L’ESSENTIEL

• En groupe, nous avons tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

• Ce biais persiste quels que soient l’environnement, la culture ou les interactions entre piétons.

• Il existe déjà chez les individus marchant seuls, mais son origine reste inexpliquée.

Cette histoire a débuté, comme tant d’autres dans l’histoire des sciences, par quelque chose que nous ne cherchions pas. En 2020, pendant la pandémie de Covid-19, nous étudiions une question très concrète : comment les gens se déplacent-ils dans un espace clos lorsqu’on leur demande de garder leurs distances ? En visionnant encore et encore les images, nous avons remarqué quelque chose d’étrange : presque tous les participants décrivaient des boucles dans la même direction, toujours dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Plus étonnant encore, aucun ne semblait s’être rendu compte qu’il le faisait.

Pour un physicien, cela ressemble à un cas d’école de « comportement émergent » : un phénomène collectif qui naît d’une multitude de petites interactions, soit entre les individus, soit entre les individus et leur environnement. Ce sont les deux principales hypothèses que nous avons cherché à tester séparément.

La pièce n’y était pour rien

Nous avons d’abord soupçonné les interactions entre les piétons et les murs de la pièce. Une étude antérieure en neurosciences avait montré que les droitiers ont tendance à tourner à gauche et les gauchers à droite, un léger biais lié à de petites différences entre les deux hémisphères du cerveau. Comme la majorité des participants de notre première expérience étaient droitiers, il était raisonnable de supposer que ce mouvement collectif en boucle n’était rien d’autre que la somme de préférences individuelles, les murs qui les entouraient transformant ces trajectoires en un mouvement circulaire.

Connaissant désormais la préférence de chacun, nous pouvions constituer des groupes en fonction de ce critère et observer ce qui se passait. Si les murs et le fait d’être droitier ou gaucher expliquaient le phénomène, un groupe de gauchers ou, mieux encore, composé uniquement de personnes ayant tendance à tourner à droite aurait dû finir par inverser le sens de rotation et se déplacer dans le sens des aiguilles d’une montre. Cela ne s’est jamais produit. Que nous remplissions la pièce de personnes tournant spontanément à droite ou de gauchers, la tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre persistait.

Peut-être était-ce alors la simple présence des murs qui orientait les déplacements. Pour le savoir, nous avons transposé l’expérience à l’extérieur, dans une très grande cour d’école de 3 000 mètres carrés, sans murs pour la délimiter, et laissé plus d’une centaine d’adolescents marcher sans aucun repère pour les guider. Non seulement le mouvement de rotation persistait, mais il devenait encore plus marqué. La pièce n’était donc manifestement pas en cause.

La culture n’y était pour rien non plus

Restait notre deuxième suspect : la manière dont nous interagissons les uns avec les autres. Lorsque deux piétons se retrouvent face à face, chacun se décale sur le côté, ce qui conduit au phénomène bien connu de formation de files.

Mais le côté que nous choisissons n’est pas le fruit du hasard : il est généralement déterminé par le côté de la route où l’on conduit. En Espagne, comme dans le reste de l’Europe continentale, nous nous décalons vers la droite, laissant ainsi de l’espace sur notre gauche pour que la personne arrivant en face puisse faire de même.

Nous avons alors émis l’hypothèse que ce mouvement dans le sens inverse des aiguilles d’une montre n’était peut-être qu’une manifestation de ce phénomène. Si, à chaque rencontre, les piétons ont tendance à se décaler vers la droite, ils finissent par marcher en longeant le mur situé à leur droite et donc par tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Si cette hypothèse était juste, une foule japonaise devrait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre puisque, au Japon, on conduit et on se décale vers la gauche, et que les files de piétons se forment donc du côté opposé à celui observé en Espagne.

Nous avons contacté un collègue à Tokyo, convaincus qu’il constaterait que la foule tournait dans le sens des aiguilles d’une montre. Mais ces nouvelles expériences se sont soldées par un nouvel échec : la foule japonaise tournait elle aussi dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Notre hypothèse était donc fausse.

Restait une explication culturelle : une habitude acquise au fil du temps, comme celle de tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre sur la quasi-totalité des pistes d’athlétisme. Nous nous sommes donc intéressés à des enfants de maternelle, qui ont encore à peine commencé à intégrer les conventions du monde adulte. Loin de s’atténuer, leur tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre était la plus forte que nous ayons mesurée.

La réponse est en nous

Si l’explication ne venait ni du groupe, ni de l’environnement, ni de nos habitudes sociales, il ne restait plus qu’une piste : une caractéristique propre à chaque individu, d’ordre biomécanique ou profondément ancrée dans le cerveau.

Pour le vérifier, nous avons demandé à plus de 200 volontaires de marcher seuls, l’un après l’autre, dans un espace vide. Sans personne à éviter ni foule à suivre, une nette majorité d’entre eux se déplaçaient toujours dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Pendant des décennies, les chercheurs de notre domaine ont considéré que des comportements collectifs comme celui-ci naissaient des interactions entre les piétons. Dans ce cas précis, les données montrent exactement le contraire : ce comportement est déjà présent chez une personne qui marche seule. En intégrant dans un modèle les seules données relatives aux déplacements individuels, nous avons même réussi à reproduire le mouvement circulaire de l’ensemble de la foule. Ici, contrairement à ce qui se produit avec les phénomènes collectifs émergents, le tout n’est pas supérieur à la somme de ses parties : il lui est exactement identique.

Et voici la conclusion, en toute franchise : nous ne savons toujours pas ce qui provoque ce biais à l’échelle individuelle. Nous avons cherché un lien avec le fait d’être droitier ou gaucher, le pied dominant, l’œil dominant, le sexe, etc., sans rien trouver. Des études menées sur des personnes marchant les yeux bandés, qui ont tendance à dévier en décrivant une spirale d’un côté ou de l’autre, suggèrent une explication plus profonde : peut-être de légères asymétries de l’oreille interne, qui modifieraient imperceptiblement notre perception de la ligne droite. Mais en l’état actuel des connaissances, nous ne pouvons pas expliquer ce phénomène.

Quoi qu’il en soit, savoir que cette tendance vient de l’individu plutôt que du groupe est déjà précieux et pourrait modifier notre façon de modéliser et de concevoir les espaces que nous partageons, notamment les aéroports, les gares ou les musées, où la fluidité des déplacements est essentielle.

Cette tendance à partir vers la gauche se retrouve même chez les animaux, par exemple dans les bancs de poissons ou dans les « moulins » en spirale formés par les fourmis légionnaires. La force qui pousse un être humain marchant seul à dévier vers la gauche pourrait donc, en définitive, être bien plus ancienne que l’humanité elle-même.

Iñaki Echeverría Huarte bénéficie d’un financement du projet PID2023-146422NB-I00, financé par le MICIU/AEI/10.13039/501100011033 avec des fonds du FEDER de l’Union européenne.

Ángel Garcimartín Montero bénéficie de financements de l’Agence nationale espagnole de la recherche.

Iker Zuriguel Ballaz bénéficie d’un financement du projet PID2023-146422NB-I00, financé par le MICIU/AEI/10.13039/501100011033 avec des fonds du FEDER de l’Union européenne.

L’ESSENTIEL

• Le bassin de Wilkes, en Antarctique, est gelé et en partie situé sous le niveau de la mer.

• Si toute sa glace venait à fondre en raison du changement climatique, le niveau global de la mer monterait de 3 à 4 mètres. C’est déjà arrivé par le passé, à des températures que nous risquons d’atteindre.

• Il est urgent de mieux documenter son évolution actuelle et de comprendre comment il a réagi par le passé à d’autres réchauffements.

Il y a plus d’un siècle, le géologue australien Sir Douglas Mawson a mené une expédition en traîneau sur des centaines de kilomètres de glace, jusqu’à une région reculée de l’Antarctique oriental. L’expédition a fait demi-tour après la mort tragique d’un de ses membres. Cecil Madigan, un autre Australien, a mené un autre groupe à travers la banquise jusqu’à cette région avant de faire lui aussi demi-tour.

Ces explorateurs intrépides n’ont jamais mis les pieds sur une calotte glaciaire qui pourrait s’avérer cruciale pour notre avenir. À ce jour, encore, nous ne connaissons personne qui s’y soit rendu. Il est temps de changer cela.

Cette région reculée est connue sous le nom de bassin sous-glaciaire de Wilkes, une immense étendue de glace mesurant 1 400 kilomètres sur 400 kilomètres.

Or, une grande partie du bassin de Wilkes se trouve bien en dessous du niveau de la mer. Si toute la glace du bassin venait à fondre, cela ferait monter le niveau de la mer de trois à quatre mètres. Il est aussi probable que les torrents d’eau de fonte perturberaient des courants océaniques à la base de la circulation océanique, et provoqueraient des bouleversements majeurs pour la vie marine et le climat plus généralement.

Comme nous l’expliquons dans notre nouvelle étude, la région Antarctique est particulièrement vulnérable aux changements. En effet, les reconstitutions des périodes chaudes passées, pendant lesquelles le climat était 2 à 3 °C plus chaud qu’aujourd’hui, montrent que sa calotte glaciaire a rétréci de manière spectaculaire — des conditions dont nous nous rapprochons rapidement.

L’océan, grand ennemi de la glace antarctique

Malgré cela, si vous marchiez dans le bassin de Wilkes, vous ne verriez rien d’inhabituel : de la glace à perte de vue.

C’est ce qui se trouve sous la glace qui importe. Le substrat rocheux sous-jacent se situe jusqu’à 2 000 mètres sous le niveau de la mer : les bassins sous-glaciaires sont d’immenses cuvettes rocheuses remplies de glace. Aujourd’hui, la glace est suffisamment épaisse pour empêcher l’océan de pénétrer dans le bassin, mais l’océan est toujours en contact avec ses bords.

Au large de l’Antarctique oriental, la température de l’océan oscille autour de -1,8 °C. C’est froid, mais la glace est bien plus froide. Il suffirait d’une légère augmentation de la température de l’eau due au réchauffement de l’océan ou à la modification des courants océaniques pour que la glace du bord du bassin de Wilkes fonde plus rapidement et s’écoule vers l’océan.

Comme une partie du substrat rocheux du bassin de Wilkes s’incline vers les profondeurs à mesure que l’on s’éloigne de l’océan, à mesure que la glace recule, l’océan lèche davantage de glace et la faire fondre. Au bout d’un moment, le recul de la glace le long de cette pente deviendra autoentretenu et la fonte irrésistible.

Signes de changement

La plupart des données dont nous disposons sur le bassin de Wilkes proviennent d’avions équipés de radars pénétrant la glace. Celles-ci ont révélé la forme du bassin et mis en évidence sa vulnérabilité. Des observations satellitaires du bassin ont permis de capturer le premier effondrement connu en Antarctique oriental d’une plate-forme glaciaire frangeante dans l’océan dans les années 1970 ou 1980.

Mais il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons. Nous ne connaissons pas les voies par lesquelles l’eau chaude de l’océan peut atteindre la glace. Pour comprendre cela, nous devons cartographier la topographie des fonds marins. Nous manquons également de données sur l’évolution des températures océaniques. Sans ces données, nous ne pouvons pas prévoir de manière fiable à quelle vitesse la glace va fondre.

En revanche, nous en savons beaucoup plus sur le glacier Thwaites, une autre région à haut risque de l’Antarctique, qui fait l’objet de vastes programmes de recherche internationaux depuis des années.

Les leçons du passé lointain

Au cours du Pliocène, il y a trois millions d’années, les températures atmosphériques mondiales étaient de 2 à 3 °C plus élevées qu’à l’époque préindustrielle moderne (La référence utilisée pour mesurer aujourd’hui l’augmentation des températures, NdT). La fonte des calottes glaciaires a entraîné leur recul de plusieurs centaines de kilomètres vers l’intérieur des terres, tandis que le niveau mondial des mers était de 6 à 23 mètres plus élevé. Les sédiments des fonds marins montrent que cela a radicalement modifié la forme de l’Antarctique.

Ces observations sont très préoccupantes, car la planète devrait atteindre un niveau de réchauffement similaire d’ici la fin du siècle.

Les projections indiquent que cela entraînera une accélération de la fonte et un recul spectaculaire de la calotte glaciaire du bassin de Wilkes. Ce que nous ignorons, c’est le délai dans lequel cela se produira.

Pourquoi est-il si difficile d’observer la glace ?

Le bassin sous-glaciaire de Wilkes figure parmi les endroits les moins observés de la Terre.

Ce n’est pas dû à son éloignement : il est relativement proche de l’Australie. Les habitants de Hobart, la capitale de l’état de Tasmanie, au sud de l’Australie, sont plus proches des principaux glaciers du bassin de Wilkes que d’autres régions antarctiques. Cela tient plutôt au fait que le bassin est protégé par un océan gelé – une banquise exceptionnellement épaisse, persistante et compactée.

Les images satellites peuvent fournir certaines données, mais les satellites ne voient pas à travers la glace et les océans. Les scientifiques devront s’y rendre en personne.

Cela ne sera pas facile. Accéder au bassin de Wilkes par la mer serait impossible sans les meilleurs brise-glaces. Aucun navire ne s’est jamais approché à moins de 150 kilomètres du glacier Cook, l’un des principaux glaciers du bassin de Wilkes.

Même si une expédition parvient à accéder à certaines zones, les scientifiques devront utiliser des capteurs robotisés pour cartographier de manière exhaustive les conditions océaniques et les fonds marins.

Sur terre, la station permanente la plus proche se trouve à 250 kilomètres.

La bonne nouvelle, c’est que le bassin de Wilkes devient accessible. L’Australie, la Nouvelle-Zélande et d’autres nations de l’Antarctique sont désormais mieux à même de parcourir de longues distances pour acheminer du carburant destiné aux relevés aériens et pour approvisionner les camps de terrain isolés.

De nouvelles technologies permettent de forer à plus de trois kilomètres de profondeur jusqu’au fond de la couche de glace du bassin et de prélever des échantillons des sédiments et du substrat rocheux sous-jacents.

Toute trace d’anciennes espèces océaniques présente dans les sédiments peut servir à déterminer jusqu’où et à quelle vitesse la glace s’est retirée pendant les périodes chaudes, lorsque l’océan pénétrait dans le bassin de Wilkes.

Une affaire inachevée

Les scientifiques pensaient autrefois que l’Antarctique mettrait des siècles à changer. Mais c’était trop optimiste. La glace terrestre fond plus rapidement, la banquise recule et les glaciers flottants, appelés « plates-formes glaciaires », fondent plus vite par le dessous.

Mener des travaux de terrain dans le bassin de Wilkes nécessitera un effort multinational de plusieurs années, en mer et sur terre.

Mais nous ne pouvons pas attendre encore un siècle pour comprendre la menace que représente cet énorme réservoir de glace.

Matt King a reçu des financements du Australian Research Council, du gouvernement australien (département du changement climatique, énergie, environnement et eau), du CSIRO, et d'ACCESS-NRI.

Nancy A.N. Bertler a reçu des financements du ministère du commerce, de l'innovation et de l'emploi; de l'université de Victoria à Welligton, de Earth Sciences New Zealand, et de la Royal Society of New Zealand.

L’ESSENTIEL

• Envers et contre toutes les bourrasques et les tempêtes, certains arbres poussent droit, imperturbables.

• On sait, depuis les années 1950, que les troncs accueillent un type de bois particulier qui agit comme un muscle et peut courber la direction de pousse.

• On réalise aujourd’hui que ces « muscles » peuvent servir à se décourber quand l'arbre perçoit que son tronc n'est pas droit.

Pour un arbre, pousser droit et vers le haut n’a rien d’évident. Une tempête ou un glissement de terrain peuvent l’incliner, voire le coucher à terre. Mais alors l’arbre se courbe progressivement pour que son sommet revienne vers la verticale. À l’inverse, si une trouée de lumière apparaît à la suite de la chute d’un voisin, l’arbre a tendance à se courber vers l’origine de la lumière.

Toutes ces courbures, dans un sens ou dans l’autre, pourraient rendre le tronc bien tortueux. Pourtant, on observe dans les futaies de grands arbres bien droits, malgré les tempêtes et les trouées de lumière.

Les arbres ont en fait une capacité d’adaptation posturale. En effet, une forme rectiligne et verticale leur assure l’accès le plus rapide à la lumière, ce qui est utile en forêt où la compétition peut être rude. Elle réduit aussi leur ploiement sous l’accroissement de leur poids et le risque de casse au vent.

Cette capacité est essentielle alors que les évènements extrêmes deviennent de plus en plus fréquents, et où les arbres subissent des coups de vent qui les renversent, des pertes de stabilité du sol ou même des glissements de terrain lors de fortes pluies…

Au cours de l’évolution, les plantes ont acquis la capacité à percevoir la direction de la gravité et celle d’où vient la lumière. Elles perçoivent aussi leur propre courbure – et nous venons de montrer comment les arbres parviennent à la corriger.

Comment les plantes perçoivent leur environnement… et leur propre forme

Les plantes perçoivent leur environnement et peuvent s’y adapter grâce à plusieurs sens.

Par exemple, des photorécepteurs particuliers leur permettent de détecter une source lumineuse, c’est la « photoperception ».

Pour percevoir la direction de la gravité (« graviperception »), elles disposent tout le long de leurs tiges de cellules spécialisées qui indiquent où est le bas, grâce à de gros grains d’amidon, les « statolithes », qui s’accumulent au fond des cellules par gravité.

Ces grains rappellent les otolithes, les petits cailloux de notre oreille interne responsables de notre sens de l’équilibre. Mais alors que nos otolithes sont très sensibles aux accélérations, ce qui nous donne le tournis dans les manèges, les statolithes des plantes indiquent seulement l’inclinaison de la tige. Ils s’agitent en effet dans un milieu cellulaire très visqueux, ce qui amortit les accélérations.

Enfin, notre équipe a montré en 2013 que les plantes perçoivent leur propre courbure par « proprioception », selon un processus qu’il reste à découvrir.

Un « muscle en bois » pour se courber

En réponse à ses perceptions, un arbre peut courber activement son tronc. En effet, on sait depuis les années 1950 que le bois ne fait pas que soutenir le poids de l’arbre comme un squelette : il peut aussi servir de muscle.

Chez les espèces feuillues, ce « bois-muscle » s’appelle le bois de tension. Il se forme sur la face supérieure des tiges inclinées. Chaque nouvelle fibre de bois formée, en se contractant, contribue à courber progressivement le tronc sur des semaines ou des années (plus le tronc est épais, plus ce processus requiert de fibres). Ce bois est redouté des scieurs, car la tension accumulée du fait de gros secteurs de bois de tension peut provoquer des éclatements à l’abattage, ou des déformations après découpe.

Mais le bois de tension peut-il jouer le rôle inverse, c’est-à-dire décourber le tronc en réponse à sa proprioception ? Notre hypothèse était que du bois de tension se formerait sur la face opposée à la courbure : on aurait alors un couple de zones de bois de tension de chaque côté du tronc, qui agiraient successivement comme des muscles antagonistes, tels nos muscles dorsaux et abdominaux qui nous permettent de nous « tenir droit ».

Mais pour observer clairement la proprioception à l’œuvre, il faut annuler les autres perceptions, en particulier la photoperception et la graviperception. C’est ce que nous avons fait, grâce à un dispositif expérimental original.

Bain de lumière et manège à plantes

Nous avons placé de jeunes peupliers dans des sphères d’1,5 mètre de diamètre, à l’intérieur desquelles la lumière arrive de toutes les directions à la fois. Dans ce dispositif, la lumière est toujours utilisée par les peupliers pour leur photosynthèse, mais elle n’a aucune influence sur leur direction de croissance.

Pour annuler la perception de la direction de la gravité, nous avons combiné la sphère avec un système déjà existant, appelé « clinostat ». Il s’agit d’un socle tournant autour d’un axe horizontal à la vitesse d’un à deux tours par minute. Lorsqu’une plante est placée dans un clinostat, ses organes sont orientés alternativement vers le haut et le bas. Les statolithes se retrouvent mis en suspension dans les cellules, répartis aléatoirement, ce qui prive la plante de la perception du haut et du bas.

Courbure et décourbure d’un peuplier

Au début de l’expérience, chaque peuplier est placé à l’horizontale dans une sphère. Le clinostat n’est pas encore activé. Le peuplier perçoit donc son inclinaison par rapport à la gravité (sans influence de la lumière) et se courbe vers le haut, comme attendu. Une dizaine de jours suffisent pour qu’une courbure bien nette apparaisse. C’est alors que le clinostat est enclenché, ce qui suspend la perception de la gravité. Il ne reste plus à l’arbre pour s’orienter qu’une seule perception, celle de sa propre courbure, la proprioception. Au cours des semaines qui suivent, le tronc du peuplier se décourbe progressivement jusqu’à devenir rectiligne.

À la fin de l’expérience, nous avons fait des coupes transversales des troncs de peupliers. Une coloration spécifique permet de mettre en évidence le bois de tension. Et comme le bois se forme en couches successives, on peut estimer la période de production des cellules de bois à partir de leur position par rapport au centre du tronc.

Sur ces coupes, nous avons observé que du bois de tension s’était formé sur la face supérieure durant la première phase de l’expérience, quand le clinostat n’était pas activé. Grâce à lui, le tronc a pu se courber vers le haut. Puis dès l’enclenchement du clinostat, cette formation de bois de tension a cessé et un nouveau bois de tension a commencé à se former sur la face opposée, comme nous en avions fait l’hypothèse.

C’était la preuve que le mouvement de décourbure du tronc a été engendré par du bois de tension, en réponse à la proprioception, et jouant un rôle équivalent à celui d’un muscle antagoniste chez un animal.

Ainsi, nous avons mis en évidence une boucle sensorimotrice de contrôle postural, une capacité que l’on pensait réservée aux seuls animaux.

S’adapter à l’environnement, sans nerfs ni cerveau

Dans l’environnement naturel de l’arbre, toutes les perceptions se combinent dans des proportions variables. L’arbre est capable d’intégrer ces différents signaux pour y réagir adéquatement en produisant du bois de tension quand il le faut, là où il le faut.

Dans des arbres non clinostatés, nous avons toujours retrouvé des secteurs de bois de tension opposés permettant de rectifier le tronc, qui avaient probablement été négligés comme des anomalies non significatives dans les études antérieures.

C’est ainsi qu’un arbre adapte constamment sa posture à son environnement, sans système nerveux central.

Des arbres en forme pour des forêts et une exploitation plus robustes

Nous l’avons vu, une forme rectiligne est essentielle pour les arbres car c’est ce qui leur permet d’accéder à la lumière et de moins ployer sous leur propre poids au risque de casser.

Mais ces capacités sensorielles et d’adaptation sont aussi utiles pour nous, les humains, afin de disposer de fûts droits et avec un bois homogène pour son usage en construction et ameublement. Si, pendant longtemps, les recherches sur la qualité des bois ont essayé de sélectionner des arbres qui ne produisaient quasiment pas de bois de tension, nos recherches montrent désormais que c’était une erreur. Pour obtenir des fûts rectilignes sans gros secteurs de bois de tension, ce qu’il faut, ce sont des arbres alliant sensibilité proprioceptive et puissance de leur bois de tension pour que les corrections de posture soient efficaces et rapides.

Le projet a bénéficié du soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets (Perception de la gravité chez les plantes : de la cellule à la réponse biomécanique. — GRAP2 ANR-13-BSV5-0005. L’ANR a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Félix Hartmann a reçu des financements de l'ANR.

Pour les travaux discutés ici Bruno MOULIA a reçu des financements de : French Space Agency (CNES). IDEX-ISITE initiative 16-IDEX- 0001 and the International Research Center on Sustainable AgroEcosystems (ISITE CAP20-25). Plus largement ses recherches ont été financées par l'ANR et par l'Europe , ainsi que, de manière ponctuelle, par le Fonds de Soutien à l'Obtention Végétale et par l'Institut Français du Caoutchouc

Mélanie Decourteix a reçu des financements dans le cadre des appels à projets du CNES, de l'IRC-SVSAE (I-SITE) de Clermont-Ferrand, de Clermont Auvergne Metropole, du département AES d'INRAe et de l'ANR.