne touche pas à proprement parler sa théorie, mais plutôt la relation qu’elle entretient avec les questions écologiques.

Dans son premier ouvrage, en 1979, James Lovelock ne s’inquiétait pas outre mesure de l’avenir de la planète ou de la population humaine. Selon lui, le procédé qui avait jusque là permis de maintenir des conditions favorables à la vie devrait se perpétuer et ne pourrait être perturbé par les activités humaines. Toutefois, les hommes doivent prendre garde à ne pas détériorer des milieux essentiels à la régulation des gaz comme les milieux marins côtiers pour la régulation du DMS .

En revanche, dans son dernier livre, James Lovelock adopte un langage beaucoup plus alarmiste quant à l’avenir de l’espèce humaine. Ainsi, son optimisme quant à la capacité de la Terre à se régénéré s’est affaiblit : « Même si nous cessions d’accaparer les terres et l’eau, même si nous cessions de polluer l’air, il faudrait à la Terre plus de milles ans pour se remettre des dommages que nous lui avons infligé ; il se peut qu’il soit déjà trop tard pour que cette mesure drastique nous sauve. »

La répercussion de ces deux ouvrages dans le grand public, notamment en France est également fondamentalement différente. En effet, L’hypothèse Gaïa a surtout sollicité l’attention des scientifiques. La question du changement climatique ayant pris le devant de la scène depuis les années 90, La revanche de Gaïa a donné lieu à un écho médiatique très important. Les prises de positions de James Lovelock sur ces questions environnementales ont ouvert le débat, jusqu’alors confiné à la communauté scientifique, au grand public.

Au-delà de Gaïa

En effet, depuis quelques années, et notamment après la publication de son dernier, James Lovelock a exprimé sa vis-à-vis des questions écologiques dans de nombreux articles.

Ces positions sont de deux ordres :

Dans un article de The Independent du 16 janvier 2006, James Lovelock considère que « Le réchauffement global constitue la plus grande menace contre la civilisation. » C’est en effet l’espèce humaine elle-même qui est mise en péril et non la Terre. Dans un article du Monde de 10 février 2006, James Lovelock affirme que : « Avec le réchauffement, la plus grande partie de la surface du globe va se transformer en désert. Les survivants se grouperont autour de l’Arctique. Mais la place manquera pour tout le monde, alors il y aura des guerres, des populaces déchaînées, des seigneurs de la guerre. Ce n’est pas la Terre qui est menacée, mais la civilisation. » Il prévoit des milliards de morts et estime que la population mondiale devra se stabiliser autour d’une centaine de milliers d’individus. James Lovelock dénonce les mesures à minima adoptées notamment lors du protocole de Kyoto en les qualifiant de « mesures cosmétique ».

Par ailleurs, James Lovelock vois dans l’énergie nucléaire la solution à cette menace. Il considère qu’elle est en effet la seule source d’énergie disponible en quantité suffisante et qui ne rejette pas de gaz à effet de serre. Selon lui, les énergies renouvelables ne peuvent pas répondre à cette menace immédiate. Cette position a entraîné une réaction importante notamment parmi les associations écologiques. De nombreuses associations ont critiqué James Lovelock, mais d’autres comme Environmentalists For Nuclear Energy se sont fortement appuyé sur ses idées pour défendre leur propre position.

James Lovelock a également proposé de répondre à la menace du réchauffement climatique par des outils techniques comme les « oceans pipes » proposé avec Chris Rapley dans un article de Nature en septembre 2007. Ce procédé permettrait de piéger le dioxyde de carbone en s’appuyant sur les mécanismes naturel de piégeage du CO₂ par le phytoplancton. .