Commençons par préciser l’objectif : que cherche-t-on à préserver lorsqu’une personne est cryonisée ? Le but n’est pas simplement de refroidir le corps. Le froid n’est qu’un moyen, pas une fin. L’objectif est de ralentir les processus biologiques jusqu’à les rendre négligeables, même sur de très longues durées. C’est ce qui explique le choix de la température indiquée dans le titre.
La question est donc de savoir à quelle température les réactions chimiques deviennent suffisamment lentes pour être négligeables. Ce seuil correspond à la température de transition vitreuse des solutions cryoprotectrices, généralement voisine de −130 °C. En dessous de ce seuil, la mobilité moléculaire devient extrêmement faible, le métabolisme cesse et la vitesse de la plupart des réactions chimiques devient négligeable. La température de −196 °C correspond, elle, au point d’ébullition de l’azote liquide à pression atmosphérique. Cette température, nettement inférieure à celle de la transition vitreuse, ménage une importante marge de sécurité. Elle peut en outre être maintenue sans système frigorifique actif.
La décomposition, une succession de réactions chimiques
La décomposition résulte de réactions chimiques : les enzymes dégradent les molécules, tandis que les micro-organismes prolifèrent et altèrent les tissus. Chacun de ces processus suppose que les molécules bougent et se rencontrent. La réduction de cette mobilité ralentit les réactions chimiques au point que celles-ci peuvent devenir négligeables en pratique.
Selon une règle empirique, une baisse de 10 °C peut, en première approximation, diviser par deux la vitesse de certaines réactions biologiques. L’effet paraît modeste, mais devient considérable lorsque la baisse de température porte sur plusieurs dizaines de degrés. Le refroidissement depuis la température corporelle jusqu’aux températures cryogéniques ralentit ainsi les réactions de plusieurs ordres de grandeur. Après l’arrêt cardiaque, l’enjeu est donc d’abaisser rapidement la température afin de freiner la dégradation cellulaire.
Éviter la glace grâce à la vitrification
On pourrait croire qu’il suffit de congeler une personne. Mais l’eau contenue dans les tissus rend cette méthode particulièrement dommageable. Lorsque l’eau gèle, elle se dilate et forme des cristaux susceptibles d’endommager les membranes cellulaires et les structures microscopiques. Les cristaux ne sont d’ailleurs pas le seul problème. À mesure que l’eau cristallise, les sels et les autres solutés se concentrent dans une phase liquide résiduelle de plus en plus réduite. Les cellules qui baignent dans cette solution de plus en plus concentrée perdent leur eau et subissent des lésions osmotiques, même sans contact direct avec les cristaux. Une congélation ordinaire endommagerait donc les structures mêmes que l’on cherche à préserver.
La solution à ce problème porte un nom : la vitrification. Une solution contenant des agents cryoprotecteurs, dont le rôle est comparable à celui d’un antigel, est introduite dans les tissus. Ceux-ci sont ensuite refroidis selon un protocole destiné à empêcher la formation de cristaux. Les tissus passent alors à l’état vitreux, un état solide dépourvu de structure cristalline. Un tissu vitrifié est très froid et solide, mais il ne contient pas les cristaux caractéristiques d’une congélation ordinaire. C’est ce qui distingue la vitrification d’une congélation ordinaire.
Le seuil déterminant se situe autour de −130 °C
Voici ce qui surprend le plus souvent : la température déterminante n’est pas −196 °C, mais celle de la transition vitreuse, voisine de −130 °C, en dessous de laquelle le matériau vitrifié se fige. Au-dessus de ce seuil, le matériau peut subir une relaxation structurale et, dans certaines conditions, une dévitrification accompagnée de la formation de cristaux. En dessous de ce seuil, la mobilité moléculaire devient suffisamment faible pour stabiliser la structure vitrifiée.
Si l’état vitreux se stabilise en dessous de −130 °C, pourquoi descendre alors jusqu’à −196 °C ? Pour la même raison qu’on ne règle pas son congélateur à exactement 0 °C en espérant que tout se passe bien : une marge de sécurité est nécessaire. Une température de conservation située plus de 60 °C sous la transition vitreuse réduit le risque de dévitrification en cas de réchauffement accidentel. Cette marge rend la conservation moins sensible aux variations accidentelles de température, ce qui est indispensable pour un stockage de très longue durée.
Pourquoi −196 °C ? Le rôle de l’azote liquide
Le choix de −196 °C s’explique simplement : à pression atmosphérique, l’azote liquide bout à cette température, ce qui facilite son utilisation comme fluide cryogénique.
À pression constante, un liquide en ébullition reste à une température presque constante. Tant qu’il reste suffisamment d’azote liquide dans une cuve correctement isolée, la température se maintient près de son point d’ébullition, malgré les variations ordinaires de la température ambiante. Le système assure ainsi une régulation thermique passive, sans pièce mobile ni compresseur, et sans alimentation électrique permanente. Les corps et les échantillons sont placés dans des cuves cryogéniques isolées sous vide, appelées vases de Dewar, qui limitent fortement les apports de chaleur. Le seul entretien courant consiste à remplacer régulièrement l’azote liquide qui s’évapore. Contrairement à un congélateur mécanique, ce dispositif continue de fonctionner en cas de coupure de courant, tant que la réserve d’azote liquide est suffisante.
L’azote est en outre relativement peu coûteux et abondant, puisqu’il constitue l’essentiel de l’air. Il est également peu réactif chimiquement et ininflammable. Ces propriétés en font un fluide cryogénique particulièrement adapté à la conservation de longue durée.
Les inconvénients d’un refroidissement aussi poussé
Le stockage dans l’azote liquide est techniquement simple, mais le refroidissement jusqu’à −196 °C présente un inconvénient. Entre la transition vitreuse et −196 °C, le matériau subit encore une baisse de température de soixante-six degrés et continue de se contracter. Devenu cassant, le matériau supporte mal ce retrait, qui engendre d’importantes contraintes mécaniques. Ces contraintes s’accumulent jusqu’à provoquer des fissures, ce qui en libère une partie.
Le phénomène est reproductible en laboratoire : dans les solutions cryoprotectrices vitrifiées, la fissuration résulte de la contraction thermique et des écarts de température engendrés par le refroidissement rapide d’un objet volumineux. Les solutions dont la température de transition vitreuse est plus élevée se fissurent moins, car l’écart entre cette température et la température finale de stockage est plus faible.
Le problème est particulièrement délicat à l’échelle d’un corps entier. La fracturation débute en général en dessous de la transition vitreuse ; si la perfusion des agents cryoprotecteurs s’est mal déroulée, elle peut survenir dès −90 °C. Ces fractures vont de la fissure microscopique à la rupture visible à l’œil nu. Une fracture sépare les tissus le long d’un plan sans nécessairement désorganiser leur structure de part et d’autre. Elle constitue néanmoins une lésion que de futures techniques pourraient peut-être réparer.
Pour limiter ce phénomène, le refroidissement doit être très progressif. L’ensemble du refroidissement dure près d’une semaine. Au voisinage de la transition vitreuse, puis au-dessous, sa vitesse est pilotée par ordinateur et peut être limitée à environ un degré par heure. Un refroidissement plus lent réduit les écarts de température au sein du corps et, par conséquent, les contraintes mécaniques.
Le stockage à température intermédiaire
Une autre solution consiste à interrompre le refroidissement à une température plus élevée. Le stockage à température intermédiaire, ou STI, appelé ITS en anglais, maintient le corps autour de −140 °C plutôt qu’à −196 °C. La mobilité moléculaire y reste extrêmement faible, tandis que la contraction thermique est sensiblement réduite.
Le dispositif est entièrement passif : une réserve d’azote liquide occupe le fond du vase de Dewar, tandis que le corps est placé dans la vapeur froide située au-dessus. La conception de la cuve permet de maintenir la vapeur entourant le corps à la température visée. Le dispositif ne nécessite donc ni compresseur ni alimentation électrique permanente.
La première cuve STI conçue pour un corps humain devait être livrée en août 2026 à l’European Biostasis Foundation, en Suisse. Il faudra d’abord mesurer sa consommation réelle d’azote liquide, dont dépend le coût de conservation d’un corps pendant un siècle. Ce mode de stockage ne sera pas proposé aux adhérents tant que son coût n’aura pas été établi.
Ce que ces températures permettent de préserver
À −196 °C, les processus biologiques deviennent extrêmement lents. L’activité enzymatique et la multiplication des micro-organismes cessent, tandis que les réactions susceptibles de dégrader les tissus sont très fortement ralenties. L’objectif est ainsi de préserver aussi fidèlement que possible l’organisation moléculaire des tissus, en particulier celle du cerveau.
La préservation de l’organisation du cerveau constitue ici l’enjeu essentiel. La cryonie repose sur l’hypothèse que l’identité et la mémoire dépendent de structures physiques du cerveau, notamment de ses connexions et de son organisation interne. Cette question est abordée dans l’article « Mémoire, identité et cerveau ». La préservation durable de cette organisation pourrait donc conserver une partie de l’information associée à la mémoire et à l’identité. Toutefois, aucune technique ne permet aujourd’hui de la restituer ni de rétablir les fonctions vitales. Le refroidissement ne résout donc pas, à lui seul, le problème : il sert à préserver ces structures dans l’éventualité où des techniques de réparation seraient un jour mises au point.
Le stockage dans l’azote liquide ne nécessite pas de système frigorifique actif ni d’alimentation électrique permanente. Il repose sur trois éléments : la vitrification, une température nettement inférieure à la transition vitreuse et l’emploi d’azote liquide à son point d’ébullition. Voilà pourquoi la conservation à −196 °C s’est imposée : l’azote liquide permet de maintenir durablement cette température à l’aide d’un dispositif relativement simple.
En résumé, les corps cryonisés sont conservés aux environs de −196 °C parce que l’ébullition de l’azote liquide permet de maintenir cette température tant que la réserve est suffisante. Les réactions moléculaires deviennent extrêmement lentes, et la conservation ne nécessite aucun système de réfrigération alimenté en permanence.
Pour aller plus loin