Pourquoi la cryoconservation se fait-elle à -196 degrés Celsius ?

Voici une question qu’il convient de prendre au pied de la lettre : que cherchons-nous réellement à faire lorsque nous préservons une personne ? La réponse n’est pas de la refroidir. Le froid est la méthode, jamais le but. Le but est d’arrêter le temps pour un corps, d’interrompre si complètement les processus biologiques que la différence entre un an et dix mille ans n’ait plus aucune importance. Presque tout le reste, y compris ce chiffre étrangement précis du titre, découle directement de cette seule exigence.

La question pertinente n'est donc pas de savoir pourquoi il fait si froid, mais plutôt : jusqu'à quelle température faut-il descendre pour que la chimie cesse tout simplement de fonctionner ? La réponse s'avère étonnamment précise : -196 °C est la température à laquelle la physique, la chimie et la biologie s'accordent toutes.

La désintégration n'est rien d'autre qu'un processus chimique qui n'est pas encore terminé.

Quand on dit qu’un corps se décompose, on décrit un phénomène chimique : des enzymes qui coupent les molécules en morceaux, des réactions qui se produisent, des microbes qui font ce que font les microbes. Chacun de ces processus nécessite que les molécules se déplacent et entrent en collision. Ralentissez ce mouvement et vous ralentissez la chimie. Ralentissez-le suffisamment et, à toutes fins pratiques, vous arrêtez le temps.

Il existe ici une règle empirique très pratique. À titre d’approximation, une baisse de température d’environ 10 °C réduit de moitié, grosso modo, la vitesse d’une réaction typique. Cela ne semble pas spectaculaire, jusqu’à ce que l’on cumule suffisamment de ces réductions de moitié. Passer de la température corporelle à un froid extrême ne ralentit pas la dégradation d’un facteur deux ou dix, mais d’un facteur comportant un très grand nombre de zéros. La course contre la dégradation cellulaire qui commence dès l’arrêt cardiaque est, en fin de compte, une course visant à abaisser suffisamment la température pour que la course elle-même n’ait plus d’importance.

La glace est le méchant. Le verre est le héros.

On pourrait penser que l’astuce consiste simplement à congeler quelqu’un. Ce n’est pas le cas, et l’eau en est la raison. L’eau, cette substance ménagère des plus fiables, vous trahit dès qu’elle gèle : elle se dilate, et les cristaux de glace qui se forment déchirent les membranes cellulaires et détruisent les structures délicates. Congeler une personne comme on congèle un steak serait un moyen efficace de détruire précisément ce que l’on cherche à préserver.

La solution consiste à recourir à la vitrification. La majeure partie de l’eau contenue dans le corps est remplacée par des agents cryoprotecteurs, une sorte d’antigel médical, et les tissus sont refroidis suffisamment rapidement pour qu’ils ne cristallisent jamais. Au lieu de cela, ils se transforment en verre : un solide sans glace, sans arêtes cristallines acérées, sans rien qui se dilate ou se brise. Les tissus vitrifiés sont « congelés » au sens courant du terme, c’est-à-dire très froids et solides, mais ils ne sont absolument pas « congelés » au sens destructeur du terme, c’est-à-dire avec formation de cristaux. C’est cette distinction qui fait toute la différence.

Le chiffre qui compte vraiment, c'est environ -130 °C

Voici ce qui surprend le plus : la température qui compte vraiment n’est pas du tout de -196 °C. Il s’agit de la température de transition vitreuse, qui se situe aux alentours de -130 °C, seuil en dessous duquel l’état vitrifié se fige de manière rigide. Au-dessus de cette température, le verre peut se détendre lentement ou, pire encore, commencer à se recristalliser – et cette recristallisation n’est rien d’autre que de la glace qui arrive en retard à la fête. En dessous, le mouvement moléculaire a tellement ralenti que la structure reste simplement stable.

Alors, si le verre devient stable à -130 °C, pourquoi descendre jusqu’à -196 °C ? Pour la même raison que vous ne réglez pas votre congélateur exactement à 0 °C en croisant les doigts : vous voulez une marge de sécurité. Conserver les tissus à plus de 60 degrés en dessous de la température de transition vitreuse permet de les maintenir bien au cœur de la zone de sécurité, loin de toute température à laquelle le verre pourrait ramollir ou la glace pourrait refaire son apparition. Cela transforme une stabilité « si tout se passe bien » en une stabilité « avec une large marge de sécurité contre les imprévus », qui est la seule forme de stabilité sur laquelle il vaut la peine de parier une vie.

Pourquoi exactement -196 ? La nature nous offre un thermostat gratuit.

La valeur précise de -196 °C n'a pas été choisie par un comité. Il s'agit de la température à laquelle l'azote liquide entre en ébullition, et ce simple fait la rend d'une commodité presque injuste.

Un liquide en ébullition conserve sa température. Tant qu’il reste de l’azote liquide dans le récipient, son contenu reste à -196 °C, ni plus chaud ni plus froid, quelle que soit la température ambiante. Il s’agit d’un thermostat autorégulateur sans pièces mobiles, sans compresseur et, surtout, qui ne dépend pas de l’électricité. Les patients et les échantillons sont conservés dans des dewars à isolation sous vide, qui sont en substance des thermos très sophistiqués, réduisant au minimum les pertes de chaleur. La seule maintenance de routine consiste à faire l’appoint d’azote, qui s’évapore lentement. Comparez cela à un congélateur mécanique, qui tombe en panne dès qu’il n’y a plus d’électricité. Les lois de la thermodynamique, contrairement au réseau électrique local, ne tombent jamais en panne.

L'azote a en outre l'avantage d'être bon marché, abondant (il constitue la majeure partie de l'air que vous respirez en ce moment même), inerte et ininflammable. Si vous deviez concevoir de toutes pièces un fluide de refroidissement idéal pour le stockage à long terme, vous auriez du mal à trouver mieux que cette substance que l'on peut extraire directement de l'atmosphère.

Qu'est-ce qui survit réellement là-dessous ?

À -196 °C, le temps biologique s'arrête pratiquement. L'activité enzymatique cesse, les microbes ne peuvent plus se développer et les réactions spontanées qui, autrement, détruiraient les tissus, ne disposent pas d'une énergie suffisante pour se produire. L'architecture moléculaire du corps, et surtout celle du cerveau, reste exactement telle qu'elle était.

C’est ce dernier point qui importe le plus. Le pari sur lequel repose la biostase est que ce qui fait de vous ce que vous êtes est codé dans la structure physique : les connexions et les schémas à l’intérieur du cerveau, qui sont au cœur de la mémoire, de l’identité et du fonctionnement cérébral. En maintenant cette structure inchangée, on préserve l’information, même si la technologie permettant de la relire et de restaurer les fonctions n’existe pas encore. Le froid n’a rien de magique. C’est un bouton « pause », enfoncé avec suffisamment de force pour que l’information ait le temps d’attendre que l’avenir la rattrape.

-196 °C n'est pas un chiffre rond que quelqu'un aurait choisi par hasard. C'est le point où la physique, la chimie et la biologie s'accordent toutes pour s'arrêter, et où la nature fournit, comme par hasard, le thermostat gratuitement.

Rien de tout cela ne nécessite une machine irréprochable ni une alimentation électrique ininterrompue. Il suffit d’un verre à la place de la glace, d’une température confortablement inférieure à la transition vitreuse, et d’un liquide bouillant qui se stabilise exactement à la valeur requise. C’est là toute l’élégance discrète de -196 °C : c’est la température à laquelle une personne cryogénisée peut, au sens le plus littéral qui soit, attendre.

Pour en savoir plus

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