Synthèses de la lumière

La photosynthèse est un phénomène merveilleux. Prenez n’importe quelle plante verte, apportez-lui de la lumière, de l’eau et du gaz carbonique et vous obtiendrez en bout de chaîne de l’oxygène, rejeté dans l’air et de l’énergie sous forme de sucre, que la plante conservera pour garantir sa survie et sa croissance.

Plus exactement, donnez à une plante 6 volumes d’eau (H2O) et 6 volumes de gaz carbonique (CO2) et elle vous fabriquera 1 volume de glucose (C6H12O6) et 6 volumes d’oxygène (O2), grâce à l’énergie lumineuse que la chlorophylle reçoit et transforme.

Mais alors, me direz-vous, si on donnait un coup de main à la nature en concevant nos propres systèmes de photosynthèse, on parviendrait peut-être à réduire le problème du gaz carbonique émis par les activités humaines et rejeté dans l’atmosphère, qui contribue ainsi à l’effet de serre.

Pour vous donner une idée, l’émission de dioxyde de carbone à l’ère pré-industrielle était d’environ 600 milliards de tonnes par an, entièrement absorbée par la biosphère et les océans. De nos jours, on estime à 800 milliards de tonnes la quantité de dioxyde de carbone émise chaque année, dont un excès de 12 milliards de tonnes qui ne peuvent pas être absorbées par la nature.

Revenons à notre système rêvé : celui-ci serait propre puisqu’il ne rejetterait que de l’oxygène. Il aurait de plus le potentiel de produire des molécules énergétiques dont nous pourrions tirer du carburant pour nos moteurs.

Or, en avril de cette année, une équipe de chercheurs de l’université de Berkeley en Californie, a annoncé avoir fait un grand pas en avant dans le domaine de la photosynthèse artificielle.

Ceux-ci ont développé un système hybride composé de nano-fils semi-conducteurs et de bactéries qui mime le processus de la photosynthèse. Ce système capture les émissions de dioxyde de carbone avant que celui-ci se répande dans l’atmosphère. Il règle également la question épineuse du stockage du carbone en le mettant immédiatement « au travail », c’est-à-dire en le transformant en acétate, qui permettra la production de plastiques bio-dégradables, de produits pharmaceutiques et de carburants liquides.

Chris Chang, l’un des chercheurs, explique : « Dans la photosynthèse naturelle, les feuilles récoltent l’énergie solaire et le dioxyde de carbone est réduit et combiné à de l’eau pour la synthèse de produits moléculaires qui forment la biomasse. Dans notre système, les nano-fils récoltent l’énergie solaire et fournissent des électrons aux bactéries ; c’est là que le dioxyde de carbone est réduit et combiné à de l’eau pour la synthèse de divers produits chimiques ciblés à haute valeur ajoutée. »

Le système actuellement développé a une efficacité de conversion de l’énergie solaire de 0,4%. Cependant, l’équipe travaille déjà à une deuxième génération promettant un taux de conversion de 3%. Ce n’est que lorsqu’ils atteindront une efficacité à 10% que le système devrait être commercialement viable.

Quoi qu’il en soit, ce type de recherche présage un futur où les technologies utilisées s’inspireront de processus naturels et contribueront à un équilibre amélioré entre substances chimiques consommées et émises par l’homme.

Christophe Mayca

24 août 2015

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Kissinger et l’ordre du monde /1

Henry Kissinger, un nom qu’on associe surtout à l’administration Nixon, sous laquelle il fut conseiller à la Sécurité nationale puis secrétaire d’Etat, à la guerre du Vietnam et au bombardement de pays tiers (Cambodge et Laos), au coup d’Etat de Pinochet au Chili ou au soutien du Pakistan dans la guerre de libération du Bangladesh qui fit trois millions de morts.

Quoi qu’on en pense, ce partisan de la Realpolitik, « la politique étrangère fondée sur le calcul des forces et l’intérêt national », celui qui a permis aux Etats-Unis d’ouvrir le dialogue avec la Chine, est une personnalité incontournable de l’histoire contemporaine et un observateur hors pair des mouvements qui font l’histoire du monde.

Son dernier livre, World Order est sorti en 2014, sans traduction française à ce jour, à ma connaissance. A 91 ans, Henry Kissinger montre qu’il n’a rien perdu de sa clarté d’analyse lorsqu’il nous présente le tableau des forces en présence et les conditions qui pourraient nous mener vers un ordre mondial, jusqu’à prendre en compte l’évolution des technologies modernes vers les espaces numériques et les cyber-technologies. (« Le cyberespace est devenu stratégiquement indispensable. »)

Au passage, Kissinger prend le temps de s’étendre sur les idées et les actions de quelques grands hommes dans la lignée desquels il se place : Kautilya (un Machiavel avant l’heure, de l’Inde du 3ème siècle avant notre ère et un pionnier de la diplomatie), Machiavel, Richelieu, Talleyrand (« seule une personnalité formidable aurait pu se projeter au centre de tant de grands événements contradictoires »), Bismarck et Theodore Roosevelt sont de ceux-ci.

Cependant, le premier objectif de Kissinger est de décrire les différentes visions de l’ordre du monde parmi les principales civilisations actuelles.

Lui qui est né allemand consacre une grande partie de son ouvrage à la conception européenne des relations entre Etats, qu’il nomme l’ordre westphalien. Pour comprendre cette notion, nous devons remonter le temps jusqu’à la guerre de Trente Ans et à sa conclusion par les traités de Westphalie en 1648.

La guerre de 30 ans impliqua l’ensemble des puissances du continent européen, pour des raisons soit religieuses entre catholiques et protestants, soit politiques liées à la faiblesse structurelle du Saint Empire Romain (qui « n’était en aucune manière, ni saint, ni romain, ni empire », comme l’écrivit plus tard Voltaire), soit stratégiques, de la part de la France entre autres, qui choisit de s’allier à la Suède protestante afin d’affaiblir les Habsbourg et ainsi contrer les tentatives d’invasion espagnoles.

Cette guerre fit plusieurs millions de morts et décima l’Europe Centrale qui perdit 60% de sa population.

Les négociations pour la paix durèrent quatre ans et poussèrent 109 délégations représentant 194 Etats et groupes d’intérêt à se réunir en deux endroits distincts de Westphalie : Münster pour les représentants des états catholiques et Osnabrück pour les protestants. Les six premiers mois furent passés à se disputer à propos de qui s’assiérait où et qui devait précéder qui en entrant dans une pièce. Bref, l’ère des relations internationales était née.

Les tenants de la paix de Westphalie sont des principes ayant toujours cours aujourd’hui, sur lesquels se fonde l’idée d’ordre westphalien :

  • la souveraineté des Etats à l’intérieur de frontières reconnues et leur droit à gérer leurs affaires internes et notamment religieuses comme ils l’entendent, en d’autres termes un principe de légitimité et de non-ingérence
  • l’égalité entre Etats dans leurs relations diplomatiques, indépendamment de leur taille territoriale, puissance militaire ou économique
  • le pardon des fautes du passé : « un oubli et une amnistie perpétuelle de tout ce qui a été fait depuis le commencement de ces troubles » selon les termes du traité
  • l’avantage de l’autre, c’est à dire la poursuite d’une politique économique visant au bénéfice mutuel entre partenaires (« …et que cette paix et amitié s’observe et se cultive sincèrement et sérieusement ; en sorte que les parties procurent l’utilité, l’honneur et l’avantage l’une de l’autre »)
  • l’équilibre des puissances (balance of power), censé limiter les velléités hégémoniques des plus grands Etats en poussant naturellement les plus petits à se coaliser par des jeux d’alliance selon les circonstances

Notons que l’équilibre obtenu sur la base de ces principes était alors facilité par la désagrégation des puissances d’Europe Centrale et le morcellement du Saint Empire Romain en plus de 300 territoires.

L’ordre westphalien fut bien sûr fort malmené au long des siècles qui suivirent, mais il fut également restauré de manière éminente à deux reprises.

Le Congrès de Vienne en 1815 mit fin aux conquêtes napoléoniennes, rétablit l’équilibre des puissances et mit au point un système de conférences diplomatiques qui prirent le nom de concert européen, auxquelles le perdant d’hier, la France, fut rapidement intégré.

Au lendemain de la deuxième guerre mondiale, les principes westphaliens inspirèrent la création de l’ONU et la formation de la République Fédérale d’Allemagne en 1949, avec laquelle la France choisit de s’allier pour avancer vers l’idée de communauté économique européenne.

L’ordre westphalien n’est pour autant pas une conception partagée par toutes les civilisations. J’aborderai dans un prochain billet les autres visions de l’ordre du monde telles que décrites par Kissinger, celles notamment de la Russie, de la Chine, du monde musulman et de l’Amérique.

Christophe Mayca

1er juin 2015

Catastrophe ultraviolette

En 1900, le physicien britannique William Thomson, dit Lord Kelvin, déclarait : « La beauté et la clarté de la théorie dynamique, qui décrit la chaleur et la lumière comme formes de mouvement, sont aujourd’hui assombries par deux nuages. » Les deux nuages en question portaient l’un sur la détection de l’éther lumineux (on supposait alors l’existence de l’éther, une substance solide et élastique dans laquelle baignait l’univers) et l’autre sur la partition de l’énergie au travers de l’expérience du corps noir.

Du premier nuage, Lord Kelvin concluait qu’il était plus dense qu’il n’y paraissait (« I am afraid we must still regard Cloud No. I. as very dense. ») ; quant au deuxième nuage, il suggérait simplement de l’oublier en réfutant les résultats des travaux publiés à l’époque.

L’expérience du corps noir (un objet idéal qui absorberait parfaitement tout rayonnement reçu) était un casse-tête pour tous les physiciens d’alors. On partait d’une observation simple, faite depuis que les forges et les fours des boulangers existent: un corps prend une couleur rouge, puis jaune, puis blanche selon la température à laquelle il est chauffé.

Là où les choses se sont compliquées, c’est lorsque les scientifiques ont essayé de traduire ce phénomène en formule mathématique. Avec les connaissances de la fin du XIXème siècle, on arrivait à décrire précisément les émissions d’énergie jusqu’à un certain niveau de température et de fréquence lumineuse, mais ça ne marchait plus du tout au delà. Selon la théorie, le rayonnement ultraviolet d’un simple feu de cheminée devait tendre vers l’infini et tout griller aux alentours, d’où l’expression de catastrophe ultraviolette.

Comme ce n’était pas le cas dans la réalité, il fallait donc changer les termes de l’équation et c’est Max Planck, physicien théoricien enseignant à Berlin, qui allait s’atteler à la tâche.

Au terme de recherches éreintantes de plusieurs mois, Max Planck finit par commettre un « acte de désespoir ».

Lui qui ne croit pas dans l’existence de particules formant la matière, encore moins dans la vertu des probabilités à expliquer l’infiniment petit, en vient à faire appel à l’une et aux autres, car, après avoir épuisé toutes les possibilités, il ne lui reste plus que cette seule et unique solution. Dès lors, ses calculs fonctionnent parfaitement à tous les niveaux de rayonnement.

Il conclut ainsi que l’énergie produite à l’intérieur du corps noir est libérée, non pas de manière continue comme on le croyait jusque là, mais en petits paquets d’énergie qui seront baptisés plus tard des quanta (les quanta de lumière ne seront nommés photons qu’en 1926). Cette énergie est le produit de la fréquence du rayonnement émis par un nombre, toujours le même, nommé constante de Planck. La constante de Planck est notée h, lettre qui aurait été choisie parce qu’étant l’initiale soit du terme allemand Hilfsgröße (grandeur auxiliaire) soit de Hilfe ! (à l’aide !).

C’est donc malgré lui que Planck jette les fondements de la physique quantique, nom tiré des quanta qu’il a découverts. Planck publie les résultats de ses travaux quelques mois après la déclaration de Lord Kelvin, en se cantonnant à l’aspect théorique et sans rentrer dans une interprétation qu’il sait contraire à ses convictions. Cependant, Albert Einstein saisit l’importance de ces découvertes et s’en sert pour former ses propres théories. Il publiera en 1905 un article sur l’effet photo-électrique, confirmant les hypothèses de Planck et concluant à la nature corpusculaire de la lumière.

La même année, Einstein publie trois autres articles, dont l’un apporte une solution brillante au premier « nuage » de Lord Kelvin en proposant la théorie de la relativité restreinte. Celle-ci conclut entre autres choses que l’éther est une notion arbitraire et inutile, remettant en cause rien moins que la physique de Newton.

Christophe Mayca

30 mars 2015

Les trois princes de Serendip

Je ne pouvais pas démarrer ce blog sans parler de sérendipité.

Mais qu’est-ce que c’est que ce mot bizarre qui a fait récemment irruption dans nos dictionnaires ?

A la racine, le nom Serendip. Nous voila bien avancés. Si j’ajoute que Serendip est un ancien nom persan qui désignait le Sri Lanka actuel, ça ne nous rapproche pas davantage du sens du mot.

En fait, il nous faut faire un voyage dans le temps davantage que dans l’espace et remonter jusqu’au XVIIIème siècle. A l’époque, on commençait à s’intéresser en Europe aux cultures orientales, Galland publiait la première version des Mille et Une Nuits en français dès 1704. Montesquieu les Lettres Persanes en 1721 et Voltaire Zadig ou La Destinée en 1747.

Or Zadig est inspiré d’un conte persan : Voyages et Aventures des Trois Princes de Serendip, où les trois princes font des déductions extraordinaires fondées sur l’observation d’indices laissés sur le chemin, à propos de choses qu’ils n’ont jamais vues, par exemple le passage d’un chameau borgne et boiteux, avec une dent en moins, transportant une femme enceinte, du miel d’un côté et du beurre de l’autre. Alors qu’ils devaient être exécutés, les trois princes reçoivent des présents en récompense de leur sagacité, sans qu’ils aient recherché la moindre faveur.

Pour autant ce n’est pas Voltaire qui inventa en 1754 le concept de sérendipité, mais l’Anglais Horace Walpole (qui tenait d’ailleurs une correspondance avec Voltaire). Walpole s’inspira du conte persan (ce « silly fairy tale » où les princes «were always making discoveries, by accidents and sagacity, of things which they were not in quest of ») pour forger le terme « serendipity » et lui donner ce sens : la faculté de faire des découvertes heureuses et inattendues par accident.

Ou bien, si vous voulez et pour reprendre l’image de l’Américain Julius Comroe, la sérendipité c’est sauter dans une meule de foin à la recherche d’une aiguille pour en ressortir avec la fille du fermier (ou le fils si ça vous convient mieux).

Serendipity est un mot populaire en anglais, notamment chez les journalistes et les scientifiques. Sa prononciation est aussi plus facile qu’en français, par la grâce de l’accent tonique sur la première syllabe et l’absence de voyelle nasale. L’anglais a encore l’avantage de proposer l’adjectif « serendipitous » dont l’adaptation en français passe à mon avis assez mal : sérendipiteux ne rend pas vraiment le côté heureux d’une découverte.

Pourquoi a t-il fallu attendre ces dernières années (mot de l’année 2009 pour le magazine Sciences Humaines, qui se plaint alors de ne pas le voir dans les dictionnaires usuels) pour que la sérendipité fasse officiellement son entrée dans la langue française ? Peut-être que notre esprit cartésien s’accommode mal de l’idée de faire des découvertes fortuites ; je pense donc je suis et je trouve ce que j’ai cherché. Même Pasteur, lorsqu’il dit : « Le hasard ne favorise que les esprits préparés » semble subordonner la chance au pouvoir de la pensée toute-puissante.

Pour autant, les exemples abondent de ces découvertes majeures faites avec la contribution du hasard. J’en citerai un, celui d’Alexander Fleming, qui fit preuve de sérendipité à deux reprises. La première fois, en 1921, Fleming, qui cultivait divers microbes dans des boîtes de Petri, ajouta à l’une d’elles ses propres sécrétions nasales (par curiosité ou par accident, les récits divergent à ce sujet). Le lendemain Fleming observa la formation d’une tache claire à l’endroit où le mucus s’était déposé. Il en déduisit qu’une substance présente dans le mucus tuait les bactéries contenues dans la boîte et l’appela lysozyme.

Sept ans plus tard, Fleming, qui n’avait pas la réputation d’être ordonné, partit en vacances un mois en laissant ses boîtes de Petri ouvertes à l’air libre sur la paillasse de son laboratoire. A son retour, de la moisissure avait contaminé les boîtes. Alors qu’il aurait dû les jeter, il se souvint de son expérience avec le lysozyme et remarqua que la moisissure détruisait les staphylocoques cultivés dans certaines d’entre elles. Il isola et identifia la moisissure. Il nomma l’antibiotique qu’il avait créé pénicilline.

Que les princes de Serendip vous accompagnent sur les sentiers de la découverte.

Christophe Mayca

25 mars 2015

Salut à tous !

Comme le nom de ce blog l’indique, vous trouverez dans cet espace des articles sur  des idées et des sujets jetés sur le papier au fur et à mesure qu’ils me traversent l’esprit. N’espérez pas y trouver un quelconque fil conducteur (du moins dans un premier temps). En revanche, j’espère vous divertir et vous surprendre avec des réflexions que je souhaite originales, l’évocation de personnages hauts en couleurs et par le partage de mots inédits (« Entre deux mots il faut choisir le moindre » disait Paul Valéry, mais je n’ai jamais su suivre ce précepte).

J’espère aussi nouer un dialogue fécond avec vous. Alors, surtout, faites-moi part de vos remarques comme de vos critiques. Je vous assure qu’elles sont les bienvenues.

Bonne lecture !

Christophe Mayca