1La chimie est une discipline scientifique qui a pour objets principaux, la détermination de la structure de la matière au niveau atomique et moléculaire et l’étude des transformations de la matière à ces mêmes niveaux. Certes, la chimie couvre d’autres domaines et les développements spectaculaires de la biochimie, de la géochimie, de la cosmochimie ou encore de la science des matériaux sont là pour attester de la vitalité d’une discipline scientifique majeure. Puisque la chimie a notamment pour objet l’étude des transformations de la matière, qu’il s’agisse des transitions de phase (solide en liquide, liquide en vapeur...) ou de transformation de molécules en d’autres molécules, le facteur temps intervient inéluctablement. Toutes ces transformations prennent « un certain temps » et suivre l’évolution du système en fonction du temps constitue ce que l’on nomme une étude cinétique. Si le système est constitué d’un nombre N_A de molécules A et d’un nombre N_B de molécules B (les réactifs) qui se transforment progressivement en molécules C (le produit de la réaction), il est possible de suivre l’évolution de N_A (ou N_B ou N_C) en fonction du temps. On observe ainsi une décroissance progressive de N_A et de N_B alors que N_C, initialement nul, croît au cours du temps. Les courbes décrivant ces évolutions du nombre de molécules de chaque type en fonction du temps sont qualifiées de courbes cinétiques. La tangente à ces courbes en chaque point (et donc pour chaque temps) permet de calculer la vitesse instantanée de la réaction. La cinétique chimique constitue un chapitre important de la chimie dans la mesure où les études cinétiques de réactions chimiques donnent accès aux mécanismes de ces réactions et permettent l’optimisation des conditions expérimentales conduisant à la transformation de A et B en C. Très généralement, les vitesses de réaction dépendent de la température : elles croissent lorsque la température augmente. Les vitesses de réaction dépendent souvent aussi d’autres paramètres physiques et l’étude de ces dépendances constitue un aspect important des études de cinétique chimique. Le paramètre temps dont il est question en cinétique chimique est le temps écoulé depuis un zéro conventionnel appelé « temps initial » et choisi par l’expérimentateur. A priori, on considère que le choix de ce temps initial est sans conséquence sur l’évolution du système pour autant que rien ne soit modifié quant aux paramètres susceptibles d’influencer cette évolution. Ces paramètres sont les quantités initiales des réactifs, la température ou tout autre paramètre physique ou chimique pertinent (pression, solvant, pH,...). Ce qui importe en cinétique chimique, c’est un « espace de temps » mesuré à partir d’un « temps zéro » arbitraire. Le « temps de l’histoire » est considéré, lui, comme sans effet sur le déroulement des réactions chimiques étudiées au laboratoire. Les très rares exceptions à cette règle s’observent (ou pourraient s’observer) dans le cas de réactions dites radicalaires dont la vitesse peut, a priori, dépendre de l’intensité du rayonnement cosmique solaire voire galactique puisque ce rayonnement est susceptible de générer des radicaux. On nomme radical, une molécule qui possède un électron non apparié ; un radical est généralement obtenu par arrachement d’un atome ou d’un groupe d’atomes à une molécule parente qui, elle, possède une structure électronique dite « à couches complètes » (dont tous les électrons sont appariés). De tels arrachements d’atomes ou groupes d’atomes peuvent effectivement être provoqués par les rayons cosmiques (qui correspondent à des ions positifs et surtout à des protons circulant à des vitesses très élevées) et cet effet des rayons cosmiques constitue d’ailleurs un des problèmes majeurs que rencontreront les astronautes effectuant des vols interplanétaires. L’intensité du rayonnement cosmique varie au cours du « temps de l’histoire » parce que, pour nous limiter au rayonnement cosmique d’origine solaire, le Soleil a lui-même une histoire. Il s’est formé par accrétion d’un nuage de gaz et de poussières voici un peu plus de 4,5 milliards d’années et se trouve aujourd’hui, sans doute à mi-vie. Remarquons ici que cette affirmation mériterait d’être discutée longuement en se demandant d’abord que signifie l’âge du Soleil ? Comment l’a-t-on mesuré ? Nous reviendrons sur ce problème plus tard, lorsque nous discuterons de l’âge de la Terre. Qu’il nous suffise de remarquer ici que les processus physiques responsables de l’émission des rayons cosmiques solaires ont varié dans le passé et varieront dans le futur en fonction de l’âge du Soleil. Par ailleurs, et cet aspect est le plus important à l’échelle de temps de la vie humaine, l’activité solaire est cyclique et ces cycles d’activité sont associés à des variations, elles aussi cycliques, de l’intensité du rayonnement cosmique solaire. Enfin, et ce facteur ne doit pas être ignoré, le champ magnétique terrestre est différent de lieu en lieu à la surface de la Terre et variable aussi dans le temps. Ce champ magnétique terrestre défléchit les rayons cosmiques et partant détermine, lui aussi, l’intensité du rayonnement cosmique. Si donc on étudie la cinétique d’une réaction radicalaire au laboratoire, il n’est pas exclu que, dans certains cas, il faille tenir compte du « temps de l’histoire » pour justifier une non reproductibilité des résultats. Ceci étant, il est certainement préférable de tout mettre en œuvre pour protéger le réacteur des rayons cosmiques. Il faut insister sur le fait que l’influence des rayons cosmiques sur la cinétique des réactions correspond à des situations exceptionnelles et qui d’ailleurs sont souvent, pour ne pas dire toujours, l’objet de controverses. Pour un chimiste expérimentateur, habitué à répéter l’expérience dans des conditions semblables afin de s’assurer de la reproductibilité des résultats qu’il obtient et en vue de définir une marge d’erreurs, il est difficile d’accepter que puisse intervenir des facteurs qu’il ne peut maîtriser. Pour l’expérimentateur, ce qui était vrai hier doit l’être aussi aujourd’hui et le sera encore dans mille ans : dans la très grande majorité des cas, le « temps de l’histoire » ne le concerne pas !

2Bien évidemment, la chimie s’intéresse aussi à des réactions qui se déroulent spontanément en milieu naturel, qu’il s’agisse de l’atmosphère, de l’hydrosphère, des sols ou encore des organismes vivants. Dans ces cas, la cinétique chimique dépend évidemment du « temps de l’histoire » : les milieux naturels évoluent et ils évoluent généralement de manière irréversible. A titre d’exemple si l’on s’intéresse à la chimie de l’ozone dans la stratosphère et à la problématique dite du « trou de l’ozone », il faut tenir compte du caractère saisonnier de ce phénomène qui dépend de l’intensité du rayonnement solaire puisque certaines étapes de cette chimie complexe sont photochimiques. A cette variation saisonnière, s’ajoute une variation cyclique ou non liée à l’activité solaire et ceci pour les raisons précédemment évoquées (la chimie de l’ozone est une chimie radicalaire). Enfin, la chimie de l’ozone stratosphérique est dépendante de la présence, dans la stratosphère, de molécules produites par l’industrie (les CFC), molécules dont la production et l’utilisation est aujourd’hui interdite (du moins en principe), dans le cadre d’un protocole international. Ceci introduit un autre facteur qui justifie que soit pris en compte le « temps de l’histoire » par celui qui s’intéresse à la chimie de l’ozone stratosphérique.

3Le chimiste s’intéresse de manière évidente au « temps de l’histoire » lorsqu’il aide le paléontologue pour la datation d’échantillons fossiles comme des os ou des dents. Les mesures absolues du « temps de l’histoire » en paléontologie sont fondées le plus souvent sur des mesures physiques et plus précisément sur des mesures de la quantité d’éléments radiogéniques c’est à dire d’éléments provenant, par fission nucléaire, d’éléments parents. La fission nucléaire spontanée correspond à un processus irréversible et cette irréversibilité est une condition nécessaire pour que l’on puisse retracer l’évolution antérieure du système sur base d’une connaissance de son état présent et atteindre ainsi le « temps initial », celui qui marque le point de départ du processus évolutif. Pour retracer l’évolution antérieure, il faut aussi que soit connue la loi d’évolution du système et que cette loi soit, si possible, indépendante des conditions physiques et physico-chimiques (température, pression, pH...). Le système en évolution irréversible doit être fermé (ne pas échanger de matière avec le monde extérieur) pour que les mesures de concentrations des éléments radiogéniques et des éléments fissiles (s’ils existent toujours) puissent conduire à la connaissance du temps initial.

4La chimie, elle aussi, permet des datations d’échantillons, datations basées dans ce cas sur des réactions chimiques et non pas sur des réactions nucléaires. Parmi les réactions chimiques utilisées figure la racémisation des acides aminés protéiniques. Rappelons ici que les protéines sont des polymères obtenus par condensation d’acides aminés. Par souci de simplicité, nous décrirons donc une protéine comme faite d’un enchaînement d’acides aminés. Le nombre de ces acides aminés dans une protéine particulière peut atteindre plusieurs centaines ce qui implique nécessairement que les acides aminés soient présents chacun en plusieurs exemplaires puisqu’il n’existe que vingt acides aminés différents. Sur ces vingt acides aminés, dix-neuf sont chiraux. Par chiral, on entend un objet et donc aussi une molécule, qui présente la propriété de ne pas être superposable à son image (matérialisée) dans un miroir plan (comme une main droite qui peut être vue comme l’image matérialisée de la main gauche correspondante). Une des caractéristiques de tous les êtres vivants tient à ce que leurs acides aminés protéiniques soient homochiraux en ce sens qu’ils sont présents uniquement sous forme de molécules « main gauche » (ou de configuration L pour utiliser une terminologie plus conforme, mais moins imagée). Dans les protéines, on ne trouve aucun acide aminé « main droite » (de configuration D) ou tout au moins en est-il ainsi lorsque la protéine est un élément constitutif d’un organisme vivant. En revanche, si l’être vivant meurt, une dégradation voire une fossilisation est observée et en ce qui concerne les acides aminés protéiniques, la dégradation se traduit notamment par une racémisation. On entend par là que les acides aminés L se transforment en D et les D en L jusqu’à atteindre, si la racémisation est complète, un nombre égal de molécules L et de molécules D. Cette équipartition correspond à l’état d’entropie maximum et la « force motrice » de la racémisation est dans ce cas la croissance de l’entropie. La vitesse de la réaction de racémisation dépend des conditions physiques et physico-chimiques et cette caractéristique, propre d’ailleurs à toute réaction chimique, constitue un désavantage certain de la méthode de datation basée sur la racémisation si on la compare aux méthodes basées sur la radioactivité. Néanmoins, cette méthode chimique est parfois utilisée pour dater des os et des dents (qui contiennent des protéines), pour autant que l’on ait des indications concernant la stabilité des conditions de température et de pH durant toute la période séparant la mort de l’organisme et l’étude de l’échantillon. Ces datations portent sur des échantillons qui ont de quelques milliers à quelques dizaines de milliers d’années. Pour les périodes plus reculées, d’autres méthodes absolues ou relatives doivent être utilisées pour effectuer les datations et, ainsi que nous allons le voir, l’association des « dates » ainsi mesurées avec des événements significatifs de l’histoire de la Terre ou de l’histoire de la vie n’est pas toujours chose aisée. Nous allons nous intéresser plus particulièrement à un événement singulier dont l’importance est évidente pour qui s’intéresse au problème « chimie et temps de l’histoire ». Il s’agit de l’origine de la vie sur Terre.

5L’origine de la vie sur Terre ou encore la transition du non vivant au vivant relève de la chimie puisqu’il s’agit d’évolution moléculaire ; le temps à prendre en compte est ici est très évidemment le « temps de l’histoire » mais l’éloignement dans le temps est, dans ce cas, si grand qu’il convient de bien définir ce que l’on entend par « temps de l’histoire ». Il s’agit d’un temps qui s’écoule de manière constante depuis la « naissance du temps ». Certes, l’expression « s’écoule » doit être prise comme une image en s’interdisant toute question du type « s’écoule dans quoi ? » Il faut se souvenir que dans le cadre du modèle cosmologique standard, dit modèle du « Big Bang » (que le chanoine Lemaître, père de ce modèle, décrivait comme le modèle de « l’atome primordial »), il existe un point singulier (le Big Bang) en termes d’espace, de temps et du couple énergie-matière. Ce point singulier est souvent décrit comme l’origine du temps ou du moins de notre temps. Bien évidemment, cette dernière phrase mériterait d’être longuement explicitée : des ouvrages entiers sont consacrés à ce point singulier que la physique moderne ne permet pas encore de cerner parfaitement. Peut-être même faudra-t-il une nouvelle théorie, plus générale encore que le modèle standard, pour décrire de manière quantitative l’origine de notre Univers. Ceci étant, personne ne conteste la description évolutionniste de notre Univers et l’existence d’une flèche du temps, c’est-à-dire d’un temps orienté du passé vers le futur, d’un temps qui « s’écoule ». Notre Univers est en évolution et la preuve la plus tangible de cette évolution réside dans l’évolution de la matière elle-même. A titre d’exemple, des éléments comme le carbone, l’azote, l’oxygène qui, avec l’hydrogène, sont les éléments constitutifs majeurs de la matière dite organique, n’existaient pas aux premiers temps de l’Univers. Si l’on excepte l’hydrogène, ces éléments ont été synthétisés, par des réactions nucléaires, dans les réacteurs naturels que sont les étoiles. Bien évidemment, les étoiles qui ont donné naissance à ces éléments ont aujourd’hui disparu mais, à la fin de leur vie, elles ont éjecté dans l’espace les éléments qui s’étaient formés en leur sein. Ce qui est vrai pour le carbone, l’azote et l’oxygène, l’est pour tous les autres éléments de la classification périodique : en effet et mis à part l’hydrogène, l’hélium et un très petit nombre d’éléments dits « légers », tous les éléments proviennent de nucléosynthèses. Celles-ci sont toujours associées à des processus stellaires sans pour autant qu’il s’agisse toujours de fusion nucléaire. Puisque notre système solaire contient tous les éléments de l’hydrogène à l’uranium, les éléments dits lourds ne peuvent provenir que de processus synthétiques qui se sont déroulés, antérieurement, dans des étoiles dites de première génération. Depuis qu’il est une étoile, le Soleil, quant à lui, transforme de l’hydrogène et hélium et ce ne sera qu’en fin de vie, dans 4 milliards d’années environ, lorsqu’il deviendra une géante rouge, qu’il sera à même de synthétiser des éléments plus lourds tel le carbone et ceci par fusion de l’hélium.

6Le système solaire, comme le Soleil, a une histoire. Selon le modèle théorique communément accepté, le système solaire provient de la condensation ou, mieux, de l’accrétion d’un nuage de gaz et de poussières que l’on décrit comme la protonébuleuse solaire. Bien évidemment, cette protonébuleuse qui était composée d’éjectats d’étoiles de première génération, a disparu lors de l’accrétion mais le phénomène d’accrétion a pu être daté, de manière indirecte. La datation se fait en prenant le temps présent comme zéro de l’échelle des temps ; l’indication bp (pour « before present ») est souvent utilisée dans ce cas. Dans cette échelle de temps, la valeur la plus récente pour l’âge de la Terre est de 4,568 milliards d’années ou encore 4,568 Ga (où « G » est le symbole pour Giga c’est-à-dire milliard et où « a » est le symbole pour année). En réalité, cet âge est déduit de celui d’inclusions riches en calcium et en aluminium (CAIs) trouvées dans des météorites de type chondrites. Les chondrites étant des objets d’origine extraterrestre, il pourrait sembler paradoxal de dater l’âge de la Terre sur base de mesures faites sur de tels objets. En réalité, cette mesure de l’âge de la Terre est dépendante du modèle théorique qui décrit le processus d’accrétion. Selon le modèle communément admis, l’accrétion du système solaire a été un phénomène extrêmement rapide qui a conduit à la formation de l’étoile (le Soleil), des planètes (ou du moins d’embryons planétaires), des astéroïdes et des comètes. Les chondrites sont des fragments d’astéroïdes d’un type particulier et les CAIs, dont l’âge de 4,566 Ga a été déterminé par des méthodes classiques de géochronologie isotopique, sont les échantillons les plus anciens que l’on ait pu dater. Comme il s’agit de minéraux dits réfractaires qui se sont solidifiés à haute température et donc parmi les premiers dans le système solaire naissant, on assimile l’âge de la Terre à l’âge de ces minéraux d’origine météoritique (à une petite correction près dont il semble inutile de discuter). Cette assimilation est acceptable dans la mesure où le modèle d’accrétion du système solaire aujourd’hui accepté comme le plus plausible, conduit à considérer que les astéroïdes, les planètes et le Soleil se sont formés simultanément. Certes, les planètes n’avaient pas dès l’origine la masse actuelle : durant des centaines de millions d’années après l’accrétion, elles ont été bombardées par des comètes, des astéroïdes, des météorites : l’accrétion se poursuivait (et se poursuit d’ailleurs encore aujourd’hui) mais ces apports de matière étaient mineurs par rapport à la masse initiale (de l’ordre de quelques pourcents de cette masse initiale). La jeune Terre (elle avait alors moins de cents millions d’années) a été frappée par un objet qui avait sans doute la taille de Mars et qui lui a arraché une quantité importante de matière. Cette matière, d’abord rassemblée en un disque circumterrestre, s’est à son tour condensée pour former la Lune. Notre satellite était initialement beaucoup plus proche de la Terre qu’il n’est aujourd’hui : depuis sa formation, la Lune s’écarte de la Terre.

7La Terre est un corps différentié dans la mesure où elle est composée d’un cœur dense essentiellement métallique, d’un manteau qui entoure ce cœur et enfin d’une écorce externe. Cette différenciation jointe à la géométrie approximativement sphérique de la Terre sont des preuves de ce que dans les premiers millions d’années de son existence, la Terre était suffisamment meuble pour qu’elle puisse adopter une forme qui optimise les interactions gravitationnelles en son sein et pour que puisse se dérouler des transferts de matière, les matériaux les plus denses se retrouvant au centre et les moins denses en surface. Cette Terre meuble devait être chaude et ne pas posséder d’hydrosphère (ni océans, ni lac, ni rivières).

8La découverte récente de minéraux appelés zircons (ZrSiO₄) dans certains terrains sédimentaires anciens amène à penser que de l’eau liquide existait déjà sur Terre il y a 4,40 Ga d’années environ et c’est ce qui conduit à l’affirmation selon laquelle les océans primitifs sont apparus tôt sur le Terre. Remarquons ici un même type de décalage entre la chose effectivement mesurée (l’âge de zircons) et la chose affirmée (l’âge probable de la plus ancienne hydrosphère) que ce que nous avons vu précédemment pour l’âge de la Terre assimilé à l’âge de minéraux réfractaires d’origine météoritique.

9Dater la formation des premiers océans est chose importante pour qui s’intéresse à l’origine de la vie parce qu’il semble certain qu’il ne peut y avoir de vie sans eau à l’état liquide. Cette affirmation mériterait une longue justification. Dans le cadre de ce texte, nous nous limiterons à faire remarquer que la vie implique une structuration très forte de la matière et que l’eau a un effet structurant sur ce qui est dissous dans l’eau pour autant que les solutés soient hydrophobes. Par hydrophobe, on entend une molécule qui « n’aime pas être dans l’eau » et plus précisément, en utilisant le langage de la chimie-physique, une molécule est qualifiée d’hydrophobe si sa dissolution dans l’eau s’accompagne d’une perte d’entropie de l’eau. Cette perte d’entropie est généralement d’autant plus grande que la surface de la molécule hydrophobe est grande. Si des molécules hydrophobes identiques ou différentes s’accolent, la surface qu’elles offrent à l’eau est moindre que lorsqu’elles étaient séparées. Ainsi peut-on considérer que l’eau « aide » les molécules hydrophobes à s’accoler puisque de cet accolement résulte un gain d’entropie pour le système soluté solvant. L’entropie croît et donc l’énergie libre décroît ; le système évolue spontanément et irréversiblement vers un état plus structuré. La formation spontanée de membranes qui, très certainement, a constitué une étape importante dans l’évolution de la matière du non-vivant vers le vivant constitue un exemple d’auto assemblage qui peut être observé au laboratoire lorsque l’on dissout des molécules amphiphiles dans l’eau. Par molécules amphiphiles, on entend des molécules constituées d’une partie hydrophile et d’une partie hydrophobe (et donc lipophile au sens de « qui aime les graisses »). Au-delà d’une concentration limite dans l’eau, on peut observer que les molécules amphiphiles s’auto-organisent pour donner des assemblages constitués d’un nombre élevé de molécules. Parmi les assemblages qui sont observés, certains de ceux-ci nommés vésicules ou liposomes, présentent une analogie certaine avec les cellules vivantes en ce sens qu’il existe un milieu interne et un milieu externe séparés par une membrane. Cette membrane a une structure en bicouche, avec les « têtes » hydrophiles en contact avec l’eau interne et avec l’eau externe et les « queues » hydrophobes pointant les unes vers les autres. Bien évidemment, un liposome ou d’autres structures que peuvent former des molécules amphiphiles comme les micelles, sont des systèmes infiniment plus simples que le plus simple des unicellulaires mais, comme déjà dit précédemment, la formation spontanée de ces structures a certainement constitué l’une des étapes de l’évolution de la matière qui a conduit à la transition du non vivant au vivant. Cette formation spontanée d’objets complexes ne viole en rien le deuxième principe de la thermodynamique : il y a croissance de l’entropie du système constitué par les molécules amphiphiles et les molécules d’eau. Si on se limite aux seules molécules amphiphiles considérées comme formant un sous-système, leur agrégation s’accompagne évidemment d’une perte d’entropie de ce sous-système. Ceci étant, la croissance de l’entropie de l’autre sous-système constitué par les molécules d’eau surcompense la perte enregistrée au niveau du premier sous-système. Le couplage entre les deux sous-systèmes est l’élément déterminant qui conditionne l’évolution du système global. On mesure, par cet exemple simple, l’importance de la présence de l’eau liquide dans le processus d’émergence des premières cellules vivantes et pourquoi la découverte de preuves attestant l’existence précoce d’eau liquide sur la Terre est importante. Puisqu’il semble impossible d’envisager une vie sans eau, la présence constante d’eau liquide sur Terre depuis plus de 4 Ga a permis non seulement l’apparition de la vie mais aussi sa longue évolution depuis les unicellulaires procaryotes initiaux jusqu’aux pluricellulaires eucaryotes. Cette phrase ne doit pas être interprétée comme signifiant que les unicellulaires procaryotes contemporains n’ont pas, eux aussi, évolué : tous les organismes présents aujourd’hui sur Terre sont le résultat d’une évolution biologique qui a débuté avec l’apparition des premières cellules, voire de la première cellule dotée des propriétés communes à tous les êtres vivants et qui nous conduisent à les reconnaître comme tels. Il est en effet intéressant de constater qu’il n’y a aucune difficulté à s’accorder sur ce qui est vivant et sur ce qui ne l’est pas alors que la définition de la vie constitue un sujet de débats sans fin au sein de la communauté scientifique.

10Dater (de manière indirecte) la formation des premiers océans et observer que l’eau liquide est indispensable à la vie ne signifie pas pour autant que la vie soit présente sur Terre depuis 4,4 Ga. La présence d’eau est une condition nécessaire, mais elle n’est pas une condition suffisante ! Certains articles de presse à propos de la planète Mars ou du satellite de Jupiter Europe montrent que la nécessité d’établir cette distinction n’est pas claire pour tout le monde.

11Quelles sont les conditions suffisantes pour que la vie apparaisse nécessairement ? Il faut avouer avec humilité que nous n’en savons rien et que nous ne savons même pas si l’apparition d’êtres vivants, dans des conditions environnementales pourtant adéquates, correspondait ou non à une nécessité. Dans l’état actuel de nos connaissances, il n’y a pas moyen d’effectuer un choix entre hasard et nécessité qui soit uniquement basé sur des arguments scientifiques contraignants. Chacun peut exprimer des préférences mais ce faisant, il doit ou devrait reconnaître qu’il s’agit d’un avis subjectif. On peut évidemment affirmer sans risque de se tromper que l’apparition des premiers être vivants nécessitait la présence des constituants du vivant que sont l’eau et les molécules organiques comme les acides aminés, les sucres, les graisses. Sans matériaux de construction, on ne peut construire une maison ! Il faut néanmoins observer que cette affirmation n’est exacte que pour LUCA (notre « Last Universal Common Ancestor »). Nous ne savons rien en ce qui concerne une éventuelle forme de vie antérieure à LUCA, à jamais disparue sur Terre, et qui pour certains auteurs particulièrement imaginatifs, aurait pu être fondée sur des constituants inorganiques et notamment des sulfures métalliques. Les molécules organiques constitutives de LUCA étaient très probablement présentes sur Terre depuis qu’existaient des océans. Qui plus est, elles étaient présentes essentiellement sous forme dissoute ou en suspension dans les océans, l’eau agissant comme filtre ultraviolet qui limitait la destruction de ces molécules par le rayonnement solaire. Il faut en effet se souvenir que l’atmosphère de la Terre primitive ne contenait ni oxygène en quantité abondante ni donc ozone et les terres émergées devaient constituer un environnement peu propice à l’accumulation de molécules organiques.

13L’apport endogène des constituants de LUCA sur la Terre primitive est associé, lui, à la synthèse de ces constituants sur la Terre primitive et plus précisément dans des microenvironnements réducteurs qui devaient exister sur cette jeune Terre. En effet et contrairement à ce que pensaient Oparine, Urey ou Miller, l’atmosphère terrestre dans son ensemble n’a jamais été réductrice. Ceci limite les synthèses en phase gazeuse atmosphérique que l’on peut envisager comme scénarios plausibles en chimie prébiotique. Toutefois, rien n’empêche de limiter cette synthèse situ à des microenvironnements réducteurs comme le sont aujourd’hui les sources hydrothermales et plus particulièrement les fumeurs noirs sous-marins. En fait, il semble de plus en plus vraisemblable que des microenvironnements de ce type ont joué un rôle en chimie prébiotique.

14Si l’on en revient au thème central de ce chapitre et au « temps de l’histoire », il faut reconnaître que demeurent totalement inconnus la durée de ce processus d’accumulation des molécules organiques constitutives de LUC A (acides aminés, sucres, molécules amphiphiles...) et surtout le temps nécessaire à l’auto structuration de ces « éléments de construction de base » en superstructures de type polymères ou de type assemblages supramoléculaires (micelles, vésicules...). On peut uniquement fixer une fourchette de temps : l’accumulation et l’auto structuration n’ont pu débuter que lorsque existait une hydrosphère permanente sur la Terre primitive et elles se sont probablement achevées avec l’apparition de LUCA. En effet, dès que des unicellulaires se sont multipliés sur Terre, ils ont dû consommer la matière organique accumulée. Ils étaient vraisemblablement hétérotrophes même si rien ne permet d’exclure formellement que les premiers organismes aient pu être des autotrophes capables de synthétiser leur matière constitutive, en tout ou en partie, à partir de CO₂ et de H₂S ou de H₂O. De toute manière, LUCA lui-même devait être constitué de molécules et de systèmes supramoléculaires qui préexistaient dans le milieu. Si l’on peut dater approximativement l’apparition des premiers océans, en revanche on ne peut préciser la date de naissance de LUCA ni même affirmer qu’avant LUCA, une autre et très hypothétique forme de vie n’ait pu exister sur Terre. Il est courant de faire coïncider la date de l’apparition de la vie sur Terre avec l’âge des plus anciens fossiles de microorganismes connus même si des rapports isotopiques ¹²C/¹³C observés dans des sédiments datant de plus de 3,8 Ga (Isua, Groenland) sont parfois considérés comme une preuve indirecte de ce que la matière organique très métamorphisée trouvée dans ces sédiments était d’origine biologique et témoignait donc de l’existence d’une vie microbienne à l’époque où ces sédiments se sont déposés. Les plus anciens fossiles connus dateraient de 3,5 Ga mais ces conclusions ont été récemment contestées. Ce que certains considèrent comme des microfossiles est vu par d’autres comme des microformations minérales d’origine abiotique. Les premiers microfossiles ont donc peut-être 3,5 Ga ou peut-être 2,9 Ga « seulement ». Quoi qu’il en soit ces premiers microfossiles sont ceux d’organismes unicellulaires sans noyau (procaryotes). Dès que les premiers unicellulaires sont apparus sur Terre, l’évolution biologique a pris le relais de l’évolution chimique ; un code génétique susceptible de se modifier à l’occasion de la division cellulaire devenait la cause première de l’évolution. Quand a eu lieu ce changement de régime d’évolution ? Personne ne le sait et peut-être ne le saura-t-on jamais. On peut constater seulement que l’évolution chimique a pris probablement un milliard d’années au maximum. Ceci étant, ce serait certainement une grave erreur que d’imaginer cette évolution comme un processus toujours lent et progressif. Au contraire, tout permet d’affirmer que l’évolution chimique a dû connaître aussi des phases stationnaires, séparées par des évolutions brusques de type bifurcation, comme on l’observe pour tout système ouvert maintenu loin de l’équilibre par ses échanges de matière et d’énergie avec le monde extérieur.

15Comme on peut le constater, le « temps de l’histoire » joue un rôle central dans la transition du non vivant au vivant sans qu’il soit possible de jalonner un long espace de temps par des dates précises. Cette situation tient évidemment au manque de traces, de vestiges d’un passé si lointain. Elle tient aussi au lien étroit qui existe toujours (et dans toutes les sciences historiques) entre datation et choix conventionnel de l’évènement à dater et il est utile d’insister sur ce point. En histoire, l’accord concernant ce choix conventionnel est si aisément atteint que l’on semble souvent oublier même qu’il s’agit d’une convention. Personne aujourd’hui ne défendrait l’idée que le début de la dernière guerre mondiale correspond à l’envahissement de l’Autriche par l’Allemagne parce que tout le monde « sait » que le début correspond à l’invasion de la France et de la Belgique et pourtant il est bien évident qu’il s’agit là d’une convention. On aurait pu convenir d’ailleurs que la guerre n’est devenue vraiment mondiale qu’après l’entrée en guerre du Japon, de l’Amérique et de l’Union Soviétique et que l’invasion de l’Autriche, mais aussi celle de la France et de la Belgique n’étaient que des épisodes préliminaires. Si l’accord quant à l’évènement à dater semble souvent ne pas faire problème en histoire, il n’en est plus de même dès qu’il s’agit de préhistoire ou d’anthropologie. Dater l’apparition de l’Homo sapiens fait l’objet de débats sans fin entre spécialistes et ceci notamment parce qu’il faut s’entendre sur les critères permettant d’affirmer que tel squelette est celui d’un « vrai » Homo sapiens alors que tel squelette (généralement fragmentaire) correspond à un individu qui n’était pas « vraiment » un Homo sapiens ! Il ne faut donc pas être surpris devant l’impossibilité de dater des évènements aussi lointains que l’apparition de la vie. Incontestablement, les scientifiques et surtout les chimistes éprouvent des difficultés majeures à s’entendre sur une définition arbitraire de l’évènement à dater. Il faut constater que lorsque les cosmologistes, les astronomes ou les géologues sont confrontés à des problèmes de datation, il semble qu’ils aient moins de difficultés à s’accorder à trouver un consensus en leur sein. Peut-être est-ce parce que leurs sciences sont historiques : ils connaissent mieux que les chimistes les règles du jeu et savent notamment que sans consensus sur un choix conventionnel voire arbitraire de l’évènement singulier à dater, tout discours sur les origines perd en clarté. Les chimistes privilégient une description de l’apparition de la vie en tant qu’enchaînement de processus qui, finalement, ont permis l’émergence d’un système auquel tout le monde s’accorde à attribuer le qualificatif de vivant. Ce faisant, ils accentuent l’impression que les scénarios proposés pour décrire l’évolution prébiotique sont extrêmement hypothétiques. On peut regretter cette situation voire même considérer qu’elle constitue la preuve de l’incapacité des chimistes à prendre en compte le « temps de l’histoire ». On peut aussi considérer cette attitude des chimistes comme une manifestation d’humilité devant un problème d’une immense difficulté. Cette difficulté est d’autant plus grande que l’approche scientifique à mettre en œuvre ne peut être uniquement réductionniste. Comme cela a déjà été souligné, l’évolution chimique ne doit pas être vue comme une très longue succession de petites étapes innombrables. Tout au contraire, certaines de ces étapes ont dû correspondre à des bifurcations au sein d’un système au comportement non linéaire, bifurcation qui se sont accompagnées de l’apparition soudaine de propriétés vraiment nouvelles. Face à ce type de comportement, il est souvent nécessaire d’utiliser une approche globale, holistique qui ne jouit pas nécessairement encore d’un jugement positif dans le milieu des chimistes et qui exige surtout une approche supra disciplinaire difficile à bien pratiquer. Des progrès substantiels ont néanmoins été faits durant ces dernières décennies, les mentalités évoluent, les préjugés s’affaiblissent et on doit être optimiste quant à la prise en compte de plus en plus efficace du « temps de l’histoire » par les chimistes.