hypothèse scientifique controversée

 

 L'hypothèse Gaïa, appelée également hypothèse biogéochimique, est une hypothèse scientifique controversée, initialement avancée par l'écologiste anglais James Lovelock en 1970, mais également évoquée par d'autres scientifiques avant lui, selon laquelle la Terre serait « un système physiologique dynamique qui inclut la biosphère et maintient notre planète depuis plus de trois milliards d'années, en harmonie avec la vie ».

L'ensemble des êtres vivants sur Terre serait ainsi comme un vaste organisme — appelé « Gaïa », d'après le nom de la déesse de la mythologie grecque personnifiant la Terre — réalisant l'autorégulation de ses composants pour favoriser la vie. Un exemple cité par Lovelock à l'appui de son hypothèse est la composition de l'atmosphère, qui aurait été régulée au cours du temps de manière à permettre le développement et le maintien de la vie.

L'hypothèse Gaïa repose sur un modèle scientifique qui se fonde sur plusieurs constatations écologiques, climatologiques, géologiques ou encore biologiques (à travers la notion d'éco-évolution notamment) et appelé Earth system science. Il en résulte un pronostic alarmiste quant à l'avenir de la biosphère, face au défi du changement climatique notamment.

L'hypothèse Gaïa est développée par James Lovelock dans plusieurs ouvrages : Les Âges de Gaïa (1990), La Terre est un être vivant, l’hypothèse Gaïa (1999), Gaïa. Une médecine pour la planète (2001) et enfin La Revanche de Gaïa (2006) qui dresse le tableau d'une planète devenue inhabitable pour l'homme. D'autres scientifiques comme Lynn Margulis reprennent l'hypothèse Gaïa, qui depuis les travaux de Lovelock a fait l'objet d'une abondante littérature, tant scientifique que philosophiquenote. Du modèle géobiochimique est née la géophysiologie qui, dans la continuité de l'hypothèse Gaïa, propose d'étudier toutes les interactions existant au sein du système-Terre.

 

 Définition et champ épistémologique

Expériences et constatations ayant conduits à Gaya

Le modèle de Lovelock est né d'une multitude de constatations scientifiques, de toutes disciplines, s'échelonnant de 1965 à 2000 principalement6 et dont l'ensemble constitue ce que Mitchell Rambler, René Fester et Lynn Margulis ont nommé l'« écologie globale » Global Ecologynote . Des recherches sont encore menées au sein de divers centres d'étude comme le Centre for Ecology and Hydrology, le Hadley Centre for Climate Prediction and Research et la Edinburgh Research Station par exemple. Dans ses divers ouvrages James Lovelock cite un corpus d'expériences appuyant son modèle gaïen, parmi lesquelles :

Dès 1968 Lynn Margulis écrit un article intitulé The Origin of Mitosing Eukaryotic Cells qui fondera plus tard la théorie endosymbiotique. Elle fait alors dans cet article et plus tard dans son ouvrage le lien entre la physiologie et les régulations à l’échelle terrestre ; en 1971 elle s'associe à Lovelock et, en 1976 les deux scientifiques écrivent « Is Mars a Spaceship, Too? » qui propose une lecture gaïenne de l'atmosphère martienne.


En 1972, James Lovelock entreprend un voyage scientifique sur le navire le Shackleton ; son but est de mesurer la teneur atmosphérique en Sulfure de diméthyle (DMS)10,11 en des points différents du Globe. Il conclut que les organismes marins ont un rôle de régulation dans la diffusion des DMS et publie la même année le premier article évoquant le mécanisme gaïen : « Gaia as seen through the atmosphere »12. Avec d'autres scientifiques — Robert Charlson, Meinrat Andrea et Stephen Warren13 — Lovelock émet l'hypothèse « CLAW » (acronyme des noms des auteurs) qui postulent que les émissions de DMS produit par le plancton marin modifient l'absorption de lumière de la planète et sont impliquées dans la régulation climatique, via un processus similaire à celui de l'albédo10,14. L'hypothèse CLAW est confirmée expérimentalement par M. O. Andreae en 197810.

Richard Betts du Hadley Centre for Climate Prediction and Research a montré dans quelle mesure les forêts tropicales ont surmonté la limitation en eau en s'adaptant à un milieu chaud, par un recyclage de celle-ci. Betts et son collègue, Peter Cox, postulent qu'une élévation de 4 °C de la température suffirait à mettre la forêt amazonienne hors d'état d'assurer ce mécanisme de refroidissement. Andrew Watson et Tim Lenton ont montré le maintien d'une composition chimique stable dans le mélange atmosphérique, et notamment le rôle joué par le phosphore. Enfin, Peter Liss a expliqué en quoi les océans sont les sources biologiques des éléments essentiels à la chimie de la biosphère (soufre, sélénium et iode principalement).

 

Un nouveau point de vue sur la vie 

Plus qu'une explication géologique, l'hypothèse Gaïa est selon ses partisans une vision particulière de la vie, une réponse scientifique à la question du Vivant, concept protéiforme selon la discipline concernée, voire ignorée par les communautés scientifiques pour James Lovelock : « Je lus beaucoup, espérant découvrir dans la littérature scientifique une définition complète de la vie considérée comme un processus physique, sur laquelle il serait possible de fonder le principe des expériences visant à la détecter. (…) On avait accumulé des tonnes de données sur tous les aspects imaginables des espèces vivantes, des parties les plus extérieures au plus intérieures. Mais dans la vaste encyclopédie de faits qui se trouvait à notre disposition, le cœur du sujet (la vie elle-même) avait été quasiment ignoré. » En ce sens la conception gaïenne tient de celles d'Alfred James Lotka et d'Erwin Schrödinger (dans What is Life?, 1944). L'hypothèse permet de dépasser le cadre dichotomique habituel du biotique - abiotique en montrant que les espèces participent à l'histoire du milieu, qui, en retour, a pour finalité le développement de la biosphère : « La vie ne s’est pas adaptée à un monde inerte déterminé par la main morte de la chimie et de la physique. Nous vivons dans un monde qui a été construit par nos ancêtres, anciens et modernes, entretenu en permanence par le biote actuel dans sa totalité. » D'un point de vue philosophique, le modèle gaïen — que Jacques Grinevald nomme la Biosphère-Gaïa — s'apparente à une nouvelle philosophie des Lumières.

Il ajoute que les espèces également obéissent à une autorégulation vers plus de stabilité : « Si, dans le monde réel, l’activité d’un organisme modifie son environnement matériel dans un sens qui le favorise, et que par conséquent, il a une descendance plus abondante, alors l’espèce et la modification vont croître l’une et l’autre jusqu’à ce qu’un nouvel état stable soit atteint. ». Enfin, au final, « à une échelle locale, l’adaptation est le moyen par lequel les organismes peuvent survivre dans des environnements défavorables, mais à l’échelle planétaire, l’association entre la vie et son environnement est tellement étroite que la notion tautologique d’« adaptation » est proprement évacuée. » En ce sens, le modèle gaïen est une réponse au darwinisme strict qui voit dans la vie un accident n'ayant aucune espèce de relation à l'environnement selon Lynn Margulis. Philippe Bertrand, dans Les Attracteurs de Gaïa (2008) décrit l'évolution du système-Terre comme la mise en place d'une complexité croissante créant et faisant interagir différents niveaux de régulation (les « attracteurs »), biologiques et non biologiques, depuis les cellules jusqu'au cadre global, chimique, biogéochimique, climatique et gravitationnel, et où l'évolution par sélection naturelle joue toutefois pleinement son rôle.

 

Origines du nom « Gaïa » 


L'hypothèse d'une Terre animée (même si Lovelock ne lui attribue jamais d'intelligence ou d'émotions) est un thème récurrent dans l'imaginaire humain, que cela soit dans la littérature ou dans les théories scientifiques. Si cependant aucun modèle n'a été aussi précis et argumenté que celui de Lovelock, qui est un « scientifique sans affiliation », d'autres auteurs ont proposé une vision assez proche de celle de l'écologiste. La personnification du concept n'est donc au final qu'une métaphore heuristique qui remplit un but avant tout didactique : « Dans cet ouvrage, je parle souvent de l’écosystème planétaire, Gaïa, comme vivant, (…). Lorsque je fais cela, je ne me cache pas que le terme « vivant » relève de la métaphore et que la Terre n’est pas vivante comme vous et moi ou même une bactérie. Dans le même temps, j’insiste sur le fait que la théorie Gaïa elle-même est véritablement de la science et non une simple métaphore. J’utilise le terme « vivant » comme un ingénieur disant qu’un système mécanique est vivant, pour distinguer son comportement lorsqu’il est mis en marche ou arrêté, ou au point mort » explique son créateur.


Néanmoins, ce point de vue est celui de Lovelock au début de son hypothèse, au moment où il doit ménager son image au sein de la communauté scientifique. Depuis, il l'a largement personnifiée, jusqu'à élargir le modèle à une dimension mystique voire religieuse, mais sans jamais en faire une entité consciente ou une sorte de dieu vivant. Les théories Gaïa par contre, se réclamant de ses assertions, ont développé à sa suite l'idée que la Terre aurait une « conscience », voire qu'elle serait une sorte de divinité, dans la tradition du mouvement New Age.

Gaïa — Gaya, Gaiya, Gæa ou Gè — est en effet dans la mythologie grecque la déesse de la Terre, mère des dieux, liée au culte de la fécondité, et aussi l'une des plus ancienne représentation théiste de l'histoire humaine puisqu'on retrouve des statues de la terre-mère (Grande Déesse) à l'époque préhistorique (Mohenjo-daro et Harappa). Le nom de l'hypothèse a été choisi par Lovelock sur l'avis de l'écrivain et ami William Golding; l'universalité du nom, permis par la diffusion de la mythologie grecque d'une part, le fait que le nom par ailleurs véhicule une idée de protection et de maternalisme, procure à l'hypothèse une métaphore adéquate. Lovelock fut dès le début conscient de l'importance de fournir une métaphore universelle et immédiate, et ce afin d'en rendre le contenu vulgarisable, et afin de rivaliser avec les autres modèles reconnus. Par opposition à cet aspect positif, Lovelock parle aussi de Kâlî, déesse qui représente l'aspect destructeur divin dans l'hindouisme, aspect négatif de la Terre si elle venait à expulser l'homme.

 

Gaïa et le darwinisme 

Lovelock conserve la théorie de Darwin sur l'évolution des espèces au sein de leurs milieux. L'hypothèse Gaïa intègre donc les conclusions de la sélection naturelle, en dépit d'une critique du généticien anglais Richard Dawkins au début des exposés de Lovelock. Ce dernier considère qu'on ne peut attribuer à la Terre un rôle dans l'évolution. Lovelock réfute cet argument et intègre même la « théorie du gène égoïste » de Dawkins à son modèle. L'hypothèse Gaïa n'est selon lui aucunement en contradiction avec les conclusions du darwinisme, qui a pour objet épistémologique le Vivant. En réalité, Lovelock retient du néo-darwinisme l'idée que la génétique a pour rôle d'adapter au mieux les espèces à leurs milieux. Il développe ainsi un concept mixte, celui d'éco-évolution qui définit le Vivant comme une propriété émergente de l'écosystème : alors que chaque espèce poursuit son intérêt propre, la combinaison de leurs actions tend à contrebalancer les effets du changement environnemental.


Or, Darwin stipule que le milieu même modifie les espèces, non l'inverse, et c'est la raison pour laquelle Richard Dawkins s'oppose à Lovelock. Tout en reconnaissant le côté autorégulateur de la planète, il met l'accent sur le fait que Lovelock a oublié la condition essentielle nécessaire à définir un être vivant et son évolution, qui est « l'opposition permanente à un milieu extérieur (proies et prédateurs), seule susceptible de le faire évoluer au fil du temps par le mécanisme bien connu de l'évolution naturelle ». Or la Terre ne possède pas de prédateur ou même n'évolue dans aucun milieu permettant la compétition, il s'ensuit que l'hypothèse Gaïa est un abus du modèle de la sélection naturelle, ce que Lovelock reconnaît pourtant. Néanmoins, avec son modèle de simulation informatique Daisyworld, Lovelock intègre à sa théorie la vision de Darwin, qui n'est plus incompatible avec ses postulats : « Daisyworld a été imaginé pour montrer que la théorie darwinienne de l'évolution par la sélection naturelle n'est pas en contradiction avec la théorie Gaïa, mais en fait partie intégrante ».

Le débat s'est poursuivi avec le soutien à Lovelock de l'entomologiste Edward Osborne Wilson, qui le rejoint dès 2002, avec son ouvrage The Future of the life. Wilson est également un proche de Dawkins. Fondateur de la sociobiologie, Wilson permet d'adapter le modèle écologiste de Lovelock avec celui, phylogénétique, de Darwin. Si Wilson dit partir des espèces pour deviner un écosystème intelligent, Lovelock part lui de l'écosystème pour aboutir à définir des espèces y contribuant mais selon Wilson tous deux se rejoignent. Néanmoins des zones de conflits existent toujours, entre le modèle gaïen et la théorie de la sélection naturelle. La principale concerne l'absence de capacité de reproduction, capacité qui est le propre des espèces, et qui n'appartient pas au genre de Gaïa.

 

Gaïa et la systémique 

Le modèle de Lovelock s'enracine précisément dans la systémique, théorie elle-même née de la cybernétique de Wiener, et exposée notamment par Joël de Rosnay dans Le Macroscope. Gaïa répond ainsi à toutes les propriétés inhérentes à la définition d'un système. Lovelock et ses partisans n'ont en effet de cesse dans leurs ouvrages de faire de la Terre, du climat et de ses processus, des systèmes ouverts suivant les conclusions de la cybernétique, même « si » certains processus ne sont pas reconnus comme systémiques par certains détracteurs comme Richard Dawkins. Le système-Terre possède en effet trois caractéristiques cybernétiques :

L’« interaction », qui renvoie à l’idée d’une causalité non-linéaire et qui entre dans les phénomènes d'éco-évolution et de symbiose en biologie. L'interaction (qui se confond avec le concept de « finalité ») se manifeste dans la recherche constante d'états stables, en interaction avec la biosphère ;
La « totalité » qui postule que si un système est d’abord un ensemble d’éléments, il ne s’y réduit pas, idée reprise dans la formule consacrée : « le tout est plus que la somme de ses parties ». La Terre se comporte ainsi comme un tout cohérent en boucle fermée : « Par la théorie Gaïa, je vois la Terre et la vie qu’elle porte comme un système, système qui a la faculté de réguler la température et la composition de la surface de la Terre et de la maintenir propice à l’existence des organismes vivants. L’autorégulation de ce système est un processus actif fonctionnant grâce à l’énergie fournie sans contre partie par le rayonnement solaire. »;
L’« organisation » est le concept central pour comprendre ce qu’est un système. L’organisation est l’agencement d’une totalité en fonction de la répartition de ses éléments en niveaux hiérarchiques. Une interaction avec des systèmes dynamiques subordonnés est partie intégrante de Gaïa : « La majorité des géochimistes considéraient l’atmosphère comme un produit final de l’émission de gaz planétaire et étaient convaincus que les réactions subséquentes par processus abiologiques avaient déterminé son état actuel. (…) La vie empruntait simplement les gaz à l’atmosphère et les lui renvoyait non modifiés ». Cette propriété est démontrée par le modèle de simulation Daisyworld.

L'hypothèse Gaïa devient ainsi, après sa reconnaissance en 2001 lors du Congrès d'Amsterdam, un pilier fondateur du modèle interdisciplinaire écologique nommé Earth system science, qui réunit de nombreuses disciplines scientifiques autour d'une volonté commune : comprendre, modéliser et prévoir les soubresauts de la Terre, dans une approche systémique.

 

Précédents théoriques

Précédents philosophiques 

Dès l'Antiquité, les stoïciens conçoivent l'Univers comme un tout ordonné (le cosmos) dans lequel tout a une cause, de sorte qu'un événement quel qu'il soit entraîne nécessairement un événement futur déterminé. La raison est la faculté qui nous permet de saisir ces relations de cause à effet, pour les Grecs. Parallèlement, les stoïciens appellent Raison (le logos) cet ordonnancement universel de la Nature, qui forme un tout qualifié de « divin ».

Johannes Kepler, dès le XVIIe siècle, est le premier scientifique à émettre l'idée que la Terre serait comme un organisme rond et unique. Léonard de Vinci fait ensuite une comparaison entre le fonctionnement interne du corps humain et le mécanisme de la Terre. Par ailleurs, la pensée de Lovelock se rapproche de celle de Ralph Waldo Emerson, philosophe américain, qui a voulu replacer la Nature dans le débat métaphysique. Pour Emerson, dans son ouvrage Nature (1836), l’homme est devenu un demi-homme, qui utilise la nature par son entendement seul, par le travail pénible des forces matérielles, parce qu’il a perdu ses forces spirituelles. Enfin, l'écologie littéraire d'Henry David Thoreau, pionnier de la conscience environnementale selon Donald Worster, propose une vision spirituelle de la Terre proche de celle de Gaïa. Thoreau dit ainsi en 1851 que « la terre que je foule aux pieds n'est pas une masse inerte et morte, elle est un corps, elle possède un esprit, elle est organisée et perméable à l'influence de son esprit ainsi qu'à la parcelle de cet esprit qui est en moi » ; il parle par ailleurs de « terre vivante » et de « grande créature ».

 

Précédents scientifiques 

Les métaphores scientifiques assimilant la Terre à un organisme vivant sont nombreuses avant Lovelock. Friedrich Ratzel est l'un des premiers scientifiques à parler d'« organisme terrestre », concept central de ce qu'il nomme la biogéographie. Jean-Baptiste Lamarck, partisan d'une théorie parallèle à celle de Charles Darwin, avait déjà développé l'idée que la Terre serait un tout organisé et interdépendant. Le géologue James Hutton, dans son ouvrage fondateur pour cette discipline, The Theory of the Earth explique en 1785 : « I consider the Earth to be a super organism and that its proper study should by physiology » (« Je considère la Terre comme un super organisme et sa physiologie devrait être étudiée »).

Thomas Henry Huxley, un partisan de Darwin, pense, dès 1877, que la Terre s'autorégule. Le mathématicien Alfred Lotka fonde ensuite une approche de la dynamique des populations biologiques qui luttent pour la maîtrise des ressources énergétiques, jusqu'à modeler et influencer leur milieu — idée qui sera reprise par James Lovelock à travers le concept d'éco-évolution. En 1924, le paléontologiste et géologue Teilhard de Chardin forge, en lien avec Vernadsky et le philosophe Édouard Le Roy, le concept de « noosphère », que reprend Vernadsky : il s'agit de l'ensemble formé par les interactions de consciences à la surface de la planète, jusqu'à ne former plus qu'une seule entité. Lewis Thomas, quant à lui, envisage la Terre comme une cellule unique. Par ailleurs, en 1960, le biologiste Eugène Odum voit dans les écosystèmes des entités autorégulées.

Ce sont surtout les théories de Vladimir Vernadsky et de Walter Cannon qui ont influencé l'hypothèse Gaïa.

 

Vernadsky et les couches écologiques 


La notion de « biosphère » énoncée par Vladimir Vernadsky (1863-1945) en 1924 est le précédent conceptuel fondamental de l'image d'un système clôt sur lui-même et tendant à l'autorégulation optimale. Fondateur de la géothermie moderne, Vernadsky postule que la vie s'exprime comme une force géologique et constitue un phénomène cosmique. C'est en effet le concept de biosphère qui a, selon Eileen Crist et H. Bruce Rinker, préfiguré le modèle biogéochimique. Le modèle gaïen qu'il propose pour la planète se compose de différentes couches en interaction : la lithosphère, noyau de roche et d'eau ; l'atmosphère, enveloppe gazeuse constituant l'air ; la biosphère constituée par la vie ; la technosphère résultant de l'activité humaine et enfin la noosphère ou sphère de la pensée. L'ambition de l'Earth system science est de comprendre en quoi la Terre est un système dans lequel chacune de ces couches participe à la mécanique générale. Vernadsky considère que la compréhension de ce phénomène global ne peut se faire sans prendre en compte l'action du Vivant — idée que Lovelock reprend à travers l'éco-évolution.

 

Walter Cannon et le concept d'homéostasie 

Évoqué par le médecin français Claude Bernard, le concept biologique d'« homéostasie », forgé par Walter Cannon (1871-1945), puis précisé par William Ross Ashby, à partir de deux mots grecs : stasis (« état », « position ») et homoios (« égal », « semblable à ») définit la stabilisation des états qui permettent les processus biologiques de la vie. Dans son ouvrage fondateur, The Wisdom of the Body, Cannon définit ainsi l'homéostasie : « Les êtres vivants supérieurs constituent un système ouvert présentant de nombreuses relations avec l'environnement. Les modifications de l'environnement déclenchent des réactions dans le système ou l'affectent directement, aboutissant à des perturbations internes du système. De telles perturbations sont normalement maintenues dans des limites étroites parce que des ajustements automatiques, à l'intérieur du système, entrent en action et que de cette façon sont évitées des oscillations amples, les conditions internes étant maintenues à peu près constantes ».

De biologique, le concept en est venu à désigner toute recherche d'un état d'équilibre, au sein d'un système cybernétique. Cette autorégulation peut être appliquée à l'écologie, au climat et même aux cycles géochimiques et naît des multiples interactions des différents constituants du système concerné. La « propriété émergente » traduit le concept d'homéostasie dans le domaine cybernétique et est reprise par le modèle biogéochimique comme étant la capacité, pour le système-Terre, à maintenir une température stable et favorable à la vie.

 

Genèse et actualité de l'hypothèse Gaïa

 

De Mars à la Terre

En 1970, Lovelock fonde sa théorie Gaïa, faisant partie du modèle plus vaste de l'« Earth system science », issu des recherches de la NASA dans les années 80, et développé par David Wilkinson, biologiste au département Biological and Earth Sciences58. Cette hypothèse — que l'écologiste affine peu à peu et d'abord seul puis à travers un collectif de scientifique de tous horizons — relève d'une démarche géonomique (même si ses auteurs n'ont pas utilisé ce terme, encore peu connu en 1969).


Le cœur de l'hypothèse de Lovelock est que la biomasse modifie les conditions de vie de la planète dans un sens qui les rapproche de ses propres besoins, rendant ainsi la planète plus « hospitalière ». L'hypothèse Gaïa relie cette notion d'« hospitalité » à l'homéostasie. Cette approche lui est venue dans les années 60, alors qu'il est sous contrat avec la NASA, pour mettre au point des instruments chargés de recueillir des traces de vie, lors des missions d'exploration des planètes du système solaire par des sondes. Lovelock se demande comment un extraterrestre saurait qu’il y a de la vie sur terre et il conclut que l'atmosphère est ce qui peut le mieux renseigner sur la présence d'une biosphère. Il propose alors l'analyse de l'atmosphère de Mars comme moyen de repérer la vie, soutenant s'il y en avait une, « il lui faudrait utiliser l'atmosphère pour y puiser des matières premières et évacuer ses déchets ; cela aboutirait à en modifier la composition ». Son premier article Life Detection by Atmospheric Analysis, avec D. R. Hitchcock, paraît en 1967 dans la revue de Carl Sagan, Icarus. Ses conclusions sont sans appel : Mars n'a pu abriter la vie puisque son atmosphère ne montre aucune trace de régulation provenant d'organismes. Cette conception lui valu un certain ostracisme dans le milieu scientifique de la NASA.

La conception de Lovelock influence les protocoles suivis dans le domaine de l'exobiologie. Plusieurs prédictions de la théorie Gaïa ont en effet conduit à des « découvertes planétaires significatives ».

Lovelock s'intéresse ensuite, personnellement, à la question de la continuité de la vie. En effet, celle-ci s'est maintenue en dépit d'une augmentation de 30 % de la luminosité solaire depuis la formation de la Terre. La température globale n’a donc pas beaucoup varié et ce en raison d'une régulation qui reste à expliquer : « ces réflexions m'ont conduit à conjecturer que les êtres vivants régulent dans leur intérêt le climat et la chimie de l'atmosphère ». Lovelock travaille par la suite avec l'éminente biologiste américaine Lynn Margulis ; tous deux écrivent ensemble un premier article scientifique, en 1974, fondateur du modèle géobiochimique intitulé « Biological modulation of the Earth’s atmosphere ». Dans cet article, ils étudient l’idée selon laquelle la composition de l’atmosphère terrestre, sa température et son pH sont régulés par les organismes vivants dans le but d'optimiser leurs reproductions. Ils y montrent que la Terre est un système de contrôle actif capable de maintenir la planète en homéostasie.

James Lovelock porte ensuite ses recherches sur la géobiochimie ; dans le cadre d'un programme d'étude océanologique, duquel émerge l'hypothèse CLAW, il découvre les porteurs moléculaires naturels des éléments soufre et iode : le sulfure de diméthyle (DMS) et l’iodure de méthyle, qui deviennent une brique fondamentale de sa théorie.

Enfin, dans une série d'articles, il examine en quoi l'hypothèse Gaïa est compatible avec les conclusions de la sélection naturelle. Seuls quelques spécialistes lui font alors bon accueil et Lovelock affronte Richard Dawkins, défenseur international de la théorie de l'évolution darwinienne. Il finit néanmoins par s'accorder avec le biologiste de la sélection naturelle quant à l'incompatibilité de son modèle avec les canons darwiniens. « Comme je ne doutais pas de Darwin, quelque chose devait clocher dans l'hypothèse Gaïa »68 dit-il, revenant du même coup sur son hypothèse de travail. En 1981, Lovelock rompt avec les modèles antérieurs (excepté celui de Vernadsky) qui considèrent que la biosphère seule s'autorégule et met en conformité son hypothèse avec les postulats darwiniens, en recourrant à la simulation informatique de Daisyworld.

Du sulfure de diméthyle au modèle informatique Daisyworld 

L'hypothèse de travail de Lovelock peut se résumer de la façon suivante : l'ensemble du système (géologique et biologique) se régule, via un complexe réseau d'interactions et de rétroactions. La subtilité d'un tel réseau laisse entendre une multitude de paramètres chimiques

En 1986, à Seattle, Lovelock, Robert Charlson, M. O. Andreae et Steven Warren découvrent que la formation des nuages et, par voie de conséquence, le climat, dépendent du diméthylsulfure — DMS en anglais — engendré par les algues Coccolithophores du phytoplancton des océans. Ces algues participent elles-mêmes au cycle du carbone. Le sulfure de diméthyle produit par ces algues s'oxyde dans l'atmosphère et constitue les noyaux de condensation des nuages. Le sulfure de diméthyle a donc un rôle fondamental dans la formation de la couverture nuageuse des régions situées au-dessus des océans et, au-delà, dans l'équilibrage thermique. Il en va de même pour l'Iodométhane.

Lovelock y voit alors l'un des mécanismes de régulation de Gaïa, la rétroaction par laquelle les algues et les nuages sont liés ; pour cette découverte, il reçoit en 1988 le prix Norbert Gerbier de la communauté des climatologues. C'est ce mécanisme qui va lui donner l'idée de reproduire un modèle élémentaire de Gaïa, au moyen d'une simulation informatique basée tenant en quelques paramètres rudimentaires. Lovelock écrit un premier article à dimension épistémologique concernant l'hypothèse Gaïa en 1989 sous le titre Geophysiology, the science of Gaia mais a besoin de prouver expérimentalement son modèle.


Il réalise donc, avec le géochimiste américain Andrew Watson, en 1983 un modèle informatisé destiné à prouver un mécanisme autorégulateur simple : celui de la température terrestre, faisant intervenir les végétaux. Ses conclusions sont publiées ensuite la même année dans la revue Telus. Ce modèle numérique, baptisé Daisyworld (« monde de pâquerettes » en anglais), utilise un système simple faisant intervenir trois variables : la luminosité solaire et les superficies recouvertes par deux populations de pâquerettes, l'une noire et l'autre blanche, et qui prospèrent au-dessus d’une température de 5 °C et ne peuvent plus croître au-delà de 40 °C. Il montre que l'équilibre entre populations de pâquerettes, qui détermine l'albédo, tend à maintenir la température constante lorsque la luminosité solaire varie : la biosphère y sert d'agent homéostatique. Dans une seconde version du modèle, Lovelock et Lee Kump, en 1993 puis en 1994, prouvent que le darwinisme est compatible avec leur modèle numérique puisque la population des pâquerettes est régie par les lois de la sélection naturelle. Une autre simulation, baptisée Damworld (« le monde du barrage »), permet ainsi à W. D Hamilton et à Peter Henderson, en 1999, de mettre en jeu trois espèces animales.

Grâce à Daisyworld, les recherches progressent et de nombreuses versions logicielles ont vu le jour. Deux biologistes : John Maynard Smith et William Hamilton confirment en effet par la suite les conclusions de Tim Lenton lorsque celui-ci publie dans la revue Nature en 1998 un article intitulé « Gaïa and natural selection » dans lequel il ajoute, avec succès, des facteurs chimiques (oxygène et phosphate) et des variables d'adaptation selon la sélection naturelle. William Hamilton co-écrit ensuite avec Tim Lenton un article : « Spores and Gaïa » qui fait un lien entre l'océan, les algues et le climat. Selon les auteurs, le modèle de simulation de Lovelock est une véritable révolution et Hamilton pose à ce moment le débat dans lequel l'hypothèse Gaïa s'inscrit : lors d'une émission télévisée, en 1999, il explique en effet : « De même que les observations de Copernic avaient besoin d'un Newton pour les expliquer, nous avons besoin d'un autre Newton pour expliquer comment l'évolution darwinienne aboutit à une planète habitable ».

L'écologiste Stephan Harding80 vient renforcer la simulation de Lovelock et Watson, en modélisant des écosystèmes entiers, plus complexes, et en tenant compte entre autres des chaînes alimentaires. Ses conclusions sont publiées dans son article « Food web complexity enhances community stability and climate regulation in a geophysiological model ». Harding considère que la biosphère tente par tous les moyens de s'autoréguler, en usant de la sélection naturelle, thèse qui forme le centre de son argumentation dans Animate earth: science, intuition and Gaia (2006).

 

La consécration internationale : les conférences 

C'est lors des deux conférences Chapman, sous l'égide de l'American Geophysical Union (AGU), que Lovelock expose publiquement, auprès de la communauté scientifique concernée, son hypothèse. Dans la conférence de 1988, à San Diego, une définition de l'hypothèse est proposée84 ; par ailleurs James Kirchner propose sa division épistémologique. Selon lui on peut distinguer cinq « sous-théories » : Gaïa influente, coévolutionnaire, homéostatique, téléologique, optimisante, qu'il réunit en deux Gaïa : weak Gaïa et strong Gaïa. Beaucoup de conférenciers, et même des critiques ont alors reconnu « l'ingéniosité du nouveau regard sur la planète que constitue le modèle de Gaïa »86 et la dénomination de « théorie Gaïa » remplace celle d'« hypothèse Gaïa ».

Une seconde conférence Chapman est organisée les 19 et 23 juin 2000 à Valence en Espagne. Les trois thématiques abordées sont destinées à consolider l'hypothèse. Il est examiné : « Gaia dans le temps », « Le rôle du vivant dans la régulation des cycles biogéochimiques et du climat » et « Comment gérer la complexité et les mécanismes de rétroaction du système terre ». L'ouvrage Scientists debate Gaia (2004), sous la direction de Stephen Schneider, réunit toutes les interventions.

C'est en juillet 2001, lors de la conférence d'Amsterdam, intitulée « Challenges of a Changing Earth: Global Change Open Science Conference », à laquelle participent les quatre principales organisations de recherche sur le Changement Global, que la théorie de Lovelock se voit consacrée dans le milieu scientifique. En effet plus d'un millier de délégués signent alors une déclaration commune dont l'article principal énonce : « le système Terre se comporte comme un système unique autorégulé, composé d'éléments physiques, chimiques, biologiques et humains ». L'hypothèse Gaïa « s'émancipe » ainsi, explique Lovelock dans La Revanche de Gaïa. Biologistes et géologues s'accordent sur l'essentiel et les délégués concluent sur la nécessité de fusionner les disciplines en une approche unique et cohérente, un nouveau système pour une science globale de l'environnement88 : l'« Earth system science » que Lovelock appelait de ses vœux dès le début de ses travaux.

Une quatrième conférence, qui s'est tenue en octobre 2006 à Arlington, présidée par Lynn Margulis, intitulée : Gaia Theory : Model and Metaphor for the XXe Century, sur le campus de l'université George Mason a réuni nombre de spécialistes : Tyler Volk, Dr Donald Aitken, Dr Thomas Lovejoy, Robert Correll, J. Baird Callicott. L'axe de réflexion principal est surtout l'apport de l'hypothèse Gaïa à la compréhension du phénomène de réchauffement climatique.

 

La géophysiologie 

Fondée en 1996 à Oxford par Peter Westbroek, la Société de géophysiologie prolonge le modèle biogéochimique, sous un autre nom que celui de « Gaïa » et constitue « le champ d'études des interactions entre la vie et le reste de la Terre ». Selon Westbroek la « géophysiologie » « est un autre mot pour l'idée de Gaia lancée par James Lovelock, mais on a éliminé le mot Gaia, parce qu'il a été accaparé par le new age, et qu'il est contaminé pour la science ». Inventée par James Hutton au XIXe siècle, cette discipline combine diverses approches : la génétique, la biologie, la systémique, la climatologie, la géologie, la biogéochimie également et a pour but, entre autres, de lutter contre le cloisonnement scientifique, mais aussi contre le dogmatisme et l'obscurantisme. Le rôle d'agent géophysiologique de l'algue Emiliania huxleyi, par exemple, est révélateur d'un système complexe, du « plus grand organisme vivant existant ».


Les recherches en géophysiologie sont nombreuses et regroupent des spécialistes ayant déjà travaillé avec Lovelock ou de nouveaux experts95 : Tyler Volk et D. Schwartzman pour l'approche bioastronomique (à travers la notion d'habitabilité), A.S. McMenamin Mark et L.S Diane McMenamin pour l'étude de la vie marine, Michael Woodley pour le lien sélection naturelle-écosystème, Axel Kleidon pour la relation homéostase-entropie au sein du couple biote-climat, ou encore G. Evelyn Hutchison pour les processus de régulation du biota.

 

Le modèle de Lovelock

Une métaphore heuristique 

Lovelock est, dès le début, conscient de la dimension non scientifique du nom donnée à l'hypothèse d'une autorégulation au niveau global. Néanmoins son but est avant tout pédagogique métaphore heuristique: « C'est seulement en considérant notre planète comme une entité vivante que nous pouvons comprendre (peut être pour la première fois) pourquoi l'agriculture a un effet abrasif sur le tissu vivant de son épiderme et pourquoi la pollution l'empoisonne tout autant que nous. »98 Le modèle de Lovelock est heuristique car il appelle à une fusion des disciplines, jusqu'alors cloisonnées (la biologie d'un côté, la géologie de l'autre) et à l'annexion également d'autres sciences plus nouvelles comme la génétique ou l'écologie, et même la politique. Lovelock voit ainsi dans la conférence d'Amsterdam de 2001 un premier pas positif vers une synthèse des sciences de la Terre et de la vie, centré sur la planète comme système autorégulé.

 

Une analogie spiritualiste 

Les cycles naturels (ici le cycle du carbone) prouvent l'existence de mécanismes de régulation où êtres vivants et géologie concourent à en stabiliser les paramètres.

La métaphore d'une Terre autorégulée peut conduire à des dérives religieuses, voire à la naïveté scientifique, notamment à propos de la question du nucléaire civil duquel Lovelock est partisan. En effet l'analogie utilisée par Lovelock ancre sa conception dans un paradigme spiritualiste et la simplicité de l'image a souvent donné lieu à une critique de méthode. Mais c'est surtout Anne Primavesi qui a, dans Gaia's Gift, montré le lien qui existe entre foi et écologie gaïenne, lien que Lovelock appelle de ses vœux et qu'il applique lui-même, dans sa façon de vivre, chez lui en Angleterre. Ce qu'il cherche, c'est un renouveau du sentiment mystique de la Terre-Mère, par opposition aux croyances actuelles matérialistes, reposant selon lui sur « un même socle de croyances religieuses et humanistes : la Terre est destinée à être exploitée pour le bien de l'humanité », et que la culture judéo-chrétienne a encouragé.

 

Un constat de société

Un renouveau philosophique 


Le modèle biogéochimique est une volonté scientifique de fusionner les disciplines en vue de cerner le système-Terre, mais c'est aussi un constat et un pronostic pour la civilisation mondiale : « Notre civilisation se trouve dans la situation de celui que la drogue tuera, qu'il continue ou cesse brusquement d'en consommer » explique Lovelock. Il considère en effet la nature humaine comme étant « schizoïde », à l'instar du duo M. Hyde et Dr Jekyll de Stevenson. Le modèle de Lovelock, de scientifique, devient militant puisqu'il donne une nouvelle impulsion au mouvement de l'écologie profonde, qui appelle à un renouveau spirituel, mais aussi rationnel, vis-à-vis de l'environnement.

Les références philosophiques sont nombreuses dans les travaux de Lovelock. Ce dernier cite John Gray qui, dans Straw Dogs : Thoughts on Humans and Other Animals (2003), analyse les conséquences de la démographie comme étant le facteur premier de la tendance autodestructive de l'humanité. Lovelock cite également la philosophe Mary Midgley, qui, dans Science and Poetry (2001)note 12, met en garde contre le réductionnisme de la pensée scientifique, modèle opposé à l'hypothèse Gaïa. La séparation de l'esprit et du corps, amorcée dès René Descartes, a conduit selon lui à une vision réductionniste du monde et, de là, à son exploitation. Or, pour Lovelock, il est urgent de repenser le sens de l'homme dans la Nature, sans quoi celle-ci pourrait nous détruire, en réaction à notre activité destructrice. La « passion de la ville » est ainsi une absurdité ayant conduit l'homme à oublier son milieu. Les réformes et plans écologiques mondiaux sont également des pis-aller : le mythe du développement durable et les énergies alternatives sont des idéologies qui permettent de repousser le problème selon Lovelock et Margulis, problème qui demeure notre capacité d'adaptation de nos besoins à notre milieu, et non d'assujettissement du milieu à nos besoins. Reconnaître cette menace est la seule chose qui puisse mobiliser l'homme : « Tant qu'un danger réel et immédiat n'est pas perçu, la tribu n'agit pas à l'unisson »18 explique-t-il.
Une critique de la démographie grandissante 

La déforestation détruit les mécanismes naturels de régulation.

Le principal problème est, pour Lovelock — et a contrario de la pensée commune — la démographie, cause de la pollution et de la surexploitation des ressources naturelles105 : « Les choses que nous faisons à la planète ne sont pas agressives et ne représentent pas non plus une menace géophysiologique, tant que nous ne les faisons pas à grande échelle. S’il n’y avait sur Terre que 500 millions d’humains, pratiquement rien de ce que nous faisons actuellement à l’environnement ne perturberait Gaïa. […] Ce n’est pas une simple question de surpopulation ; une forte densité de population causerait moins de perturbations dans les régions tempérées de l’hémisphère Nord que dans les tropiques humides106. » L'anthropisation peut, au final, se résumer à la surpopulation qui détruit les mécanismes naturels de rétroaction négative, conduisant au dérèglement de la Terre : « Un slogan comme « la seule pollution, c’est la population » désigne une implacable réalité. La pollution est toujours affaire de quantité. Dans l’état naturel, il n’y a pas de pollution. […] Aucune des atteintes écologiques auxquelles nous sommes actuellement confrontés — la destruction des forêts tropicales, la dégradation des terres et des océans, la menace imminente d’un réchauffement de la planète, la diminution de la couche d’ozone et les pluies acides — ne constitueraient un problème perceptible si la population humaine du globe était de 500 millions107. » Ses détracteurs ont ainsi taxé Lovelock de néo-malthusianisme car il propose de revenir à des moyens de lutte démographique ou de régulation des naissances108, sans toutefois ne jamais cautionner l'eugénisme109.
Une critique de l'écologie politique [modifier]

Le modèle Gaïa s'oppose radicalement aux courants écologistes politiques actuels : « Les militants écologistes, les Églises, les politiciens et les scientifiques s’inquiètent tous des dégâts causés à l’environnement. Mais s’ils sont inquiets, c’est pour le bien de l’humanité » explique Lovelock qui vilipende souvent dans ses écrits les mouvements écologistes, accusés de perpétuer un anthropocentrisme naïf110,111. Lovelock les accuse de ne pas prendre le problème dans sa juste dimension scientifique, et de soutenir des points de vue sans fondements rationnels telle la pollution par la radioactivité, l'efficacité des énergies renouvelables, la place du nucléaire civil enfin. « L'idéologie des écologistes nuit à la santé de la Terre » dit-il105. Plus que tout, Lovelock taxe l'écologie politique de continuer à placer l'homme au centre des préoccupations liées au problème du réchauffement climatique. La position de Lovelock et de ses partisans a permis à des mouvements écologistes pro-nucléaires, comme le collectif Environmentalists For Nuclear Energy, d'asseoir leurs actions sur une base scientifique112.
Le fonctionnement de Gaïa [modifier]
Existence de contraintes physiques [modifier]

Lovelock précise qu'avant même de comprendre le « fonctionnement » du système-gaïen, il est impératif de saisir le fait que la Terre est soumise à un ensemble de contraintes ou de limitations purement physiques.

Mappemonde représentant l'oxygène dissous dans l'eau113.

Par exemple, les populations biologiques obéissent à des règles limitatives sans lesquelles la vie aurait eu une croissance exponentielle empêchant toute régulation homéostatique. Il en est de même au niveau des cycles géochimiques et des autres « agents gaïens ». Lovelock parle de « paramètres globaux », et cite : le climat, la composition de l'atmosphère et celle des océans, la luminosité solaire, les propriétés de l'eau, la force géothermique etc. Néanmoins, ces contraintes environnementales dépendent de la tolérance des organismes eux-mêmes ; il existe par exemple une température minimale, maximale, et optimale pour la multiplication de tous les êtres vivants (hors quelques espèces extrêmophiles). Ce constat vaut également pour l'acidité, la salinité et la concentration de l'oxygène dans l'air et dans l'eau. « En conséquence, les organismes doivent vivre à l'intérieur des limites fixées par les propriétés de leur milieu »114. En réalité, Lovelock démontre que pour l'essentiel la vie prospère entre 25 et 35 °C.

La formation de la couche de surface est également une forte contrainte sur la vie océanique ; les propriétés de l'eau limitent la multiplication des espèces au-delà d'une certaine densité. La salinité de l'eau est aussi un paramètre contraignant115 : un taux supérieur en sel de 8 % entraîne la mort de l'organisme. En somme, Ces contraintes physiques imposées par les propriétés de l'eau ont un effet sur la croissance du vivant et déterminent le rapport entre cette croissance, la température, et la répartition de la vie sur Terre116. Le contrôle par le système de la température, au moyen de quatre processus identifiés, est pour lui la preuve première d'une recherche d'un équilibre favorable à la vie117. Mais le maintien d'une composition chimique stable est aussi important. Les conclusions d'Andrew Watson et de Tim Lenton ont montré les mécanismes régulant l'oxygène atmosphérique, permis par le rôle du phosphore118. Les rôles du sélénium, du soufre et de l'iode sont également fondamentaux pour cerner la question. L'ouvrage de Lee Kump, James Kasting et Robert Crane, The Earth System, fournit l'état des connaissances actuelles sur les liens complexes qui unissent les algues, la production de soufre gazeux, la chimie atmosphérique, la physique des nuages et le climatnote 13.
Les rétroactions positives [modifier]

Le modèle informatique Daisyworld permet à Lovelock et Lee Kump de mettre en avant un phénomène de régulation automatique, et délicat à cerner : les rétroactions positives (positive feedback loop en anglais). Le modèle montre en effet que dans un scénario où l'écosystème propre aux algues subit une agression, les fluctuations s'amplifient sous l'effet d'une rétroaction positive — une augmentation soudaine, de la température moyenne le cas échéant. Lovelock pense alors que tout apport de chaleur, quelle qu'en soit la source, sera amplifié, sans qu'aucune résistance ne s'y oppose ; la température joue donc un rôle dynamique fondamental, en plus de permettre un diagnostic de l'état du système global. Les rétroactions positives empirent un système, en empêchant une stabilisation en retour, au contraire des rétroactions négatives, qui conduisent à contrebalancer les premières.


L'albédo, notamment celui de la calotte glaciaire du Pôle Nord participe à la régulation de la température solaire.

Lovelock énumère six rétroactions positives, ou rétroactions anti-gaïennes selon la terminologie de James Kirchner119 à l'œuvre sur le globe120 :
l'albédo de la glace : la fonte de la couverture neigeuse entraîne à son tour un réchauffement qui accélère le processus. Lovelock cite ainsi l’effet Budyko, du nom du géophysicien russe Mikhail Budykonote 14 qui en découvrit la propriété. Tyler Volk a étudié le rôle des couches de glace dans le processus de refroidissement planétaire ;
la vitesse d'absorption du dioxyde de carbone et la génération des stratus marins, nuages blancs océaniques à fort pourvoir réflecteur. Toute augmentation sans compensation conduit à une impossibilité de réguler le système
la disparition des surfaces de forêt tropicales, due à l'augmentation de température globale, et qui met à mal le mécanisme de refroidissement des terres ;
l'augmentation des surfaces des forêts boréales de Sibérie et du Canada qui, au contraire, absorbent la chaleur en raison de leur couleur sombre ;
la libération du dioxyde de carbone (Tyler Volk121) et du méthane (Keith A. Kvenvolden et Bruce W. Rogers122) dans l'atmosphère après la disparition des écosystèmes propres aux forêts et aux algues ;
la libération des stocks de méthane (gaz à effet de serre vingt fois plus puissant que le gaz carbonique) enfermés dans les clathrates des cristaux de glace enfin.

Il en existe d'autres ; Lovelock pense également que certains mécanismes de rétroaction positive restent à découvrir. La vitesse de réchauffement planétaire est actuellement la démonstration d'une rétroaction positive. Il existe aussi à l'état naturel des « puits de dioxyde de carbone » qui dissolvent le CO2 dans l'eau de pluie, mais le processus peut aboutir à une rétroaction positive dangereuse ; Lovelock cite aussi les tempêtes tropicales qui permettent aux algues de prospérer.
Le mécanisme de régulation [modifier]
La biosphère : le résultat d'une éco-évolution [modifier]
Article détaillé : Éco-évolution.

Le régulateur à boules de James Watt démontre, selon Lovelock, la simplicité des mécanismes de régulation.

Lovelock insiste constamment sur le fait que le mécanisme de régulation possède deux faces complémentaires et indissociables : d'une part l'évolution géophysique et d'autre part l'évolution biologique. La régulation est ainsi le fruit de cette double évolution, ou « éco-évolution ». Le cas de l'azote est exemplaire selon Philippe Bertrand123, ainsi que celui de la diversité des concentrations du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, véritable « respiration de la Terre » découverte par le modèle géobiochimique19. Afin de prendre en compte les deux domaines, le géologique et le biologique, Lovelock préfère expliquer que ce sont les niches écologiques qui évoluent, et que les organismes vivants négocient leur occupation de celles-ci.

Par ailleurs, un tel mécanisme échappe souvent à l'expérience scientifique : seule l'intuition permet de l'appréhender. Si on peut mettre en lumière des fonctionnements globaux, on ne peut, explique Lovelock — mais aussi Joël De Rosnay, l'un des théoriciens de la systémique — en attendre une image précise, en raison du fait que le système évolue et redistribue les mécanismes, qu'il en est une propriété émergente. Lovelock prend en exemple le régulateur de vitesse de James Watt : une étude causaliste de celui-ci n'aboutirait qu'à n'en comprendre qu'en partie le mécanisme. Un tel mécanisme ne se fonde pas sur le modèle classique cause-effet, a fortiori lorsque ce modèle est à l'échelle de la planète124. L'écologue prend ainsi comme acquis que le modèle holistique explique des phénomènes que la science linéraire ne peut appréhender ; en cela, l'hypothèse Gaïa s'ancre dans un courant de pensée controversé, au sens où ses axiomes épistémologiques ne font pas consensus au sein de la communauté scientifique.
Biographie rapide de Gaïa [modifier]

Pour comprendre le mécanisme de régulation de Gaïa, Lovelock prend en exemple la biographie de la Terre, révélatrice à plus d'un titre. L'état des connaissances géologiques et phylogénétiques est tel que l'on peut restituer précisément le lent développement d'une intention stabilisatrice de la part de l'écosphère, et ce tout au long de l'histoire de la planète. Les mécanismes gaïens proposés concernent surtout la période paléoclimatologique de l'Archéen (-3800 millions d’années) et concernent la régulation du soufre, de l'oxygène, celle du méthane et du dioxyde de carbone125.

Dans Les Âges de Gaïa (1988) Lovelock postule qu'à l'origine c'est l'incroyable chaleur qui a permis l'émergence de la Vie, via le rôle des organismes méthanogènes, premiers agents gaïens qu'utilise la Terre pour réguler la teneur en gaz126. Il remarque que cette idée tend aujourd'hui à s'imposer parmi les géochimistes. La Terre a ensuite modifié l'atmosphère dans laquelle le dioxyde de carbone a remplacé le méthan

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