En avril 2000, deux frères qui creusaient un tunnel à 300 mètres sous une montagne mexicaine ont percé une paroi et sont entrés au milieu des plus grands cristaux naturels jamais mesurés : des poutres translucides de sélénite pouvant atteindre 11,4 mètres de long, formées au fil de centaines de milliers d’années dans une eau assez chaude pour tuer. Voici l’histoire de la grotte des Cristaux de Naica, la chambre minérale la plus spectaculaire et la moins visitable de la Terre, et la raison pour laquelle presque tout ce qu’elle a d’étonnant tient à une seule température.
Une porte dans la montagne
Le trépan a crevé la roche pour déboucher dans le vide, et l’air qui remontait par le trou n’avait rien de normal. Trop chaud. Trop humide. Il sentait la pierre et le soufre.
C’était en avril 2000, à quelque 300 mètres sous la surface de la Sierra de Naica, dans l’État de Chihuahua, au Mexique. Deux mineurs, des frères nommés Juan et Pedro Sánchez, creusaient une nouvelle galerie pour Industrias Peñoles, la société qui exploite cette montagne depuis des générations pour son plomb, son zinc et son argent. Ils perçaient à travers la faille de Naica, ce genre de terrain fracturé que les ingénieurs des mines surveillent avec nervosité, car il peut noyer un niveau d’exploitation en quelques minutes. Ce qu’ils ont rencontré n’était pas de l’eau. C’était un vide.
Quand ils ont élargi l’ouverture et approché leurs lampes de la brèche, la lumière a fait ce qu’elle n’est pas censée faire sous terre. Elle est entrée, et elle a continué sa course, se réfractant et se diffusant de surface en surface, renvoyant de tous côtés une lueur froide et pâle. La chambre au-delà était bourrée de cristaux. Pas les pointes grosses comme le poing que l’on trouve dans une boutique de minéraux. Pas même les lames d’un mètre de long que la mine connaissait déjà grâce à une grotte découverte un siècle plus tôt. C’étaient des poutres de la longueur de poteaux électriques, épaisses d’un mètre à la base, qui traversaient la salle dans tous les sens, comme si la grotte avait été garnie de projecteurs gelés.
Les frères venaient de pénétrer dans ce qui allait être baptisé la Cueva de los Cristales, la grotte des Cristaux. Selon la plupart des récits, ils ont compris aussitôt qu’ils avaient trouvé quelque chose d’extraordinaire et l’ont signalé à la direction de la mine ; une porte de fer a été posée peu après pour contrôler l’accès. L’histoire de la découverte a été reprise dans National Geographic, dans la revue Geology et dans l’ensemble des médias scientifiques, et le nom des frères revient avec constance d’un récit à l’autre. Une petite mise en garde s’impose ici : les frères Sánchez apparaissent dans de nombreuses sources secondaires et sur Wikipédia, mais ils s’expriment rarement eux-mêmes dans la littérature technique, et au moins un récit grand public cite un autre duo de frères. Le poids des comptes rendus plaide pour Juan et Pedro Sánchez, et c’est ainsi qu’ils entrent dans les annales.
Ce que les frères ne pouvaient pas savoir, debout sur ce seuil, dans la chaleur, c’est que presque tout ce que la salle devant eux avait de remarquable tenait à un seul chiffre, voisin de 58 °C, et au fait que la montagne s’était maintenue près de ce chiffre, sans broncher, pendant la majeure partie d’un million d’années.
Ce que sont vraiment les cristaux de Naica
Pour faire simple, la grotte des Cristaux est une cavité creusée dans une roche encaissante calcaire, à peu près en forme de fer à cheval, longue d’environ 109 mètres dans toute son étendue, pour un volume compris entre 5 000 et 6 000 mètres cubes, soit plus de deux fois l’eau que contient une piscine olympique. La partie célèbre, la chambre principale, est plus petite : de l’ordre de 30 mètres sur 10. Le sol est pavé de blocs cristallins à facettes. Du sol et des parois jaillissent les poutres.
Ces poutres sont de la sélénite : la variété transparente et incolore du gypse, c’est-à-dire du sulfate de calcium dihydraté, CaSO₄·2H₂O. Le gypse est l’un des minéraux les plus banals de la planète. Il tapisse les playas des déserts, il est extrait par mégatonnes pour fabriquer du plâtre et des plaques de plâtre, et on en trouve de petits cristaux dans des grottes du monde entier. Rien d’exotique dans la chimie. Deux choses rendent le gypse de Naica extraordinaire : sa taille, et les conditions qui ont permis une telle taille.
Le plus grand cristal documenté dans la grotte mesure 11,40 mètres de long, soit environ 37,4 pieds, la hauteur d’un immeuble de quatre étages. Wikipédia et la littérature technique estiment son volume à environ 5 mètres cubes et sa masse à quelque 12 tonnes. Ce sont les chiffres les mieux étayés par des mesures rigoureuses, et ce sont ceux auxquels il faut se fier.
Vous tomberez pourtant, presque partout où vous regarderez, sur d’autres chiffres. Quantité de sources grand public, et même le Livre Guinness des records, affirment que la plus grande poutre mesure 12 mètres de long et 4 mètres de diamètre, et qu’elle pèse jusqu’à 55 tonnes ; d’autres, dont le Chemical & Engineering News de l’American Chemical Society lui-même, avancent une estimation de 40 à 50 tonnes. Ces valeurs plus élevées circulent largement, mais elles sont mal étayées par les dimensions mesurées du véritable cristal record, et l’affirmation des « 4 mètres de diamètre » en particulier se concilie difficilement avec les photographies et avec les largeurs d’environ 1 mètre que décrivent les scientifiques. La position honnête est la suivante : la poutre record la mieux documentée mesure 11,4 mètres de long, environ un mètre de large, et pèse autour de 12 tonnes. Le chiffre de 55 tonnes est une affirmation populaire qu’il faut accueillir avec scepticisme plutôt que répéter comme un fait.
À titre de comparaison, les poutres sont assez grandes pour qu’un adulte debout n’arrive guère plus haut que la base des plus grosses. Les photographies de la chambre montrent presque toujours une personne en combinaison argentée, justement parce que, sans elle, l’œil humain refuse de croire à l’échelle.
La grotte qui est venue avant
Naica laissait entrevoir tout cela depuis quatre-vingt-dix ans. En 1910, des mineurs qui travaillaient à un niveau situé à environ 120 mètres de profondeur ont percé une chambre plus petite, tapissée de lames cristallines, et l’ont baptisée Cueva de las Espadas, la grotte des Épées. Ses cristaux sont spectaculaires en eux-mêmes, mais bien plus petits : la plupart mesurent environ un mètre de long, certains, selon les rapports, jusqu’à environ deux mètres. Comme la grotte des Épées est située plus haut, à plus faible profondeur, son eau s’est refroidie plus vite, et un refroidissement rapide est exactement la mauvaise condition pour faire croître des cristaux géants, pour des raisons que nous verrons plus loin.
La grotte des Épées a aussi une histoire plus triste. Elle a été ouverte aux visiteurs assez tôt, et des chasseurs de souvenirs et des collectionneurs ont dépouillé et abîmé bon nombre de ses plus belles lames avant que quiconque songe à la protéger. La grotte des Cristaux a échappé presque entièrement à ce sort, et la raison est brutale : elle est bien trop hostile pour le tourisme occasionnel. Son inaccessibilité, cette même qualité qui la rend si difficile à étudier, est ce qui l’a gardée intacte.
Voici un échantillon de gypse sélénite provenant de la même mine, le genre de cristal qui tient dans une vitrine de musée plutôt que dans une cathédrale.
Quelle est la taille des cristaux de Naica, et quel âge ont-ils ? La poutre record la mieux documentée mesure 11,4 mètres de long, environ un mètre de large, et pèse quelque 12 tonnes. Les plus grands cristaux se sont formés sur une période d’au moins 500 000 ans, et vraisemblablement près d’un million.
Comment les cristaux ont grandi
Pour comprendre Naica, il faut commencer par la montagne elle-même, et par la chaleur qui monte d’en bas.
Il y a environ 26 millions d’années, l’activité volcanique a commencé à édifier la Sierra de Naica et à sillonner le calcaire de filons de minerai métallique. La montagne repose sur une faille, et sous elle, à deux ou trois miles de profondeur, soit trois à cinq kilomètres, se trouve une masse de magma. Ce magma est le moteur. Pendant un laps de temps immense, il a chauffé les eaux souterraines qui circulent dans la roche, et c’est cette eau chaude que l’exploitation minière de Naica a toujours dû combattre, en la pompant par piscines entières pour garder les galeries ouvertes. Les grottes elles-mêmes se trouvent à quelque 160 mètres sous le niveau naturel de la nappe, et c’est le pompage de la mine, qui abaissait ce niveau depuis des décennies, qui a vidé les chambres et arrêté la croissance des cristaux avant que quiconque ne pénètre dans la plus vaste d’entre elles. Le cristallographe Alexander Van Driessche, qui a étudié la grotte, a déclaré à Chemical & Engineering News que Peñoles pompait l’eau de la montagne à un rythme à peu près équivalent au remplissage d’une piscine olympique toutes les 40 minutes, ce qui a créé un lac artificiel près de la ville de Naica.
Il s’agit d’un système hydrothermal : une chimie des roches et des minéraux entraînée par de l’eau chaude, chargée de minéraux, qui circule dans la croûte. L’eau qui a rempli les cavités de Naica était riche en sulfate de calcium dissous. Au début, le rôle principal n’était pas tenu par le gypse mais par l’anhydrite, du sulfate de calcium sans l’eau dans sa structure, CaSO₄, le frère « sec » du gypse. L’anhydrite a précipité hors de l’eau chaude minéralisée à mesure que le système mûrissait. Or l’anhydrite détient un secret qui se révèle régir toute l’histoire : elle n’est stable que lorsque l’eau est chaude. Dès que la température tombe sous un seuil, l’anhydrite devient instable en présence d’eau et se dissout lentement, et c’est le gypse qui devient alors la forme stable.
Ce seuil se situe à environ 58 °C, la valeur publiée étant de 58 ± 2 °C. C’est le chiffre le plus important de Naica. Au-dessus, l’anhydrite règne et le gypse ne peut pas croître. En dessous, l’anhydrite commence à s’effacer, restituant du calcium et du sulfate à l’eau, et cette matière dissoute peut se reconstituer sous forme de gypse.
La chimie d’un cristal qui s’autoalimente
La percée dans la compréhension date de 2007, lorsque Juan Manuel García-Ruiz, de l’université de Grenade et du CSIC, le conseil espagnol de la recherche, avec ses collègues Roberto Villasuso, Carlos Ayora, Àngels Canals et Fermín Otálora, a publié « Formation of natural gypsum megacrystals in Naica, Mexico » dans la revue Geology (volume 35, numéro 4, pages 327–330). C’est l’article fondateur sur la façon dont les cristaux se sont formés, et son idée centrale est élégante.
L’équipe de García-Ruiz a étudié les inclusions fluides, de minuscules poches de la solution de croissance d’origine piégées à l’intérieur des cristaux au fil de leur croissance, capsules temporelles microscopiques et scellées qui conservent la chimie et la température du moment de la formation. En analysant ces inclusions, les chercheurs ont constaté que les cristaux avaient crû à partir d’une eau de faible salinité, à une température d’environ 54 °C, juste un peu en dessous du point de 58 °C où les solubilités de l’anhydrite et du gypse sont égales. Les signatures isotopiques du soufre et de l’oxygène désignaient l’origine du sulfate : de l’anhydrite en cours de dissolution, déposée plus tôt lors de la minéralisation hydrothermale de la mine.
En réunissant ces éléments, on obtient ce que l’équipe a appelé un mécanisme d’autoalimentation, piloté par une « transition de phase anhydrite–gypse médiée par la solution ». Voici comment cela se déroule. L’eau de la grotte se tient juste en dessous de 58 °C. À cette température, l’anhydrite est très légèrement soluble et se dissout, libérant du calcium et du sulfate. L’eau est alors très légèrement sursaturée par rapport au gypse, mais très légèrement seulement, car les solubilités des deux minéraux sont presque identiques justement à cette température. Le gypse cristallise donc, mais lentement, et sans déclencher une tempête de nouveaux germes cristallins. L’anhydrite continue de se dissoudre, le gypse continue de croître, et le système peut fonctionner dans cet état quasi équilibré aussi longtemps que la température se maintient.
Ce dernier point est toute l’astuce. Un gros cristal a besoin non seulement de matière, mais aussi de retenue. Si l’eau avait été fortement sursaturée, elle aurait fait naître d’innombrables petits cristaux d’un seul coup : on aurait obtenu un givre de minuscules aiguilles de gypse, et non une poignée de géants. Pour faire croître des poutres longues de plusieurs mètres, il faut que la sursaturation reste extrêmement faible et extrêmement stable, afin que les rares cristaux qui s’amorcent puissent continuer à ajouter de la matière, patiemment, couche après couche, pendant des âges géologiques, sans concurrence. Les calculs de García-Ruiz ont montré que le mécanisme ne fonctionne que dans une fenêtre de température très étroite. Naica s’est trouvée dans cette fenêtre, et y est restée.
C’est pourquoi la grotte des Épées, moins profonde, n’a produit que des lames longues d’un mètre. À 120 mètres de profondeur, son eau s’est refroidie plus vite et a traversé plus rapidement la plage critique ; ses cristaux ont donc disposé de moins de temps et de conditions moins stables. La grotte des Cristaux, plus profonde, située 180 mètres plus bas, s’est refroidie bien plus lentement et est restée juste en dessous de la température de transition pendant un laps de temps énorme. Même chimie, patience différente, résultat radicalement différent.
C’est García-Ruiz qui a donné à la grotte sa description la plus citée. Debout parmi les poutres, il a cherché la seule métaphore assez vaste et l’a appelée « la chapelle Sixtine des cristaux », une formule qu’il a livrée à National Geographic en 2007 et qui suit la grotte depuis. « Il n’existe aucun autre endroit sur la planète, a-t-il dit, où le monde minéral se révèle avec une telle beauté. » Il a aussi dit quelque chose de plus pratique et, avec le recul, de prophétique : que la seule raison pour laquelle on pouvait entrer dans la chambre était que les pompes de la mine retenaient l’eau, et que si le pompage s’arrêtait un jour, la grotte serait inondée et les cristaux reprendraient simplement leur croissance dans le noir.
Les cristaux de Naica continuent-ils de croître ? Probablement. L’eau à cette profondeur est à environ 55 °C, ce qui favorise toujours la croissance du gypse ; on pense donc que les poutres s’allongent de nouveau lentement, d’environ l’épaisseur d’un cheveu par siècle, même si personne ne l’a mesuré directement depuis le nouvel ennoyage.
Les cristaux les plus lents du monde
À quelle lenteur un cristal croît-il lorsqu’il n’est qu’à peine hors d’équilibre avec l’eau qui l’entoure ? En 2011, Van Driessche, García-Ruiz et leurs collègues ont répondu à cette question par une mesure si minuscule qu’elle a établi un record.
Ce travail a paru dans les Proceedings of the National Academy of Sciences : A. E. S. Van Driessche, J. M. García-Ruíz, K. Tsukamoto, L. D. Patiño-Lopez et H. Satoh, « Ultraslow growth rates of giant gypsum crystals », volume 108, numéro 38, pages 15721–15726, publié en septembre 2011. L’équipe a construit un microscope à interférométrie à décalage de phase en lumière blanche et à haute résolution, un instrument qui utilise l’interférence de la lumière pour détecter l’élévation d’une surface cristalline à l’échelle de fractions de nanomètre. Elle a pris des faces clivées intactes de gypse de Naica, les a immergées dans de l’eau authentique de la mine, et a observé la surface pendant un jour ou deux à la fois.
À 55 °C, proche de la température à laquelle les cristaux auraient crû le plus lentement, ils ont mesuré une vitesse de croissance de (1,4 ± 0,2) × 10⁻⁵ nanomètre par seconde. L’article la décrit comme la vitesse de croissance normale la plus lente jamais mesurée directement pour un processus de croissance cristalline quel qu’il soit. Un nanomètre est un milliardième de mètre ; cela représente environ quatorze millionièmes de nanomètre par seconde. La surface d’un cristal de Naica avance d’environ un nanomètre par jour, soit la largeur de quelques atomes.
Traduisez cela en unités humaines, et cela devient absurde. Van Driessche l’a formulé de façon mémorable à Chemical & Engineering News : la croissance est « équivalente à l’ajout de l’épaisseur d’une feuille de papier tous les 200 ans ». D’autres articles consacrés à l’étude ont traduit la même progression à pas de tortue en disant que les cristaux s’épaississent d’environ la largeur d’un cheveu humain par siècle. À ce rythme, ont calculé les chercheurs, une poutre de gypse d’un mètre d’épaisseur croissant à 55 °C aurait eu besoin d’environ un million d’années pour se former ; le chiffre le plus souvent cité est d’environ 990 000 ans. Montez la température d’un seul degré, à 56 °C, et la même poutre pourrait se former en deux fois moins de temps, environ 500 000 ans, car la vitesse de croissance grimpe fortement avec la température. L’exemple chiffré de l’article lui-même est plus modeste : une poutre d’environ 35 centimètres de large, croissant à 57 °C, mettrait environ 100 000 ans. Le chiffre exact dépend très fortement de la température, c’est pourquoi la littérature donne une fourchette plutôt qu’une valeur unique.
Les âges estimés à partir des vitesses de croissance concordent raisonnablement avec les datations indépendantes. Stein-Erik Lauritzen, de l’université de Bergen, a employé la datation uranium–thorium, une méthode radiométrique qui compare l’uranium et son produit de désintégration, le thorium 230, utile jusqu’à environ 500 000 ans, pour fixer un âge maximal d’environ 500 000 ans aux cristaux géants. Des travaux préliminaires par U–Th sur des cristaux isolés de Naica ont donné des âges allant de quelques dizaines de milliers d’années à environ deux cent mille ans, le sous-échantillon daté le plus ancien ayant environ 191 000 ans, dans une chambre voisine. Le mieux est donc de décrire les cristaux comme s’étant formés sur une période d’au moins 500 000 ans, les plus grandes poutres approchant vraisemblablement la majeure partie d’un million d’années.
Dans tout ce travail de datation se glisse une découverte plus discrète. Des chercheurs ont extrait du pollen fossile de l’intérieur d’un cristal de Naica daté d’environ 35 000 ans. Ce pollen provenait d’une forêt humide mixte de feuillus, une végétation qui implique que le désert de Chihuahua, au-dessus de la grotte, était alors nettement plus humide et plus frais que le paysage aride d’aujourd’hui. Un cristal qui croissait dans l’obscurité totale, coupé de la surface, avait discrètement enregistré le climat du monde au-dessus de lui. L’étude de 2010 de l’équipe de Garofalo, parue dans Earth and Planetary Science Letters, le même article qui rapportait le pollen, soutenait que les cycles climatiques de surface, en contrôlant le mélange de deux eaux distinctes dans le bassin versant, pourraient même avoir contribué à réguler la croissance des cristaux, un lien stupéfiant entre le temps qu’il fait en surface et la minéralogie un demi-kilomètre plus bas.
Songez à ce que signifie cette lenteur. Quand les plus grandes poutres de la grotte ont commencé à croître, les humains anatomiquement modernes n’existaient pas encore. Pendant chaque siècle de leur croissance, à travers les glaciations, à travers le peuplement des Amériques, à travers l’essor et la chute de toutes les civilisations, les cristaux ont ajouté leur épaisseur de cheveu, dans le noir, dans la chaleur, intacts. La grotte est l’un des rares endroits où le temps profond n’est pas une abstraction mais un objet physique sur lequel vous pourriez poser la main. Si, bien sûr, y poser la main ne contribuait pas aussi à vous tuer.
Pourquoi la grotte des Cristaux de Naica est-elle si dangereuse ? La grotte atteint environ 58 °C avec une humidité de 90–99 %, une combinaison qui porte la température du thermomètre mouillé au-delà de la limite de survie humaine : la sueur ne peut plus s’évaporer, et une personne non protégée n’a que quelques minutes avant le coup de chaleur.
La salle mortelle
La grotte des Cristaux compte parmi les environnements les plus hostiles de la Terre dans lesquels des scientifiques aient jamais tenté de travailler, et ce qui la rend mortelle n’est pas la chaleur à laquelle on s’attendrait.
Lorsque la grotte n’est pas noyée, l’air à l’intérieur atteint jusqu’à 58 °C, soit 136 °F, avec une humidité relative comprise entre 90 et 99 %. La température seule est survivable. La vallée de la Mort a enregistré des chaleurs comparables. Ce qui rend Naica mortelle, c’est l’association de cette chaleur et d’une humidité quasi totale, et le concept qui les relie est la température du thermomètre mouillé.
Votre corps évacue sa chaleur principalement en transpirant : la sueur s’évapore, l’évaporation emporte la chaleur, et vous vous refroidissez. Mais l’évaporation ne fonctionne que si l’air ambiant peut accepter davantage de vapeur d’eau. La température du thermomètre mouillé est, en pratique, la température la plus basse que l’on puisse atteindre par refroidissement évaporatif dans un environnement donné : c’est la valeur que donne un thermomètre dont le bulbe est enveloppé d’un linge humide et sur lequel on souffle de l’air. Quand l’humidité approche 100 %, l’air est déjà saturé ; la sueur ne s’évapore pas ; la température du thermomètre mouillé monte vers la température de l’air elle-même. Une température du thermomètre mouillé soutenue, proche de 35 °C ou supérieure, est considérée comme la limite de la survie humaine, car à ce stade le corps ne peut plus se débarrasser de sa propre chaleur métabolique, quoi qu’il fasse. Naica dépasse cette ligne de très loin. Dans la grotte, transpirer ne sert pratiquement à rien. Pire encore, l’air saturé se condense à l’intérieur des poumons, relativement plus frais, perturbant les échanges gazeux et rendant chaque respiration plus pénible.
Résultat : une personne non protégée n’a que quelques minutes devant elle avant le coup de chaleur, la désorientation et l’effondrement. Les premiers visiteurs étaient limités à une dizaine de minutes environ. Pour pouvoir travailler plus longtemps, les équipes scientifiques, coordonnées dans le cadre du Naica Project international, avec le groupe d’exploration italien La Venta et la société mexicaine Speleoresearch & Films, ont mis au point des combinaisons réfrigérées sur mesure. Le volet de l’étude consacré aux minéraux de la grotte était dirigé par Paolo Forti, spécialiste des minéraux de grotte et cristallographe à l’université de Bologne, dont l’équipe a exploré la grotte en détail en 2006 et qui, avec des partenaires dont Ferrino et La Venta, a mis au point les combinaisons réfrigérées et les systèmes respiratoires à air refroidi qui ont rendu possible un travail plus long. Il s’agissait de gilets et de combinaisons intégrales parcourus de tubes dans lesquels circulait de l’eau refroidie par des packs de glace portés dans un sac à dos, associés à des appareils respiratoires délivrant de l’air refroidi. Même ainsi, l’exposition était généralement plafonnée entre 30 et 45 minutes environ, après quoi les chercheurs se retiraient dans une salle « fraîche » qui affichait elle-même environ 38 °C. Penelope Boston, qui a dirigé les travaux microbiologiques ultérieurs, a rappelé à l’Associated Press que son équipe ne pouvait travailler qu’environ 20 minutes d’affilée avant de se réfugier dans cet espace plus frais.
Les surfaces ajoutent leur propre menace. Les cristaux sont couverts de condensation et sont faits de gypse, qui n’atteint que 2 sur l’échelle de dureté de Mohs, à peine au-dessus du talc, assez tendre pour être rayé à l’ongle. Le sol est traître, les poutres sont glissantes, et une chute sur l’arête d’un cristal dans un brouillard désorientant à 58 degrés est exactement le genre d’accident que les combinaisons et les limites de temps sont censées prévenir.
Que le danger soit réel, et non l’exagération d’une prose de voyage emphatique, une sinistre anecdote qui revient dans les récits sur la mine le confirme. Un homme, selon les versions un mineur ou un apprenti voleur, se serait faufilé au-delà de la porte de fer pour voler des cristaux, muni, dit-on, de sacs d’air pour respirer. Il n’est jamais ressorti. Il a été terrassé par la chaleur et l’air vicié, trop affaibli en quelques minutes pour s’échapper, et son corps a été retrouvé plus tard. L’histoire est répétée assez largement, y compris sur des sites de spéléologie et d’histoire minière, pour être entrée dans la légende de la grotte ; comme beaucoup de légendes, elle est difficile à vérifier dans le détail, et il faut la lire comme un récit édifiant très souvent repris plutôt que comme un cas documenté. La physique qui la sous-tend, en revanche, est parfaitement solide. La grotte vous ferait bel et bien cela.
La vie dans les cristaux
Si la grotte peut tuer un être humain en quelques minutes, qu’est-ce qui pourrait bien y vivre ? La réponse, selon une affirmation qui a fait la une dans le monde entier, ce sont des microbes, et cette affirmation s’accompagne d’importantes réserves.
Le 17 février 2017, lors de la réunion annuelle de l’American Association for the Advancement of Science à Boston, Penelope Boston, microbiologiste des grottes chevronnée qui dirigeait alors l’Astrobiology Institute de la NASA, a annoncé que son équipe avait extrait des micro-organismes vivants d’inclusions fluides à l’intérieur des cristaux de Naica, puis les avait ranimés et mis en culture au laboratoire. Les microbes, a-t-elle dit, étaient restés dormants pendant 10 000 à 50 000 ans environ, un âge déduit de la vitesse de croissance des couches cristallines qui avaient scellé les poches de fluide. Ils étaient, a-t-elle ajouté, extraordinairement étranges. Comme l’Associated Press l’a rapporté lors du congrès, « les formes de vie, 40 souches différentes de microbes et même quelques virus, sont si bizarres que leurs plus proches parents en diffèrent encore de 10 % sur le plan génétique », un écart qu’elle comparait à une distance génétique « à peu près aussi grande que celle qui sépare les humains des champignons ». Les organismes vivaient de minéraux tels que le fer, le manganèse et le soufre, dans l’obscurité totale.
L’équipe de Boston avait prélevé les échantillons en 2008 et 2009, avant que la grotte ne soit de nouveau ennoyée, en travaillant dans les combinaisons refroidies à la glace. Elle avait pris des précautions délibérées contre la contamination : perceuses et forets stériles, gants stériles, surfaces désinfectées au peroxyde d’hydrogène et, dans certains cas, à la flamme, liquide prélevé avec des micropipettes stériles. Les chercheurs ont aussi comparé sur le plan génétique les organismes ranimés aux microbes qui vivent aujourd’hui dans la grotte et ont rapporté qu’ils étaient proches mais non identiques, preuve, selon eux, que les organismes cultivés provenaient bel et bien de l’intérieur des cristaux et non d’une contamination récente.
Passons maintenant aux réserves, car elles comptent, et parce qu’une communication scientifique honnête en dépend.
D’abord, et c’est le plus important : ce travail a été présenté lors d’un congrès. Il n’a pas, à l’heure où ces lignes sont écrites, été publié dans une revue à comité de lecture, et il n’a donc pas passé le contrôle de base par lequel d’autres scientifiques qualifiés examinent les méthodes et les données avant que l’affirmation n’entre dans la littérature. Boston elle-même a été franche sur la démarche, disant aux journalistes que son équipe était « hystériquement tatillonne » et ne se précipiterait pas pour publier, mais une annonce faite en congrès est une affirmation préliminaire, pas un résultat confirmé. Plusieurs médias qui ont couvert l’annonce, dont l’Associated Press et National Geographic, ont noté explicitement que les résultats n’avaient pas été évalués par des pairs.
Ensuite, la difficulté centrale tient à la contamination et à la viabilité. Purificación López-García, microbiologiste au CNRS, en France, qui avait cosigné en 2013 une étude mettant en évidence des microbes vivants dans les sources chaudes de Naica, a déclaré à National Geographic que, si des microbes piégés dans des inclusions fluides sont « possibles en principe », il est « plus discutable » qu’ils soient restés viables pendant 10 000 à 50 000 ans, et que la contamination pendant le forage, par des organismes présents sur les surfaces des cristaux ou dans de minuscules fractures, « constitue un risque très sérieux ». Son verdict était sans détour : « Je suis très sceptique quant à la véracité de cette découverte tant que je n’en ai pas vu les preuves. » Des sceptiques ont fait remarquer que des microbes avaient pu être amenés clandestinement par le matériel, ou avaient pu pénétrer dans les cristaux par des microfractures au lieu d’y être scellés depuis des millénaires. D’autres microbiologistes se sont montrés un peu plus réceptifs, Brent Christner, de l’université de Floride, ne jugeant pas l’affirmation farfelue, mais la position d’ensemble de la communauté scientifique se décrit au mieux comme intéressée et non convaincue, dans l’attente d’une publication.
Formulons donc prudemment : l’équipe de Boston a rapporté avoir ranimé des microbes génétiquement inhabituels à partir des cristaux de Naica, peut-être restés dormants pendant des dizaines de milliers d’années. L’affirmation est saisissante et la tentative a été menée avec soin, mais elle reste non publiée et contestée, et ne doit pas être tenue pour un fait établi.
Pourquoi une grotte mexicaine compte pour Mars
La raison pour laquelle une astrobiologiste de la NASA rampait dans une mine à 58 degrés touche à la signification plus profonde des travaux sur Naica. L’astrobiologie, l’étude des possibilités de vie au-delà de la Terre, s’appuie largement sur les extrêmophiles, des organismes qui prospèrent là où les conditions semblent impossibles. Si la vie peut persister dans une eau chaude, acide, privée de lumière et nourrie de minéraux, en profondeur à Naica, alors des refuges souterrains semblables deviennent des habitats plausibles pour la vie ailleurs.
Les deux corps le plus souvent cités dans ce contexte sont Mars et Europe, la lune de Jupiter couverte de glace. Mars a une surface inhospitalière, bombardée de rayonnements, mais un sous-sol qui pourrait, par endroits, abriter et réchauffer de l’eau liquide ainsi que de l’énergie chimique. Europe cache un océan salé sous sa coque de glace. Dans les deux cas, les territoires intéressants se trouvent sous terre ou sous l’eau, et les milieux souterrains isolés de la Terre, Naica parmi eux, servent d’analogues pour savoir ce que les missions de détection de la vie pourraient chercher, et comment chercher sans se laisser abuser. Boston a présenté le problème de la contamination lui-même comme une leçon pour les vols spatiaux : comment s’assurer qu’une mission vers Mars ou vers une lune glacée détecte une vie autochtone plutôt que des microbes que nous avons emportés avec nous ? Le gypse de Naica est aussi un analogue minéralogique direct, puisque du gypse a été identifié sur Mars, et comprendre comment il se forme et ce qu’il peut piéger est utile bien au-delà du Chihuahua.
Les cristaux, autrement dit, intéressent doublement la planétologie : comme lieu qui prouve combien la vie peut être tenace, et comme minéral susceptible de conserver des traces de vie sur des durées immenses. Que les microbes précis de Boston résistent ou non à l’évaluation par les pairs, la raison d’étudier la grotte comme une fenêtre sur l’habitabilité du sous-sol est solide et largement partagée.
Peut-on visiter la grotte des Cristaux, et pourquoi est-elle fermée ? Non. La grotte n’a jamais été accessible que par la mine en exploitation, et lorsque Industrias Peñoles a cessé de pomper en octobre 2015, la chambre a été rendue à l’eau souterraine chaude ; elle est désormais hors de portée des humains, probablement de façon définitive.
La grotte que nous avons perdue
L’heure des comptes devait forcément arriver, car la grotte n’a jamais existé sous une forme visitable qu’en sursis, maintenue au sec par des machines.
Pendant des décennies, Industrias Peñoles a fait fonctionner d’énormes pompes pour assécher les travaux miniers de Naica afin que les mineurs puissent atteindre le minerai, soit, d’après Van Driessche, l’équivalent d’une piscine olympique toutes les 40 minutes, tirée d’une montagne qui ne demandait qu’à se remplir d’eau chaude. C’est l’abaissement du niveau de la nappe qui a, en premier lieu, exposé la grotte des Cristaux à l’air et aux humains. C’est aussi, paradoxalement, ce qui a mis les cristaux en danger : privées du soutien que leur apportait la poussée de l’eau, les plus grandes poutres ont dû supporter la contrainte de leur propre poids, et à l’air, les cristaux commencent lentement à se déshydrater et à se dégrader, ce qui explique que le Naica Project se soit lancé dans une course pour les documenter.
Puis le soutien a été retiré. En janvier 2015, une inondation majeure a submergé une partie de la mine. Peñoles a passé plus de neuf mois à tenter de refouler l’eau par pompage, pour un coût que la société a évalué à des centaines de millions de pesos, et a échoué. Le 13 octobre 2015, Peñoles a annoncé qu’elle suspendait ses activités à Naica pour une durée indéterminée. Les pompes se sont tues. Une eau souterraine chaude et riche en minéraux a recommencé à remonter dans les galeries. La plupart des récits affirment que la grotte des Cristaux a été de nouveau submergée en quelques mois, et c’est la version habituelle ; il faut noter, cependant, que certains articles laissent entendre que l’eau qui monte n’a en fait pas atteint la chambre principale, si bien que même l’affirmation simple selon laquelle la grotte a été de nouveau ennoyée comporte plus d’incertitude que la plupart des sources ne l’admettent.
Vous verrez la date donnée comme 2017 dans certains récits, et il existe une vraie distinction qu’il vaut la peine de préciser. La décision de suspendre les opérations et de cesser de lutter contre l’eau date sans équivoque d’octobre 2015, c’est le moment qui a scellé le sort de la grotte, et c’est la date la mieux étayée. Le nouvel ennoyage complet des chambres les plus profondes a pris du temps après l’arrêt des pompes, et certaines sources, décrivant le moment où la grotte a été entièrement submergée, indiquent 2017. Les deux peuvent être vraies : 2015 est la date de la fin du pompage ; l’ennoyage s’est déroulé sur les mois, et les deux ans environ, qui ont suivi. Dans le doute, octobre 2015 sert de repère.
Pour les cristaux, le nouvel ennoyage n’a rien d’une tragédie : c’est un retour chez soi. De nouveau immergées dans une eau minérale à environ 55 °C, proche de la température à laquelle elles se sont formées à l’origine, les poutres retrouvent des conditions favorables à la croissance du gypse. La déshydratation à l’air a cessé. Le mécanisme d’autoalimentation par passage de l’anhydrite au gypse peut, en principe, reprendre. Les cristaux, pour autant que l’on puisse en juger, croissent de nouveau, d’une épaisseur de cheveu par siècle, dans le noir. García-Ruiz avait dit aux journalistes, des années plus tôt, que c’était la question que la fermeture imposerait : fallait-il continuer à pomper l’eau indéfiniment, en brûlant énergie et argent, uniquement pour que les générations futures puissent admirer les cristaux à l’air, ou fallait-il laisser la grotte à l’eau ?
Le consensus scientifique s’est arrêté, un peu à contrecœur, sur l’idée de la laisser à l’eau. La grotte est bien trop chaude et trop dangereuse pour devenir un jour une véritable attraction touristique ; des projets d’expérience de visite climatisée ont été évoqués, sans jamais être réellement viables. La maintenir au sec signifiait une détérioration continue des cristaux et une dépense continue. La laisser se remplir d’eau préserve les cristaux et leur permet de continuer à croître, au prix de les mettre hors de portée des humains, probablement pour toujours, à moins qu’une compagnie minière n’ouvre un jour une nouvelle entrée pour ses propres raisons. Un rapport de 2019 notait que les chercheurs pourraient un jour revenir si cela se produisait, et Peñoles a évoqué à plusieurs reprises la réactivation du site, mais, selon les comptes rendus les plus récents, la grotte reste ennoyée et inactive.
Nous avons donc trouvé la plus extraordinaire chambre de cristaux de la Terre, nous l’avons documentée en une décennie et demie frénétique, nous avons débattu de la vie qu’elle abritait, puis nous l’avons rendue.
Ce que Naica nous laisse
Prenez du recul par rapport aux détails : ce que Naica offre, c’est une leçon sur la puissance de la patience et l’étroitesse de la chance.
Les cristaux ne sont faits de rien de rare. Le gypse est partout. La grotte n’est pas grande à l’échelle des grandes cavernes du monde. Il n’y a aucun ingrédient exotique. Ce qu’il y avait, en revanche, c’était un ensemble de conditions maintenues stables pendant une durée presque impossible : une chambre magmatique fournissant une chaleur douce et constante ; une chimie de l’eau en équilibre à un degré ou deux d’une transition critique ; une absence de perturbation ; et un temps mesuré non en siècles mais en centaines de milliers d’années. Changez l’un de ces éléments, refroidissez un peu plus vite, comme l’a fait la grotte des Épées, ou sursaturez un peu plus, et vous obtenez du gravier au lieu de géants. García-Ruiz a dit à National Geographic que la probabilité de voir cet ensemble de conditions se reproduire ailleurs sur Terre est infime, et la chimie explique pourquoi. La grotte est le produit d’un équilibre si fin qu’il ne sera presque certainement pas atteint deux fois d’une manière dont nous puissions être témoins.
C’est aussi un rappel qu’une grande part de l’œuvre la plus stupéfiante de la planète s’accomplit là où personne ne peut la voir, à des échelles de temps qui nous écrasent. Les poutres ont grandi pendant toute la durée de l’existence humaine, indifférentes à tout cela, consignant dans leurs poches piégées d’eau et de pollen la température d’une forêt oubliée et peut-être les cellules dormantes d’organismes dont nous commençons à peine à débattre. Pendant quinze ans, une porte dans une montagne est restée ouverte et nous a laissés regarder. Maintenant elle est fermée, et derrière elle, dans la chaleur et le noir, les plus grands cristaux de la Terre sont en train de grandir, lentement, en silence.
Il est peu probable que nous les revoyions. Ils n’ont jamais vraiment été à nous.
