Huit fruits de la curiosité

Illustration: Iris Weidmann

Du flair pour les rêves

Il y a 14 ans environ, Benjamin Stucky s’est réveillé incroyablement détendu et satisfait par un sommeil profond. Depuis, il cherche à saisir le large éventail de ressentis qui occupent nos rêves. De nombreuses personnes partagent sans doute la curiosité du spécialiste du sommeil à l’Université de Zurich: on ne compte plus les ouvrages et théories sur l’interprétation, l’influence et la psychanalyse des rêves.

Depuis les années 1920 déjà, l’activité du cerveau endormi peut être enregistrée par EEG. «Cela a permis aux chercheurs de relier les expériences subjectives à des mesures physiques», raconte-t-il. Ainsi, il a notamment été constaté que la plupart des récits de rêves détaillés proviennent de la phase REM du sommeil. Il souhaite maintenant comprendre plus précisément ce que les gens vivent pendant leur sommeil, même lorsqu’ils disent ne pas avoir rêvé.

La difficulté de cette recherche réside dans la grande fragilité des souvenirs liés au sommeil. Lorsqu’on est réveillé de manière ciblée, on s’en souvient mieux. Cependant, dans les études menées jusqu’à présent, cela se faisait avec une alarme relativement forte. Dans l’étude que Benjamin Stucky lance actuellement au laboratoire du sommeil, les participants et participantes sont en revanche réveillés par un son harmonieux dont l’intensité croît et décroît progressivement. «Cela leur permet de rester au plus près de leur ressenti», espère le chercheur.

La façon de poser les questions influence également les résultats. Auparavant, les scientifiques avaient coutume de demander: qu’est-ce qui vous est passé par la tête? Une formulation trop intellectuelle pour Benjamin Stucky: «Cela incite à la réflexion, ce qui peut faire perdre des états émotionnels subtils.» Lui s’intéresse aux sensations. Par exemple: «Avez-vous ressenti une certaine quiétude?» Les sujets de l’étude apprennent aussi dès le début à observer leurs états intérieurs lors d’une séance de méditation. «Outre les rêves classiques, souvent très concrets et sous forme d’histoires, nous passons aussi par des états émotionnels plus nuancés.» Il en est convaincu pour l’avoir vécu lui-même de manière marquante il y a 14 ans. Désormais, il cherche à déterminer s’il est possible d’enregistrer des états de sommeil si subtils par une méthode plus affinée.

Illustration: Iris Weidmann

Les cellules sensibles dans la moelle osseuse

Olaia Naveiras, médecin et chercheuse à l’Université de Lausanne, s’est intéressée à des sujets particulièrement complexes: les cellules précurseurs adipeuses. Celles-ci représentent 70% de notre moelle osseuse et pourtant on ne sait rien à leur sujet. Si ce n'est qu’elles font partie du système qui ne produit pas moins de 600 milliards de nouvelles cellules sanguines chaque jour.

Les raisons de cette lacune: «Ces cellules sont incroyablement fragiles et difficiles à manipuler et à étudier en laboratoire», note la chercheuse. Les détruire est presque inévitable lorsqu’on tente de les isoler de la structure alvéolaire de la moelle osseuse. Elles éclatent si on les centrifuge, comme on le fait habituellement pour séparer les cellules des autres tissus. Et c’est aussi le cas quand on les met sur de la glace. Désormais, son équipe s’attelle, étape par étape, à trouver des moyens de manipuler les cellules précurseurs adipeuses et d’élucider leurs mécanismes de fonctionnement.

Car le peu que l’on sait à leur sujet montre qu’elles ont une importance médicale: peu nombreuses dans les zones de la moelle osseuse humaine où la formation de nouvelles cellules sanguines fonctionne bien, elles abondent là où la production du sang est inhibée. La chercheuse et son équipe ont découvert récemment que les cellules précurseurs adipeuses codécident si les cellules souches sanguines deviennent des cellules sanguines ou entrent dans une sorte d’état d’hibernation. «Nous allons maintenant étudier cela plus précisément et trouver des moyens d’intervention contrôlée à l’aide de médicaments.» Sur le plan médical, cela serait pertinent pour les personnes atteintes d’un cancer du sang et pour celles souffrant d’autres types de cancers et qui sont anémiques à cause des traitements.

Peut-être pourra-t-on même mettre au point des structures de moelle osseuse artificielles. L’idée est née d’un besoin rencontré en laboratoire. Reproduire au mieux l’environnement naturel des délicates cellules précurseurs adipeuses semble les rendre très stables. Cela prendra probablement encore des années avant que les grandes recherches fondamentales d’Olaia Naveiras ne portent leurs fruits, mais sa motivation est claire: un jour son travail finira par aider les gens.

Illustration: Iris Weidmann

Des serveurs qui se comportent comme des abeilles

Le 11 septembre 2001, Sunil Nakrani reçoit un courriel d’un collègue: «America is under attack.» L’informaticien cherche à en savoir plus en ligne, mais trop de gens ont le même réflexe. Les sites d’actualités plantent les uns après les autres, dont celui de la BBC, car les serveurs n’arrivent pas à faire face à l’afflux de requêtes. «Il doit y avoir une solution», se dit Sunil Nakrani, alors doctorant à l’Université d’Oxford.

Il commence ainsi à réfléchir à une meilleure organisation des serveurs. En vain. Puis, en 2002, il rencontre Craig Tovey qui ressort un article scientifique resté dans les tiroirs pendant quatorze ans. Celui-ci traite d’une tout autre discipline, la biologie. Signé Craig Tovey et Tom Seeley, spécialiste des abeilles, il décrit à l’aide de formules mathématiques comment les butineuses collectent le nectar.

De retour à la ruche, chacune d’elles évalue l’urgence du besoin en nourriture de la colonie. Si elle peine à trouver une abeille magasinière pour recevoir et stocker le nectar, c’est que tout le monde est occupé, car il y en a assez. Si elle en trouve une facilement, le nectar doit se fait rare. La butineuse en recrute alors d’autres, à condition de connaître une source rentable. «Les butineuses se répartissent ainsi de manière optimale parmi les fleurs environnantes», explique Sunil Nakrani.

Ses travaux montrent que l’auto-organisation des abeilles est comparable à l’affectation des serveurs web, dont la capacité est répartie au mieux entre les requêtes des divers services web. En digne chercheur, Sunil Nakrani a mis l’«algorithme abeille» à la disposition du public au lieu de tenter de le vendre. Des années plus tard, cela lui a valu le Golden Goose Award qui récompense depuis 2012 les travaux de recherche qui font progresser la société grâce à des idées de prime abord étranges. Ce prix était né en réaction au Golden Fleece Award, décerné de 1975 à 1988 par le politicien démocrate William Proxmire, notamment dans le but de critiquer une «recherche inutile et absurde» à ses yeux. Il est fort probable qu’il aurait aussi condamné la recherche sur les abeilles qui contribue aujourd’hui à prévenir les pannes de sites Internet.

Illustration: Iris Weidmann

Hauts et bas des sciences islamiques

Le 11 septembre 2001 marqua aussi un tournant pour les sciences islamiques, longtemps perçues comme une discipline de niche consacrée à la langue et à la littérature arabes et peu liée au présent. Obtenir l’acceptation des cours et des chaires dans ce domaine était d’autant plus difficile, se souvient Reinhard Schulze, ancien directeur de l’Institut de sciences islamiques de l’Université de Berne.

Puis les tours se sont effondrées. «Pour la première fois, le grand public a pris conscience qu’un acte terroriste grave avait été perpétré au nom de l’islam», raconte-t-il. Du jour au lendemain, les sciences islamiques sont devenues une source d’information majeure. Et les médias ont commencé à solliciter Reinhard Schulze comme expert pour décrypter l’actualité.

Ses interventions sont désormais essentielles pour expliquer que les actes terroristes peuvent revêtir d’autres motivations que celles connues jusqu’alors, comme celles des Brigades rouges. «Il y avait un grand besoin de comprendre à quel point ces motivations étaient liées au religieux.» Les sciences islamiques ont toujours été plus considérées comme une discipline susceptible d’aider à faire face à «l’islam en tant que problème». C’est ainsi que l’Université de Berne, sous la direction de Reinhard Schulze, est devenue un centre reconnu en la matière.

Jusqu’au 7 octobre 2023, quand le Hamas commet en Israël le massacre déclenchant la guerre dans la bande de Gaza. Un chercheur de l’Institut d’études du Proche-Orient et des sociétés musulmanes (nouveau nom du centre) publie alors un tweet saluant cet acte terroriste. De surcroît, ce scientifique est l’époux de la nouvelle directrice de l’Institut. L’enquête qui s’ensuit constate notamment l’absence de démarcation entre science et opinion au sein de l’Institut, alors dissous provisoirement. «Il revenait à l’institut de situer l’attentat dans un contexte scientifique solide», dit Reinhard Schulze. Or, cela a entraîné une énorme perte de confiance dans la recherche sur l’islam, à laquelle on n’a pas encore pu remédier à ce jour, déplore-t-il. Cette recherche qui avait également gagné en importance à cause du terrorisme est désormais ébranlée à cause de lui. Pourtant, elle reste des plus pertinentes et essentielles.

Illustration: Iris Weidmann

Plus loin que Newton et Einstein

Camille Bonvin, cosmologiste à l’Université de Genève, vient de lancer un projet pour mettre à l’épreuve le modèle cosmologique standard et, par là même, les théories de Newton et d’Einstein. N’est-ce pas très audacieux? «Peut-être un peu», répond-elle, un tantinet gênée. Avant d’ajouter que cela fait partie de la nature même de la physique. «Nous devons tester les modèles physiques et donc aller au-delà. Nous perdons certes un modèle lorsque nous découvrons des signaux non prévus, mais nous gagnons en savoir.»

L’expansion de l’Univers s’accélère. Les mesures des scientifiques le montrent et c’est aussi décrit par le modèle cosmologique standard Lambda-CDM qui associe théorie de la gravitation, relativité générale, matière visible et noire et énergie sombre.

Seulement: des lacunes émergent de récentes mesures par le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), installé sur le télescope Mayall en Arizona. Les données remettent en question l’existence d’une énergie sombre constante et donc le postulat du modèle Lambda-CDM. Peut-être n’a-t-elle pas la forme supposée. «Ou peut-être qu’elle n’existe pas», dit la cosmologiste.

Car d’autres approches expliqueraient l’expansion accélérée de l’Univers, note-t-elle. «Il se pourrait également que la gravitation fonctionne autrement à très large échelle et que la théorie générale de la relativité ne s’y applique simplement  plus.» Avec son équipe, elle va tester la gravitation et la théorie de la relativité générale à l’échelle de millions de galaxies. Il sera question de déformations de la géométrie de l’espace-temps et de la façon dont elles deviennent toujours plus visibles et mesurables. Cela grâce à des observatoires modernes tels DESI, le télescope spatial Euclid ou le radiotélescope Square Kilometre Array en construction en Australie. Camille Bonvin veut notamment explorer des théories alternatives de la gravitation avec ces instruments. Einstein lui donnerait certainement sa bénédiction.

Illustration: Iris Weidmann

Le grand parfum de la Suisse

Quels parfums associez-vous à la Suisse? Une drôle de question de recherche à première vue. A qui peut-elle bien servir? A chacun et chacune d’entre nous, en réalité. Car les odeurs sont puissantes. «Nous les mémorisons longtemps et elles sont étroitement liées aux émotions», explique Dorothée King, professeure en médiation artistique et design à la FHNW. Elle étudie les perceptions olfactives depuis vingt ans et s’intéresse actuellement à leur lien avec le sentiment d’appartenance à des structures sociales.

Dorothée King a ainsi notamment passé au crible des articles de presse allant des années 1970 à nos jours à la recherche de propos sur les gens du voyage. «La perception olfactive servait souvent à exprimer et justifier une aversion.» Les déclarations de la population allaient dans ce sens: nous ne voulons pas d’eux dans les environs, car ils sentent mauvais. «Cela cache des mécanismes d’exclusion, mais la verbalisation passait par l’odeur.» La chercheuse retrouve le même phénomène avec les premiers travailleurs immigrés venus d’Italie et d’Espagne et l’odeur de l’ail, à peine connue en Suisse à l’époque.

Elle a interrogé une centaine de personnes. Celles qui vivent en Suisse depuis longtemps ont souvent évoqué le foin, les prairies de montagne, le fromage et le fumier de vache. «Je peux m’imaginer qu’il s’agit d’odeurs de l’enfance, renforcées par des représentations stéréotypées récurrentes de la Suisse.» Cette dernière n’a toutefois quasiment pas d’odeur pour les immigrés. Les réponses les plus fréquentes indiquent un pays propre, neutre et sans odeur particulière.

Jugement ou préjugé? Difficile à dire. Les enquêtes menées ont également montré que quiconque prend conscience de ses propres souvenirs et préjugés olfactifs et s’y confronte peut en quelque sorte les recoder et s’en libérer. De la même façon que pour l’ail: désormais, la cuisine méditerranéenne, avec ses parfums caractéristiques, a bonne réputation.

Illustration: Iris Weidmann

Un outil ADN polyvalent

Dans les années 2000, Emmanuelle Charpentier est une bactériologiste encore inconnue. Elle étudie chez les streptocoques un système de défense capable, grâce à des séquences d’ADN répétées, appelées Crispr, de reconnaître l’ADN viral étranger et de le couper pour le rendre inoffensif. En collaboration avec la biochimiste états-unienne Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier analyse ce mécanisme bactérien sophistiqué au cours d’une recherche fondamentale progressive et de longue haleine.

Les deux chercheuses attirent l’attention du monde entier avec la publication de leurs résultats en 2011 et 2012. Car elles montrent le fonctionnement des ciseaux génétiques Crispr et les composants nécessaires, tout en fournissant la recette pour les utiliser à l’avenir comme un outil ADN quasi tout-puissant. Or, Crispr suscite d’abord également des controverses. Les techniques précédentes d’édition de l’ADN laissaient des traces: elles inséraient des paires de bases permettant d’identifier les segments de gènes génétiquement modifiés.

Crispr, en revanche, reste invisible: la nouvelle méthode permet de modifier des gènes de manière à ce qu’ils aient exactement le même aspect que s’ils provenaient de la nature, tant chez les bactéries que chez l’être humain. La suppression ou l’insertion de segments de gènes dans l’ADN sont nettement plus rapides, économiques et précises. Les scientifiques utilisent déjà depuis longtemps Crispr pour rendre les cultures et animaux de rente plus résistants aux maladies ou pour développer des thérapies géniques contre les maladies oncologiques.

Au départ, la bactériologiste souhaitait simplement comprendre les processus fondamentaux du vivant. «Mais je savais aussi que ces mécanismes se prêteraient à de nouvelles technologies et thérapies», raconte-t-elle. L’actuelle directrice du Centre de recherche Max-Planck pour la science des pathogènes sis à Berlin ne s’attendait pas à ce que ce soit aussi rapide. «On part d’une idée vague et l’on se dit qu’il faudra trente ans avant que cela ne débouche sur quelque chose d’utile», dit-elle à la radio Deutschlandfunk. En 2020, Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier ont reçu le Prix Nobel de chimie, ce qui n’a surpris personne dans le milieu.

Illustration: Iris Weidmann

Soulever enfin des atomes isolés

«Quel moment grandiose que de voir un atome au microscope pour la première fois», se souvient le physicien et lauréat du Prix Nobel Gerd Binnig dans une interview vidéo réalisée par DW News en 2013. Depuis les années 1970, avec son collègue et mentor Heinrich Rohrer, il tentait de rendre ces particules visibles au laboratoire de recherche IBM de Rüschlikon, près de Zurich. On savait depuis longtemps que tout est constitué d’atomes, mais même les microscopes électroniques les plus puissants souffraient d’une résolution bien trop faible.

L’idée de Gerd Binnig est de sonder la surface des matériaux. En laboratoire, Heinrich Rohrer et lui mettent au point un appareil qu’ils baptisent «microscope à effet tunnel» ou STM (de l’anglais Scanning Tunneling Microscope). Celui-ci balaie une surface à l’aide d’une pointe extrêmement fine et mesure le courant tunnel entre cette dernière et l’échantillon. Le courant apparaît parce que les électrons peuvent parfois franchir un espace étroit entre deux substances conductrices. Le STM mesure la distance par rapport à l’échantillon et reproduit ses contours avec une précision atomique.

L’invention a permis de répondre à des questions restées ouvertes avec d’autres méthodes. «A titre d'exemple, le silicium était déjà à l’époque un matériau important sur le plan technologique, mais personne ne savait à quoi ressemblait sa surface dans l’espace», explique Leo Gross, aujourd'hui spécialiste STM au laboratoire IBM de Rüschlikon. Mais ce n’est pas tout: ce nouveau microscope permet même de prélever des atomes pour les placer ailleurs. «C’est ainsi qu’est née une méthode inédite pour synthétiser des matériaux chimiques.» Et que le STM a posé les bases de la nanotechnologie.

Aujourd’hui, Leo Gross mène des recherches sur les fondements de la physique pour IBM, notamment sur de nouveaux matériaux «dotés de propriétés électroniques et magnétiques incroyables». Il les fabrique en laboratoire, les caractérise et peut les modéliser sur l’ordinateur quantique de l’entreprise aux Etats-Unis. Le spécialiste tire encore profit des travaux de Rohrer et Binnig menés dans ce laboratoire. Les universités et l’industrie suivent la même règle: la recherche fondamentale permet rarement d’anticiper un bénéfice direct ou un succès financier. Et pourtant, le Prix Nobel de physique, décerné à Gerd Binnig et à Heinrich Rohrer en 1986 pour leur invention, contribue aujourd’hui encore au rayonnement du laboratoire IBM de Rüschlikon.