François Mulet - L'information dans le vivant - La Ferme de Cagnolle
Vidéo réalisée par la ferme de Cagnolle, merci à eux pour l'aimable autorisation de remise en ligne : https://www.youtube.com/channel/UCdxoKgrL0f8F4OVoC38B4rg
Introduction
Il y a quelques semaines, l’équipe a eu le plaisir de recevoir François Mulet pour une interview réalisée par Romain pour son documentaire sur les sols vivants. À cette occasion, il a été questionné sur des notions d’entropie, de matière, d’énergie et d’information.
François Mulet résume ici un problème central : pourquoi considère-t-on souvent qu’une chimie de synthèse serait « plus mauvaise » qu’une chimie issue du vivant ?
Pourquoi la chimie du vivant est particulière
Un des premiers arguments avancés est que les molécules issues de synthèse n’ont pas été fabriquées par des processus biologiques. Or, ces processus biologiques respectent des règles. C’est un point important, car le vivant n’assemble pas la matière de manière arbitraire.
François Mulet prend l’exemple des vitamines ajoutées artificiellement dans les aliments. On peut vouloir enrichir un fruit en vitamines, mais rien ne garantit que ces vitamines soient exactement sous la même forme que celles présentes naturellement. Il est possible que, dans la nature, les vitamines soient produites dans une forme particulière, à un endroit particulier de la physiologie de la plante, ce qui les rendrait plus absorbables ou plus efficaces.
Il précise toutefois que ce sont des sujets très complexes, et qu’il faut rester prudent. Mais cette question amène directement à celle de l’organisation et de la formation du vivant : quelles sont les règles qui font que le vivant organise la matière organique d’une certaine manière, et pas d’une autre ?
Le vivant ne choisit qu’une petite partie du possible
François Mulet simplifie volontairement le problème. Le vivant utilise principalement du carbone, de l’azote, de l’oxygène, de l’hydrogène, ainsi qu’un certain nombre d’oligo-éléments.
Avec seulement ces quelques atomes, on peut fabriquer une quantité gigantesque de molécules différentes. Si l’on assemble des molécules complexes d’une vingtaine d’atomes, le nombre de combinaisons possibles devient pratiquement infini à l’échelle humaine.
Or, quand on observe le vivant, on constate qu’il ne fabrique qu’une sous-partie extrêmement réduite de cet ensemble de possibilités.
François Mulet prend l’exemple des sucres : dans une carotte, on va trouver un certain nombre de sucres complexes, peut-être des centaines ou des milliers de formes différentes. Mais, dans l’absolu, on pourrait en fabriquer des milliards de milliards de sortes différentes. Le vivant n’en utilise qu’un sous-ensemble bien restreint.
Il en va de même pour les acides aminés protéinogènes. Les protéines du vivant sont construites à partir d’une vingtaine d’acides aminés seulement. Pourtant, chimiquement, il serait possible d’en imaginer ou d’en produire des millions et des millions d’autres.
La question devient alors : pourquoi le vivant n’en utilise-t-il qu’une vingtaine ?
Les contraintes propres au vivant
François Mulet explique que l’on commence à comprendre que ces acides aminés répondent à des propriétés chimiques très précises : masse, structure, pH, compatibilité avec l’eau, comportement dans le milieu vivant, etc.
Par exemple, des acides aminés trop solubles dans l’eau ou mal adaptés aux conditions du vivant ne conviendraient pas. Les acides aminés réellement utilisés répondent donc à un grand nombre de contraintes spécifiques.
Il évoque aussi des questions d’« harmoniques » dans la masse des acides aminés, avec parfois des répartitions qui semblent presque aléatoires, mais qui peuvent en réalité être très utiles dans les réactions chimiques.
Ce sont encore des sujets très avancés, mais ils montrent que le vivant n’a pas choisi ses briques chimiques au hasard.
Les limites de la chimie de synthèse
À partir de là, François Mulet souligne que la chimie de synthèse est, elle aussi, soumise à des contraintes, mais que ce sont des contraintes de laboratoire, d’usine, de production industrielle. Ce ne sont pas les contraintes du vivant ni celles de la nature.
Il est donc possible que l’on fabrique des molécules qui respectent mal les règles propres au vivant, avec une probabilité plus élevée que dans les molécules produites biologiquement.
Il ajoute néanmoins un point rassurant : quelle que soit la chimie organique introduite dans le vivant, celui-ci finit généralement par la dégrader et la remettre dans les cycles. La matière est décomposée, réorganisée, restructurée.
Il cite le cas du plastique ou des hydrocarbures dans les sols : lorsqu’il existe une bonne activité biologique, au bout de plusieurs années, une grande partie de ces matières finit par être transformée.
Mais il rappelle que ce n’est pas ce que l’on cherche. L’objectif n’est pas d’enfouir des déchets et d’attendre vingt ans qu’ils soient repris par les cycles biologiques. L’objectif serait plutôt de concevoir des déchets qui se dégradent facilement dans le sol, c’est-à-dire qui respectent davantage les règles du vivant.
L’information dans le vivant
Pour François Mulet, la question de l’information dans le vivant est un sujet central, et probablement un champ de recherche pour encore plusieurs décennies.
Il explique que, si l’on regarde l’évolution de la physique et de la chimie depuis deux siècles, on voit apparaître progressivement plusieurs grands niveaux de compréhension de la matière.
Selon lui, l’écologie et l’agronomie devraient être avant tout des sciences de la matière au sens large, mais aussi des interactions entre matière, énergie, information, structures et entropie.
De la matière à l’énergie
François Mulet rappelle d’abord le travail fondamental réalisé autour du tableau de Mendeleïev. Les chimistes ont classé les atomes, compris qu’ils ont des masses différentes et des comportements électrochimiques différents. C’est un travail immense, réalisé avec très peu de moyens au regard de la difficulté du sujet.
Il souligne que les modèles agricoles actuels sont encore largement hérités de cette pensée du XIXe siècle : on a compris que la plante absorbe des atomes, qu’on peut compter ces atomes, et l’on a construit des raisonnements du type : si l’on met tant d’azote et que l’on retrouve tant d’azote dans la plante, alors l’équilibre semble bon.
Mais ce n’est qu’un équilibre de matière.
Ensuite, la science a progressé vers la thermodynamique. On a compris qu’il ne fallait pas seulement raisonner en termes de matière, mais aussi en termes d’énergie. Le soleil fait pousser les plantes, mais ce que le soleil apporte n’est pas simplement de la matière : c’est de la lumière, donc de l’énergie.
Le bois, par exemple, est bien une matière qui contient de l’énergie. On l’a compris depuis longtemps, puisque le bois brûle, alors qu’un silex ne brûle pas.
De l’énergie à l’information
Selon François Mulet, la dernière grande notion apparue plus tardivement est celle d’information.
On peut avoir deux matières organiques ayant une composition chimique proche, un niveau d’énergie comparable, et pourtant une organisation totalement différente. C’est cela qui renvoie à l’information dans le vivant.
Cette compréhension a beaucoup progressé avec la révolution numérique, la cybernétique et aussi la génétique. L’ADN et l’ARN sont de la matière, très fragile, mais qui contient de l’information.
Aujourd’hui, on commence aussi à envisager qu’il existe d’autres champs informationnels. Il cite le fait qu’on peut agir sur des cellules avec des champs électromagnétiques ou avec des ondes sonores. Il évoque également le développement de pratiques comme la sonothérapie des plantes, avec des résultats variables, car le champ d’exploration reste très vaste.
Mais l’idée importante est que le simple fait d’agir par de l’information peut changer le vivant.
Comment l’information agit-elle sur le vivant ?
François Mulet souligne que la grande difficulté est de comprendre comment l’information peut influencer la matière vivante.
Il prend une image simple : si l’on place un panneau de signalisation dans un champ avec écrit « pousse bien », la plante ne pousse pas mieux pour autant. Chez un conducteur humain, l’information visuelle « sens interdit » ou « feu rouge » est interprétée et modifie le comportement. Mais comment transmettre une information à une plante ? Dans quel but ? Par quel canal ? Avec quel effet ?
Cela conduit à des questions de recherche très concrètes :
- peut-on résoudre certaines maladies avec de l’information ?
- peut-on perturber des bactéries, des virus ou des champignons parasites à l’aide de champs électromagnétiques ?
- peut-on agir sur les plantes par le son ou par d’autres formes d’ondes ?
Pour lui, ce sont précisément les questions que l’on commence à ouvrir aujourd’hui.
L’entropie comme notion liée à l’information
Derrière cette réflexion se trouve aussi la notion d’entropie, que François Mulet considère comme très liée à celle d’information.
Il estime que c’est un des grands dossiers en cours d’ouverture, même si la question de l’énergie elle-même n’est pas encore correctement intégrée dans tous les systèmes. Il donne un exemple : lorsqu’on dit qu’il faut « nourrir le sol », il rappelle que, dans la notion de nutrition, il y a aussi de l’énergie.
L’exemple du tracteur : on ne consomme pas seulement de l’énergie
François Mulet prend l’exemple d’un moteur thermique.
Par abus de langage, on dit qu’un tracteur fonctionne avec de l’énergie. Ce n’est pas entièrement faux, mais ce n’est pas exact non plus.
Le carburant contient bien de l’énergie chimique. Pourtant, si l’on observe l’ensemble du fonctionnement du tracteur, on constate que l’énergie chimique contenue dans le carburant se retrouve sous d’autres formes : chaleur du moteur, frottements, usure, rayonnement infrarouge, etc.
Autrement dit, si l’on mesure correctement les choses, on retrouve autant d’énergie en sortie qu’en entrée. Le tracteur ne « consomme » donc pas l’énergie au sens strict : il transforme une énergie concentrée en une énergie beaucoup plus diffuse.
Dans le réservoir, l’énergie est concentrée. À la sortie du système, après les frottements et les pertes, elle est dispersée dans l’environnement.
Ce qui a changé, ce n’est donc pas la quantité d’énergie, mais sa structuration. L’information portée par cette énergie a été dégradée. L’entropie a augmenté.
Ainsi, ce qu’un tracteur « consomme », ce n’est pas seulement de l’énergie : c’est aussi de l’information, au sens où il détruit une organisation initiale concentrée pour produire une dissipation diffuse.
L’exemple de la planète et du rayonnement solaire
François Mulet étend ensuite ce raisonnement à l’échelle de la planète.
La Terre reçoit du soleil un flux de rayonnement électromagnétique, avec un certain spectre lumineux : des longueurs d’onde et des niveaux d’intensité particuliers.
Aujourd’hui, avec les satellites, on peut comparer ce qui entre et ce qui sort. Globalement, la planète reçoit une certaine quantité d’énergie et en réémet à peu près autant dans l’espace. Une petite partie peut être temporairement stockée, par exemple sous forme d’énergie chimique dans le bois, mais à long terme cette énergie finit aussi par être relâchée.
La planète fonctionne donc, selon lui, comme un moteur thermique : elle reçoit un flux et en renvoie un autre.
Mais ce qui change entre l’entrée et la sortie, c’est le spectre du rayonnement.
Le soleil envoie des photons de fréquence relativement élevée, donc assez énergétiques. Lorsqu’ils arrivent sur la planète, ils interagissent avec les végétaux, les sols et les autres surfaces. Ils sont transformés, redistribués, et réémis sous des formes différentes, notamment dans l’infrarouge.
En sortie, on a donc davantage de photons de plus basse énergie. La quantité totale d’énergie reste du même ordre, mais l’information portée par le rayonnement a changé.
Selon François Mulet, c’est là que l’on retrouve à nouveau une augmentation d’entropie.
Les écosystèmes se nourrissent aussi d’information
À partir de ce raisonnement, François Mulet avance une idée forte : les écosystèmes ne fonctionnent pas seulement grâce à l’énergie. Ils ont besoin d’un flux d’énergie, bien sûr, mais ce flux sert aussi à faire circuler de l’information.
Dans cette perspective, les écosystèmes se nourrissent d’information et d’entropie, autant que d’énergie.
Ce sont des notions récentes, peu intuitives, mais qui pourraient permettre de mieux comprendre le fonctionnement réel du vivant, des sols, du climat et des agroécosystèmes.
Réchauffement climatique, couverture végétale et effet de serre
François Mulet relie enfin ces réflexions aux débats sur le réchauffement climatique.
Selon lui, comprendre plus finement les rapports entre information, énergie, matière et entropie permettrait de mieux poser des questions comme :
- quel est l’impact réel de la couverture végétale ?
- quel est le vrai rôle du CO2 ?
- comment interagissent l’atmosphère, les nuages, les sols et la végétation ?
Il rappelle le principe général : si la composition de l’atmosphère change, et que certains gaz retiennent davantage les infrarouges, cela peut maintenir plus d’énergie près de la surface de la Terre et donc augmenter la température.
Mais il souligne aussi que beaucoup de débats demeurent ouverts : quelle est la part exacte du CO2, celle de la végétation, celle des nuages, ou d’autres facteurs encore mal compris ?
Un champ de recherche encore largement ouvert
Pour François Mulet, on affirme aujourd’hui beaucoup de choses sur ces sujets, alors même qu’ils restent nouveaux, contre-intuitifs et encore peu maîtrisés.
Quand il interroge des écologues ou des agronomes en leur demandant d’expliquer le réchauffement climatique à partir des notions d’information et d’entropie, il constate que très peu de personnes sont réellement à l’aise avec ces concepts.
Il en conclut que l’on parle souvent de sujets que l’on ne maîtrise pas complètement, parce qu’ils sont à la frontière de plusieurs disciplines et qu’ils demandent des outils conceptuels différents de ceux du quotidien.
Conclusion
François Mulet ouvre ici des pistes de réflexion sur des questions fondamentales pour l’agronomie, l’écologie et la compréhension du vivant : pourquoi le vivant choisit-il certaines formes de matière et pas d’autres ? Comment l’information agit-elle sur les organismes ? Quel lien entre énergie, entropie et fonctionnement des écosystèmes ? Et comment ces notions peuvent-elles éclairer les débats sur les sols, les plantes et le climat ?
Ce sont, selon lui, des sujets que l’on va continuer à creuser dans les années à venir.
