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Le polymorphisme du monde

Un peu d'eau au milieu du désert de Sossusvlei en Namibie. Document Creative Moments.

Le désert (VII)

Un désert se caractérise par son degré de sécheresse, sa température et sa végétation.

Nous prendrons l'exemple des déserts chauds, secs, semi-arides ou côtiers, le désert froid n'étant qu'une variante du monde glacé entrevu précédemment.

A priori, le désert porte bien son nom, surtout lorsque souffle des tempêtes de sable torrides qui vous érodent le visage comme du papier émeri et vous dessèche à petit feu sous une chaleur accablante. Malgré tout, un désert comme le Sahara, le Mojave ou le Grand Canyon abritent quantité d'animaux et de végétaux qui ont apprit à survivre dans ce milieu hostile.

En revanche, le désert d'Atacama situé au nord du Chili et qui empiète en partie sur la Bolivie et le Pérou est le plus aride. La raison est que le courant de Humbolt venant du pôle refroidit l'air le long de la côte et empêche la formation de nuages. Quant aux nuages venant du bassin de l'Amazonie, ils sont stoppés par la cordillère des Andes.

Dans la région centrale des hautx-plateaux du désert d'Atacama, il n'a jamais plu depuis 500 ans et on relève une humidité relative de seulement 27 %. De ce fait, cette région est vraiment désertique au sens propre  : il n'y a aucune forme de vie, ni végétale ni animale, c'est un désert minéral de roches et de sable dont la surface est totalement stérile. Ailleurs, il peut parfois pleuvoir brièvement une fois par tous les dix ans et ce phénomène est généralement suivi de coulées de boues. L'Atacama abrite également des aquifères, des réservoirs d'eau fossile, mais ils se trouvent localement à plus de 50 m sous terre. Par endroit, il existe également des salars qui sont des saumures qui effleurent à la surface du désert et qui représentent de véritables oasis de vie car elles abritent tout un écosystème, mais un écosystème en survie car sans eau, il disparaîtra. Ainsi, en bordure de ces salars on trouve des croûtes de sel et des stromatolites. Notons que le niveau de ces salars a baissé depuis que les industries minières exploitent la région. D'ici quelques décennies, on estime que les salars disparaitront.

Le Salar de Uyuni en Bolivie. Quand il pleut il se transforme en saumure et abrite tout un écosystème. Doc Tunari.

De manière générale, le désert est constitué d'un mélange de dunes de sable, de reg (plaines de graviers), de zones salées et de régions montagneuses, contenant localement des oasis et des régions d'herbes sèches. Sur Terre, ils s'étendent sur un cinquième de la superficie du globe et il y pleut en moyenne 50 mm (ou litres/m2) par an, parfois à peine quelques millimètres d'eau tous les 15 ou 20 ans.

Ces zones climatiques se trouvent pour la plupart dans une bande de 30° de part et d'autre de l'équateur où l'effet du Soleil, des vents alizés et des hautes pressions subtropicales assèchent la masse d'air, réchauffent le sol et finissent par déshydrater les organismes vivant en surface; c'est le cas typique du désert du Sahara où la tempéarture à l'ombre peut atteindre 57°C.

Quelques déserts sont situés en haute montagne derrière le versant au vent. A l'abri des pluies, ces régions reçoivent très peu d'humidité, elles se réchauffent et deviennent également désertiques.

En revanche, dans le désert d'Atacama, on peut aussi observer des brouillards qui apportent suffisamment d'eau pour faire vivre des cactus géants et d'autres plantes succulentes. Certaines plantes se sont adaptées à ce milieu au point de former des tapis sur le sol mais sans racines afin de pouvoir se déplacer avec les brouillards. Selon les déserts, cette eau apportée par les brouillards présente un pH entre 3 et 5.

Les régions désertiques les plus douces sont les déserts côtiers du fait de l'influence océanique (désert d'Atacama, désert de Namibie). Leurs températures oscillent entre -4 et +35°C.

Mis à part le centre du désert d'Atacama, les terres soi-disant désertiques sont très riches et renferment beaucoup de nutriments. La moindre pluie transforme en quelques jours certains oasis asséchés en parterres de fleurs odorantes dans lesquels la matière organique est presque inexistante. C'est notamment le cas du Namaqualand situé au nord-ouest de l'Afrique du Sud. Les rares catastrophes qui peuvent arriver à ces endroits sont des incendies, un climat froid ou les rares averses qui provoquent des inondations.

Le Sahara qui représente le plus vaste désert terrestre avec une superficie de 9.1 millions de km2, abrite une faune et une flore relativement abondantes. Sans parler que chaque grain de sable contient plusieurs centaines de bactéries et de champignons, on trouve dans le Sahara des mammifères comme le chameau, le dromadaire, l'antilope, la gazelle, le macaque de Barbarie, le caracal, le mouflon, l'onyx, la hyène, le léopard de Barbarie, le dingo, le chat des sables, le fennec, le chacal,  la gerboise, la chauve-souris, le rat, des volatiles comme l'aigle, le faucon, le hibou, le coq de bruyère, le fameux bip-bip, des reptiles comme le lézard, le caméléon, le monitor, le gecko ou la vipère cornue, des insectes comme le scarabée, le criquet ou la fourmi, des arraignées et enfin des végétaux qui vont de l'acacia au palmier-datier en passant par les plantes grasses (cactus, etc) et la fameuse welwitchia mirabilis qui vit plus de 1500 ans.

Le désert de Namibie (région de Sossusvlei et Naukluft) est l'un des rares endroits au monde où pousse la welwitchia mirabilis (à droite, photographiée en été 1998), une plante qui peut vivre de 1500 à 2000 ans. Documents Woodsmoke Safaris et Onime.

Malgré ses apparences hostiles, le désert est donc un lieu de vie où toutes les créatures doivent trouver une parade pour affronter la chaleur, l'éclat du Soleil, le manque d'eau et parfois de nourriture parmi d'autres défis.

Pour survivre les animaux du déserts ont dû s'adapter. Si beaucoup de prédateurs portent encore une fourrure, tous s'abritent de l'ardeur des rayons du Soleil dans des abris sous roche ou sous la terre où la température peut chuter de plusieurs dizaines de degrés par rapport à l'air libre.

Certains petits animaux ne boivent jamais et trouvent l'eau nécessaire à leur métabolisme dans les graines (certaines en contiennent jusqu'à 50 %) et les plantes. La plupart mènent une vie nocturne, dormant durant la journée à l'abri de la chaleur et sortant uniquement la nuit pour chasser et se nourrir sous un climat qui peut nettement se rafraîchir sur les hauts-plateaux d'altitude. D'autres comme le crapaud préfèrent hiberner durant neuf mois à l'abri d'une galerie souterraine où la température est voisine de 15°C. Quelques animaux s'aventurent malgré tout à l'extérieur durant les grosses chaleurs et planent quelques heures au-dessus du sol en quête de petites proies.

Le parc national de Joshua Tree aux Etats-Unis.

Les plantes ayant besoin d'eau et ne pouvant pas se déplacer, deux stratagèmes ont été développés : soit elles étendent leurs racines près de la surface, en quête de la moindre trace d'humidité, soit elles développent des cavités spongieuses, des feuilles grasses et des épines dans lesquelles elles stockent la rosée ou la pluie en prévision des grosses chaleurs. 

C'est ainsi que les cactus ont un réseau de racines dix à quinze fois plus étendu que leur partie aérienne (alors qu'une plante ordinaire développe un réseau de racine aussi étendu que sa partie aérienne). Quant au grand cactus Saraguo d'Arizona ou les grands cièrges mexicains, leurs tissus peuvent contenir jusqu'à 90 % d'eau sous forme de sucs (d'où le nom de plante succulente), l'équivalent de 10 tonnes d'eau distribuées dans le tronc et les racines !

Pour éviter de transpirer les cactus ont un petit nombre de stomates (pores des plantes) et leur épiderme est enduit d'une couche de cire ou est revêtu de poils ou d'épines. Enfin, si cela vous concerne, sachez que pour fleurir un cactus a besoin d'un petit peu d'eau durant une longue période.

Les effets du Soleil sur l'homme

Discutant de la transpiration, faisons une petite digression et tentons de comprendre comment l'homme réagit face à la chaleur du Soleil. Pour évacuer l'excès de chaleur dame Nature a inventé la sudation car elle sait que l'eau est un régulateur thermique présentant une grande inertie; elle peut donc évacuer l'excédant de chaleur hors du corps. En d'autres termes nous transpirons par tous les pores de notre épiderme, nous buvons de l'eau pour compenser cette perte de liquide et essayons de nous mettre à l'ombre. On évite de réaliser des travaux lourds et les plus chanceux lézardent sur les plages de sable fin. Les habitants du désert préfèrent la solution inverse. A défaut d'avoir beaucoup d'eau à disposition pour se désaltérer, ils se couvrent de vêtements et gardent leur transpiration afin que leur corps conserve son liquide si précieux.

L'efficacité d'une protection solaire face aux rayonnements ultraviolets n'est jamais totale et le risque de cancer de la peau ne doit pas être sous estimé.

Rappelons à ce propos que les rayons ultraviolets solaires sont toujours nocifs pour l'homme et pour beaucoup de créatures, d'où nos préoccupations pour l'état de la couche d'ozone. Si nous vivions sous la lumière d'une étoile bleue, la vie serait probablement vouée à l'échec en raison de l'énorme dose de rayonnements ultraviolets qui seraient émise.

Notre épiderme ainsi que nos yeux sont très sensibles au rayonnement UV sous 380 nm et il faut savoir qu'aucune protection ne les arrête, ni les lunettes de Soleil ni les crèmes solaires aux indices les plus élevés (60). Ces artifices ne font que ralentir son action mais ne l'arrête pas. 

Si nous restons en plein Soleil entre 10 et 14 h, notre corps reçoit 75 % de la dose quotidienne d'UV. Si notre corps a besoin du Soleil pour créer de la vitamine D et fortifier les os, une promenade de 10 minutes sous le Soleil suffit à nous donner notre dose quotidienne.

En brunissant légèrement, le rayonnement solaire renforce également la couche protectrice de notre peau, renforce nos défenses et nous met de bonne humeur. Tout cela est positif. Mais trop point n'en faut. A forte dose, et surtout durant l'enfance, les rayons UV du Soleil vont détériorer insensiblement notre peau et arrivé à l'âge adulte nous pouvons présenter les premiers signes d'un cancer de la peau, c'est le mélanome, les fameuses taches brunes.

Mais si nous n'y prenez gare et continuons à prendre le Soleil durant un mois chaque année à fortes doses, ce petit mélanome risque de nous coûter la vie. C'est incroyable mais vrai, mais au contact de notre peau, à fortes doses l'astre qui nous donne la vie peut aussi nous la retirer.

A voir : Votre peau sous les UV

Canon DSLR UV Camera Conversion, LifePixel

Sous le Soleil et la poussière de Mars

Un monde désertique extraterrestre sera forcément assez similaire au nôtre, avec les mêmes contraintes. On peut s'en faire une idée en observant le désert glacé de Mars. Irradié sous les intenses rayons UV du Soleil, on y trouve du sable et des cailloux. Sa composition est voisine de celle des déserts terrestres, mais avec une teneur trois fois plus abondante en fer et deux fois plus faible en silicium (50 % d'oxygène, 20 % de silicium, 14 % de fer et 7 % d'aluminium). Sa coloration s'explique par la présence d'un oxyde de fer, la maghémite. Ce minéral, comme notre métal, attaqué par l'oxygène prend une couleur rouille. Il s'agit d'une variété d'hématite ferromagnétique. Si la composition chimique des déserts martiens est différente de nos déserts, le substrat meuble présente une densité de 1.6, similaire à la silice ou le sable terrestre. S'il y avait de la vie sur Mars on peut donc envisager qu'elle tirerait sa subsistance de la même manière que sur Terre et que les animaux vivant dans les déserts glacés de l'Antarctique, du Groenland ou du désert d'Atacama.

Cela dit, le sol poussiéreux de Mars semble être un oxydant très puissant capable de brûler n'importe quel composé organique y compris les plastiques, le caoutchouc ou la peau humaine aussi salement que l'agent de blanchiment non dilué d'une lessive ! La poussière martienne pourrait également contenir des traces de métaux toxiques, y compris l'arséniure de chrome hexavalent, une substance toxique cancérogène.

Nos éventuels explorateurs de la planète Rouge devront en tenir compte lors de leur mission en évitant de contaminer leurs habitacles avec de la poussière martienne au risque de devoir faire face à de sérieuses allergies ou brûlures. Si une créature extraterrestre évoluée vit dans un environnement similaire à celui de Mars, elle devra être immunisée contre les effets toxiques de cette poussière.

Après avoir survolé et plongé dans les atmosphères d'éventuels biotopes extraterrestres, peut-on sortir des sentiers battus et imaginer un astre aux prioriétés vraiment extraordinaires susceptible de présenter un biotope réellement hors du commun et qui porterait néanmoins une forme de vie évoluée ?

Les extrêmes

A l'inverse de toute la faune et la flore terrestre, certaines bactéries photosynthétiques peuvent survivre dans des milieux acides ou bouillonnants sous certaines conditions. Nous ne prendrons que quelques exemples, le sujet ayant été développé en long et en large dans l'article consacré à la faculté d'adaptation.

Les bactéries sulforésistantes et les méthanogènes

Des bactéries sulforésistantes et au besoin thermophiles ou capables de supporter des acides d'un pH de 0 sont capables de métaboliser les produits soufrés, notamment l'hydrogène sulfuré à l'épouvante odeur d'oeufs pourris. Elles s'en servent comme source d'atome d'hydrogène ou d'électrons pour réduire le gaz carbonique. Cela crée de l'eau et du soufre, ce dernier constituant alors un "déchet" au lieu de l'oxygène créé par les plantes. Ce processus est toutefois moins efficace que la photosynthèse des plantes et limite l'évolution de ces créatures à quelques colonies sans avenir.

De gauche à droite, la fameuse bactérie photosynthétique Escherichia Coli, le Nococcus janaschii un méthanogène qui réduit les composés carbonés en méthane pour y trouver de l'énergie, une Halobacterium salinarium qui synthétise les caroténoïdes tels le C40 et le C50 et une cellule eocyte Sulfolobus acidocaldarius qui oxyde le sulfure d'hydrogène. C'est une procaryote thermophile qui supporte des températures supérieures à 100°C. Doc Genomics.

Rappelons enfin que si personne ne consomme de soufre, c'est une substance qui entre dans la composition d'une bonne vingtaine d'acides aminés.

Quand on parle de lacs extraterrestres on envisage parfois l'existence de lacs de méthane ou d'éthane et de se demander si la vie peut en tirer partie. Il existe sur Terre des micro-organismes méthanogènes dans des fractures de granite de l'écorce terrestre ou dans le permafrost de la tundra. La vie peut donc produire du méthane comme un déchet de son métabolisme.

Ces créatures telle la Proteobacteria ou le Nococcus janaschii produisent du méthane par réduction du gaz carbonique couplé à l'oxydation de l'hydrogène ou de certains composés organiques. L'hydrogène s'y trouve en quantité mille fois plus dense que la normale (micromolaire) mais ces organismes semblent vivre au ralenti, mettant plusieurs semaines ou plusieurs mois pour atteindre la densité qu'une culture de laboratoire atteint en une nuit. On peut donc en conclure que le milieu n'est pas propice à leur développement.

Le tartigrade dont voici une autre image ainsi qu'une vidéo est un animalcule mesurant entre 0.5 mm et 1.8 mm de longueur vivant partout, mêm dans nos villes, avec une préférence pour les mousses et les régions froides. Il résiste à une chaleur de 115°C et un refroidissement à -254°C ! Capable d'interrompre son métabolisme, il peut vivre plus de 2000 ans !

D'un autre côté on a de bonnes raisons de croire que les premières archéobactéries furent des méthanogènes, autotrophes et anaérobies. Si elles furent effectivement à l'origine des génomes eucaryotes, nous pourrions également en découvrir sur une planète.

D'effluves acides et soufrées tu succomberas

Inutile par contre d'imaginer des planètes d'acide sulfurique ou couvertes de lac de souffre. Il peut bien entendu exister localement de grands lacs acides sur des planètes ayant connu une intense activité volcanique, comme il en existe d'ailleurs sur Terre. On peut aussi découvrir des mondes dégageant d'immondes effluves de souffre ou d'alcool. Peu d'organismes s'aventureront dans ces milieux où les conditions de vie sont très précaires du fait que toute la nourriture sera vraisemblablement brûlée ou inversement gelée par -100°C.

Globalement, très peu d'organismes supportent de telles conditions très longtemps. Ce sont en tous cas des êtres unicellulaires ou des spécimens très curieux comme le tartigrade, mais aucune de ces créatures n'est intelligente.

Un froid mortel

Sur une planète glacée à l'image de la Terre, en hiver ou durant la nuit, sous l'effet du déplacement des masses d'air, le blizzard peut souffler à plus de 150 km/h et en Antarctique la température peut descendre jusqu'à environ -90°C sous abri.

Si la planète est loin de la chaleur de son étoile solaire (1.5 UA) et son atmosphère tenue comme celle de Mars, la température nocturne peut plonger jusque -150°C. Aucun animal ne survit longtemps sous ce régime. A peine émerge-t-il de son nid douillet que ses extrémités commenceront à geler. Toutes les zones humides de son corps (museau, pattes, queue, yeux, etc) doivent être protégées au risque de geler en quelques minutes et de conduire à une issue fatale. Le froid est un poison plus rapide que le venin.

A ces températures extrêmes, l'alcool a gelé depuis longtemps (-114°C) et les matériaux se brisent au moindre choc. S'il faisait plus froid encore (-210°C), l'azote gelerait et deviendrait aussi dur que l'acier. Arrivé ce stade c'est carrément l'atmosphère qui précipiterait sur le sol comme sur Pluton durant la saison hivernale !

Une planète glacée ne serait donc viable que tant que l'eau liquide et l'air ambiant ne descendent pas en-dessous d'environ -60°C, température sous laquelle la plupart des mammifères ou des oiseaux meurent.

Le Parc de Yellowstone aux Etats-Unis abrite quelques microbes et des cyanobactéries qui se complaisent dans une eau en ébullition ou les vapeurs des geysers, mais passé 113°C toutes ces créatures trépassent. De gauche à droite, le Morning Glory, le Grand Prismatic Spring, The Old Faithful et Evening Primrose Spring. Documents NPS.

Mort brûlé et déshydraté

Une planète plongée dans le feu de son étoile comme l'est Mercure ou toujours active lorsque son soleil se transformera en étoile géante, baîgnant dans des boues brûlantes ou encore périodiquement couvertes par des flôts de lave ne peut probablement supporter aucune forme de vie. Même les créatures thermophiles terrestres les plus résistances vivant près des évents volcaniques succombent au-delà de 113°C (Pyrolobus fumarii) ou 121°C (Strain121).

Rappelons que sous certaines conditions, entre 140 et 350°C sous une pression de plusieurs centaines d’atmosphères, certains micro-organismes hyperthermophiles s’épanouissent et se reproduisent encore. Pyrococcus par exemple resserre son ADN pour éviter de succomber et produit de l’acide sulfurique. Cela dit toutes les formes de vie plus évoluées ont déjà disparu.

N'essayez pas d'inventer une forme de vie résistante car aucune structure moléculaire organique ne résiste longtemps à la chaleur.

On sait combien un jet de vapeur est chaud. Une brûlure au 3e degré signifie que les tissus sont totalement détruits et il n'existe à ce jour aucun moyen de cicatrisation spontané. La victime perd tellement de liquide qu'elle meurt en général si une zone de 9 % (tête) à 18 % (tronc ou jambes) de son corps sont brûlés.

Les conditions extrêmes de survie

Plus chaud : 121°C, Strain121 (fumeurs du Pacifique)

Plus froid : -15 C°, Cryptoendoliths (Antarctique)

Radiation : 5 MRad (50 kGy) ou 5000x l'endurance humaine, Deinococcus radiodurans

Gravité : 1 million de g, Escherichia Coli (dans une centrifugeuse)

Profondeur : 3.2 km sous la terre

Acide : pH 0.0 (la plupart des organismes demandent un acide 100000x plus faible)

Basique : pH 12.8 (la plupart des organismes demandent une base 1000x moins forte)

Espace : 6 ans de survie dans le vide pour Bacillus subtilis retrouvé sur un satellite de la NASA

Pression : 1200x la pression atmosphérique ou 12 km d'eau

Salinité : 30% ou 9x la salinité du sang humain, Haloarcula

Plus petit organisme : < 0.1 micron ou 500x plus petit que l'épaisseur d'un cheveux, picoplankton

Mais il ne faut pas nécessairement un fluide bouillonnant pour atteindre ce résultat. Du gaz ou un acide porté à haute pression (par ex. de l'acide chlorhydrique portée à 35 bars à 11°C) et explosant ou l'effet du souffle (du propane qui explose) produit des effets similaires. Le tout est d'atteindre 375 kJ/m2

On peut imaginer des créatures carapaçonnées comme la blatte ou d'autres insectes (scorpions, etc) qui sont visiblement capables d'endurer pratiquement n'importe quel cataclysme, y compris une explosion ou des radiations ionisantes. Mais si toutes sont à l'image des insectes géants de "Men In Black", autant ne pas les rencontrer...

Quant aux créatures évoluant près des évents volcaniques ou des fumeurs sous-marines, elles n'endurent pas plus de 100°C. A la sortie des évents l'eau est localement à plus de 350°C et à haute pression mais en l'espace de quelques centimètres le gradient de température chute drastiquement sous 100°C. Non, personne ne serait assez stupide pour survivre dans les feux de l'Enfer.

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