En cinq minutes : l'équation de Drake
L'équation de Drake sert à se demander combien de civilisations de la Voie lactée pourraient émettre des signaux que nous serions capables de capter. Frank Drake, radioastronome, l'a écrite en 1961 comme ordre du jour d'une petite réunion à l'Observatoire national de radioastronomie de Green Bank, en Virginie-Occidentale. Une dizaine de scientifiques y participaient, dont un jeune Carl Sagan.
Drake avait déjà tenté la recherche lui-même. En 1960, il avait pointé un radiotélescope vers deux étoiles proches semblables au Soleil, Tau Ceti et Epsilon Eridani, dans le cadre du projet Ozma. Il n'avait rien entendu d'artificiel. La question de 1961 était donc de savoir comment interpréter ce silence : quelle probabilité y a-t-il que quelqu'un se trouve là-bas ?
Sa réponse n'était pas un nombre, mais une chaîne. On multiplie le nombre d'étoiles nées chaque année, la part de celles qui ont des planètes, le nombre de ces planètes pouvant abriter la vie, et ainsi de suite, jusqu'à N : le nombre de civilisations de la galaxie qui communiquent en ce moment même. Chaque maillon est une question distincte, sur laquelle peut travailler un autre type de spécialiste, des astronomes et chimistes aux biologistes et historiens.
En bref : l'équation est une carte de ce que nous ignorons. Les maillons sur les étoiles et les planètes sont aujourd'hui assez bien mesurés. Ceux sur la vie, l'intelligence et la durée de vie d'une civilisation restent des conjectures, si bien que N peut valoir de bien moins que un à plusieurs millions. Cette question a aussi inspiré les écrivains, et elle traverse l'histoire de la science-fiction.
Les sept termes, un par un
L'équation s'écrit N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L. En termes simples :
- R* : le rythme de formation des nouvelles étoiles dans notre galaxie, en étoiles par an. Les estimations actuelles tournent autour de quelques étoiles par an.
- fp : la fraction d'étoiles qui possèdent des planètes. Les relevés actuels suggèrent une valeur proche de un : la plupart des étoiles ont au moins une planète.
- ne : le nombre moyen de planètes par système planétaire pouvant accueillir la vie, par exemple des mondes rocheux situés à une distance où l'eau peut rester liquide.
- fl : la fraction de ces planètes où la vie apparaît réellement. Nous ne connaissons qu'un exemple, la Terre : ce terme reste donc une conjecture.
- fi : la fraction des planètes porteuses de vie où apparaît une vie intelligente.
- fc : la fraction des espèces intelligentes qui développent une technologie capable d'envoyer un signal détectable dans l'espace.
- L : le nombre d'années pendant lesquelles une telle civilisation émet des signaux que nous pourrions détecter.
Le dernier terme est le plus sobre. N ne compte que les civilisations actives en même temps que la nôtre. Si une société technologique dure quelques siècles avant de s'effondrer ou de se taire, très peu d'entre elles coïncident avec nous, même si beaucoup ont existé. À titre de comparaison, l'humanité laisse échapper des signaux radio dans l'espace depuis environ un siècle.
Essayons avec des chiffres
Ces valeurs sont une illustration de notre cru, pas des estimations publiées. D'abord un jeu prudent : deux étoiles par an, presque toutes avec des planètes (1), 0,2 planète habitable par système, 10 % de chances que la vie apparaisse, 1 % pour l'intelligence, 10 % pour une technologie détectable, et une durée de vie de 1 000 ans. En multipliant, N vaut 0,04. Très probablement, nous serions seuls.
Voyons maintenant un jeu généreux : trois étoiles par an, des planètes partout (1), 0,4 planète habitable par système, la vie apparaît toujours (1), l'intelligence une fois sur deux (0,5), la technologie une fois sur deux (0,5), et une durée de vie de 100 000 ans. N vaut 30 000.
Les deux jeux utilisent des valeurs qu'un scientifique pourrait défendre aujourd'hui, et pourtant les résultats diffèrent d'un facteur d'environ 750 000. Cet écart est tout l'intérêt de l'équation. Il montre que le débat ne porte pas sur la formule, mais sur trois ou quatre nombres que personne ne sait encore mesurer.
La science réelle
Quand Drake a écrit l'équation, aucune planète extérieure au Système solaire n'était connue. La première autour d'une étoile de type solaire, 51 Pegasi b, a été découverte en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz, qui ont partagé le prix Nobel de physique 2019 pour cela. Le télescope Kepler de la NASA, lancé en 2009, a montré que les planètes sont courantes, et le nombre d'exoplanètes confirmées a dépassé 5 000 en 2022. Combien d'étoiles de type solaire abritent une planète de la taille de la Terre dans la zone habitable ? Le débat continue : les estimations publiées vont de quelques pour cent à quelques dizaines de pour cent selon la méthode. R*, fp et une partie de ne sont donc passés de conjectures à mesures.
Les termes biologiques, eux, n'ont pas bougé. La Terre a environ 4,5 milliards d'années, et la vie y est apparue assez tôt. Certains chercheurs y voient un indice que la vie démarre facilement. Mais un seul exemple ne permet pas de fixer un taux, et le passage de la vie simple à la technologie a pris des milliards d'années ici. Nous n'avons aucun second cas à comparer.
Deux études récentes ont changé la façon dont les scientifiques utilisent l'équation. En 2018, Anders Sandberg, Eric Drexler et Toby Ord, du Future of Humanity Institute d'Oxford, ont soutenu qu'il ne faut pas y injecter une seule meilleure estimation, mais toute la plage d'incertitude de chaque terme. Dans ce cas, une grande part de la probabilité revient à une galaxie sans aucune autre civilisation, ce qui, selon eux, dissout en grande partie le mystère de notre absence de contact. En 2016, Adam Frank et Woodruff Sullivan avaient retourné la question : laisser de côté les premiers termes et se demander à quel point la vie technologique devrait être rare par planète habitable. Leur réponse : sauf si la probabilité est inférieure à environ une sur mille milliards de milliards, l'humanité n'est pas la seule espèce technologique à avoir jamais existé dans l'Univers. C'est un énoncé sur l'histoire, pas sur qui se trouve là-bas aujourd'hui.
Ces idées rejoignent directement le paradoxe de Fermi, qui demande pourquoi nous n'entendons rien si l'équation autorise de nombreuses civilisations, et le Grand Filtre, qui suppose qu'une des étapes de la chaîne est extrêmement difficile à franchir.
Dans la fiction
Le roman Contact (1985) de Carl Sagan, adapté au cinéma en 1997, est bâti autour du type de recherche radio que Drake a lancé, et Sagan a compté parmi ceux qui ont fait connaître l'équation au grand public. Le Problème à trois corps de Liu Cixin propose une réponse célèbre au terme L : les civilisations pourraient rester silencieuses parce qu'émettre est dangereux. Cette idée, la forêt sombre, est détaillée dans nos autres guides de science-fiction, et nous n'en dévoilons pas l'intrigue ici.
Projet Hail Mary (2021) d'Andy Weir traite la rencontre de deux intelligences très différentes comme un problème pratique à résoudre, ce qui donne une bonne image de ce que pourrait être une conversation sur fc et L. Petit spoiler : le roman parle d'un premier contact. Notre fiche est ici : Project Hail Mary.
Idées reçues
- « Elle prédit combien d'extraterrestres existent. » Non. N ne compte que les civilisations qui émettent des signaux détectables en ce moment. Les microbes, les sociétés silencieuses et les civilisations disparues n'y figurent pas.
- « C'est une loi de la physique. » Non. C'est un outil de comptabilité. Seuls certains de ses termes ont été mesurés, et la formule ne prédit rien tant qu'on n'a pas choisi les valeurs.
- « Avec autant d'étoiles, les extraterrestres existent forcément. » Pas nécessairement. Si la probabilité que la vie démarre, ou que l'intelligence évolue, est assez minuscule, même des centaines de milliards d'étoiles peuvent donner zéro.
- « Nous n'avons rien entendu, donc personne n'est là. » Conclusion encore hasardeuse. Les recherches menées jusqu'ici n'ont couvert qu'une petite partie du ciel, des fréquences et du temps qu'exigerait une recherche approfondie.
À lire ensuite
Commencez par le paradoxe de Fermi, qui pose la même question sous l'autre angle : si l'équation autorise de nombreuses civilisations, où sont-elles ? Lisez ensuite le Grand Filtre, une explication possible de ce silence. Pour une histoire qui met le premier contact en scène, essayez notre fiche sur Project Hail Mary.
