Avant de faire le grand saut et entreprendre la vaste contemplation de la formation/apparition des êtres pluricellulaires, je vous propose une brève transition. Ce sera une « transition énergétique ». Ici, plus encore que dans les chapitres (articles) précédents, je ne prétends nullement faire une présentation scientifique. Les théories auxquelles je ferai allusion sont hyper complexes et très récentes. J’y puise uniquement quelques éléments, même imparfaits, pour alimenter notre contemplation transformante et notre dialogue.
Comme nous l’avons mentionné plus haut, les cellules trouvent dans la nourriture et la respiration matière et énergie. La question de l’énergie est assez nouvelle pour moi. Peut-être est-elle liée à la question des relations qui, elle, est si importante pour moi. Arrêtons-nous donc un moment pour méditer et contempler cette réalité que nous appelons « énergie ».
Qu’est-ce que l’énergie ?
L’énergie est ce qui produit un mouvement. Pas d’énergie, pas de mouvement. Pas d’énergie, rien ne bouge. L’énergie est donc, en quelque sorte, une force qui agit sur un objet. Elle peut agir de l’intérieur ou de l’extérieur. Mais, en tout état de cause, elle agira en général à la fois de l’intérieur et de l’extérieur.
Je me souviens de mon prof de physique en secondaire V. Il aimait bien nous surprendre par ses exemples et ses manières d’exprimer les choses. Pour nous faire comprendre qu’une force agit toujours sur une autre force opposée, il donnait deux exemples. Le premier, si vous êtes en canot et que vous avez perdu vos rames, il suffit de lancer vers l’arrière tout ce que vous avez dans le canot. Chaque force propulsée vers l’arrière provoquera une force égale vers l’avant.
Deuxième exemple. Si vous vous tenez debout sur la plancher, le plancher exerce une force pour vous retenir qui est égale à la force qu’exerce votre poids. Que sont ces forces ?
Les 4 forces
Toute l’énergie présente dans l’univers agit sous la forme de l’une ou l’autre des quatre forces connues par la physique. Ces quatre forces, qu’on nomme plus précisément des « interactions », sont la gravité, la force électro-magnétique, la force nucléaire et la force faible. À ce jour, aucune autre force n’a été découverte, même si bien des hypothèses ont été proposées. Dans les lignes qui suivent, nous laisserons dans l’ombre la force faible, plus complexe à comprendre pour nous. De toute façon, un regard assez bref sur les trois autres forces suffira largement pour alimenter notre contemplation.
La lune tourne autour de la terre, retenue par la gravité, et propulsée par une énergie initiale. La terre tourne autour du soleil pour les mêmes raisons. Vous laissez tomber une roche et elle tombe, précisément. Cela peut sembler banal mais ce ne l’est pas tant que ça. Si elle tombe, c’est parce qu’elle est « attirée » par la terre, par la force de gravitation. Et si elle tombe sur vos orteils, ça fait mal ! Il y a pas mal d’énergie là-dedans. Plus elle part de haut, plus elle acquiert de l’énergie en tombant. En fait, elle acquiert de la vitesse. En physique nous dirons qu’elle transforme de l’énergie potentielle (liée à sa hauteur) en énergie cinétique (liée à sa vitesse). Car, nous le mentionnerons souvent, « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».
Cette énergie gravitationnelle peut aussi être transformée en énergie électrique. C’est le principe des centrales hydroélectriques. Il faut une chute d’eau. L’eau, qui acquiert de la vitesse grâce à la force gravitationnelle, fait tourner les turbines qui produisent de l’électricité. Cette énergie électrique est alors transportée jusqu’à votre maison et produit divers effets, selon l’utilisation que vous en faites. Cette énergie est presque inépuisable car, une nouvelle source d’énergie, celle du soleil, va prendre l’eau et la ramener au haut de la chute d’eau par le phénomène de l’évaporation. Ainsi, le soleil communique à l’eau une énergie potentielle (liée à la hauteur) qui sera transformée en énergie cinétique, en tombant de la chute, et qui est transformée en énergie électrique via la turbine. Tout se transforme.
Alors que la force gravitationnelle agit sur de gros objets, la force électrique (ou électromagnétique) agit, elle, dans l’infiniment petit. Elle résulte de l’interaction entre les protons (de charge positive) et les électrons (de charge négative). En plus ou en moins, proton et électron ont exactement la même charge électrique ! Fascinant ! C’est cette interrelation absolument invisible qui agit avec tant de puissance dans votre maison.
Si on poursuit notre descente vers plus petit encore, nous arrivons à la force nucléaire. C’est elle qui permet aux protons qui forment le noyau de l’atome de se maintenir entre eux. En effet, les protons, de charges positives, devraient normalement se repousser. Mais, une autre force agit, la force nucléaire, afin de les maintenir ensemble. Si on réussit à créer une fission dans le noyau de l’atome, alors on libère cette énergie super puissante qu’est l’énergie nucléaire. Si elle est libérée sans contrôle, on obtient la bombe nucléaire. Si elle est libérée de manière contrôlée, on obtient les centrales nucléaires. Ces dernières créent de l’électricité, cette fois en transformant l’énergie nucléaire en énergie électrique. Il y a donc de l’énergie partout et en abondance. Il s’agit de la transformer pour la rendre utilisable.
E = Mc2
Bien sûr, nous n’allons pas expliquer ce grand théorème qu’on associe spontanément à Einstein. Rappelons ici, d’entrée de jeu, que cette équation est valide pour des objets au repos, c’est-à-dire qui ne sont pas en mouvement et donc, sur lesquels ne s’exercent pas d’autres forces. La formule complète de l’énergie relativiste est : E2=(mc2)2+(pc)2 . Lorsque p, la quantité de mouvement, est nulle, on obtient la formule bien connue. Nous allons maintenant attirer l’attention sur quelques éléments liés à cette équation qui pourront nous être utiles
Premièrement, comme la vitesse de la lumière, c, est une constante, l’équation nous indique que l’énergie est toujours proportionnelle à la masse. Elles sont même, en quelque sorte, équivalentes. À la limite, nous pourrions dire qu’elles sont la même chose. La masse, c’est de l’énergie « matérialisée ». Et, inversement, ce qui donnera de l’énergie, ce sera une perte de masse : la transformation de la masse en énergie. Voyons quelques-unes de ces transformations.
Vous arrêtez au poste d’essence. Vous remplissez le réservoir de votre voiture. Et voilà, vous avez de l’énergie, matérialisée sous forme de pétrole, pour rouler quelques centaines de km. Au bout de ce temps, le réservoir est vide. Vous avez perdu toute la « masse » de votre essence et donc, il n’y a plus d’énergie pour faire avancer la voiture.
Ce sera la même chose pour votre feu de cheminée. Vous avez un restant de corde de bois qui fait 50 kg. Vous le bruler et cela dégage une bonne chaleur dans la maison. Plus de bois, plus de chaleur.
Mais, en fait, ces deux exemples sont purement analogiques. Car, en réalité, l’énergie qui vous permet de rouler en voiture ou celle qui vous permet de chauffer votre maison au bois n’a à peu près rien à voir avec « l’énergie de masse » à laquelle fait référence la formule d’Einstein.
Si on pouvait récupérer tous les résidus laissés par la combustion des 50 kg de bois, cendre et émanations « partie en fumée », et les rassembler, nous retrouverions, à peu de chose près, les 50 kg. Car la masse atomique n’a aucunement été affectée par la combustion du bois. Les atomes présents dans votre restant de corde de bois sont tous demeurés intacts après que vous ayez chauffé votre maison.
L’énergie calorifique est produite par la rupture des liens moléculaires, non par la cassure des atomes. Par la rupture de ces liens, les molécules restantes sont libérés de ce qui les retenaient dans le bois. Elles peuvent donc prendre plus d’expansion et c’est ce qui leur permet de s’envoler. Ou, au contraire, elles deviennent plus denses et sont réduites en cendre. Et on est en droit de se demander : mais d’où vient cette énergie des relations moléculaires ? Elle vient du soleil ! Il faudrait ici revenir à notre toute première contemplation : la contemplation de l’arbre. C’est en capturant l’énergie solaire grâce à la photosynthèse assurée par la chlorophylle que l’arbre fabrique pour nous le bois. Ainsi donc, le chauffage au bois est, à toute fin utile, une énergie solaire ! D’ailleurs, il en est ainsi de l’essence qui fait avancer votre voiture puisque le pétrole est un résidu de substances organiques, donc qui ont pu être formées grâce au soleil.
Autre élément, sur lequel j’aimerais attirer l’attention, c’est le lien avec le célèbre axiome de Lavoisier que nous avons déjà cité : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». Ainsi, la quantité d’énergie présente dans l’ensemble de l’univers est exactement la même depuis le commencement, depuis le premier instant du Big bang. Non seulement cela, mais tout ce qu’il y a dans l’univers est, finalement, de l’énergie transformée, « matérialisée ». C’est la même « chose ». L’énergie a donc été « donnée » dès le premier moment du Big bang. Tout ce qui bouge aujourd’hui est la conséquence « directe » de l’énergie initiale, de l’impulsion initiale. La lune tourne autour de la terre parce qu’elle a été « lancée » avec une énergie donnée lors de son « apparition/formation ». De même pour la terre qui tourne autour du soleil. Et ces énergies initiales viennent elle-même d’une énergie qui était « matérialisée » dans l’étoile (peut-être) qui leur a donné naissance. Et l’énergie de cette étoile venait d’une série de causes et d’effets, tous produits par l’énergie initiale du Big bang. Aucune énergie « nouvelle » n’est entrée dans l’univers. Tout est lié, dans l’espace et dans le temps.
Terminons par une allusion peut-être plus philosophique. L’énergie est égale à une mise en relation de la matière (la masse) avec l’espace et le temps (la vitesse de la lumière). Plus précisément, elle est égale à la matière multipliée par l’espace (au carré) divisé par le temps (au carré). Les joules sont des g x m2 / s2. Ainsi, les trois éléments constitutifs de l’univers sont ici interreliées pour devenir énergie ou, inversement, c’est l’énergie qui engendre ces trois éléments constitutifs de l’univers. Nécessairement, l’énergie est une relation. Cela nous ramène aux affirmations de mon fameux professeur de physique.
L’énergie pure
La formule complète de l’énergie relativiste peut aussi nous amener dans une tout autre direction, moins connue, celle de l’énergie pure. Selon l’équation: E2=(mc2)2+(pc)2, si la masse est égale à zéro, il reste alors seulement le 2e membre de l’équation : E = pc. Prenons ici seulement deux exemples qui font partie de notre quotidien.
Le premier, et le plus connu, est celui de la lumière. On considère que la lumière est portée par des photons lumineux. Le photon est une réalité bien mystérieuse. C’est une « particule » sans masse. C’est un « rayon », un rayonnement porteur d’énergie. Nous en sommes les témoins tous les jours. L’énergie solaire est une énergie super puissante et super importante. Elle vient à nous, portée par des photons lumineux qui, par définition, voyagent à la vitesse de la lumière. Ici, selon notre équation, la quantité d’énergie (E) est proportionnelle à la quantité de mouvement (p). Celle-ci dépend de la longueur d’onde et de la fréquence. Je n’entre pas ici dans le détail de tout cela. Je le mentionne car c’est important dans la réflexion de fond que je porte concernant la relation. La relation entre nous et le soleil, par exemple, passe par les photons lumineux, qui transporte une énergie mais sans masse. Cette énergie aura des conséquences majeures sur la vie de notre planète. Dans le processus évolutif, l’énergie du soleil vient elle-même d’ailleurs. Et le fait qu’il existe de l’énergie sans masse nous rappelle que l’énergie totale et inchangée de l’univers est à la fois contenue dans l’énergie de masse et dans l’énergie d’impulsion ou de mouvement. Plus de masse, moins de mouvement; plus de mouvement, moins de masse.
L’autre exemple est celui de la gravité. La terre est retenue au soleil par la force de la gravité. Quelle puissance ! La physique moderne en a mesuré plusieurs aspects. Ainsi, la force gravitationnelle à la surface de la terre est de 9,8 m/s2. Les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière. Mais quant à savoir de quoi est « faite » la gravité ? Pour le moment, contentons-nous de dire qu’il s’agirait d’une déformation ou d’une ondulation de l’espace-temps. Encore une fois, nous sommes dans cette indissociable relation entre la matière, le temps et l’espace, relation régie par des lois strictes et universelles que la science s’efforce de découvrir et de comprendre. Ici, chose bien étrange, une modulation de l’espace-temps fait bouger la matière et la matière, de sa seule présence, fait onduler l’espace-temps.
L’énergie chimique et l’énergie biochimique assimilable
Mais comment tout cela peut-il servir à la cellule vivante ? Les réactions chimiques et biochimiques font-elles appels à d’autres forces ? Non. Ou du moins, pas fondamentalement. Les autres forces ou sources d’énergie auxquelles font appel les cellules vivantes (et les êtres vivants par la suite) sont des « énergies émergentes ». Cela signifie que ces énergies « émergent » de la mise en relation des quatre forces dont nous venons de parler. À toute fin pratique, les énergies assimilables par les êtres vivants seront presque toutes des sous-produits de la force électromagnétique.
Que ce soit des liaisons hydrogène ou de Van der Waals, qu’on les appelle covalentes ou de dipôle, les interactions moléculaires sont toujours des interactions électromagnétiques. C’est cette force qui agit dans la chimie. C’est cette force qui agit dans la biochimie et dans la biologie et, pour tout dire, c’est cette force qui les régit. Comprendre les lois de la biologie, de la biochimie ou de la chimie reviendra toujours, à quelque part, à découvrir de quelle manière la force électromagnétique agit sur les atomes et les molécules pour rendre possible leurs perpétuelles transformations et interactions.
Pour se rompre ou pour se créer, certains liens intermoléculaires ou intramoléculaires auront besoin d’énergie. D’autres, au contraire, vont libérer de l’énergie en se faisant. C’est le principe des aimants selon qu’ils sont placés dans un sens ou dans l’autre. Mais, au total, comme « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme », tout cela ne fera que tourner en rond si aucune source extérieure n’apporte un supplément d’énergie. C’est l’apparence des cycles éternels sur lesquels reposent certaines philosophies.
Pourtant, notre contemplation nous amène à un autre constat : il y a croissance et évolution sur notre planète. Si les saisons se suivent et reviennent sans cesse, chaque printemps me trouve un peu plus grand, la forêt un peu plus mature, mon troupeau de moutons un peu plus nombreux. Il faut donc qu’il y ait une source d’énergie externe. Et pour ce qui concerne les êtres vivants, cette source d’énergie est principalement le soleil. Nous l’avons déjà mentionné ci-dessus. Même si nous devançons ici sur l’apparition/formation des êtres pluricellulaires, mentionnons déjà ceci. Pour croître, j’ai besoin de m’alimenter. Or, l’être humain ne peut s’alimenter que de produits organiques. Je peux bien ingérer quelques sels minéraux contenus dans l’eau, mais cela « ne fait pas des enfants forts ». Fruits et légumes, pain et céréales, viande et substituts, produits laitiers, tout cela provient d’être vivant et, plus précisément, des végétaux. Le poulet, le bœuf ou le cochon que je mange se sont nourris de produits végétaux. Ces végétaux ont produit ce qu’ils sont grâce à la photosynthèse de l’énergie solaire. C’est par cet apport supplémentaire d’énergie qu’ils ont transformé de l’eau, des sels minéraux et du CO2 en fruits et légumes, en fourrage ou en grains. Lorsque je m’alimente, je trouve dans ces aliments les éléments nécessaires à ma croissance (protéines) et le supplément énergétique d’origine solaire qui me permet de vivre.
Rappelons ici une simple analogie. Lorsqu’il a été question de l’apparition/formation de la cellule vivante, il était souvent fait référence à « la capacité de casser les sucres ». Or, pour nous, sucre égal spontanément énergie instantanée. C’est ainsi que les aliments ingérés doivent me fournir à la fois l’énergie dont j’ai besoin et les matériaux qui façonnent mon corps.
Au moment d’aborder une toute nouvelle étape de la structuration de l’être, il nous est bon d’être déjà conscients de ce magnifique écosystème qui transforme l’air, l’eau, la terre et le soleil en matière vivante. Sachons le contempler et nous en émerveiller. Et que cette contemplation contribue à la transformation de notre conscience.
