IntelliSciences & Tech Biotics Brèves scientifiques et technologiques mai 2014 Infotechnos La plupart des technologies de 2014 sélectionnée par Technology Review comme de grandes percées sont basées sur le numérique, que ce soient les drones agricoles, les micro-imprimantes 3D multimatières, les smartphones sécurisés ou les programmes collaboratifs mobiles, la réalité virtuelle immersive, les robots agiles, les smart grids et même la cartographie du cerveau ou encore les nouvelles puces neuromorphiques. Il faudrait y ajouter les exosquelettes, surtout si on arrivait vraiment à les contrôler par la pensée avec un simple casque d'Electro-EncéphaloGramme (ce qui est contesté). Un des domaines que le numérique devrait le plus bouleverser avec les objets connectés entre autres, c'est celui de la santé. Ainsi, des hôpitaux 2.0 utilisent déjà les Google glass pour un accès rapide aux dossiers des patients (à partir de QR codes). On croit savoir aussi que la future montre connectée d'Apple devrait être dédiée aux applications médicales. Comme Twitter et Dropbox intègrent l'internet des objets, il suffira d'un clic pour transférer ces données vers son appareil... On s'attend sinon à ce que des robots remplacent les vendeurs dans la grande distribution d'ici 5 ans mais la surprise a été d'appendre que Toyota remplace des robots par des humains (l'automatisation ayant l'inconvénient de faire disparaître les employés qualifiés). Google investit d'ailleurs massivement dans la robotique mais continue à vouloir rendre internet accessible partout jusque dans les endroits les plus reculés de la planète et, après avoir testé un petit réseau de 30 ballons stratosphériques (Project Loon), vient de racheter Titan Aerospace, le constructeur de drones solaires autonomes, volant à 20 000 mètres, jugés plus fiables. Loin d'être au point un drone qui se recharge sur les lignes électriques gagnerait beaucoup aussi en autonomie et rayon d'action. 1 - Une lampe qui enregistre vos conversations et les poste sur twitter Cette lampe avec un Raspberry-Pi se monte sur n'importe quelle douille et poste immédiatement sur Twitter les conversations proches. - Un smartphone qui se déplie en 3 écrans Relativement basique, ce smartphone est doté de 3 écrans e-ink séparés, qui peuvent interagir entre eux. Il semble trouver une utilité toute particulière pour les applications de navigation. - Imprimantes 3D On a vu que pour Technology Review les imprimantes multi-matières à petite échelle, permettant d'imprimer des tissus biologiques et toute autre sorte de matériaux composites, faisaient partie des nouvelles technologies les plus prometteuses. Une imprimante 3D couleurs et multi-matériaux à plus grande échelle offre aussi de nouvelles possibilités. Un collectif de designers, parmi lesquels Philippe Starck, se lance dans un projet de site dédié à l'impression 3D de mobilier personnalisé. Enfin, les imprimantes 3D géantes s'attaquent à la construction avec notamment une société chinoise construisant 10 petites maisons par jour ou plutôt des studios préfabriqués et bon marché à partir de déchets et surplus industriels. 2 Nanotechnos - Des gravures 3D nanométriques Reproduction de la couverture d'un magazine sur une surface de seulement 11 x 14 micromètres. « La pointe d’une longueur de 500 nanomètres est attachée à un levier flexible qui scanne de manière contrôlée la surface du substrat, ici un polymère, avec la précision du nanomètre. La pointe peut tailler le matériau à partir de motifs prédéfinis en y appliquant localement pression et chaleur, opérant ainsi comme une nano-fraiseuse ». IBM annonce son intention d'utiliser cette technologie pour mettre au point des transistors à base de graphène, dès cette année. - Transformer le fer en terre rare Lorsque l'atome de fer est placé entre deux atomes d'azote, il a notamment les propriétés magnétiques des terres rares utilisées dans les éoliennes. - Production de masse de graphène avec un mixer On pourrait fabriquer du graphène avec un mixer et du savon. Même si cela ne permet pas d'en produire dans sa cuisine, comme on le prétend un peu vite, la méthode pourrait servir à sa production de masse. De leur côté, des chercheurs de Samsung ont mis au point une autre méthode, plus industrielle, de production de grandes surfaces de graphène. - Des nanolasers à base de plasmons Le premier spaser (surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation) a vu le jour en 2009, utilisant des quanta d’énergie d’ondes de densité d’électrons libres dans un métal. Il est l’une des découvertes entraînées par un domaine de recherche très actif et prometteur en ce début du XXIe siècle : la plasmonique. On pourrait aussi utiliser les plasmons dans l'informatique quantique. 3 - Un nouveau composant semi-conducteur meilleur que le graphène Normalement le graphène n'est pas un semiconducteur au contraire de ce nouveau composant Ni3(HITP)2 qui est aussi mono-couche (comme le graphène) mais peut en plus s'autoassembler. Si on applique un champ électrique à 3 couches de graphène, modifiant leur structure cristalline, le graphène pourrait cependant se comporter aussi comme un semi-conducteur (mais il y faut pour l'instant un microscope à effet tunnel). - Synchroniser les spins magnétiques pour des nano-antennes Arriver à synchroniser les spins magnétiques de dispositifs nanométriques devrait permettre de construire de minuscules émetteurs-récepteurs. Séparer par une fine couche de cuivre des vortex magnétiques nanométriques les ferait fonctionner à l'unisson, produisant ainsi un signal assez puissant pour être utilisé dans une nouvelle génération de téléphones portables, entre autres. - Des nanoparticules qui signalent et réparent rouille et fissures Ce n'est pas la première fois qu'on parle de nanoparticules réparant les fissures mais cette fois leur fluorescence permet de les repérer facilement. Ces micro-billes, détecteurs intelligents de corrosion, ressemblent à une poudre blanchâtre qui peut être mélangée au revêtement utilisé pour protéger les pipelines. Elles peuvent révéler la corrosion avant qu'elle ne soit visible à l'œil nu en libérant une substance chimique fluorescente qui bouche les fissures, facilitant ainsi la maintenance. - Des nanoparticules peuvent endommager l'ADN Notamment les nanoparticules d'oxyde de zinc, souvent utilisées dans les écrans solaires pour bloquer les rayons ultraviolets, se révèlent endommager gravement l'ADN. Les nanoparticules d'argent qu'on trouve dans des jouets, du dentifrice, des vêtements et d'autres produits pour ses propriétés antimicrobiennes, produisent également des dommages substantiels à l'ADN. 4 Biotechnos La méthode d'édition de gènes CRISPR, qui fait partie pour Technology Review des technologies révolutionnaires de l'année, ouvrant effectivement à l'homme génétiquement modifié après avoir été appliquée à des macaques, vient d'être brevetée par le MIT. La création de primates avec des mutations intentionnelles est déjà envisagée pour étudier les maladies neurologiques. - Le métabolisme aurait précédé les cellules et l'ARN Il y a près de 4 milliards d'années, les eaux étaient riches en fer, ainsi que d'autres métaux, et du phosphate. Toutes ces substances pourraient faciliter des réactions chimiques comme celles observées dans les cellules. En chauffant ces substances entre 50°C et 70°C (température des sources hydrothermales) pendant 5h, on obtiendrait des processus de glycolyse et des pentoses phosphates, « réactions qui forment le noyau du métabolisme des cellules vivantes », y compris l'ATP (énergie) et les bases de l'ARN ou de l'ADN ainsi que les molécules nécessaires aux graisses et protéines. En tout, 29 des réactions chimiques du métabolisme ont été trouvées, apparemment catalysées par le fer et autres métaux présents dans les premiers sédiments océaniques. Détecter le ribose 5-phosphate est particulièrement remarquable car c'est un précurseur de l'ARN, qui catalyse des réactions chimiques et, plus important encore, peut se répliquer. - La transmission épigénétique par les ARNm Le stress conduit à un déséquilibre des microARN dans le sang, le cerveau et le sperme par lequel ces informations sont transmises. « Avec le déséquilibre des micro-ARN dans le sperme, nous avons découvert un support d'information par lequel des traumatismes peuvent être hérités ». Et ce sans aucune modification directe de l'information génétique. De l'ARN issu du sperme de souris traumatisées injecté à des souris normales produit les mêmes anomalies sur leurs descendants. C'est très différent de la transmission des caractères épigénétiques à l'intérieur du corps qu'on avait vue le mois dernier. - Le réseau complet du cerveau d'une souris On a cartographié le câblage du cerveau, ou « connectome », d'une souris, soit 75 millions de neurones. De quoi comprendre les modes de circulation de l'information dans le cerveau au cours des différentes activités. - Une nouvelle protéine sert de switch on/off pour l'optogénétique 5 - Une protéine du sang qui fait rajeunir (des souris) On savait que remplacer par le sang de jeunes celui d'organismes vieillissants permettait de rajeunir mais on croyait que c'était l'accumulation de cytokines pro-inflammatoires dans le sang qui était en cause. Il semblerait pourtant que la simple présence d'une protéine appelée facteur de croissance de différenciation 11 (GDF11) suffirait à rajeunir le cerveau et les muscles de souris âgées. Le volume des vaisseaux sanguins dans le cerveau aurait ainsi augmenté de 50% et le nombre de cellules souches du cerveau de 29% alors que les fibres musculaires ont doublé de taille. - Régénération du thymus d'une souris âgée avec une protéine - Une protéine responsable du vieillissement ? Moins probant car testé sur des souris à vieillissement accéléré génétiquement, une autre protéine PAI-1 (inhibiteur de l'activateur du plasminogène) aurait un rôle dans la dégénérescence des organes. Un médicament expérimental (TM5441) diminuant son activité aurait quadruplé la durée de vie de ces souris, qui ont gardé des organes sains et fonctionnels. Tout cela renforce du moins l'hypothèse d'un vieillissement qui n'est pas simple résultat de l'usure du corps. - La durée de vie limitée par le nombre de cellules souches L'étude d'une femme morte en 2005 à 115 ans d'un cancer à l'estomac, sans aucune autre pathologie, montre qu'elle n'avait plus que 2 cellules souches pour produire ses globules blancs, ce qui constituerait une limite naturelle à la durée de vie (sauf à pallier à ce déficit). - Des cellules souches à partir de la peau d'un homme de 75 ans La technique consiste à retirer le noyau d'un oeuf non fécondé et à le remplacer par le noyau d'une cellule de la peau. Un choc électrique ensuite déclenche la division des cellules jusqu'à ce qu'ils forment un « blastocyste », deuxième étape du développement d'un embryon (après la morula ne comportant que 16 cellules indifférenciées). La nouveauté serait d'attendre 2h avant le choc électrique mais ce qui est destiné à la régénération d'organes pourrait déboucher sur les premiers clonages humains puisqu'il suffirait d'implanter le blastocyste dans un vagin pour obtenir un clone. Cependant, le clonage thérapeutique pourrait soigner le diabète, entre autres. 6 - Du sang artificiel A partir de cellules prélevées chez l'homme puis transformées en cellules souches induites, des globules rouges fonctionnels de type O, groupe sanguin universel, ont été obtenus. Bien que des recherches similaires aient été menées ailleurs, c’est la première fois que quelqu’un a fabriqué du sang aux normes de qualité et de sécurité appropriées pour une transfusion sur un être humain. - Une injection de cellules souches dans le coeur pour le régénérer - Traitement de la dégénération maculaire avec des cellules souches - Un vagin reconstitué à partir de cellules prélevées sur les patientes Pour parvenir à créer ces organes en laboratoire, les chercheurs ont prélevé sur chacune des jeunes filles des cellules à partir de la vulve qui, elle, était intacte. Après quatre semaine les chercheurs disposaient de suffisamment de cellules musculaires et vaginales pour « fabriquer » le vagin. Pour cela, ils les ont placées sur un moule biodégradable ayant la forme d'un vagin. Après l’opération, elles ont retrouvé un niveau normal de désir, d’excitation, de satisfaction et étaient en mesure d’avoir des orgasmes. - Reconstruction du cartilage d'un nez avec ses cellules cultivées - La peau artificielle pourrait se substituer aux tests sur les animaux - Restaurer l'audition de personnes sourdes avec un virus Il s'agit d'injecter des virus porteurs du gène Atoh1 directement dans la cochlée des volontaires en passant une aiguille à travers un petit trou fait par laser dans le tympan. Quand le gène Atoh1 atteint les cellules concernées, il provoque leur division pour former de nouvelles cellules ciliées. - Des implants cochléaires améliorés par la thérapie génique L'idée est de faire repousser les nerfs auditifs qui entourent les électrodes de l'implant en injectant une solution d’ADN dans la cochlée au moment de l’implantation du dispositif. Lorsque celui-ci s’active et envoie des impulsions électriques, l’ADN est alors transporté dans les cellules autour des électrodes favorisant leur repousse à l'endroit précis où passe le câble. 7 - Une biopile implantable qui marche avec le sucre du sang La pile, alimentée par le glucose du sang, a été testée avec succès dans un environnement vivant et permettrait de produire une puissance de 1 watt par centimètre carré, « ce qui est suffisant pour alimenter un stimulateur cardiaque conventionnel ». - Une aiguille robotisée élimine les caillots sanguins dans le cerveau Cette aiguille robotisée devrait permettre de supprimer les caillots sanguins dans le cerveau lors d'AVC. Le cerveau est d'abord scanné. À partir de ces données, l'ordinateur est capable de tracer le chemin le plus sûr vers le caillot et de guider l'aiguille à travers la matière cérébrale sans l'endommager. - La cicatrisation rapide avec des nanoparticules Le principe est simple: des nanoparticules contenues dans une solution étalée sur des surfaces à coller se lient au réseau moléculaire du gel (ou du tissu), phénomène appelé adsorption, et, dans le même temps, le gel (ou le tissu) lie les particules entre elles. Ainsi, se forment d'innombrables connexions entre les deux surfaces. Le processus d'adhésion, qui ne comporte aucune réaction chimique, ne prend que quelques secondes. Cette méthode appliquée in vivo a le potentiel de bouleverser la pratique clinique. - Du métal liquide pour reconnecter le nerf sciatique - Un cafard contrôlé par les protéines de nanorobots ADN Les robots ADN (ou robots origamis car ils plient ou déplient des séquences d'ADN) délivrent les substances qu'ils contiennent quand ils se déplient. Ils peuvent être programmés pour le faire en présence d'une molécule cible ou même de combinaisons précises en utilisant des opérateurs logiques (and, or, xor) comme dans la programmation normale. Ici, des marqueurs fluorescents ont même permis de suivre le déroulement du programme. 8 Ecotechnos Pour le GIEC, on ne pourra pas s'en sortir sans de nouvelles innovations ou le stockage du CO2 (qui s’intègre à la roche dans du basalte volcanique). Ils ont même examiné la géoingénierie spatiale : En 2012, des scientifiques ont suggéré la capture d'un astéroïde pour le placer au point de Lagrange, à michemin entre la Terre et la Lune, où il pourrait créer un flux de poussière entourant la Terre. Dans un document de 2007 Curtis Struck avait proposé que des lasers pulvérisent des roches de la Lune en poussière. 300 tonnes pourraient être ainsi répandus dans l'espace pendant 10 ans. - Bientôt le boom des mini centrales nucléaires ? En plus du projet soutenu par Bill Gates, d'autres entreprises espèrent commercialiser dans 5 ans des « nano-batteries nucléaires », notamment des réacteurs à sels fondus (WAMS) recyclant les combustibles usés des autres centrales, pouvant tenir dans un conteneur de bateau et générer 1 mégawatt de puissance. - Des centrales nucléaires flottantes pour échapper aux tsunamis Afin d'éviter un scénario comme Fukushima, les prochaines centrales nucléaires seront peut-être implantées en pleine mer ? On parlait déjà en octobre 2009 de centrales (russes) flottantes. - Les oiseaux de Tchernobyl s'adapteraient aux radiations D'après cette étude contestée, leur niveau d'anti-oxydants augmenterait alors que les dommages de l'ADN diminuent. Il se pourrait cependant que ce soit une variabilité naturelle, le niveau des radiations étant désormais assez faible. Par contre, l'absence de l'homme se révèle très positif pour la faune sauvage. - Eolien et solaire moitié prix du nucléaire Il y a certains parcs éoliens qui sont même trop rentables, leur électricité étant payée trop chère. Selon la Commission de Régulation de l’Énergie (CSR), les tarifs gagneraient à être différenciés en fonction des endroits (par appel d'offres). - ERDF s'engage dans le smart grid Les réseaux intelligents sont indispensables pour gérer une multiplicité d'énergies renouvelables intermittentes. Il y a justement un colloque à Paris organisé par RTE et ERDF les 11-14 juin. 9 - Des molécules qui stockent la chaleur solaire Ces molécules d'azobenzène changent de configuration sous l'effet du soleil et la restituent lorsqu'elles reviennent à leur forme initiale. Combinées à des nanotubes, leur efficacité est doublée. - Produire de l'éthanol avec du CO et de l'eau Les scientifiques ont créé un catalyseur à base de cuivre qui est très efficace pour produire de l'éthanol et d'autres composés du carbone à partir de monoxyde de carbone et de l'eau dans une simple réaction électro-chimique. Celle-ci pourrait être obtenue avec des sources d'électricité renouvelables, comme l'énergie solaire ou éolienne, ce qui serait une alternative à la production de biocarburants traditionnels. - Du kérosène à partir de CO2, d'eau et de soleil Un projet de recherche financé par l'UE baptisé SOLAR-JET a permis de produire du kérosène à partir d'eau et de dioxyde de carbone (CO2) grâce à un carburéacteur solaire. Ces résultats laissent espérer que l'on pourra un jour produire n'importe quel hydrocarbure liquide à partir de CO2, d'eau et de soleil. Dans un premier temps, on a utilisé de la lumière concentrée (simulant le rayonnement solaire) pour transformer du dioxyde de carbone et de l'eau en gaz de synthèse (syngas) dans un réacteur solaire à haute température contenant des matériaux à base d'oxyde de métaux. Le syngas (mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone) a ensuite été transformé en kérosène par Shell selon le procédé « Fischer-Tropsch ». - Produire du kérosène à partir d'eau de mer Cette fois, la marine américaine a produit du kérosène à partir d'eau de mer grâce à des catalyseurs capables d’en extraire l’hydrogène et le carbone puis de les recombiner. Le processus pourrait aussi fonctionner en théorie avec de l’air, mais l’eau de mer contient 140 fois plus de dioxyde de carbone. Le prix de revient de ce nouveau carburant est aujourd’hui estimé entre 3 et 6 dollars par gallon (3,7 litres). Cela reste donc économiquement non rentable mais le rendement pourrait en être amélioré. Le bilan énergétique ne serait pas fameux non plus mais pourrait permettre aux porte-avions nucléaires de produire du kérosène pour leurs avions. On est loin de mettre de l'eau de mer dans les moteurs et cela ne devrait aboutir commercialement que dans une dizaine d'années mais confirme qu'il y a de nombreuses options pour produire des substituts au pétrole. 10 - L'énergie thermique marine Produite en exploitant la différence de température entre les eaux de surface et les eaux profondes, l'énergie thermique marine est particulièrement bien adaptée à la zone intertropicale où le gradient de température est le plus important. - Des hydroliennes pour protéger nos côtes Les hydroliennes captent l’énergie des courants de marée. Grâce à un dispositif astucieux, il est possible d’augmenter considérablement leur production et de faire baisser le coût du kWh délivré. Ceci tout en fournissant une solution de protection des littoraux face aux tempêtes dont les effets sont amplifiés par la montée du niveau marin. La houle est complètement cassée par le dispositif, ce qui limite la dégradation des dunes littorales et la submersion de terres cultivées ou habitées lors de tempêtes. L'intérêt est ainsi à la fois écologique, économique et social. Notamment lors des fortes tempêtes comme celle que l’Europe de l’ouest a connu durant l’hiver 2013-2014. 11 - Les cités bioniques de Vincent Callebaut Amener la production agricole dans les cités, produire l'énergie sur place, rapprocher les résidences des lieux de travail et de commerce... Ces idées sont dans l'air pour faire vivre dans le futur des milliards de citadins. Un architecte, Vincent Callebaut, explore ces pistes depuis plusieurs années. En Asie, ses idées commencent à sortir de terre... Agora Garden, en construction à Taipei Ci-dessus, le projet Lilypad, ville flottante, auto-suffisante, pouvant accueillir 50.000 personnes, qui produirait son oxygène et recyclerait ses déchets. - Des villes flottantes pour échapper aux législations nationales - Une université flottante consacrée à l’océanographie La cité des Merriens (projet de Jacques Rougerie, créateur du Sea Orbiter) serait une université flottante qui n'appartiendrait ni à un groupe privé ni à un pays. Elle serait internationale et ouverte à tous. Biotics 12