Du génome aux nouveaux modes de transport, retour sur 20 ans de découvertes scientifiques

En l’espace de quinze ans, la science et l’informatique ont fait des pas de géants dans certains domaines, et les quinze prochaines années promettent d’être au moins aussi chargées. Il s’agit bien souvent de valider et/ou d’exploiter des postulats faits des années auparavant. Première partie de notre retour sur 20 ans de découvertes.

Le séquençage du génome humain est un bon exemple puisqu'il s'agit de l’aboutissement de plusieurs années de travail. Dans le cas de l’espace, il s’agissait en général de raviver un ancien rêve de l’homme : coloniser le système solaire.

Après la Lune de 1969 à 1972, et un possible retour dans les prochaines années, les yeux sont tournés vers Mars. Nous, les humains, pourrions bien avoir foulé la planète rouge dans les 15 prochaines années. Des sociétés privées (comme SpaceX) et les grosses agences spatiales (NASA, ESA, etc.) planchent sur le sujet et une course à l’échalote se met en place.

L’intelligence artificielle et le machine learning ont le vent en poupe grâce à la montée en puissance des processeurs et des cartes graphiques. La médecine et les moyens de transport font feu de tout bois en surfant sur l’IA, la robotique, la 5G, etc. L’hôpital de demain sera, selon certains spécialistes, totalement différent de celui d’aujourd’hui. Le transhumanisme et la robotique sont aussi des pistes à explorer, même si on est encore très (très) loin des films de science-fiction pour l’instant.

Notre dossier sur les découvertes scientifiques, les promesses pour l'avenir :

• Du génome aux nouveaux modes de transport, retour sur 20 ans de découvertes scientifiques
• Qu'attendre du futur ? De l'intelligence artificielle à l'humain augmenté

Mais avant de se lancer dans des conjectures sur ce que nous réserve l’avenir, commençons par un coup d’œil dans le rétroviseur. Ce classement a forcément une part de subjectivité, réduite autant que possible.

Ces découvertes peuvent avoir une réelle portée sur le quotidien, provoquer des changements en profondeur dans notre société, ou bien seulement être la confirmation d’une théorie. Elles n’ont alors pas forcément de débouchés immédiats et concrets pour le grand public, mais permettent d’ouvrir/fermer des portes, ce qui n’est pas anodin.

La course au séquençage du génome humain

Commençons par le séquençage du génome humain en 2003. Il s’agit de l’aboutissement d'un projet baptisé « Apollo de la biologie », en référence aux missions Apollo de la NASA qui ont emmené les premiers hommes sur la Lune.

La question du respect de la vie privée avait été anticipée puisque le génome en question était un mélange de plusieurs donneurs anonymes. Pour rappel, le génome humain (environ 100 Go) ne varie que de 0,01 % entre deux personnes et la différence n’est que de 2 % avec le chimpanzé.

La France a évidemment participé à ce projet débuté en 1990, via le Genoscope. Créé en 1996 à Évry, cet institut était en charge du chromosome 14. Aujourd’hui, il est encore en activité et développe des projets autour du séquençage massif de l’ADN et de la bio-informatique. Il est désormais une des plateformes de l’infrastructure nationale France Génomique.

Séquencer le génome humain représentait à l’époque un travail de titan, mais aussi un combat pour la science et la liberté, rappelle le CNRS. « L'Américain Craig Venter menait au même moment un projet privé identique, mais voulait vendre l'accès aux données […] Une telle privatisation nous semblait extrêmement dangereuse. Seules les grandes sociétés privées y auraient eu accès : cela aurait été un ralentissement considérable pour la science », se souvient le généticien Jean Weissenbach, médaille d’or du centre national de la recherche scientifique.

Depuis, le séquençage est bien plus rapide. Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) affirme même que, dans les cinq ans à venir, « l’objectif est de multiplier par vingt la capacité française de séquençage pour arriver à l’horizon 2025 à séquencer l’équivalent de 300 000 génomes complets par an ». Objectif, proposer une médecine toujours plus personnalisée avec des traitements adaptés au profil génétique de chacun.

La France et l’Union européenne sont loin d’être les seuls à s’y intéresser : États-Unis, Royaume-Uni et Chine ont également des plans d’envergure autour de la génomique, c’est-à-dire à tout ce qui se rapporte au génome ou à « l'ensemble du matériel génétique porté par les êtres vivants », comme l’explique le Larousse.

Un exemple d’utilisation est donné par le CEA : « Dans le cas d’un cancer, il s’agit de séquencer le génome des cellules cancéreuses pour dresser une carte d’identité de la tumeur et l’intégrer à la décision thérapeutique en vue d’un traitement personnalisé ».

La révolution du graphène

L’année suivante, en 2004, Andre Geim et Kostya Novoselov réussissent à extraire du graphène d’un morceau de graphite, que l’on retrouve par exemple dans les mines de crayons. Pour leurs travaux, ils ont obtenu le prix Nobel de Physique en 2010. Notez que l’existence et les propriétés du graphème avaient été théorisées par Philip R. Wallace dès 1947 ; il aura donc presque fallu attendre 60 ans pour passer de la théorie à la pratique.

Pour faire simple, les deux scientifiques ont réussi à en extraire une feuille d’une seule épaisseur d’atomes. L’air de rien, les débouchés sont très vastes : écrans souples pour smartphones, ordinateurs quantiques et batteries de nouvelle génération sont les exemples les plus connus.

Bernard Plaçais, du laboratoire Pierre-Aigrain de l’École normale supérieure, explique que le graphène peut aussi être une révolution dans « les applications sans fil, les télécommunications, le numérique haut débit, les communications satellites, les radars courte et longues portées et, enfin, le domaine térahertz avec, par exemple, la photodétection pour l’astrophysique ».

Durant plusieurs éditions du CES de Las Vegas et du MWC de Barcelone, des chercheurs de plusieurs universités exposent chaque année leurs travaux dans ces domaines. Les promesses sont nombreuses, contrairement aux concrétisations. Là encore, il n’est pas si facile de passer de la théorie à la pratique.

Pour Laetitia Marty, du CNRS, « l’intérêt est également de changer la façon de voir les choses afin de tirer parti des particularités du graphène ». Elle évoque par exemple des matériaux hybrides. Son laboratoire travaille ainsi sur des transistors supraconducteurs à base de particules d’étain sur du graphène.

Principal problème actuel du graphène, sa production : « Aujourd’hui, la fabrication de tous ces nouveaux matériaux bidimensionnels ressemble plutôt à de la haute couture. On n’est pas encore capable de les produire ni de les manipuler sur de grandes surfaces, un impératif pour qu’ils puissent trouver un jour des applications en électronique », explique Annick Loiseau, directrice de recherche au Centre français de recherche aérospatiale (ONERA).

Blockchain et bitcoin

Quatre ans après le graphène, l’aventure du bitcoin commençait. Cette cryptomonnaie n’est pas la seule, loin de là, mais c’est certainement la plus connue. Son principe a été dévoilé en 2008 par une personne se présentant sous le pseudonyme de Satoshi Nakamoto. À l’heure actuelle, sa véritable identité n'est toujours pas confirmée.

Maintenir un tel mystère pendant plus de dix ans est assez exceptionnel. Plusieurs enquêtes ont évidemment été lancées, et différentes personnes ont tenté de revendiquer la paternité de Satoshi, mais aucune n’a pour le moment pu apporter une preuve irréfutable.

Le bitcoin est intrinsèquement lié à la blockchain, ou chaîne de blocs, puisqu’il repose dessus. Il s'agit pour rappel d'un registre décentralisé et ouvert, mais réputé infalsifiable tant que la puissance de calcul est suffisamment répartie. Toute modification réclame ainsi un consensus provenant de ses utilisateurs.

Depuis quelques années, le terme blockchain, comme intelligence artificielle et machine learning, est à la mode et on en retrouve à toutes les sauces… quitte parfois à en faire trop. Si l’intelligence artificielle est parfois résumée à un bête « if… then… », la blockchain est souvent réduite à une simple base de données, alors qu'elle est bien plus.

Quoi qu’il en soit, le bitcoin a fêté ses 10 ans l’année dernière. La première transaction pour acheter un produit de la vie quotidienne s’est déroulée en mai 2010 avec deux pizzas pour… 10 000 bitcoins. Un prix qui a de quoi faire bondir à l’heure actuelle, mais c’est aussi ça le principe de l’offre et de la demande.

Depuis, le cours joue au yoyo : 1 000 dollars début 2017, près de 20 000 dollars fin 2017, pour finalement revenir entre 4 000 et 6 000 dollars début 2019. Mi-2019, il remonte doucement et dépasse les 10 000 dollars. Il est néanmoins impossible à l’heure actuelle de prédire quel sera son cours dans les prochains jours, semaines, mois ou années. Seule certitude, les gouvernements et les banques s’y intéressent de près, notamment en vue de réguler la cryptomonnaie.

Boson de Higgs, ondes gravitationnelles et trous noirs

Passons directement à l’année 2012, avec une nouvelle découverte scientifique : le boson de Higgs. Elle débouchait elle aussi sur un prix Nobel (en 2013) pour Peter Higgs et François Englert. Prédit par les deux scientifiques depuis les années 1960, cette particule a été observée par les expériences Atlas et CMS du LHC (Grand collisionneur de hadrons).

Les conséquences sont importantes : « Nous avons franchi une nouvelle étape dans notre compréhension de la nature », affirmait par exemple Rolf Heuer, un physicien des particules qui était alors le directeur de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). Il ne s’agit en effet rien de moins que « la découverte théorique du mécanisme qui contribue à notre compréhension de l’origine de la masse des particules subatomiques », ajoute le LHC. L’observation du boson de Higgs permet aussi de valider le modèle standard de la physique.

Avançons en 2016, avec l’observation directe d’un phénomène prédit par Albert Einstein 100 ans auparavant : les ondes gravitationnelles. Elles peuvent être comparées à des vaguelettes se propageant dans l’univers et déformant l’espace-temps. Alors oui, on savait qu’elles existaient depuis longtemps, mais les « voir » a permis de confirmer la théorie et une partie de la relativité générale au passage ; là encore, ce n’est pas rien.

Depuis, les observations se sont multipliées avec des fusions de trous noirs et d’étoiles à neutron. Si vous vous demandez en quoi c’est important, le CNRS a une réponse toute prête : « imaginez que vous ayez été sourd toute votre vie. Mais qu’un jour vous vous mettiez à entendre. Vous seriez capable d’explorer votre environnement d’une manière inédite ». Observer directement les ondes gravitationnelles, c’est un peu découvrir un nouveau sens pour les scientifiques.

L’histoire s’est répétée début 2019 avec la première image d’un trou noir. L’annonce peut là aussi paraître secondaire (on savait depuis longtemps que les trous noirs existaient), mais elle est pourtant capitale car elle permet de nouveau de valider la théorie d’Albert Einstein.

Comme on peut s’en douter, prendre une « photo » d’un trou noir est tout sauf simple, pour deux principales raisons. Tout d’abord car les trous noirs se trouvent (fort heureusement) très loin. M87*, observé par l’Event Horizon Telescope, est à plus de 53,5 millions d'années-lumière de la Terre.

Ensuite, car même la lumière ne peut s’en échapper. Ce n’est d'ailleurs pas tant le trou noir qui est photographié que son contour : « la limite au-delà de laquelle la lumière (et évidemment toute la matière) est piégée par le trou noir a été appelée l’horizon du trou noir. Au moment où la matière franchit cette limite, la théorie prévoit qu’une dernière bouffée de lumière est émise, comme un dernier témoignage avant de sombrer dans le trou noir », explique l'institut de radioastronomie millimétrique (IRAM)

Le principe d’équivalence violé dans les prochaines années  ?

Autre exemple des facéties : le principe d'équivalence de la chute libre. Il prédit que, dans le vide, tous les corps tombent à la même vitesse, quelles que soient leurs compositions et leurs masses. Une boule de bowling et une plume tomberaient, dans le vide, à la même vitesse. Malgré un grand nombre d’expériences, ce principe n’a pour l’instant jamais été mis en défaut.

Mais les chercheurs pensent qu’à un niveau de précision suffisamment petit, ce principe pourrait être mis en défaut. C’est l’objectif de la mission spatiale Microscope, mais qui n’a pour le moment pu que confirmer le principe d’équivalence avec une meilleure précision. Si une violation était détectée, une nouvelle physique s’ouvrirait aux scientifiques.

La science avance ainsi : les chercheurs formulent des hypothèses, des théories, des postulats, etc. Mais c’est la réalité du terrain qui permet ou non de les confirmer et d’avancer avec certitude dans une direction ou une autre. Faute de validation, on se dit qu’une autre piste pourrait être explorée.

N’allez pas croire que parce qu’elles sont vieilles, elles sont automatiquement validées. Dernier exemple en date, la conjecture de Hedetniemi sur le nombre chromatique du produit des graphes… dont on vous passe les détails.

Formulée en 1966, elle a été réfutée en 2019 avec un contre-exemple. Un seul suffit en effet à la rendre caduque. Pour les curieux, voici tout de même une explication : « Elle affirme que le nombre chromatique du produit catégorique de deux graphes est égal au minimum de leurs nombres chromatiques. En 1992, Zhu étendit la conjecture d'Hedetniemi aux hypergraphes en conjecturant que de même le nombre chromatique du produit catégorique de deux hypergraphes est égal au minimum de leurs nombres chromatiques », explique l’école Polytechnique.

Étudier l'Univers et son fonctionnement est important, notamment pour connaître au mieux les règles auxquelles nous sommes tous soumis. Un travail important, car nous sommes loin d’avoir percé tous les mystères. L’énergie et la matière noires sont en tête de liste, sans oublier l’apparition de la vie. 

La conquête de l’espace : Mars, la Lune, les astéroïdes, etc.

Toujours dans l’optique de mieux comprendre ce qui nous entoure, de nombreuses découvertes ont été réalisées dans le domaine spatial au cours des 15 dernières années, mais elles sont trop nombreuses pour les citer toutes. Voici quelques exemples, sans ordre particulier.

Philae qui s’est posé sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko en novembre 2014, une première. Le petit module a mené des expériences et envoyé des données à la Terre via son compagnon et orbiteur Rosetta. Il ne s'est néanmoins jamais vraiment réveillé de son hibernation. Finalement, l’Agence spatiale européenne lui a fait ses adieux en février 2016.

Quelques mois plus tard, en avril 2016, SpaceX parvenait pour la première fois à récupérer le premier étage de sa fusée Falcon 9, après plusieurs échecs. Là encore, cette opération peut être qualifiée d’historique.

Il faudra par contre presque un an pour que la société d’Elon Musk réutilise un premier étage « éprouvé en vol » ; c’était en mars 2017. Depuis, la cadence de remise en état s’accélère et un même premier étage a déjà été réutilisé à plusieurs reprises. Le coût de la remise en état reste, encore aujourd'hui, un mystère.

Plus récemment, 2018 et début 2019 auront été marqués par l’annonce de plusieurs plans visant à retourner sur la Lune, puis sur Mars. Les Américains sont très actifs sur ce sujet, notamment une NASA poussée par le gouvernement de Donald Trump, qui veut marquer de son nom le retour des hommes sur notre satellite naturel. Elon Musk est aussi sur les rangs avec SpaceX et son ambitieux projet BFR, alias Big Falcon Rocket.

L’espace : source d’inspiration, de fantasmes et de désir

Durant les 15 prochaines années (et davantage), la conquête de l’espace sera certainement toujours d’actualité. De nouvelles sondes partent régulièrement explorer tous les recoins de notre système solaire, parfois avec plusieurs années de voyage avant d’atteindre leur objectif.

Les planètes, astéroïdes et comètes sont scrutés de près pour comprendre la formation de la vie sur Terre, ou bien pour y tenter de trouver des traces d’une vie passée. Ce sera notamment la mission de Mars2020. Les exoplanètes restent hors de portée, peu importe les moyens financiers ; ce sont nos connaissances qui bloquent.

Le système planétaire le plus proche du nôtre (Proxima du Centaure) se trouve à 4,2 années-lumière. La lumière met donc plus de quatre ans pour y arriver et nous sommes tout simplement incapables d’aller aussi vite ou même de nous en approcher.

La sonde actuelle la plus rapide (Parker) devrait atteindre 692 000 km/h lors d’un de ses passages à proximité du Soleil en 2025. Même à cette vitesse astronomique, elle mettrait plus de 6 500 ans à rejoindre Proxima du Centaure.

L’espace ne sera pas la chasse gardée de quelques hommes ou femmes issus des différentes agences spatiales : de riches touristes pourront s’envoyer en l’air à plus de 100 km. Cette altitude représente la ligne imaginaire de Kármán, délimitant l’atmosphère terrestre et l’espace. D’autres, comme l’US Air Force, fixent parfois cette frontière à 50 miles, soit environ 80 km.

Les États-Unis ont récemment annoncé qu’ils proposeraient des nuits à bord de la Station spatiale international, la transformant en hôtel de luxe. La liste des prétendants au tourisme spatial est longue : Blue Origin de Jeff Bezos (patron d’Amazon), SpaceX d’Elon Musk et Virgin Galatic de Richard Branson pour ne citer que ces trois-là. D’autres pourraient se lancer dans les prochaines années.

Elon Musk est sur tous les fronts puisqu’il veut également se servir de sa prochaine fusée BFR comme moyen de transport pour relier n’importe quel point du globe en une heure, une révolution dans les transports si le projet se concrétise. Les travaux menés sur la réutilisation prendraient alors tout leur sens.

Hyperloop, voitures autonomes, fusées : l’avenir du transport se dessine

Puisqu’on parle de transports, les avions de ligne supersoniques (capables de dépasser le mur du son) ont de nouveau le vent en poupe en ce moment. Des années après l’arrêt du Concorde, ils pourraient ainsi faire leur retour. La NASA et d’autres travaillent d'ailleurs à les rendre les plus silencieux possible.

Dans certaines grandes villes, le futur sera certainement marqué par la présence d’Hyperloop : des tunnels sous vide avec des capsules roulant à plusieurs centaines de km/h ; une idée lancée par Elon Musk. Ce dernier creuse depuis des tunnels avec sa Boring Company. Il n’est plus question de vide, mais de plateformes mobiles.

Si les voitures autonomes sont déjà une réalité, du moins dans certains cas, un chauffeur doit le plus souvent être présent, au moins pour des questions légales. On peut supposer que d’ici quinze ans, ce ne sera plus forcément le cas, même si tout le parc automobile actuel ne sera pas remplacé d’un claquement de doigts.

L’attente pourrait d'ailleurs être plus longue que prévu. Car s’il est désormais acquis qu’une voiture peut rouler toute seule dans un environnement contrôlé, il est bien plus difficile de faire la même chose sur des routes. L’accident mortel d’Uber a rappelé que le risque zéro n’existait pas, et n’existera probablement jamais. D’autres expérimentations de véhicules autonomes se sont terminées précipitamment suite à de petits accrochages.

Avant d’avoir des voitures autonomes sur nos routes, il faudra commencer par résoudre d’épineuses questions éthiques sur le choix des victimes en cas d’accident mortel (sur quels critères ?) et sur les responsabilités : le fabricant de la voiture, le propriétaire, le développeur du logiciel... ?

Dans les grandes villes, les moyens de transport ont déjà subi une mutation rapide avec l’arrivée des flottes de trottinettes électriques. Elles ont parfois été installées avant qu’une réglementation vienne poser les bases d’un sain partage des ressources que constituent les trottoirs, routes et pistes cyclables.