TECHNOPHILE

La nouvelle élite des chercheurs

Le Conseil européen de la recherche soutient la recherche fondamentale depuis dix ans. Voici huit success stories montrant comment les scientifiques européens façonnent le monde de demain.

Depuis 2007, la recherche en Europe a le goût du risque. Le Conseil européen de la recherche (CER) soutient les chercheurs pendant cinq ans par le biais de trois bourses différentes, avec des montants pouvant aller jusqu’à 2,5 millions d’euros par projet. La création de spin-offs est par exemple subventionnée à hauteur de 150’000 euros (Proof of concept). Les bourses sont financées par les programmes-cadres de l’Union européenne pour la recherche et l’innovation, sous le titre «Horizon 2020». Leur particularité: contrairement aux fonds d’encouragement des programmes-cadres, elles ne sont nullement liées à des thèmes prioritaires, comme l’explique Eva Kondorosi, vice-présidente du CER: «Nous avons, pour la première fois en Europe, une véritable concurrence entre chercheurs talentueux, ce qui a globalement amélioré la qualité de la recherche.» Et les chiffres lui donnent raison: 7’000 projets de recherche ont été financés depuis la création du CER. Selon une première estimation de 2015, plus de 70% d’entre eux ont engendré des résultats significatifs. Six scientifiques soutenus par le CER ont reçu un prix Nobel et trois une médaille Fields.

Le système du CER compte toutefois un point faible: il favorise les nations scientifiques traditionnelles. Plus de 90% des bourses s’adressent aux chercheurs des anciens pays de l’UE. Les pays d’Europe de l’Est sont, la plupart du temps, oubliés. Comment leur permettre de mieux profiter des financements? Favoriser le réseautage. «Nous avons créé des programmes de bourses d’études au sein desquels les candidats au CER peuvent faire de courts séjours de recherche auprès des boursiers actuels», souligne Eva Kondorosi. Elle est toutefois consciente des lacunes de cette solution: «C’est aux gouvernements nationaux d’investir dans la recherche fondamentale et dans l’infrastructure. Les subventions européennes ne peuvent endosser qu’un rôle d’accompagnement.» Aujourd’hui, le budget annuel du CER est de 1,6 milliard d’euros. Les success stories suivantes montrent de quelle manière les bourses permettent de mener des recherches innovantes.

La révolution des puces

Tout transfert de signal est exposé à des parasites. Pour garantir que le destinataire reçoive les bonnes informations, la redondance est intégrée dans le transfert. Pendant la transmission symétrique de signaux, des câbles sont disposés parallèlement pour répartir les parasites sur deux conducteurs. Des codes correctifs s’ajoutent enfin pendant la transmission des données numériques. Dans le but d’améliorer ces codes, Amin Shokrollahi, mathématicien à l’école polytechnique fédérale de Lausanne, a lancé un projet de recherche ambitieux en 2009. Avec son équipe, il a réussi à créer un modèle plus efficace pour la transmission symétrique des signaux: ainsi, un code spécial permet de répartir 8 bits sur 8 conducteurs (au lieu de 16) tout en gardant la même force.

En 2011, ces résultats ont participé à la naissance de la start-up Kandou Bus. «Ce nom, qui signifie ‘ruche’ en persan, reflète notre technologie: le rendement de la ruche dépend de la collaboration de ses abeilles. Chez nous, la qualité de l’output est déterminée par l’interaction des signaux», déclare Amin Shokrollahi. La technologie accélère la transmission des données entre les puces tout en réduisant la consommation d’énergie. Comme la quantité de données échangées dans le monde double tous les dix-huit mois, le potentiel est énorme pour la jeune pousse. «Que ce soit pour les smartphones, les tablettes ou les ordinateurs, il sera impossible de nous éviter à l’avenir», dit-il. L’an dernier, Kandou Bus a reçu 15 millions de dollars d’une société de capital-risque américaine. Outre son siège à Lausanne, la start-up possède désormais des bureaux aux Etats-Unis, en Angleterre et en Allemagne.

La prochaine génération d’ordinateurs

Filtrer directement le CO2 de l’air, fabriquer de nouveaux médicaments et matériels high-tech ou transporter l’énergie sans pertes ne sont que quelques applications possibles des ordinateurs quantiques. Ceux-ci en sont encore au stade rudimentaire de développement, mais leur potentiel est immense. Les ordinateurs quantiques fonctionnent avec des bits quantiques (Qubits). Contrairement aux bits ordinaires, qui ne connaissent que deux états – le «0» ou le «1» – les Qubits peuvent adopter plusieurs états selon les principes de la mécanique quantique. Ainsi, les ordinateurs quantiques peuvent exécuter des calculs en quelques secondes, là où les ordinateurs conventionnels mettraient des années. Ils pourraient non seulement révolutionner le travail avec de grandes quantités de données, mais aussi faciliter la simulation des molécules avec leurs propriétés de mécanique quantique. Un domaine dans lequel les super-ordinateurs actuels ne sont pas encore fiables.

Les approches pour générer ces Qubits sont nombreuses. L’une des plus prometteuses vient de Jeremy O’Brien, directeur du Centre de photonique quantique de l’Université de Bristol. Avec son équipe, il a mis au point une puce en silicium dans laquelle se déplacent deux particules de lumière identiques (photons). La prochaine étape consistera à augmenter le nombre de photons et à utiliser des circuits plus grands. Selon Jeremy O’Brien, dans moins de dix ans, cette technologie permettra aux ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs hors de portée des ordinateurs traditionnels.

Diagnostics DVD

Le virus Zika ne fait plus la une des journaux, mais n’a pas disparu pour autant. Plus de 100 cas sont encore décelés chaque année aux États-Unis. Le dépistage précoce d’une infection présente donc un grand intérêt pour les autorités sanitaires nationales. Avec l’aide financière de l’United States Agency for International Development, la start-up danoise BluSense Diagnostics a mis au point un appareil qui délivre un diagnostic en seulement neuf minutes à partir d’une seule goutte de sang. Le prélèvement, mélangé à des nanoparticules magnétiques, est lu dans l’appareil. Un disque tournant intégré – semblable à celui des lecteurs de DVD et Blu-ray – centrifuge le prélèvement qui est ensuite analysé au laser.

La recherche fondamentale d’Anja Boisen, professeure de micro et nanotechnologie à la Danmarks Tekniske Universitet, a rendu cette technologie possible en 2013. Dans ses travaux, elle a montré le potentiel des capteurs nanomécaniques en relation avec la technologie DVD. Diagnostiquer le virus Zika, mais aussi le diabète ou les maladies du foie, devient ainsi plus facile et plus rapide. Comme l’appareil est portable et léger, les médecins traitants peuvent procéder à des diagnostics sans passer par de fastidieux tests en laboratoire. Les patients souffrant de maladies chroniques peuvent également réaliser les analyses chez eux.

Le cheval de Troie de la lutte contre le cancer

Toutes les trente secondes, une personne meurt en Europe des suites du cancer, principalement parce que les principes actifs anticancéreux pénètrent à peine dans les cellules cancéreuses: seuls 1 à 2% des quantités administrées y parviennent. Le reste atteint les organes non concernés, ce qui entraîne d’importants effets secondaires. Magdalena Król, de l’Université des sciences naturelles de Varsovie, vise par ses recherches à obtenir des médicaments plus efficaces. «J’ai découvert un mécanisme permettant aux cellules immunes de transporter des protéines spécifiques. La structure de ces protéines ressemble à des boîtes qu’il est possible de remplir de médicaments anticancéreux, explique la chercheuse. Comme un cheval de Troie, les cellules immunes se déplacent jusqu’à la tumeur et y injectent le principe actif qui élimine les cellules cancéreuses.»

Dans ses essais, Magdalena Król a montré que jusqu’à 30% des cellules immunes atteignent la tumeur. Ainsi, des quantités moindres de principes actifs anticancéreux pourraient donner plus de résultats, ce qui diminuerait les effets secondaires de la chimiothérapie. Magdalena Król est la première chercheuse de son université à avoir obtenu une bourse du CER.

La plus petite machine du monde

Il voulait trouver des molécules pour construire des puces informatiques plus petites. Bernard Feringa, professeur de chimie organique à l’Université de Groningen (Pays-Bas), a cependant découvert une molécule pivotant à 180° sous l’influence de la lumière. En 1999, il a réussi à construire avec son équipe un mini-rotor actionné par la lumière et la chaleur. Les détails techniques sont impressionnants: le rotor est 1000 fois plus petit qu’un cheveu, mais avec ses 12 millions de rotations par seconde, il peut entraîner un cylindre en verre.

Pour ses recherches, Bernard Feringa a reçu le prix Nobel de chimie (avec les chercheurs Jean-Pierre Sauvage et sir Fraser Stoddart) en 2016. Ses travaux pourraient permettre de construire des batteries et des capteurs photosensibles d’un nouveau genre. Bernard Feringa se concentre actuellement sur leurs applications médicales, notamment les nanocommutateurs alimentés par la lumière, capables de déclencher ou d’interrompre l’administration d’un antibiotique. Le médicament agirait seulement là où c’est nécessaire, sans endommager les bactéries utiles dans l’organisme. Le défi est d’alimenter ces commutateurs par la lumière infrarouge, et non plus par une lumière UV nocive.

Des machines capables de voir

Des voitures autonomes ou des robots qui travaillent en étroite collaboration avec les humains sont impensables sans la vision. Le degré d’autonomie d’une machine augmente avec sa faculté d’évaluer, si possible en temps réel, une compréhension sémantique d’une scène. Daniel Cremers, professeur d’imagerie et de reconnaissance des formes à la Technische Universität München en donne les fondements mathématiques. Il cherche à comprendre comment les ordinateurs transforment des impressions visuelles en images 3D et peuvent les analyser. Le résultat consiste en des algorithmes très complexes. «En plus des véhicules autonomes, le potentiel de ces applications se situe surtout en médecine, explique-t-il. Il serait ainsi envisageable que les ordinateurs reconnaissent les maladies ou les tumeurs à l’aide de radiographies ou d’images ultrasoniques.»

Ses travaux se révèlent aussi très utiles pour les drones et la recherche de survivants après des catastrophes naturelles: «Des drones dotés de facultés visuelles et relativement autonomes seront sans doute utilisés dans les cinq prochaines années, comme c’est déjà le cas, dans une certaine mesure, pour les voitures sans conducteur. Les drones autonomes se programment plus facilement que les véhicules autonomes, car le trafic aérien n’est pas aussi complexe que le trafic routier.» L’an dernier, Daniel Cremers a été récompensé par le prix Leibniz, le prix scientifique le plus important en Allemagne.

Maître des ondes

Le rayonnement térahertz se situe entre les micro-ondes et les ondes infrarouges. Ces ondes pénètrent le tissu, le papier, le bois et de nombreux plastiques. Elles sont considérées comme biologiquement inoffensives, dans la mesure où elles ne modifient pas la structure chimique du matériau examiné. Leurs applications potentielles sont par ailleurs nombreuses: outre l’utilisation – très controversée – aux contrôles de sécurité des aéroports figurent également la transmission des données, le dépistage précoce du cancer ou les technologies énergétiques. Seul problème: les ondes térahertz sont très difficiles à déceler, ce qui a longtemps compliqué la recherche dans ce domaine.

Jaime Gómez Rivas, professeur de nanophotonique à l’Eindhoven University of Technology, côtoie ces ondes dans ses recherches. «Une première étape a été de réussir à mieux comprendre la manière dont le rayonnement térahertz réagit aux métaux», explique-t-il. Il a pu montrer comment les ondes térahertz peuvent être dirigées par la résonance avec une surface structurée en or. Sur la base de ces observations, il a mis au point un appareil de mesure qui affiche le rayonnement à une résolution très élevée. L’intensité du rayonnement est mesurée près du métal. Une grande société allemande s’intéresse déjà à cette invention et souhaite la commercialiser.

Des nanomatériaux sortis d’une imprimante 3D

Les recherches de Valeria Nicolosi, du Trinity College à Dublin, s’orientent sur les nanomatériaux bidimensionnels de la grosseur d’un atome. Il en existe plus de 500 – le plus connu étant le graphène. Tous sont dotés de caractéristiques sophistiquées, comme une grande robustesse ou une conductibilité exceptionnelle. Avec son projet de recherche «3D2DPrint», Valeria Nicolosi souhaite développer une nouvelle batterie qui se chargerait en quelques minutes et pourrait s’intégrer directement dans un autre matériau, par exemple un étui de téléphone portable ou une batterie implantée dans le corps pour contrôler un pacemaker. Une technique d’impression en 3D spécifique, mélangeant plusieurs nanomatériaux bidimensionnels, permettrait d’obtenir les caractéristiques souhaitées.

Valeria Nicolosi est pionnière dans son domaine. Elle a été la première à révéler les différents atomes des nanomatériaux bidimensionnels à l’aide d’un microscope électronique. Ses travaux ont aussi permis de fabriquer du graphène en grandes quantités à un prix abordable. Pour ses recherches, elle a déjà reçu cinq bourses CER – plus que n’importe quel scientifique en Irlande.

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Une version de cet article est parue dans le magazine Technologist (no 14).