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Le monde comme il va : Science d'hier et d'aujourd'hui

par Abdelhamid Benzerari

On n'en finira jamais de s'extasier sur les pas de géant que fait sans cesse la science. Les prix Nobel sont là pour nous signaler chaque année ceux qui la servent le mieux : physiciens pénétrant les secrets de l'atome, chimistes « bâtisseurs » de molécules, médecins et physiologistes à la poursuite de l'origine du cancer, économistes (et mathématiciens) inquiets des gaspillages terrestres…

Mais ce regard sur les travaux et découvertes modernes ne doit pas nous rendre injustes : d'autres hommes, jadis sous des cieux lointains,(Grecs, Arabes, Perses, Hindous …) ont aussi bien mérité de l'humanité. Sait-on ce que l'on doit, par exemple, à l'ancienne science chinoise ?

LES NOBEL

Chaque année, la rituelle distribution, à Stockholm, de lauriers mondialement considérés comme suprêmes, donne une heureuse occasion d'évoquer tels chapitres majeurs de l'histoire contemporaine des sciences.

AU CŒUR DE L'ATOME :

Deux Danois, Aage Bohr, d'origine américaine, et Benjamin Mottelson, ainsi qu'un Américain, James Rainwater, ont reçu en 1975 le prix de physique pour leurs profonds travaux sur les modèles de noyaux d'atomes. Aage Bohr porte un nom déjà illustre, étant le fils de Niels Bohr à qui l'on doit d'avoir substitué à la représentation planétaire de l'atome de Rutherford celle qui quantifie les orbites électroniques, théorie qui a permis d'interpréter de multiples phénomènes et valut à son auteur le prix Nobel en 1922, période doublement heureuse pour lui, puisque, cette même année, le 19 juin, naquit son fils, ancien directeur de l'Institut de physique théorique de Copenhague, devenu en 1965 , l'Institut Niels-Bohr, où travaille également Benjamin Mottelson, né en 1926 aux Etats-Unis. James Rainwater, né le 9 décembre 1917 à Council, appartient au laboratoire national d'Oak-Ridge. Avec eux trois, on pénètre au cœur de la mystérieuse citadelle que représente le noyau atomique…

On sait que, pour permettre d'y pénétrer, afin de pouvoir étudier sa structure, tous les efforts des physiciens expérimentaux ont porté sur les moyens capables de communiquer aux particules-projectiles de très grandes vitesses, ce qui les charge d'énergie cinétique, et ils ont recouru aux accélérateurs de plus en plus puissants. Et le noyau ( dont les constituants, les nucléons, protons et neutrons, sont liés entre eux de courte portée mais d'une intensité bien supérieure à celle des forces électriques qui tendent à repousser les protons les uns des autres, d'où la difficulté que représente sa rupture) est apparu d'une complexité qui rend naïve l'idée qu'on a pu en avoir naguère, en le concevant comme un sac renfermant quelques billes de deux espèces.

Le noyau est organisé. Mais de quelle manière ? Les nucléons y existent-ils à l'état de particules distinctes ou bien fusionnent-ils ? Pourquoi certains noyaux se montrent-ils stables ? Et nombre d'autres questions se posent.

Des modèles ont été conçus en vue de rendre compte des principales propriétés des noyaux. Le modèle en couches, qui, en 1963, valut le prix Nobel à ses auteurs, Hans Jensen, de l'université de Heildelberg, et la physicienne américaine Maria Goeppert-Mayer, représente les nucléons comme un ensemble de couches concentriques dans lequel les particules se meuvent à peu près indépendamment les unes des autres, une organisation assez analogue à la disposition des électrons autour du noyau. Le modèle précise que, pour chaque nucléon, la résultante de l'action de tous les autres est équivalente au potentiel moyen qui tient lieu de centre de force privilégié.

Suivant un autre type de modèles, dits collectifs, les constituants du noyau sont au contraire si intimement confondus qu'ils perdent leur individualité, de sorte qu'apparaissent seules comme importantes les caractéristiques globales du noyau, telles que sa forme ou sa dimension. On retrouve ici une suggestion de Niels Bohr qui assimilait le noyau à une goûte de liquide, hypothèse qui lui permit d'expliquer les désintégrations nucléaires et en particulier la grande fissibilité de l'uranium.

Ces deux types de modèles avaient paru radicalement incompatibles, et pourtant chacun contribuait à expliquer des résultats expérimentaux. De même que l'on est parvenu à concilier la théorie ondulatoire et la théorie corpusculaire, la grande œuvre des lauréats a été d'aboutir à les unifier.

James Rainwater a montré que, dans le modèle en couches, si l'une de celles-ci n'est pas entièrement occupée, le noyau perd son apparence sphérique pour s'allonger en forme de cigare. C'est cette déformation qui a permis à Aage Bohr et à Monttelson de concevoir un modèle unifié remarquablement satisfaisant.

CHIMIE : LE FOND NE VA PAS SANS LA FORME

L'image du serpent se mordant la queue fut, au siècle dernier, un trait de lumière pour August Kekulé : elle lui suggéra la mémorable formule hexagonale du benzène. On doit au grand chimiste allemand l'idée d'employer des formules développées en chimie organique. A la suite de ses travaux et ceux du Hollandais Jocobus Henricus Van Thoff, s'est développée la stéréochimie qui étudie les édifices moléculaires dans l'espace. Elle a conduit, et c'est là une des acquisitions fondamentales de la chimie moderne, à découvrir le rôle profond de la forme, c'est-à-dire de la structure, de l'architecture des corps en leur intimité moléculaire. En effet, leurs propriétés chimiques ne dépendent pas seulement des éléments qui les constituent mais aussi de la façon dont ces éléments sont assemblés.

 C'est dans le domaine de la stéréochimie que John Cornforth, australien travaillant en Grande-Bretagne, et Vladimir Prelog, suisse d'origine yougoslave, ont mené les travaux pour lesquels le prix Nobel de chimie leur a été attribué. Né le 23 juillet 1906 à Sarajevo, le professeur Prelog a succédé à Léopold Ruzicka (prix Nobel 1939) à la tête du laboratoire de chimie organique à l'école polytechnique fédérale de Zurich. John Warcup Corforth, né le 7 septembre 1917 à Sydney, a été pendant plusieurs années membre du Medical Research Council de Londres. Il a exercé les fonctions de chef de la recherche au laboratoire de chimie enzymologique de la Shell, à Sittingbourne, dans le Kent, et a enseigné à l'université de Warwick.

Elève et collaborateur de Sir Robert Robinson ( prix Nobel 1947), auprès de qui il a travaillé sur la pénicilline et les stéroïdes, John Conforth s'est consacré à l'étude de ces derniers, groupe de corps organiques dérivant du noyau stérol, et qui sont d'une importance biologique considérable, puisqu'ils comprennent notamment les hormones génitales, testostérone et androstérone, progestérone et œstradiol, les hormones corticosurrénales, la vitamine D . Cornforth, qui a réussi le premier la synthèse totale du cholestérol, a cherché, en utilisant des molécules marquées par des indicateurs radioactifs pour suivre la biogenèse des stéroïdes, à préciser quelles sont leurs interactions avec les enzymes et celles de leurs propriétés qui jouent un rôle biologique. Il est parvenu à de très importantes élucidations.

De son côté, Prelog, en partant de la considération que des composés chimiques ne diffèrent que par la position autre de quelques atomes dans la molécule, doivent avoir des propriétés voisines, a édicté des règles de filiation. Ces règles permettent de déduire la forme d'une molécule de celle de molécules ayant presque la même formule. Ses plus récents travaux l'ont amené à établir une nouvelle nomenclature des composés organiques asymétriques que seule différencie leur organisation spatiale « à droite » ou « à gauche ». Faut-il rappeler que l'œuvre immense de Pasteur est sortie d'une observation initiale portant sur deux sels jumeaux et sur les conséquences de la dissymétrie moléculaire ?

VIRUS ET CANCER

Trois Américains se partagent le prix Nobel de médecine et de physiologie pour leurs découvertes concernant le fonctionnement de la cellule, le comportement des virus et la cancérogenèse : David Baltimore, né le 7 mars 1938 à New York, le plus jeune des trois lauréats et qui a déjà acquis une réputation mondiale, professeur de microbiologie à l'Institut de technologie du Massachusetts ; Howard-Martin Temin, né le 10 décembre 1934 à Philadelphie, qui a enseigné à l'université du Wisconsin, à Madison ; le professeur Renato Dulbecco, d'origine italienne, il est né le 22 février 1914 à Catanzaro, qui appartient à l'Imperial Cancer Research Fund Laboratory, à Londres.

La théorie de l'origine des cancers est généralement admise aujourd'hui, bien que, depuis les travaux de Rous, qui prouva que certains cancers animaux étaient causés par des virus, on n'en ait encore jamais trouvé dans les affections cancéreuses chez l'homme.

La question fondamentale : quel est le mécanisme par lequel les virus cancérigènes induisent, dans les acides nucléiques des cellules qu'ils parasitent, les transformations qui déterminent leur multiplication anarchique ? Une question qui se complique du fait que de nombreux virus reconnus cancérigènes chez l'animal, ne possèdent qu'un seul acide nucléique, l'ARN, l'exécutant des ordres de l'ADN. Comment, dépourvus de ce dernier, peuvent-ils donc contrôler la cellule infectée par eux ?

Baltimore et Tenin ont résolu l'énigme en montrant qu'une enzyme particulière catalyse, au sein de la cellule où a pénétré le virus, l'élaboration d'un acide nucléique hybride, comportant à la fois de l'ARN et de l'ADN, capable de réplication et qui peut induire la synthèse de protéines d'une nature telle qu'elles déclencheront le mécanisme de la prolifération cellulaire pathologique.

C'est en 1964 que Tenin, Misutani et Baltimore découvrirent le transcriptase inverse, l'enzyme responsable de la synthèse de l'acide nucléique hybride, qui permettait d'expliquer la cancérisation des cellules par des virus à ARN. Ce fut-là une révélation retentissante dont s'émurent les généticiens. Cette enzyme a été également trouvée dans les cellules normales. On pense qu'elle doit jouer un rôle d'une importance capitale dans le processus même de l'évolution, en permettant aux cellules d'introduire dans leur matériel génétique des informations, pas nécessairement néfastes, comme celles qui programment le développement de la malignité, qui leur confèrent de nouvelles fonctions.

Dulbecco a montré pour sa part que, par des voies différentes, l'infection d'une cellule par un virus à ADN pouvait aboutir à l'incorporation de son matériel génétique dans les chromosomes de la cellule qui devient alors cancéreuse. On lui doit aussi la découverte chez les mammifères de « provirus » intégrés aux cellules, ainsi que des méthodes originales de culture et d'étude des virus animaux. Ces travaux doivent conduire à la connaissance approfondie des différences qui existent entre les cellules normales et les cellules cancéreuses, ce qui pourra mettre la thérapeutique sur la voie de traitements efficients et aussi de la prévention vaccinale.

RESSOURCES TERRESTRES ET MATHEMATIQUES

Le prix Nobel de sciences économiques, décerné par la banque de Suède, couronne un Soviétique, le professeur Leonid Kantorovitch, de l'Institut de mathématiques de l'Académie des sciences à Novossibirsk en Sibérie, et l'Américain d'origine néerlandaise Tjalling Koopmans, de l'université de Yale qui, pour reprendre les termes de l'Académie royale des sciences suédoise, «indépendamment l'un de l'autre pour la plus grande part, ont renouvelé, généralisé et développé des méthodes pour l'analyse du problème économique classique concernant l'allocation optimale des ressources ». Un problème de base, auquel il est urgent d'apporter des solutions à bord d'une planète mise au pillage, puisque, dans le monde entier, il est d'un intérêt primordial de savoir quels biens il faut produire, quelles méthodes de production doivent être utilisées, quelle part de la production doit être consommée et quelle autre doit être mise en réserve pour créer de nouvelles ressources, elles-mêmes destinées aussi à la production et à la consommation. On ne peut apporter de réponses qu'en mettant en jeu un très grand nombre de paramètres, d'immenses statistiques, en ayant recours aux plus savantes méthodes économétriques et en employant de puissants ordinateurs pour débrouiller l'enchevêtrement des données et en venir à leur interprétation.

Tjalling Koopmans, né en 1910 aux Pays-Bas, émigré aux Etats-Unis, a publié plusieurs ouvrages, dont Analysis of production as an efficient combinaison of activities, où il étudie les relations entre la théorie normative de la répartition et la théorie générale de l'équilibre, et analyse les interactions entre l'offre, la demande et les prix.

Les recherches de Leonid Kantorovitch, né en 1912, lui ont déjà valu de recevoir le prix Staline en 1949, mais l'emploi des mathématiques dans le domaine de l'économie ayant été condamné sous Staline, il n'a publié que dix ans plus tard son ouvrage capital, Calcul économique et utilisation des ressources, dont la traduction française a paru chez Dunod en 1963.

Il n'est pas, curieuse lacune ! de prix Nobel de mathématiques. Mais il existe la médaille Fields, qui encourage autant qu'elle récompense, puisqu'elle est attribuée (tous le quatre ans) à un chercheur de moins de quarante ans. En 1994, elle a été attribuée, entre autres, à Jean-Christophe Yoccoz ( Université Paris-Sud). Ses travaux concernent l'étude du mouvement des planètes, commencée par Kepler (1571-1630) et Newton (1642-1737).

DEJA LA CHINE ANTIQUE

On s'est beaucoup interrogé sur le fait que la science moderne ne se soit développée qu'en Europe occidentale, au temps de Galilée, à la fin de la renaissance. On peut aussi se demander pourquoi, durant une quinzaine de siècles auparavant, la culture asiatique a su appliquer la connaissance de la nature à des fins utiles avec une bien plus grande efficacité que de ce côté-ci du monde.

Le savant britannique, Joseph Needham, qui se consacre à l'étude de la civilisation chinoise, pense qu'outre les facteurs d'ordre intellectuel et philosophique, intervinrent d'importantes causes sociales et économiques.

Il considère dans ses études, les effets du système bureaucratico-féodal c'est-à-dire le mandarinat, qui « écrème la nation de ses meilleurs cerveaux, pendant plus de deux mille ans, au profit du service civil ». Ainsi primèrent les applications pratiques du savoir.

Si l'astronomie fut portée à un très haut niveau en Chine, ce fut parce qu'elle était considérée comme une science « orthodoxe », la réglementation du calendrier étant du plus grand intérêt pour l'autorité dirigeante. Dès les temps les plus reculés, l'acception du calendrier promulgué par l'empereur était signe de soumission à son autorité. Par ailleurs, très sensibles à la signification des présages que pouvaient avoir pour eux les grands phénomènes célestes, les Chinois enregistrèrent de longues séries d'observations sur les aurores boréales, les taches du soleil, vues à travers des rondelles de jade ou d'autres substances translucides, les éclipses, censées exercer un effet faste ou néfaste sur les événements dynastiques, et les annales chinoises sont encore utilisables de nos jours par les astronomes.

Les mathématiques étaient considérés comme une activité convenable pour l'homme instruit de même la physique dans la mesure où elle contribuait à permettre les travaux de construction.

Il était aussi des sciences non orthodoxes, telles l'alchimie et la chimie ( qui distinguaient cinq éléments : le métal, le bois, l'eau, le feu et la terre), de tous temps associés au taoïsme. En mathématiques, de bonne heure on connut la valeur des fractions décimales, l'espace blanc pour le zéro. La pensée mathématique chinoise fut essentiellement algébrique, non pas géométrique. Ce fut aux époques des Song et des Huan, du XII° et XIV° siècles que l'école chinoise apprit à résoudre les équations.

Remarquable fut aussi l'apport de la Chine en biologie, en médecine et en pharmacologie. Quant à ses inventions, elles furent très nombreuses et certaines devaient profondément marquer l'Occident dans ses développements techniques et, par suite, dans ses structures et ses transformations sociales. Longue en est la liste. Mentionnons : boussole magnétique, premier sismographe ( il date de cent trente ans avant notre ère ; c'est à un brillant mathématicien et géographe nommé Chang Hang que revient la gloire d'avoir inventé l'ancêtre de tous les sismographes.), montage équatorial d'un viseur astronomique et, pour servir également aux observations du ciel, mouvement d'horlogerie avec échappement ; conversion du mouvement circulaire en mouvement rectiligne au moyen d'un excentrique, d'une bielle et d'un piston, harnais adapté au cheval, étrier de pied, système de suspension que retrouvera mille ans plus tard Cardan, poudre à canon, fusée, pont à arches segmentaires, pont suspendu, moulins à eau et à vent, écluses sur canaux, étambot de poupe, navires à voiles multiples, industries de la soie, du papier, de la porcelaine, du fer, imprimerie…

En physique, « la théorie ondulatoire, à laquelle s'intéressèrent les Chinois dès les Qin et les Han, était liée à l'éternel flux et reflux des deux principes fondamentaux, le Yang et le Yin. Les théories atomistiques furent introduites en Chine à maintes occasions, à partir du II°siècle, notamment grâce aux contacts bouddhistes avec l'Inde, mais elles ne s'implantèrent d'aucune façon dans la culture scientifique chinoise ».

L'absence de théorie corpusculaire n'empêcha pas les Chinois de faire de remarquables constatations et, en particulier, de contribuer à fonder la connaissance de l'affinité chimique, comme en témoignent certains traités d'alchimie des Tang, des Song et des Huan.

En conclusion, on peut dire que les Chinois de l'Antiquité et de la période médiévale contribuèrent grandement, non seulement à la technologie qui deviendra un jour commune à tous les pays civilisés, mais à la future science universelle.

A celle-ci, la Chine est aujourd'hui acquise, sous le signe de l'atome, et, malheureusement, sous celui de la bombe. Le peuple qui inventa la fusée sait aussi aujourd'hui, lancer des satellites, des cosmonautes dans l'espace. Le 11 juin 2013, le pays réalisait avec succès son 5° vol spatial habité qui a duré 15 jours.

Ce tir confirme la montée en puissance des activités spatiales de la Chine. Déjà en 2012, le pays était le second en nombre de tirs réussis (19) derrière la Russie, avec en particulier le premier lancement d'une femme cosmonaute.

Source : la science chinoise et l'occident de Joseph Needham