jeudi 13 juin 2019

Une équation de Drake restructurée

par le Dr Ambroise Sulies,
Maître de Conférence-Chef 
Département ABEZ (Astrobiologie, Biophysique, Exobiologie et Zooplanétologie).

 La question de la vie dans l'univers a de tout temps occupé les esprits humains les plus avisés, qui lui ont ainsi consacré un temps précieux qu'ils auraient pu dédier à des choses plus importantes, comme en témoignent les 554 pages de l'ouvrage de M. Crowe [1].

F. Drake est connu pour avoir formalisé le problème sous la forme d'une équation cherchant à déterminer le nombre de civilisations avec lesquelles nous pourrions communiquer (ou bien dont nous pourrions détecter les émissions radio). Cette équation est devenue si populaire qu'on peut la voir apparaître sur nos écrans de télévision, comme démontré ci dessous.

Figure 1: L'équation de Drake, telle qu'elle apparaît à l'écran dans la meilleure série de science-fiction de tous les temps [2].

Grosso modo, cette équation peut être interprétée comme une série de multiplications dont certains facteurs estiment le nombre de planètes dans l'univers, et d'autres la probabilité que la vie se développe sur ces planètes et soit détectable par nous, les créatures les plus importantes de l'univers [3].

Cette équation est aussi associée au fameux "paradoxe de Fermi", proposé par le physicien E. Fermi, alors qu'il avait certainement des choses plus importantes à faire à Los Alamos à l'époque. On peut exprimer ce paradoxe ainsi : supposons que tous les facteurs multiplicatifs de Drake soient élevés, alors le nombre de civilisations que nous pouvons détecter  devrait être élevé, or nous n'avons rien détecté, ni trouvé aucune trace ou artefact. La solution au paradoxe de Fermi est simple: c'est qu'au moins un des facteurs de l'équation de Drake est très petit. La raison pour cela est l'objet de nombreuses discussions et propositions. S. Webb en recensait 50 dès 2002 [4], mais avec l'inflation, il proposait 72 raisons possibles en 2015. [5]

Le problème principal de l'équation de Drake est qu'il s'agit d'une multiplication de paramètres dont la valeur est absolument inconnue. Par exemple, quelle est la probabilité que la vie se développe sur une planète ? Ce facteur dépend certainement lui même de nombreux autres! Drake aurait donc pu incorporer bien plus de paramètres dans son équation si il avait été moins paresseux.

En conséquence, inspiré peut être par la tarte au citron que je dégustai hier soir et répondant à cette qualification, je propose ici de revisiter cette équation afin d'obtenir une équation de Drake déstructuré, ou peut-être mieux, une équation de Drake restructurée.

La probabilité que la vie se développe, ou bien qu'elle puisse communiquer avec nous, peut dépendre de bien des facteurs. Le nombre d'étoiles abritant la vie (ou la vie communicante), Nvie, peut donc être écrit comme le nombre de planètes dans la Voie Lactée (Nplanètes), multiplié par un certain nombre de facteurs. Nous avons donc :

Nvie= Nplanètes x P

P= f1 x f2 x f3 ... x fn

Tous les facteurs f1 à fn sont potentiellement inconnus. Faisons une approximation audacieuse: ils sont tous égaux à 0.5 ! Cela peut paraître grossier, mais explorons quelques facteurs possibles:
  • La vie a plus de chances de se développer à la surface d'une planète tellurique qu'à celle (inexistante) une planète géante gazeuse. Dans le système solaire, nous en avons quatre de chaque sorte. Sur cette base le facteur 'probabilité' que la planète soit tellurique (et donc favorable à la vie) vaut... 0.5
  • Certains avancent qu'être dans la "zone habitable" (i.e. la zone où l'eau liquide peut exister) est nécessaire. Dans le système solaire, c'est le cas pour Vénus, la Terre et Mars. Trois planètes sur huit. Au niveau de détail de notre calcul, c'est très proche de 0.5 !

Donc nous avons adopté f1=f2=...=0.5. Alors P et en conséquence Nvie dépendent seulement du nombre total de facteurs que nous noterons N selon une équation très simple: P est égal  à 0.5 à la puissance N. La figure suivante montre en fonction de N la probabilité P (axe de gauche) ou bien Nvie (axe de droite, en adoptant Nplanètes=1000 milliards, sur la base d'une centaine de milliards d'étoiles dans la Voie Lactée, et d'une dizaine de planètes par système stellaire, chiffres sur lesquels s'entendent, en ordre de grandeur, mes collègues de l'Observatoire Astronomique).

Figure 2: En rouge en lisant l'axe de gauche: Probabilité de développement de la vie en fonction du nombre de facteurs impliqués (selon l'hypothèse que chaque facteur donne 50% de résultats favorables). L'axe de droite donne pour la même courbe le nombre de planète abritant la vie dans la Voie Lactée. En bleu, une ligne horizontale indique le nombre 1. A partir de 40 facteurs, moins de une planète est obtenue, i.e. la Terre est alors la seule planète dans la Galaxie abritant la vie.


Sur la figure, j'ai aussi indiqué une ligne horizontale correspondant à une planète abritant la vie dans notre Galaxie. La probabilité rejoint cette ligne pour quarante paramètres. Autrement dit, si quarante paramètres indépendants affectent la possibilité que la vie se développe sur une planète, alors il n'y en a qu'une sur laquelle c'est arrivé: il n'y a que la Terre [6].

Quarante paramètres, c'est beaucoup me direz-vous, mais un philosophe disait un jour "C'est beaucoup mais c'est bien peu" [7]. Dans "Rare Earth" [8], P. Ward et D.E. Brownlee, des scientifiques d'un autre acabit que l'auteur de cet article suggèrent que de nombreux facteurs participent en effet à la rareté de la vie sur Terre. En voici quelques uns, qui ont été évoqués dans cet ouvrage ou ailleurs:
  • L'abondance de différents éléments chimiques de l'étoile
  • La proximité (ou pas) de sources de rayonnement énergétique (trous noirs, étoiles à neutron...)
  • L'explosion de supernova ou de sursaut gamma à proximité.
  • Les perturbation gravitationnelles
  • Le spectre de l'étoile
  • La température de l'étoile
  • La masse de l'étoile
  • La durée de vie de l'étoile
  • L'activité de l'étoile. Les flambées stellaire seraient probablement néfaste à la vie.
  • La présence d'une planète géante qui protège des impacts (comme Jupiter pour la Terre)
  • Les caractéristiques de l'orbite de la planète (stabilité, excentricité,...)
  • La taille de la planète
  • La présence d'océans à la surface de la planète
  • Le pourcentage de surface exposé à l'eau
  • La présence d'un beau satellite (Notre grosse Lune stabiliserait le climat terrestre)
  • La tectonique des plaques
  • La distance entre l'étoile et la planète
  • le nombre d'extinction de masse (permettant aux nouvelles espèces de se développer)
  • La probabilité de développer une forme de vie bipède
  • ...
Cette liste n'est évidemment pas exhaustive. Ainsi, chacun peut élaborer sa propre estimation du nombre de paramètres pouvant jouer un rôle dans notre problème, et appliquer mon équation de Drake restructurée afin de savoir combien de planètes abritent la vie dans la Galaxie.

Notes et Références:


[1] The Extraterrestrial Life Debate, Antiquity to 1915: A Source Book, M. Crowe, Edition "University of Notre Dame Press". Si cela ne vous suffit pas, voir aussi l'ouvrage compagnon
The Extraterrestrial Life Debate, 1750-1900 pour 720 pages de bonheur en plus.

[2] Si vous ne savez pas encore qu'il s'agît de "The Expanse", je suis bien désolé pour vous.
[3] De notre point de vue. 

[4] Dans un livre bien nommé If the Universe Is Teeming With Aliens...Where Is Everybody?: Fifty Solutions to the Fermi Paradox and the Problem of Extraterrestrial Life

[5] Dans la seconde édition du précédent.

[6] Le même raisonnement peut s'appliquer pour le nombre de planètes sur laquelle la vie devient "communicante", i.e. que nous pouvons détecter; ou bien le nombre de planètes sur lesquelles un système universitaire peut se développer sans s'effondrer sous son poids administratif ; ou bien pour calculer tout autre nombre de planètes identifiées par un critère précis; tant que la probabilité peut se mettre sous la forme du produit de facteurs valant tous autour de 0.5.

[7] C'était peut-être un chanteur finalement...

[8] Le titre exact de l'ouvrage est Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe, Edition Copernicus, publié en 2000.

vendredi 22 mars 2019

Compte Rendu de la finale départementale du concours “Mon Doctorat en 200 secondes”

Ambroise Sulies (PhD), responsable culture scientifique de l’équipe ExcèsLentTeam du Laboratoire d’Analyse, de l’université Aast-Sorbonne Univ. (ASU).

En tant que responsable de la culture scientifique au Laboratoire d’Analyse de Aast-Sorbonne Université (ASU), je me sentais obligé d’assister à la finale départementale du concours « MD200 », dont le gagnant serait automatiquement qualifié pour la finale régionale, dont le gagnant serait automatiquement qualifié pour la finale nationale, dont le gagnant serait automatiquement qualifié pour la finale européenne, dont le gagnant serait automatiquement qualifié pour la finale mondiale.

Avant de vous délivrer le compte-rendu de cet évènement, je dois préciser quelques informations concernant ma nouvelle affiliation, notre université étant dorénavant officiellement dénommée « Aast-Sorbonne Univ.». En effet, suite à de longues réflexions, notre cellule de valorisation (le plus gros département de l’université) a suggéré cette modification, rendue possible par l’ouverture d’une antenne dans la commune d’Aast (173 habitants). Ce changement est d’une haute importance stratégique, puisqu’il permet de grignoter quelques places au classement de Shanghai (et indirectement celui de Toulouse). En effet, en dernier lieu, les établissements sont départagés par l’ordre alphabétique[voir note 1].

Toujours pour des raisons stratégiques, les dirigeants d’ASU, ayant constaté la visibilité du concours « Ma Thèse en 180 secondes » mais l’absence de lauréats de l’établissement, ont récemment décidé de souscrire à un concours totalement plagié sur celui-ci, MD200, « Mon Doctorat en 200 secondes », mais dont le niveau moins exigeant pourrait permettre à nos candidats d’être potentiellement titrés, et ainsi ajouter quelques prix sur nos CV, pages wikipedia, et pages web d’ASU [1].

La cérémonie commença par un discours d’ouverture donné par le président du collège doctoral. Il nous rappela que le but de la compétition était de récompenser les doctorants sachant nous présenter les sujets ardus de leurs recherche avec éloquence et concision. Ce qu’il fit sans l’une ni l’autre[1].

Les finalistes défilèrent ensuite chacun à leur tour, nous exposant en moins de 200 secondes des études sur les mystères du cosmos, de la vie, sur les challenges d’aujourd’hui dans le domaine de la santé et de l’environnement, et bien d’autres sujets passionnants, avec force, talent, originalité, et humour. Qui usant de la fable, qui parodiant l’indice sonore d’une grande compagnie de transport et enchaînant avec un « sketch » digne de Chevallier et Laspalès. Qui en chantonnant sur l’air d’une ritournelle éternelle de la chanson française. Certains encore mimèrent leurs travaux ou leurs sujets, les rendant vivants pour un auditoire conquis à leur cause. Chacun se distinguait à sa façon, et à l’applaudimètre, quelques-uns me semblaient se distinguer, pour leurs présentations particulièrement originales, alors que les plus classiques provoquaient un tout petit peu moins d’enthousiasme.

Le jury était composé de personnalités sélectionnées par le comité d’organisation de l’évènement qui, souhaitant bien se faire voir de leurs tutelles, avaient choisi les dirigeants des dites tutelles[1] : président, vice-président, responsables des services de l’université et de la direction régionale du CNRS. Cette sélection introduisit peut-être un biais dans le jugement du jury puisqu’il était composé principalement d’anciens sages s’étant déconnectés de la recherche depuis bien des années pour se consacrer aux tâches administratives et glorieuses qui sont récompensées dans notre nation par salaire, prime, pouvoir, et fréquence des petits-fours (le tout pleinement justifié par le mérite de ces personnes, en tout cas selon leurs propres critères).

L’annonce des résultats me laissa perplexe, tout comme plusieurs personnes autour de moi. En effet, le choix des vieillards du jury excluait les candidats et candidates ayant montré le plus d’originalité (une qualité pourtant indispensable dans la recherche, ce que les anciens peuvent naturellement avoir oublié considérant leurs activités actuelles), et encore plus tous ceux qui avaient employé l’humour comme vecteur. Il est bien connu que les personnes maniant l’humour ne sont ni matures ni sérieuses, et Richard Feynmann n’aurait certainement pas eu sa place à ASU. Les 3 prix du jury portèrent sur trois jeunes filles sorties du même moule. Elles étaient habillées de manière plutôt classique et étaient dépourvues de kilogrammes surnuméraires. Leurs présentations se voulaient sérieuses. Puisque nous sommes entre nous, je vous avouerais qu’elles me semblèrent plus ennuyeuse et bêtifiantes que les autres[voir note 2]. À la réflexion, la gagnante du premier prix, dans son tailleur Chanel, sur ses talons Louboutin, avec ses cheveux mi-longs attachés en arrière, semblait un jeune clone de la présidente du jury qui a pu retrouver sa jeunesse par procuration en s’identifiant à cette personne. Quant aux messieurs du jury, qui sait si ces jeunes personnes de leur rappelaient pas leur petite-fille ou leur dernière étudiante. Par une coïncidence bien étonnante, les prix distribués couvraient largement la discipline du président de l’université.

Les prix furent annoncés l’un après l’autre dans une cérémonie interminable pendant laquelle on fit venir sur scène les différents partenaires du concours pour remettre les cadeaux qu’ils offraient aux gagnants. Une chargée de com typique (grande blonde mieux habillée que le chercheur et la chercheuse moyenne) distribua le dernier exemplaire de la revue de son institut. Des représentants de mutuelles, assurances, banques, paradèrent ensuite pour remettre de petits chèques à trois chiffres. L’université se ridiculisa en offrant à tous les participants une pauvre besace à son insigne. Le premier prix eut un énorme chèque (par la taille) en carton. Les mille euros inscrits sur celui-ci étaient moins grandiose. Le président d’ASU vint se gargariser en offrant aux premiers prix un exemplaire du bel ouvrage de photographies prises sur « son » campus, un livre qui s’identifiait en réalité à un fascicule de com[1]. Pour le réaliser il avait fallu payer cher un photographe talentueux sachant trouver les angles rendant gracieux les sites universitaires, en masquant les tags, les câbles électriques tombant des plafonds, les bureaux couverts de graffiti, les chaises branlantes, les toilettes hors usage, etc. En songeant aux millions d’euros qu’ASU distribue au travers de dispositifs d’excellence sur la base de dossiers peu travaillés, certaines mauvaises langues pourraient se dire qu’en comparaison, les prix dérisoires offerts aux meilleurs doctorants de l’université en disaient long sur la considération des étudiants par les personnes en charge d’ASU[1].

La soirée prit fin alors que toutes les personnalités jouaient des coudes pour être présentes sur les quelques photographies qui pourraient sortir dans le journal local le lendemain, avant de se déplacer vers un cocktail donné à l’occasion, pendant lequel tout un chacun se livra aux exercices de networking et lobbying habituels, ne délivrant que peu d’attention aux véritables héros du jour : les doctorants.

NOTES
1) Vous pourrez aisément vérifier qu’une politique tout à fait similaire s’applique dans d’autres universités.
2) Pendant le cocktail qui suivit l’évènement, je constatai que plusieurs personnes du public partageaient mon avis. Certaines prononcèrent même le terme « neuneu » au sujet de la performance de la grande gagnante de la soirée.