SCIENCES/ TECHNOLOGIES : Découvertes scientifiques importantes et exceptionnelles

Voici seize découvertes ou percées qui comme des «sésames», ont ouvert la porte, entre l’an 2000 et aujourd’hui, à de nouveaux champs d’exploration… « Le graphène, un miracle de la sérendipité : Durable et biodégradable, cette monocouche possède d’incroyables propriétés électriques, optiques et mécaniques qui lui présagent un avenir radieux, sous forme d’écrans tactiles, de puces électroniques ultra-rapides, de cellules solaires à haute efficacité, de revêtement antirouille. Il peut même dessaliniser l’eau de mer et capter des poussières radioactives ! »

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_ Toumaï, un nouvel ancêtre pour l’humanité

En 2002, la présentation du crâne fossile de Toumaï dans la revue Nature ébranle le monde de la paléontologie. Avec un âge estimé à 7  millions d’années, il s’agirait du plus ancien représentant de la lignée humaine jamais découvert. A titre de comparaison, la célèbre australopithèque Lucy n’a «que» 3,2 millions d’années! Sahelanthropus tchadensis, de son nom scientifique, ressemblait à nos chimpanzés actuels par certains aspects, comme la taille de sa boîte crânienne.

Mais la forme de ses dents et de son crâne ont amené le paléontologue français Michel Brunet à le classer parmi les hominidés, le groupe de primates auquel appartient l’être humain. Largement saluée par la communauté scientifique, la découverte de Toumaï a soulevé de nouvelles questions sur l’origine de l’humanité. Ses ossements ont en effet été découverts au Tchad, en Afrique centrale, et non en Afrique de l’Est comme la majorité des autres fossiles d’hominidés. Alors, d’où vient l’être humain? D’autres trouvailles paléontologiques seront nécessaires pour répondre à cette question.

_ Le séquençage du génome humain, percée pleine d’espoirs

Nombreux sont les organismes vivants dont l’ADN a été décrypté au cours des années 2000. La première plante, la petite arabette des dames (Arabidopsis thaliana) dévoile son génome en 2000, suivie par la souris de laboratoire (Mus musculus) en 2002. La course effrénée pour le séquençage du génome humain, sur plus de dix ans, prend fin quant à elle en 2003, soit cinquante ans après la découverte de la structure de l’hélice d’ADN par James Watson et Francis Crick. La lecture des 3 milliards de «lettres» contenues dans notre ADN, qui dictent l’architecture de notre corps, ne s’est pas faite sans remous. Le Human Genome Project, lancé en 1990 par des institutions publiques et financé à hauteur de centaines de millions de francs, a été talonné par son concurrent, la société Celera Genomics, dirigée par l’Américain Craig Venter.

En avril 2000, l’entreprise annonce avoir séquencé 90% du génome, ébranlant le consortium public qui, le mois suivant, fait la même déclaration. Toutes les données publiques ont été déposées sur la base de données GenBank, accessible en ligne. Dès son annonce, le séquençage de l’ADN humain fut porteur d’espoirs pour la santé avec la médecine personnalisée, le dépistage de maladies et la thérapie génique. Or ce n’est qu’aujourd’hui que l’on commence à voir ces applications prendre forme. Il a fallu attendre 2012 et la découverte de la méthode ultra-précise de chirurgie de l’ADN appelée CRISPR-Cas9 pour relancer de réels espoirs cliniques autour de la thérapie génique.

_ Le graphène, un miracle de la sérendipité

En 2004, deux émigrés russes de l’Université de Manchester, André Geim et Kostya Novoselov, se demandent comment produire de très fines couches de graphite, le carbone des mines de crayon, pour en étudier les propriétés électriques. Ils s’amusent à coller et à décoller des morceaux de ruban adhésif sur un bloc de graphite, y décrochant finalement une strate de carbone ayant atteint la plus fine épaisseur imaginable: un seul atome! Le graphène est né, avec d’immenses promesses.

Durable et biodégradable, cette monocouche possède d’incroyables propriétés électriques, optiques et mécaniques qui lui présagent un avenir radieux, sous forme d’écrans tactiles, de puces électroniques ultra-rapides, de cellules solaires à haute efficacité, de revêtement antirouille. Il peut même dessaliniser l’eau de mer et capter des poussières radioactives !

_ La téléportation appliquée aux atomes

«Beam me up, Scotty!» Cette phrase, symbole de la série de fiction Star Trek, en aura fait fantasmer plus d’un: la promesse d’une téléportation, un voyage instantané entre deux points de l’univers, quelle que soit leur distance. En juin 2004, deux équipes américaine et autrichienne ont annoncé, indépendamment, qu’elles ont téléporté l’état d’un atome.

Autrement dit, copié les caractéristiques d’un atome sur un autre atome, sans interaction directe entre ces particules. Un résultat rendu possible par les étonnantes propriétés de la matière à l’échelle quantique. Mais attention! Il ne s’agit pas de téléporter des humains, seulement d’explorer de nouvelles voies de télécommunications !

_ SpaceShipOne et SpaceX, l’espace à portée de mains privées

Ce 4 octobre 2004, au-dessus du désert des Mojaves, le SpaceShipOne, avion-fusée de la firme Scaled Composites, atteint pour la deuxième fois en quinze jours la limite des 100 km d’altitude, remportant ainsi l’Ansari X-Prize et ses 10  millions de dollars. Mais plus que cette somme, c’est le symbole qui est fort, le vol de SpaceShipOne lançant le domaine du tourisme spatial suborbital, dans lequel s’est engouffré Richard Branson, patron du groupe Virgin Galactic. Ce dernier fait depuis développer une version à six passagers de l’engin. Le 31 octobre 2014, celui-ci s’écrase lors d’un vol d’essai. Mais l’enthousiasme de Richard Branson pour l’espace n’est pas entamé.

En septembre 2008, un autre passionné de voyage spatial, l’entrepreneur Elon Musk, fait mieux: sa société SpaceX est la première entité privée à lancer une fusée, Falcon 1, jusqu’en orbite terrestre. Depuis, le milliardaire a fait construire des modèles plus puissants, dans le but d’acheminer du fret et des hommes à la Station spatiale internationale pour le compte de la NASA.

Incontestablement, Virgin Galactic et SpaceX sont deux des premiers acteurs de ce nouveau domaine du spatial privé en plein essor, appelé «Newspace».

_ L’ère de la biologie synthétique débute

A partir de 2004, des biologistes s’inspirant des sciences de l’ingénieur désirent appliquer les mêmes concepts d’organisation, de prévisibilité et de robustesse aux systèmes vivants. Ils inventent un nouveau champ d’exploration, la «biologie synthétique», non sans controverse, à cause des problèmes éthiques et environnementaux qu’il soulève. En 2005, des chercheurs décrivent le nombre minimal de gènes nécessaires à la survie d’un être vivant très simple, Mycoplasma genitalium (parasite du tractus urogénital humain). Puis, l’équipe dirigée par Craig Venter, entrepreneur visionnaire et pionnier du séquençage du génome, annonce en 2010 avoir fabriqué la première cellule vivante commandée par un ADN entièrement reconstitué en laboratoire: Mycoplasma laboratorium.

De là, les prouesses techniques se succèdent, avec notamment la synthèse d’un chromosome complet d’une cellule plus complexe de levure de bière, voire l’ajout de nouvelles combinaisons dans le code génétique en 2014. L’ère de la biologie de synthèse, qui ambitionne de façonner des organismes aux fonctions inédites (comme produire des molécules médicamenteuses) ne fait que débuter.

_ L’optogénétique éclaire le cerveau

Le terme peut paraître abscons, mais l’idée est lumineuse. L’optogénétique consiste à modifier génétiquement des cellules pour les rendre sensibles à la lumière. On peut alors les activer ou bloquer leur activité en les éclairant, ce qui offre aux scientifiques de nouvelles et fantastiques voies de recherche. Mise au point au début des années 2000, l’optogénétique a vite conquis le domaine des neurosciences. Elle peut être utilisée sur des animaux vivants, des souris par exemple, dont les neurones rendus photosensibles sont exposés à la lumière par le biais d’une canule de fibre optique implantée dans leur cerveau. L’immense avantage de cette approche est qu’elle permet de cibler précisément les zones du cerveau à étudier.

Les scientifiques l’utilisent pour documenter des fonctions cérébrales comme la mémoire, l’olfaction ou encore le sommeil. Les applications thérapeutiques chez l’être humain existent, mais sont compliquées, du fait que la technique nécessite une modification génétique. Les essais les plus avancés portent sur le traitement de maladies génétiques de la rétine.

_ Les iPS, des cellules capables de tout

Prélever une cellule spécialisée – de peau, par exemple – chez l’adulte et la transformer en cellule immature, capable de donner ensuite n’importe quel type cellulaire présent dans l’organisme – neurone, cellule du foie, de muscle, etc. c’est possible !

Cette prouesse a été réalisée pour la première fois en 2006 par le biologiste japonais Shinya Yamanaka. Elle lui a valu le Prix Nobel de médecine en 2012, en raison de ses formidables perspectives thérapeutiques. Une modification portant sur quatre gènes est suffisante pour obtenir des cellules souches pluripotentes induites, ou cellules iPS (pour «induced pluripotent stem cells», en anglais) à partir de cellules adultes matures. Ces iPS peuvent alors être reprogrammées in vitro pour fournir différentes sortes de cellules spécialisées. Principaux avantages de cette approche, les iPS sont relativement faciles à produire et ne posent pas de problèmes éthiques.

A l’inverse, l’obtention de cellules souches d’embryons, possédant la même capacité à produire divers types cellulaires, nécessite de détruire des embryons. Depuis leur mise au point, les iPS ont surtout été utilisées pour créer des lignées de cellules malades et ainsi tester des traitements innovants. Dans le cadre de la médecine régénérative, elles offrent l’espoir de greffer au receveur ses propres cellules reprogrammées, diminuant ainsi le risque de rejet. En 2014, une patiente japonaise atteinte d’une maladie de la rétine, appelée dégénérescence maculaire liée à l’âge, a été la première à recevoir des cellules iPS dans le cadre d’un essai clinique.

_ Que d’eau, sur Mars et la Lune !

D’abord sur la Lune, puis sur Mars. Décidément, l’eau n’est pas l’apanage de la seule Planète bleue. Les astronomes en ont d’abord détecté en 2008 à la surface de notre satellite grâce à la sonde indienne Chandrayaan1. En mesurant le rayonnement lunaire dans les longueurs d’onde caractéristiques de la molécule d’eau, ils estiment probable la présence du précieux liquide en surface. D’autres sondes, notamment Epoxi et Cassini-Huygens, ont enfoncé le clou: toute la surface de la Lune, qu’on pensait sèche comme un morceau d’amadou, est en fait hydratée. Même chose pour Mars, lorsqu’en 2011 la sonde américaine MRO met en évidence des écoulements sombres sur des pentes montagneuses.

Pour nombre de scientifiques, c’est une certitude, il s’agit de la trace de l’eau liquide. Mais d’aucuns y voient des écoulements de glace carbonique, estimant que la planète rouge est trop froide pour abriter de telles quantités d’eau, même en été. Quoi qu’il en soit, il semble bien que de l’eau existe ailleurs que sur Terre. Les scientifiques peuvent désormais chercher sa présence sur toutes les planètes du Système solaire, mais aussi sur certains astéroïdes qui croisent l’orbite terrestre afin, pourquoi pas, d’en ramener un jour un échantillon…

_ Une révolution imprimée en 3D

En médecine, de nouveaux champs du possible se sont ouverts grâce à l’impression en trois dimensions. Cette révolution médicale est déjà une réalité, pour les chirurgiens notamment, qui peuvent ainsi préparer au mieux leurs interventions, mais aussi fabriquer des implants sur mesure pour leurs patients. La première greffe complète réalisée avec cette technique a eu lieu fin 2011.

La mâchoire inférieure d’une octogénaire a alors été substituée par une prothèse en titane. En 2013, un implant dérivé du polyéther a également permis de remplacer 75% du crâne d’un patient. Si la bio-impression de tissus et de muscles est déjà de l’ordre du possible, il faudra néanmoins attendre encore quelques années avant de pouvoir envisager une transplantation chez l’homme.

_ «Voyager» vers l’infini et au-delà

Août 2012, la sonde Voyager 1 quitte le Système solaire et s’enfonce vers l’infini sombre et glacé de l’espace intersidéral. Depuis son lancement en 1977 – avant même l’apparition des ordinateurs personnels – Voyager-1 a parcouru quelque 21 milliards de km, soit trois à quatre fois plus que la distance qui nous sépare de Pluton, que la sonde New Horizons survola d’ailleurs en 2015. En pénétrant là où aucun objet terrestre ne s’est jamais aventuré, au milieu de débris d’étoiles, mortes il y a des millions d’années, le petit engin de la NASA a ouvert une nouvelle ère dans l’exploration spatiale, à la conquête d’autres étoiles. Mais il faudra être patient, car malgré une vitesse de 55 000 km/h, il ne devrait atteindre le prochain astre (Gliese 445) que d’ici… 40 000 ans!

_ Le boson de Higgs, clé de voûte de la «fiche technique» du monde

«Je suis bouleversé!» Ce 4 juillet 2012 au CERN, à Genève, le physicien Peter Higgs ne cachait pas son émotion: la particule dont il avait postulé l’existence en 1964 venait d’être mis au jour à l’aide du grand collisionneur LHC, et l’annonce faite devant des auditoires bondés. La découverte du boson de Higgs venait se placer comme une clé de voûte dans la cathédrale érigée depuis des décennies par les scientifiques pour expliquer la matière et l’Univers: le Modèle Standard (MS).

Cette «fiche technique» du monde répertorie tous les types de particules (électrons, muons, photons, etc.) et les forces qu’il héberge. Or, dans ce tableau, le «Higgs» a une place à part puisque cette particule est censée expliquer pourquoi toutes les autres ont une masse. En trouver la signature revenait ainsi à valider le MS. Mais pas seulement. Car sur cette base, les physiciens peuvent aujourd’hui, avec un LHC à la puissance doublée, tenter de percer d’autres mystères. Par exemple: l’Univers est composé de 4% de matière visible (planètes, étoiles, etc.), mais surtout de 96% de matière et d’énergie sombre, de nature inconnue. Repérer des particules inédites donnerait du grain à moudre aux théoriciens pour y voir plus clair. Autre idée proposée: la supersymétrie, qui postule que toutes les particules possèdent une particule «miroir», beaucoup plus lourde.

A ce jour, aucune n’a été découverte. A moins que: le 15 décembre dernier, les scientifiques des expériences ATLAS et CMS, installées sur le LHC, ont annoncé ce qui pourrait être l’apparition, dans leurs données, d’une particule six fois plus lourde que le boson de Higgs. Rendez-vous à l’été 2016 pour savoir si la «particule de Dieu», comme on a appelé ce dernier, est l’un des membres d’une grande famille de particule. De quoi révolutionner la physique.

_ Première implantation d’un cœur entièrement artificiel

La première implantation d’une pompe de remplacement du cœur date de 1930. Cependant, les essais n’ont concerné jusqu’à récemment que des prototypes, qui permettent aux patients de survivre quelques jours avant la greffe d’un vrai cœur. En 2013, l’entreprise française Carmat – fondée par le chirurgien cardiaque Alain Carpentier et l’homme d’affaires Jean-Luc Lagardère – a greffé pour la première fois sa prothèse de 900 grammes dans le thorax d’un patient.

Le cœur Carmat mime le fonctionnement cardiaque et s’adapte à l’effort, mais il n’est indiqué que pour les hommes du fait de sa taille importante. Le premier patient est décédé 74 jours après l’opération; un deuxième patient, opéré en 2014, a survécu 9 mois, contre 8 mois pour une troisième personne greffée le 8  avril 2015. L’essai clinique se poursuit.

_ Les neutrinos, fenêtres sur l’Univers violent

Fin 2013, les physiciens de l’expérience IceCube, un détecteur enfoui dans les glaces de l’Antarctique, déclarent avoir observé 28 neutrinos cosmiques de très haute énergie – environ un million de fois plus importante que celle des neutrinos cosmiques habituellement détectés! Une première qui leur ouvre les portes de nouveaux pans de l’Univers. Car ces neutrinos – particules dont on a par ailleurs découvert en 2007 qu’elles avaient bel et bien une masse, alors qu’on pensait jusque-là le contraire – sont créés lors des colossales réactions nucléaires se déroulant au cœur des événements les plus violents de l’Univers, des collisions d’étoiles aux fameuses supernovæ.

Mais leur masse est si infime qu’ils n’interagissent presque pas avec la matière. Si bien que parfois, certains parviennent quasiment intacts jusqu’à la Terre, emportant avec eux de précieuses informations sur leur lieu d’origine. Désormais capables de les détecter, les astrophysiciens disposent donc de nouveaux témoins de ces puissants événements, en plus des autres rayonnements (rayons X, cosmiques…) qu’ils connaissaient déjà. Un nouveau champ d’études sur l’Univers violent s’ouvre à eux.

_ Le monde suspendu à Philae sur Chury

Le 12  novembre 2014, le petit engin-laboratoire européen Philae se pose sur la comète Chury, après avoir été largué par la sonde Rosetta. C’est la première fois que l’homme contrôle un atterrissage sur le noyau d’une comète, une descente sous le seul effet d’une infime gravitation. Philae a bien commencé sa mission, en envoyant des photos et de premières analyses du sol. Puis les scientifiques ont déchanté: au cours de son atterrissage, Philae a rebondi deux fois et s’est retrouvé dans une posture qui l’empêche de recharger correctement ses batteries solaires. Le 15  novembre 2014, privé d’énergie, Philae est entré en hibernation. Depuis, en dépit de quelques brèves communications en juin et en juillet 2015, l’engin reste muet. Les ingénieurs ne perdent pas espoir, mais ils savent qu’à force de s’éloigner du Soleil, la comète sera de moins en moins éclairée, or lui seul peut redonner vie à Philae.

_ Des ondes qui dévoilent un nouvel Univers

Einstein a eu tort et raison en même temps! Raison, parce qu’en 1916, le physicien a prédit l’existence de déformations de l’espace-temps appelées «ondes gravitationnelles». Et tort, parce qu’il estimait ces ondulations cosmiques indétectables, car bien trop faibles. Le 11 février à Washington, des chercheurs a annoncé avoir réalisé cette prouesse, déjà qualifiée de «découverte du siècle».

Car ces ondes vont venir compléter la trousse à outils des physiciens, au même titre que les rayons X, ultraviolets ou infrarouges. Les futurs instruments destinés à leur observation, tels que le télescope souterrain Einstein ou le télescope spatial E-LISA, le plus grand instrument de l’Univers, vont donc pouvoir scruter le cosmos par le biais de ces ondes, amenant un flot d’informations totalement inédites aux scientifiques.

Source : https://labs.letemps.ch/ Novembre 2020

https://labs.letemps.ch/interactive/2015/timeline-sciences-15ans/