Combien de temps la vie survivra-t-elle sur Terre ? Un nouveau calcul repousse l’échéance à 1,8 milliard d’années, et plus encore si l’on déplace l’orbite de la planète

Des climatologues américains ont recalculé la date de la « mort » de la vie végétale sur Terre. Leur horizon s’allonge de façon spectaculaire.

En s’appuyant sur un modèle climatique 3D de pointe, deux chercheurs américains revoient à la hausse la durée de vie de la biosphère terrestre. Leur travail, présenté par le média scientifique espagnol El País, montre que la végétation pourrait persister bien plus longtemps qu’estimé jusqu’ici, malgré un Soleil de plus en plus brillant.

Un Soleil qui s’allume peu à peu… et menace la vie terrestre

Le cadre général est connu des astrophysiciens : le Soleil, comme toutes les étoiles de son type, augmente lentement sa luminosité en vieillissant. Il y a 4,5 milliards d’années, au moment de la formation de la Terre, il brillait 20 à 30 % moins qu’aujourd’hui. Dans environ 5 milliards d’années, il gonflera en géante rouge et engloutira notre planète.

Bien avant ce final spectaculaire, la simple hausse progressive de la radiation solaire suffira à rendre la surface de la Terre inhabitable pour la plupart des formes de vie. La question n’est donc pas de savoir si la biosphère s’éteindra, mais quand.

Pour y répondre, la climatologie s’appuie depuis longtemps sur un mécanisme clé : le cycle « carbonates-silicates ». Ce cycle géologique relie volcanisme, chimie des roches et climat.

• Les volcans émettent du dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère.
• La pluie dissout ce CO2, qui réagit avec les roches silicatées.
• Cette réaction libère calcium et bicarbonate, emportés vers les océans.
• Les organismes marins s’en servent pour fabriquer des coquilles et squelettes de carbonate de calcium.
• Ces sédiments sont entraînés dans le manteau terrestre par la tectonique, puis le CO2 est relâché à nouveau par les volcans.

Lorsque la planète se réchauffe, la météorisation chimique des roches s’accélère, ce qui retire davantage de CO2 de l’atmosphère. Le cycle agit alors comme un thermostat naturel depuis des milliards d’années.

Quand la régulation du climat se retourne contre les plantes

Ce thermostat a un revers. Si le Soleil brille de plus en plus fort, le cycle carbonates-silicates tend à retirer toujours plus de CO2 pour compenser l’excès de chaleur. À très long terme, la concentration de dioxyde de carbone peut devenir si faible que la photosynthèse cesse de fonctionner.

La vie végétale dépend à la fois de la température et d’un minimum de CO2 dans l’atmosphère. En deçà d’un certain seuil, les plantes ne peuvent tout simplement plus respirer ni croître.

Les premiers calculs sur ce « compte à rebours » datent des années 1980. En 1982, James Lovelock et Michael Whitfield plaçaient la fin de la biosphère photosynthétique dans seulement 100 millions d’années, un délai très court à l’échelle géologique.

En 1992, Ken Caldeira et James Kasting révisent ces projections avec un modèle plus sophistiqué. Ils introduisent une distinction cruciale entre deux grands types de photosynthèse :

• Photosynthèse C3 : utilisée par environ 95 % des plantes terrestres actuelles. Elle cesse de fonctionner lorsque le CO2 passe sous les 150 parties par million (ppm).
• Photosynthèse C4 : utilisée par une minorité d’espèces (maïs, canne à sucre, nombreuses graminées), capable de survivre avec beaucoup moins de CO2, jusqu’à 10 ppm.

En tenant compte de la résilience des plantes C4, Caldeira et Kasting repoussaient déjà la fin de la biosphère à environ 900 millions d’années dans le futur.

Des estimations progressivement repoussées jusqu’au milliard d’années

Depuis, différents groupes de recherche ont affiné ces dates à l’aide de modèles plus complexes, en restant globalement dans la même fourchette. Un tournant intervient en 2024 avec les travaux d’un chercheur nommé Graham et de ses collègues.

Ils avancent deux idées majeures :

Avec ce cadre, Graham et son équipe situaient l’extinction de la végétation entre 1 600 et 1 860 millions d’années, selon le seuil de température choisi : 323 kelvins (environ 50 °C) pour la plupart des plantes, ou 338 kelvins (65 °C) pour une limite plus extrême.

Le nouveau modèle 3D qui change l’horizon de la biosphère

Jusqu’ici, presque tous ces travaux partageaient une même limite : ils utilisaient des modèles climatiques « à zéro ou une dimension », qui assimilent la Terre à un point ou à de simples bandes de latitude. Impossible, dans ces conditions, de rendre compte des vents, des nuages ou de la répartition réelle des continents et des océans.

Les chercheurs Jacob Haqq-Misra (institut Blue Marble Space) et Eric Wolf (université du Colorado Boulder) changent d’échelle. Ils s’appuient sur ExoCAM, une version du Community Earth System Model développée au Centre national de recherche atmosphérique américain. Ce modèle 3D simule :

• la température en fonction de la latitude, de la longitude et de l’altitude,
• la circulation des vents,
• le cycle de l’eau, la formation de glace,
• la dynamique des nuages.

Autant de paramètres cruciaux pour déterminer à quel moment la planète basculera au-delà des limites supportables par la végétation.

Deux scénarios climatiques extrêmes testés

Avec ExoCAM, les auteurs explorent deux scénarios « extrêmes » pour le très long terme :

• Scénario de météorisation faible : la quantité de CO2 reste fixe à son niveau actuel (environ 400 ppm). Le Soleil continue d’augmenter en luminosité, ce qui fait grimper progressivement la température de surface.
• Scénario de météorisation forte : la température moyenne au sol reste maintenue à 288 kelvins (environ 15 °C), car le cycle géologique retire de plus en plus de CO2 de l’atmosphère à mesure que le Soleil chauffe.

Dans le scénario de météorisation faible, la Terre atteindrait la limite de 323 kelvins, jugée invivable pour la majorité des plantes, dans 1,68 milliard d’années. Le seuil extrême de 338 kelvins, au-delà duquel aucune plante terrestre ne survivrait, serait franchi vers 1,87 milliard d’années.

Dans le scénario de météorisation forte, c’est l’effondrement du CO2 qui pose problème. Les calculs indiquent une chute à 10 ppm — le seuil de la photosynthèse C4 — dans 1,35 milliard d’années, bien plus tard que les 900 millions d’années estimés dans les années 1990.

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Haqq-Misra et Wolf ne s’arrêtent pas au seuil classique de 10 ppm. Ils étudient trois mécanismes susceptibles de prolonger la vie végétale avec des teneurs en CO2 encore plus faibles :

En retenant un seuil extrême de 1 ppm, le scénario de météorisation forte porte l’espérance de vie de la biosphère végétative jusqu’à environ 1,84 milliard d’années, soit quasiment le même ordre de grandeur que le scénario d’échauffement maximal.

Les auteurs en tirent une estimation « plafond » : la biosphère végétative terrestre pourrait subsister autour de 1,86 milliard d’années à partir de maintenant.

Quand la fin de la végétation coïncide avec la disparition des océans

Cette échéance coïncide avec un autre basculement majeur : la perte complète des océans. Deux mécanismes principaux peuvent mener à une Terre totalement desséchée :

• Invernage humide : dans un climat très chaud, d’immenses quantités de vapeur d’eau montent dans la haute atmosphère, où les molécules d’eau se décomposent. L’hydrogène s’échappe dans l’espace, l’eau se perd progressivement. Un modèle de Caldeira et Kasting situait le début de ce processus vers 1,5 milliard d’années, des travaux ultérieurs utilisant ExoCAM le repoussent au-delà de 2 milliards d’années.
• Invernage « dérapant » : un emballement où réchauffement et évaporation s’auto-amplifient jusqu’à l’évaporation totale des océans. Les estimations varient de 1,1 milliard d’années (dans un modèle alternatif étudié par Leconte et ses collègues) à 2,19 milliards d’années dans les simulations de Wolf et Toon avec ExoCAM.

L’article souligne que cette chronologie reste l’un des points les plus incertains, en raison du large éventail de résultats selon les modèles.

Et si la vie s’adaptait au-delà de nos seuils actuels ?

Dans la dernière partie de leur étude, Haqq-Misra et Wolf examinent des voies plus spéculatives pour prolonger encore la présence de la vie, ou d’une forme de vie dérivée, au-delà de ces limites.

Première voie : l’évolution. Sur un à deux milliards d’années, la sélection naturelle pourrait favoriser des plantes capables de supporter des températures bien plus élevées ou des concentrations de CO2 encore plus basses que celles observées aujourd’hui. Les auteurs notent qu’il existe déjà des recherches sur l’optimisation de la photosynthèse via la sélection variétale ou la biologie de synthèse.

Deuxième piste : la technologie. Une civilisation très avancée pourrait, en théorie :

• projeter des aérosols réfléchissants dans la stratosphère pour refroidir artificiellement la planète ;
• modifier l’orbite de la Terre afin de l’éloigner du Soleil à mesure que celui-ci se réchauffe ;
• ou même retirer de la masse au Soleil lui-même (star-lifting), pour ralentir son évolution.

Troisième idée, encore plus audacieuse : une biosphère qui ne serait plus confinée à la surface. Les auteurs citent des travaux récents sur des biomatériaux capables de soutenir la croissance d’algues vertes dans des conditions proches de celles de Mars. Une vie photosynthétique pourrait, à terme, coloniser la haute atmosphère, voire certains environnements spatiaux artificiels, brouillant la frontière traditionnelle de ce que l’on appelle « biosphère terrestre ».

Ce que signifie ce scénario lointain pour un lecteur français

Pour un lecteur vivant en France, ces échéances à l’échelle du milliard d’années ne changent évidemment rien au quotidien ni aux politiques climatiques actuelles. Le réchauffement observé aujourd’hui est lié à l’augmentation rapide du CO2 d’origine humaine, en quelques décennies, alors que les études évoquées par El País et publiées dans Journal of Geophysical Research: Atmospheres se projettent sur des millions, voire des milliards d’années.

La comparaison a néanmoins une utilité : elle montre comment les climatologues utilisent les mêmes outils — modèles numériques, bilans radiatifs, prise en compte des nuages et des océans — pour traiter des horizons de temps très différents. En France, comme ailleurs, les modèles climatiques globaux utilisés par Météo-France ou le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) reposent sur les mêmes grands principes que ceux d’ExoCAM, mais appliqués à l’échelle des prochaines décennies ou du prochain siècle.

Cette mise en perspective met aussi en lumière le rôle de « thermostat » à long terme joué par la géologie, très loin des échelles où agissent les politiques publiques climatiques actuelles. À l’échelle humaine, ce thermostat naturel ne suffit pas à compenser la hausse brutale du CO2 d’origine industrielle ; à l’échelle du milliard d’années, au contraire, il tend à raréfier dangereusement ce même CO2.

Quelques notions clés pour mieux comprendre

Plusieurs termes scientifiques revenant dans l’étude méritent une explication rapide :

Pour la recherche sur les exoplanètes, ces résultats ont aussi un intérêt concret : ils affinent la notion de « zone habitable » autour d’autres étoiles. Savoir pendant combien de temps une planète rocheuse peut maintenir une biosphère active aide à estimer ses chances d’abriter, à un moment donné, une vie détectable par nos instruments.

Haqq-Misra et Wolf concluent avec une note de prudence, rapportée par El País : les seuils de température et de CO2 actuellement pris comme limites pourraient surtout refléter ce que l’on observe aujourd’hui, pas ce que la vie sera capable de supporter demain. Leur message central tient en une formule : par défaut, l’histoire du futur de la Terre devrait être celle d’une planète où la vie survit au moins aussi longtemps que la Terre elle-même.