Nous savons depuis plusieurs décennies que le Soleil ne sera pas éternel. Formée il y a 4,57 milliards d'années à partir de l'effondrement d'un nuage de gaz, notre Étoile est en effet à peu près au milieu de sa vie. L'étude des réactions de fusion depuis la fin des années 1930, puis le développement des modèles théoriques d'évolution des étoiles depuis les années 1990, ont progressivement permis d'estimer que le Soleil devrait encore « vivre » quelque 5 milliards d'années.

À ce moment-là, il aura en effet épuisé tout l'hydrogène de son cœur. Or, c'est la fusion des noyaux d'hydrogène qui produit l'énergie du Soleil. Privé de son « carburant », il commencera alors à se dilater pour devenir une géante rouge.

À sa mort, dans 5 milliards d'années, le Soleil deviendra une géante rouge. Mercure et Vénus seront avalées tandis que la Terre sera au mieux un monde mort © Pavel, Adobe Stock

Des conditions de vie infernales bien avant la mort du Soleil

Au cours de cette phase d'expansion, Mercure et Vénus seront engloutis dans la masse de l'étoile. Le sort de la Terre reste plus incertain, mais il est sûr que sa surface sera alors totalement inhabitable.

Mais les modèles d'évolution climatique montrent qu'il reste à la vie terrestre bien moins de temps que 5 milliards d'années.

En effet, bien avant sa transformation en géante rouge, l'augmentation progressive de la luminosité du Soleil aura rendu la Terre trop chaude pour y maintenir de l'eau liquide et donc une biosphère comparable à celle que nous connaissons aujourd'hui. Mais à partir de quand la situation deviendra-t-elle critique ?

Sur cette question, les modèles divergent. Si les toutes premières études sur le sujet, dans les années 1980, ne donnaient à la vie terrestre que 100 millions d'années, nous savons désormais qu'il reste aux plantes et aux animaux bien plus de temps que ça. Cette durée a été progressivement rallongée à 1 milliard d'années et une nouvelle étude se veut même plus optimiste.

Disparition de la photosynthèse : la limite marquant l’effondrement de la biosphère

Les modèles suggèrent que les océans terrestres auront disparus par évaporation dans 2 milliards d'années environ. Or, si la vie peut potentiellement se maintenir tant que de l'eau liquide est présente, il ne s'agit peut-être toutefois pas d'une vie complexe. Seules les formes les plus simples, comme les bactéries, sont capables de survivre dans des environnements extrêmes. Le temps restant pour les animaux et les plantes pourrait donc être bien plus court.

À partir de quand les conditions deviendront trop extrêmes pour le maintien d'une biosphère complexe sur Terre ? © Cinoby, iStock

La vie complexe repose en effet sur la photosynthèse. Or, ce mécanisme se dégrade lorsque la température devient trop élevée. Une hausse de la température de surface pourrait donc entrainer précocement l'effondrement du monde végétal, ce qui signerait la fin des écosystèmes complexes et de la vie animale.

Un autre facteur doit aussi être considéré. Il s'agit de la disponibilité du CO₂. Une augmentation de la température liée à une hausse de la production d'énergie par le Soleil ne signifie pas une hausse du CO₂ dans l'atmosphère terrestre, c'est même l'inverse. La Terre possède en effet des mécanismes d'auto-régulation. Comme un thermostat, lorsque la température augmente, certaines réactions chimiques deviennent plus faciles. Ainsi, l'altération des roches silicatées s'accélère. Or, ces réactions consomment du CO₂ pour produire des carbonates qui sont ensuite stockés dans les fonds océaniques. Plus la température augmente, plus la capture du dioxyde de carbone atmosphérique s'accélère. Ce mécanisme tend donc à diminuer la concentration de CO₂ dans l'air, ce qui réduit l'effet de serre et contribue à refroidir la planète.

Ce cycle constitue un régulateur climatique très efficace à long terme. Il agit sur des échelles de temps géologiques et permet de stabiliser le climat terrestre sur des millions d'années.

Cependant, ce système a aussi une limite importante : si le CO₂ atmosphérique devient trop faible, la photosynthèse des plantes est fortement ralentie, ce qui peut entraîner un effondrement de la biosphère telle que nous la connaissons. Ainsi, cette rétroaction négative stabilise le climat, mais pas nécessairement dans une plage compatible avec toutes les formes de vie.

Une vie terrestre complexe encore présente dans 1,8 milliard d’années

Une équipe de chercheurs a donc testé ces deux scénarios extrêmes (arrêt de la photosynthèse par augmentation de la température ou par baisse du CO₂) pour observer la capacité de survie de la biosphère végétale, tout en prenant en compte l'existence de « plantes extrêmes » comme les succulentes et les orchidées qui sont capables de survivre avec des taux de CO₂ très faibles. Et les résultats, publiés dans la revue JGR Atmospheres montrent que la résilience du monde végétal face à un accroissement de la puissance du Soleil est plus forte qu'on ne le pensait. Certaines plantes pourraient ainsi être encore présentes dans 1,8 milliard d'années, alors que l'environnement terrestre serait devenu extrême, retardant nettement l'effondrement définitif de la biosphère par rapport aux précédentes études. Il n'est d'ailleurs pas impossible qu'elle survive encore plus longtemps.

Grâce à un processus synthétique spécial, les plantes succulentes sont capables de vivre avec peu de CO₂ et sous de fortes températures © Dr. Alexey Yakovlev, Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0

« Les limites posées par le stress thermique ou le manque de CO₂ ne reflètent que nos observations de la biosphère actuelle, et pas celles d'une biosphère qui aurait évolué » écrivent les auteurs de l'étude. Face à l'évolution très graduelle des conditions environnementales, il est en effet possible que les organismes photosynthétiques évoluent et s'adaptent sous des formes que nous ne pouvons imaginer.

Au cours de ses 4 premiers milliards d'années d'existence, la vie nous a en effet montré qu'elle était pleine d'ingéniosité et capable de faire face à des changements environnementaux drastiques.