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La Recherche est publiée par Sophia publications, filiale d’Artémis. En couverture : © Laurence Cendrowicz/BBC Picture Libray – Pierre Carril – Christine Strullu-Derrien/ National History Museum – Dmitry Shparo/Ria Novosti

nnn 18 Mathématiques

6 Courrier

arithmétique : un analogue de l’analyse complexe

>>L’origine

minérale des séismes profonds

A

téléportation à 100 % >>Synthèse organique : des bactéries transformées en réacteurs chimiques

A

>>La

>>Les

bébés de 7 mois ont le sens du conformisme

nnn 28 Santé >>Un

cellules iPS obtenues au sein de l’organisme >>Paléontologie : l’évolution s’est bien accélérée au Cambrien

lien entre flore intestinale et complications de l’obésité

>>Des

nnn 30 Technologie >>Des

cathéters plus sûrs pour les patients >>Optique : des lunettes à écran vidéo pour les malvoyants

nnn 22 Archéologie >>L’architecture

gallo-romaine doit autant aux Gaulois qu’aux Romains >>Moyen Âge : comment les Vietnamiens ont piégé les Mongols

32 À surveiller 34 Acteurs

A

14 Matière

nnn 20 Vie

Recherche

petit appétit du trou noir de la Voie lactée >>Observation : Don Quichotte révèle sa nature de comète

Recherche

>>Le

nnn

nnn 26 Populations

>>Géométrie

nnn 12 Astres

16 Terre

Dossier spécial p. 91

nnn

24 Cerveau >>Le

corps des autres ne nous est pas si étranger

Hydrogène

réalisé avec le soutien de l’ADEME, d’AFHYPAC, d’Air Liquide et de GDF Suez.

www.larecherche.fr

Offre d’abonnement : p. 35 Ce numéro comporte un encart La Recherche sur les ventes France et export (hors Belgique et Suisse) ; un encart Edigroup sur les ventes Belgique et Suisse ; un encart L’Express sur les abonnés.

Après trente-cinq ans de voyage, la sonde Voyager 1 a atteint les limites de la zone d’influence du Soleil. Elle devrait aider les astrophysiciens à mieux comprendre cette frontière inexplorée.

3 Éditorial

nnn

n° 481 novembre 2013

L’événement

Voyager 1, premier objet humain dans le milieu interstellaire

Recherche

Recherche A

actualités

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4 • La Recherche | novembre 2013 • nº 481


savoirs

idées

36 Dossier

70 L’entretien du mois

L’univers de Stephen Hawking Physicien d’exception, scientifique vivant le plus connu dans le monde, Stephen Hawking est un homme hors du commun. Alors qu’il publie son autobiographie, en écho à Une brève histoire du temps, son best-seller paru il y a vingt-cinq ans, La Recherche revient à la fois sur ses travaux phares et sur le personnage, devenu lui-même un objet de science.

Hélène Mialet : « Stephen Hawking est l’opposé du génie solitaire »

38 

propos recueillis par Hélène Le Meur

À la croisée de deux courants théoriques

42 

par Christophe Galfard

Trois résultats majeurs pour la cosmologie

44 

par Christophe Galfard

50 Paléontologie

Champignons et plantes : une union très ancienne

par Christine Strullu-Derrien, avec Paul Kenrick

54 Environnement

 ourquoi la banquise disparaît P plus vite que prévu par Pierre Rampal et Jérôme Weiss

58 Portrait Berhane Asfaw

« Le plus important pour moi, c’est de vivre auprès des fossiles »

par Pascaline Minet

Catherine Paradeise

« L’autonomie des universités est au milieu du gué » propos recueillis par Nicolas Chevassus-au-Louis

74 L’invité

Mathieu Lehanneur

Je ne suis pas scientifique mais… propos recueillis par Hélène Le Meur

75 Le grand débat

Faut-il restreindre l’accès aux cigarettes électroniques ? avec Bertrand Dautzenberg et Jean-François Etter

78 Question d’éthique

Prélèvements d’organes à « cœur arrêté » par Cécile Klingler

84 Histoire de science

Mateu Orfila et l’affaire Marie Lafarge par Éric Sartori

79 Les livres 88 L’agenda 90 Curiosités

61 Cahier spécial : chercheurs d’énergie

L’accès à l’énergie et la précarité énergétique 

réalisé avec le soutien de la direction scientifique de Total.

Cahier spécial P. 107 nº 481 • novembre 2013 | La Recherche • 5


actualités

L’événement

VOYAGER 1

Milieu interstellaire

Choc terminal

Soleil

VOYAGER 2

Voyager 1, premier objet dans le milieu interstellai Après trente-cinq ans de voyage, la sonde Voyager 1 a atteint les limites de la zone d’influence du Soleil. Elle devrait aider les astrophysiciens à mieux comprendre cette frontière inexplorée. L’essentiel >>Le 25 août 2012, Voyager 1 a quitté la sphère d’influence magnétique du Soleil.

>>Il a fallu plus d’un an aux

astrophysiciens pour s’accorder sur cet événement.

>>L’étude d’une éruption

solaire a fourni les données nécessaires pour confirmer cette sortie, inédite pour un objet humain.

8 • La Recherche | novembre 2013 • nº 481

L

e doute aura plané plus d’un an. Désormais, la NASA en est convaincue : la sonde exploratrice Voyager  1 est bel et bien sortie le 25 août 2012 de l’héliosphère, zone d’influence magnétique du Soleil [1]. L’engin devient ainsi, après un périple de ­trente-cinq ans à travers le système solaire, le premier objet façonné de la main de l’homme à quitter le milieu inter­ planétaire, mélange de poussières, ­d’atomes et de molécules dans lequel baignent les planètes, pour rejoindre le milieu interstellaire, amalgame de particules qui forme le réservoir

de la formation des nouvelles étoiles. Pour André Brahic, astrophysicien au CEA et membre de la mission imagerie du programme Voyager, « cela restera un moment unique dans l’histoire de l’humanité. La postérité s’en souviendra comme le moment où les hommes sont pour la première fois ­sortis de leur berceau ».

Explorer les géantes. Le programme Voyager naît en 1972. La NASA décide d’envoyer deux sondes, Voyager  1 et Voyager  2, à la rencontre de Jupiter et Saturne. À  la fin des années 1970, les conditions sont alors favorables,


Voyager 1 (en médaillon) a quitté l’héliosphère (en bleu ciel) pour entrer dans le milieu inter­ stellaire en août 2012. Il lui a fallu trente-cinq ans pour parcourir la distance qui sépare ce milieu du Soleil. © NASA/JPL-Caltech

1

10

Atteindre la frontière. Après l­ ’exploration des planètes géantes, la mission Voyager aurait dû atteindre son terme. Pourtant, dans les années 1990, les astrophysiciens découvrent que le milieu inter­stellaire est à portée des sondes. La NASA choisit donc de prolonger la mission pour aller étudier in situ ce milieu et juste avant, la zone frontière de l’héliosphère appelée « héliopause ». Celle-ci n’est alors située qu’à une centaine d’unités astronomiques des sondes, soit autant de fois la distance Terre-Soleil. Caractéristique de cette zone ? Elle est soumise au vent solaire, flux de particules émis en permanence par le Soleil dans toutes les directions de l’espace à une vitesse super­sonique. Lorsque l’on s’approche de sa limite avec le milieu inter­stellaire, ce vent subit une brusque chute de vitesse, due à une >>>

Choc terminal Limite de l‘héliosphère

Uranus Neptune

Saturne

Jupiter

Terre Mars

100

Nuage d‘Oort

1 000

10 000

100 000

Unités astronomiques

Héliosphère

Milieu interstellaire

Voyager 1 a déjà parcouru plus d’une centaine d’unités ­astronomiques dans le système solaire, soit cent fois la distance Terre-Soleil. Mais la sonde est loin d’en avoir atteint les limites, figurées par le nuage d’Oort. nº 481 • novembre 2013 | La Recherche • 9

© NASA/JPL-Caltech

car les quatre planètes géantes du système solaire (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) se trouvent dans la même direction. Un phénomène qui ne se répète qu’une fois tous les cent soixante-seize ans. Par précaution, la NASA envoie au préalable deux ­petites sondes « kamikazes » en éclaireur : Pioneer 10 et 11 sont lancées respectivement en 1972 et 1973 pour s’assurer que la traversée de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter peut se faire sans risque de collision   [1]. La mission se déroule sans accident et le feu vert est donné pour le lancement des sondes Voyager. Ces jumelles de plus de 800  kilogrammes embarquent à leur bord onze instruments de mesure pour passer les planètes et leurs alentours au peigne fin : des caméras, des magnétomètres pour mesurer

Vénus

Par Gautier Cariou, journaliste.

Mercure

humain re

le champ magnétique, des antennes pour déterminer le champ électrique, et des détecteurs de plasmas pour étudier le milieu qui les entoure… En 1977, les deux sondes sont envoyées dans l’espace. C’est le début d’une exploration fructueuse de plus trente ans, qui ira bien au-delà de ses ­objectifs initiaux. De fait, la mission est prolongée en 1981 pour continuer de recueillir les données de Voyager 2 qui survolera Uranus, puis Neptune. L’exploration permet de mieux comprendre l’intérieur des planètes et de découvrir les anneaux de Jupiter. Les ­sondes dévoilent l’existence d’Europe, satellite de Jupiter qui abrite un océan caché sous une croûte de glace de plusieurs kilomètres d’épaisseur. Pour la première fois, des volcans sont surpris en pleine éruption à la surface de Io, autre satellite de Jupiter. Au total, les sondes Voyager découvrent trente-

Soleil

Héliosphère

trois lunes et permettent de réaliser une cartographie précise du système solaire. « Il s’agit d’une exploration comparable à celle des grands explorateurs, Magellan, Christophe Colomb ou encore Bougainville, souligne André Brahic. Ces deux sondes nous ont permis de découvrir des mondes à part entière, jusque-là insoupçonnés. »


actualités

Matière

Des physiciens de l’université d’Oxford, au Royaume-Uni, ont réussi à simplifier la fabrication de cellules solaires en ­pérovskite, matériau bon marché. En outre, leur procédé ­n’altère pas l’efficacité de ces cellules à convertir la lumière solaire en électricité, puisque celle-ci se maintient autour de 15 %. La méthode est ­identique à celle utilisée pour les ­cellules en silicium : elle consiste à déposer la ­pérovskite en couches minces (environ 330 ­nanomètres d’épaisseur) et ­régulières, par vaporisation. M. Liu et al., Nature, 501, 395, 2013.

Élément 115 Une équipe internationale de physiciens vient de confirmer l’existence de l’élément  115, dont le noyau, composé de 115  protons, fait partie de la classe des éléments dits « superlourds ». Les premières preuves avaient été apportées il y a neuf ans par une équipe russe, mais elles n’étaient qu’indirectes. Cette fois, les ­preuves sont directes. Les physiciens ont provoqué des collisions entre des iso­topes de calcium (numéro atomique 20) et un film d’américium (numéro atomique 95). Puis ils ont analysé les particules alpha et les rayons X, caractéristiques des éléments chimiques formés à la suite de ces collisions. Ils ont ainsi identifié plus de 30 ­chaînes de désintégration nucléaire, et leurs produits finaux, qui correspondent aux prédictions pour l’élément 115. D. Rudolph et al., Phys. Rev. Lett., 111, 112502, 2013.

sur le web www.cnrs.fr/cnrs-images /electroaimant Webdocumentaire sur le grand électroaimant de l’Académie des sciences, conçu par Aimé Cotton et mis en service dans les années 1920. 14 • La Recherche | novembre 2013 • nº 481

La téléportation à 100 % 7 millimètres

Physique quantique

Un nouveau mode opératoire permet la téléportation sans échec d’informations quantiques entre deux composants électroniques.

L

a téléportation est une réalité. Mais pas tout à fait comme dans la science-fiction : elle ne permet pas de transporter de la matière. Les physiciens savent seulement recopier l’état quantique d’un système sur un autre de même nature (deux photons ou deux atomes, par exemple), sans interaction directe entre eux. Une équipe de l’école polytechnique fédérale de Zurich, en Suisse, vient de mettre au point la première méthode de téléportation déterministe entre deux circuits électroniques supraconducteurs. Cela signifie que l’on est certain à chaque essai qu’elle a bien eu lieu [1]. En électronique classique, un transistor n’a que deux états possibles : ouvert ou fermé. Il code ainsi un bit, de valeur 0 ou 1. Un composant quantique en revanche peut être dans une ­combinaison des deux états. On parle alors de bit quantique, ou qubit. La téléportation de l’état d’un qubit est possible grâce à une autre étrangeté du monde quantique : l’intrication. Il s’agit d’un lien entre deux objets tel que, même après avoir été séparés, ils continuent de former un tout et réagissent ensemble lorsque seul l’un des deux interagit avec l’extérieur.

Résonateur Lien

Cible

© infographie : sylvie dessert

Solaire simplifié

Résonateur

En bref

Source

Un circuit source, de 0,4 millimètre de long, et un circuit cible sont couplés à un circuit lien par des résonateurs dans lesquels circulent des impulsions micro-ondes. Les lignes d’entrée et de sortie de celles-ci (en rouge) permettent aussi de réaliser les mesures nécessaires à la téléportation de l’état quantique de la source sur la cible.

« Les qubits utilisés pour cette expérience sont des circuits inductifs et capacitifs, semblables à ceux que l’on trouve dans les antennes de téléphones portables », explique Denis Vion, du groupe de recherche en électronique quantique du CEA. « Pour obtenir des propriétés quantiques, ils doivent être protégés de leur environnement électromagnétique, et refroidis à une température d’environ 20 millikelvins, ce qui les rend supraconducteurs. » Problème de ­dégradation. Les physic iens suisses ont utilisé trois qubits. Le premier contient l’information à téléporter, le second sert d’intermédiaire, et le troisième est la cible de la téléportation. Il est éloigné de 5 millimètres du premier. Le qubit intermédiaire est

relié à chacun des deux autres au travers de deux résonateurs micro-ondes permettant l’échange d’information. La première étape consiste à intriquer le circuit cible avec le circuit intermédiaire, en appliquant à l’un d’eux une impulsion magnétique pour l’amener à la même fréquence que l’autre. La manipulation peut alors commencer : le circuit source est mis dans un état quantique donné, qui est téléporté vers la cible par une intrication de la source avec le circuit intermédiaire. Une mesure conjointe de l’état de ces deux qubits donne alors une information : elle indique une opération mathématique à effectuer sur le qubit cible pour reproduire l’état quantique du qubit source, et terminer ainsi la téléportation. Or, cette mesure puis l’opération appliquée au qubit


cible prennent du temps. Cela représente une difficulté, car les états quantiques se dégradent rapidement : leur durée de vie est de l’ordre de la microseconde. C’est ce qui empêchait jusque-là les physiciens de réaliser une

téléportation déterministe : ils n’obtenaient le même qubit à l’arrivée et au départ qu’une fois sur quatre environ, de façon aléatoire. Pour y parvenir, l’équipe zurichoise a utilisé un circuit logique programmable dont le

temps de réaction est de l’ordre de quelques centaines de nanosecondes. Le système a été cette fois assez rapide pour limiter la dégradation de l’état quantique à un taux d’environ 50 %, ce qui est suffisant pour s’assurer que la téléportation

a bien fonctionné. « La boîte à outils de l’électronique dédiée au traitement de l’information quantique s’est enrichie d’un nouvel outil », conclut Denis Vion. n Antoine Cappelle [1] L. Steffen et al., Nature, 500, 319, 2013.

Synthèse organique  Des bactéries transformées

en réacteurs chimiques

© dr

Questions à l’expert

David O’Hagan est chimiste à l’université de SaintAndrews, en Écosse. Des biochimistes américains ont mis au point une nouvelle méthode d’insertion du fluor. Quel en est l’intérêt ? D.O’H. Aujourd’hui, entre 20 % et 30 % des médicaments sur le marché contiennent du fluor. Les industriels apprécient ses propriétés : c’est un élément qui permet entre autres aux molécules de mieux résister à la destruction par les enzymes, et donc d’agir plus longtemps dans le corps. Mais son

insertion reste problématique. La voie chimique est peu éco­logique. Et la méthode douce inventée il y a quelques années, inspirée de la nature, comporte de nombreuses limitations. Notamment, ­lorsqu’on utilise le fluor avec des molécules c­ omplexes, il est difficile de contrôler la position où on l’ajoute ; de plus, il a tendance à détruire les propriétés curatives de ces molécules. La méthode que présentent Michelle Chang et ses collègues de l’université de Californie, aux États-Unis, permet d’incorporer le fluor à une place que l’on contrôle. Elle est applicable à une classe de plus de 20 000 molécules ­complexes, les polykétides, dont certains sont des anti­ biotiques, antidépresseurs ou anti-inflammatoires [1].

En quoi consiste cette nouvelle méthode ? D.O’H. Michelle Chang et ses collègues ont travaillé avec des bactéries Escherichia coli. Ils y ont inséré un gène afin que les bactéries puissent intégrer un composé fluoré qu’elles rejettent normalement, le fluoroacétate. Celui-ci n’est pas incorporé tel quel dans la bactérie : le nouveau gène le convertit en une version fluorée d’une molécule de l­ ’Escherichia coli. Les chimistes ont ensuite procédé à une autre manipulation génétique de la bactérie, pour qu’elle devienne plus ­tolérante à sa nouvelle molécule fluorée, et permette à cette dernière d’être ­incorporée dans des poly­kétides. Une troisième et dernière manipulation géné-

tique leur a donné la possibilité de contrôler la position où le fluor est incorporé au sein de la molécule. Peut-on espérer se servir prochainement de cette méthode dans l’industrie ? D.O’H. Le travail n’en est qu’à un stade préliminaire. Michelle Chang et son équipe n’ont pas encore réalisé le cycle complet de production d’un antibiotique à base de polykétides. Les polykétides utilisés dans la production de médicaments possèdent une structure plus complexe que celle présentée dans cette publication. Mais les biochimistes américains ont démontré que leur procédé fonctionne de manière reproductible. n Propos recueillis par Vincent Glavieux [1] M. Walker et al., Science, 341, 1089, 2013.

  Un atome unique en guise d’interrupteur © E. Scheer, C.Schirm, M. Matt, F.Pauly, J.C.Cuevas, P. Nielaba / Univ. de Constance

zoom

Des dizaines de pyramides d’atomes, reliées deux par deux par leur sommet : voilà à quoi pourrait ressembler un futur dispositif de mémoire informatique ultraminiaturisé, où chaque paire de pyramides représente un interrupteur à atome unique. Cette image de synthèse est l’œuvre de physiciens espagnols et allemands. Ils ont utilisé un fil d’aluminium supraconducteur (refroidi à 4,2 ­kelvins), qu’ils ont fissuré jusqu’à ce que ses deux sections – les paires de pyramides – ne soient plus reliées que par un atome. En envoyant du courant électrique à travers le fil, dans un sens et dans l’autre, les physiciens modifient la position de l’atome qui fait office d’interrupteur et son activité : quand le sens du courant est négatif, l’interrupteur s’ouvre (en rouge) ; quand il est négatif, il se ferme (en bleu). C. Schirm et al., Nature Nanotechnology, 8, 645, 2013. nº 481 • novembre 2013 | La Recherche • 15


actualités

Cerveau De l’os au cerveau Une hormone produite dans les os, l’ostéocalcine, influencerait le fonctionnement cérébral. Pour le montrer, des chercheurs américains et allemands ont modifié génétiquement des souris après leur naissance afin qu’elles ne produisent pas cette hormone. Lors de tests comportementaux, ces animaux ont présenté des signes d’anxiété et de dépression, qui ont diminué après des injections d’ostéocalcine. Les biologistes ont aussi conduit l’expérience avec des souris dont la production d’ostéo­calcine avait été bloquée dès le stade fœtal. Or, en plus de symptômes d’anxiété et de dépression, elles ont présenté des troubles de l’apprentissage et de la mémoire. F. Oury et al., Cell, 155, 228, 2013.

Neurones et boulimie Un circuit neuronal impliqué dans la boulimie a été découvert par une équipe américaine. Situé près de l’amygdale, un noyau cérébral profond, ce circuit s’active lors de la prise de nourriture et inhibe l’activité de l’hypothalamus latéral, région qui contrôle les comportements dirigés vers un but. Afin de mieux connaître son rôle, les chercheurs ont créé des souris chez lesquelles les neurones de ce circuit pouvaient être activés par de la lumière, via une fibre optique implantée dans leur cerveau. Résultat : quand ces neurones étaient activés en continu, les animaux se jetaient sur de la nourriture même s’ils avaient déjà mangé à leur faim. J. Jennings et al., Science, 1517, 341, 2013.

sur le web http://tinyurl.com/n9ah5uq Ce site de l’université de Bristol expose les bases du fonctionnement des neurones (en anglais). 24 • La Recherche | novembre 2013 • nº 481

Le corps des autres ne nous est Neurosciences

Dans notre cerveau, les mêmes neurones représentent l’espace qui entoure notre corps et celui qui entoure le corps d’autres personnes.

L

e bon sens nous l’indique : nous percevons le corps des autres personnes comme totalement séparé du nôtre. Mais est-ce si sûr ? En utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), Claudio Brozzoli et ses collègues de l’institut Karolinska, à Stockholm, en Suède, ont découvert une population de neurones qui répondraient de la même façon à la vision de l’espace entourant notre main et de l’espace entourant la main de quelqu’un d’autre. L’idée contre-intuitive que nous percevons les autres comme nous-mêmes s’ancre dans la découverte, au début des années 1990, de neurones qualifiés de « miroirs » dans le cortex prémoteur de

Dans cette expérience, la même population de neurones (en jaune et rouge, dans le cercle blanc) du cortex moteur préventral d’un volontaire est activée lorsqu’un objet (ici une tasse) se trouve à la périphérie de sa main, de celle d’un autre volontaire ou encore d’une prothèse.

macaques. Ces neurones s’activent de la même manière lorsque l’animal exécute une action et lorsqu’il voit un congénère l’effectuer. Des études d’imagerie cérébrale ont montré que de telles activités « miroirs » existeraient également chez l’homme. Les neurologues suédois se sont, eux, intéressés à la perception de l’espace qui entoure notre corps. Ils ont placé des volontaires dans un appareil d’IRMf. Ils ont

demandé à chacun de poser sa main droite sur une table située dans son champ de vision. En face de lui, à 1 mètre de distance, était posée la main d’une autre personne ainsi que la main artificielle d’une prothèse. Les expérimentateurs ont déplacé pendant quelques secondes une tasse noire suspendue à un bâton, d’abord à proximité de la main du volontaire, puis à proximité de la main de l’autre personne ou de

© Ulf Sirbom - Claudio Brozzoli / Karolinska Institutet

En bref


pas si étranger la prothèse. Pendant ce temps, ils ont observé l’activité cérébrale du sujet, pour essayer de détecter le phénomène physiologique suivant : lorsqu’un stimulus est présenté de manière répétée, les populations de neurones qui répondent à ce stimulus ont une activité de plus en plus faible. L’objectif était donc d’identifier des ensembles de neurones qui s’activent lorsque le volontaire observe les déplacements de la tasse près de sa main, et de voir si l’activité de ces neurones diminue quand il observe ensuite les déplacements de la tasse près de la main de l’autre personne ou de la prothèse. Cela signifierait que les neurones représentent l’espace périphérique dans les deux situations. Baisse d’activité. Les neurologues ont effectivement identifié une population de neurones présentant une telle baisse d’activité lorsque les volontaires regardaient l’objet se déplacer près de leur main puis près de l’autre main humaine. Elle est située dans la partie gauche du

© Madeline A. Lancaster / IMBA

zoom

cortex moteur préventral, zone dans laquelle ont été découverts les neurones miroirs chez le macaque. Ils n’ont pas observé de diminution d’activité quand les volontaires voyaient l’objet se mouvoir à proximité de la prothèse. Ces résultats suggèrent que les représentations de soi et d’autrui sont fortement interdépendantes au niveau cérébral, ce qui remet partiellement en cause la séparation entre les deux. Pour Laurence Conty, de l’université Paris-VIII, « il faudrait cependant s’assurer que ces neurones représentent bien l’espace entourant le corps. Les neurones miroirs sont davantage connus pour représenter des actions. Les neurones découverts par l’équipe suédoise pourraient ainsi coder une action dont la représentation serait déclenchée par la vision de la tasse noire, action qui serait la même pour sa propre main et la main d’autrui, et qui ne pourrait pas être réalisée par une main artificielle. » n Jacques Abadie [1] C. Brozzoli et al., Current Biology, 18, 1764, 2013.

  Petite tête

Voici une coupe transversale du tissu cérébral artificiel le plus complexe jamais obtenu en laboratoire. Développé par une équipe anglo-autrichienne, cet « organoïde » a un diamètre d’environ 4 millimètres. Il comporte différentes régions dont l’organisation rappelle celle du cerveau d’un fœtus humain de neuf semaines. Pour l’obtenir, les chercheurs ont mis en culture des cellules souches pluripotentes dérivées de cellules de peau humaines, afin qu’elles se différencient en cellules nerveuses. En vingt à trente jours, ces cellules se sont organisées pour former des organoïdes. Les chercheurs ont ensuite utilisé cette méthode avec des cellules de peau d’un patient atteint de microcéphalie (cerveau de petite taille). Ils ont ainsi découvert des anomalies dans la maturation des neurones pouvant expliquer cette malformation. M. A. Lancaster et al., Nature, 501, 373, 2013. nº 481 • novembre 2013 | La Recherche • 25


savoirs

Dossier

L’univers de Ste

36 • La Recherche | novembre 2013 • nº 481


phen Hawking

’ C

© illustratio

n laurent bl

achier

est le scientifique vivant le plus connu dans le monde. Physicien d’exception, il est aussi un homme hors du commun. Cloué dans un fauteuil roulant, il ne communique que par le biais d’une machine. Depuis le début de sa carrière, il poursuit un objectif : comprendre les lois qui gouvernent l’Univers et expliquer son origine. Et son apport est considérable. Stephen Hawking a en effet franchi un premier pas vers une unification des deux grandes théories physiques du XXe siècle, la relativité générale et la mécanique quantique. Alors qu’il vient de publier son autobiographie, en écho à Une brève histoire du temps son best-seller paru il y a vingtcinq ans, La Recherche revient à la fois sur ses travaux phares et sur le personnage, devenu lui-même un objet de science.

1 Hélène Mialet : « Stephen Hawking est l’opposé du génie solitaire » propos recueillis par Hélène Le Meur 2 À la croisée de deux courants théoriques par Christophe Galfard ■■Dossier 3 Trois résultats majeurs préparé par Vincent Glavieux et Hélène Le Meur pour la cosmologie par Christophe Galfard nº 481 • novembre 2013 | La Recherche • 37


savoirs

>>L’univers de Stephen Hawking • 1

1 • hélène mialet : « Ste est l’opposé du génie so

© DR

Entretien Présenté comme un « pur esprit » coupé du monde par la maladie, le physicien britannique Stephen Hawking est au contraire représentatif du scientifique d’aujourd’hui.

 élène Mialet H est sociologue des sciences. Elle enseigne à l’université de Californie à Berkeley, aux États-Unis. Elle est l’auteure de L’Entreprise créatrice, qui est une étude ethnographique d’un laboratoire de recherche appliquée d’une grande entreprise française, publiée en 2008 aux éditions Lavoisier. Son ouvrage Hawking Incorporated (Chicago Press, 2012) sortira en France au début 2014 chez Odile Jacob.

La Recherche : Pourquoi avez-vous choisi de consacrer un livre à Stephen Hawking, en tant que sociologue des sciences ? HÉLÈNE mialet : Je me suis intéressée à Stephen  Hawking parce que ce scientifique d’exception apparaît dans les médias comme la figure du génie solitaire. Il incarne aussi parfaitement la vision cartésienne de l’esprit « désincorporé ». Son histoire en fait un homme qui ne peut plus bouger, ni parler si ce n’est par la médiation d’une machine. À l’âge de 21 ans, en 1963, il a développé une maladie neurologique provoquant une atrophie irréversible de tous les muscles. Puis, en 1985, il a contracté une pneumonie à la suite de laquelle il a subi une trachéotomie qui lui a fait perdre définitivement la voix. La question que je me suis posée est : comment produit-il de la science ? Pour le public, la réponse est s­ imple : il la produit dans sa tête. Et cela correspond bien au mythe selon lequel pour produire de la science il n’y a pas besoin de corps, de collègues, d’institutions,  etc. Qui plus est, c’est un théoricien. L’image du pur esprit qui peut accéder aux lois de l’Univers ­uniquement grâce à son cerveau est dans son cas poussée à l’extrême.

L’essentiel >>Stephen Hawking incarne l’image du « pur esprit » qui peut ­ accéder aux lois de l’Univers uniquement grâce à son cerveau.

>>il est obligé de déléguer et toute une équipe travaille à la mise en forme de ses idées.

>>Son exemple force à réfléchir à la question de l’individu au sein du collectif.

38 • La Recherche | Novembre 2013 • nº 481

Justement, cette image n’est-elle pas contraire à ce que montre tout un courant de la socio­logie des sciences ? H.M. C’est précisément, ce qui m’intéressait. Si Stephen Hawking peut produire de la science par sa seule pensée, il remet en question les théories de ce qu’on nomme les social studies of science. Ces dernières se sont en effet attachées depuis trente ans à démystifier la science, montrant qu’elle n’est pas le produit d’individus rationnels et isolés, mais celui d’un environnement social ou collectif et matériel. Stephen Hawking ­apparaît donc comme un contre-exemple. Votre travail le confirme-t-il ? H.M. Non, en fait je montre tout l’inverse. Stephen Hawking est loin d’être « désincorporé » : au contraire, il est bien plus « incorporé » que n’importe qui, d’où le titre anglais de mon livre [Hawking ­Incorporated] ! Parce que, précisément, il ne peut rien faire par lui-même. Par nécessité, tout est délégué à un réseau complexe de machines et d’humains qui l’entoure. J’ai donc cherché à reconstruire ce corps étendu (extended body, en anglais) et à comprendre comment le langage fonctionne, comment ces extensions ont été ­construites, dans quelle optique, comment il communique avec ses collègues, ses étudiants, etc. Tout mon travail a consisté à étudier chaque partie de ce corps collectif qui lui permet d’être, d’agir et de penser. Les outils développés pour lui permettre de communiquer constituent-ils les premières ­extensions de ce corps ? H.M. Oui, et à ce titre le programme mis au point par Walt Woltosz, de Word Plus Inc, qu’il a donné à Hawking en 1985, était extrêmement innovant d’un point de vue technologique. Ce dispositif lui permet en scannant un écran avec un léger mouvement de ses doigts posés sur un ­commutateur


de choisir ses mots, de construire ses phrases qu’un synthétiseur restitue vocalement. Aujourd’hui, il a perdu l’usage de ses doigts, une légère contraction de la joue déclenche la sélection des mots grâce à un rayon infrarouge attaché à ses lunettes. Bien que modifié selon ses besoins, la plupart des programmes qu’il utilise font figure d’antiquités, mais Stephen Hawking s’y est habitué et ne veut pas en changer. Par exemple, l’intonation de sa voix synthétique qui lui donne un accent américain fait partie de son identité. Vous insistez sur la dimension expérimentale du prolongement de l’homme par la machine. H.M. C’est un pionnier en la matière. Il met en relief ce que nous sommes tous en train de devenir, avec nos smartphones, par exemple. Tout son dispositif complétait ses phrases bien avant que nos téléphones soient capables de suggérer des mots lors de l’écriture de messages. L’innovation se fait de plus en plus vite et on devient de plus en plus dépendant de nos machines et de l’écriture. Cette dépendance, il a été le premier à l’expérimenter. Il ne faut pas se méprendre : il n’est pas dans le « langage SMS » pour autant. Il tient à exprimer exactement la phase qu’il pense et il est très attaché au choix des mots, ce qui peut prendre beaucoup de temps. Le Stephen Hawking conférencier, que vous analysez aussi, est une autre forme de « corps collectif » ? H.M. Oui, il faut bien réaliser qu’entre le moment où Stephen Hawking assis dans son fauteuil accepte de donner une conférence, au Chili par exemple, et le moment où elle a lieu, il faut compter dix-huit mois. C’est tout un staff, un « corps collectif » qui travaille à la construction de cette conférence. On ne peut évidemment pas le ­comparer à un scientifique quelconque à qui il suffit de prendre un billet d’avion pour aller présenter ses résultats. Mais à son niveau de médiatisation, c’est loin d’être le seul à ne pas faire tout lui-même. Al Gore quand il donne une conférence a aussi tout un staff derrière lui. En ce sens, Stephen Hawking n’a rien de particulier, si ce n’est que, dans son cas, tout est forcément amplifié. Il s’agit d’une sorte d’exemplification.

© DR

phen Hawking litaire »

Et sa façon de penser ou de faire de la science, est-elle particulière ? H.M. Pour le savoir, j’ai étudié comment fonctionne son laboratoire de recherche, comment il travaille avec ses étudiants : autrement dit tout ce qui se passe entre le moment où il lance une piste de recherche et celui où est publié un ­article scientifique à son nom. Selon ses étudiants, il a beaucoup d’idées originales et de bonnes intuitions, mais, de fait, il ne peut entrer dans le détail. Ce sont donc eux qui font énormément de travail, une fois l’axe de recherche tracé, par exemple, tester une hypothèse sur un espace-temps dans lequel deux trous noirs accélèrent l’un par rapport à l’autre. L’étudiant tente de résoudre le problème et revient une fois le travail effectué, parfois six mois plus tard. Il fait alors la démonstration devant lui, et Stephen Hawking approuve ou pas. S’il n’approuve pas, l’étudiant retourne à ses calculs. Si la solution est bonne, il essaiera de la publier. Ce fonctionnement n’est pas très différent de celui d’autres directeurs de thèse dans d’autres laboratoires. L’étudiant apparaît-il comme auteur de la publication ? H.M. Non, il n’est souvent pas représenté dans la présentation finale des résultats. Toutes les questions autour de la paternité de l’article, comme qui est l’auteur ?, se reposent ici. >>> nº 481 • Novembre 2013 | La Recherche • 39


savoirs

Portrait

d’un paléontologue de terrain

© photos : Adrien Zerbini

« Le plus important de vivre auprès des Berhane Asfaw  st un paléontologue e éthiopien né en 1954 à Gondar, dans le nord du pays. Il est marié et père de 4 enfants. Après des études en géologie à l’université d’AddisAbeba, la capitale éthiopienne, il a effectué une thèse en paléoanthropologie à l’université de Berkeley, aux ÉtatsUnis. À son retour en Éthiopie en 1988, il est nommé directeur du Musée national, responsable de la conservation du patrimoine paléontologique du pays.

Après des études aux États-Unis, Berhane Asfaw a décidé de mener ses recherches en Éthiopie, son pays natal. Un choix fructueux : il y a découvert trois espèces d’hominidés.

A

u volant de son 4 ⊠ 4, Berhane Asfaw se fraie un chemin à travers les vendeurs ambulants, les  animaux vagabonds et les nids-de-poule qui occupent les rues d­’Addis-Abeba, capitale de l’Éthiopie. Il y a plus de vingt ans, après sa formation aux ÉtatsUnis, ce paléontologue a en effet choisi de revenir travailler dans son pays d’origine. Depuis, il mène ses recherches dans l’Afar, au nord-est de l’Éthiopie. Avec ses collaborateurs, il a notamment mis au jour il y a une vingtaine d’années les restes d’« Ardi », spécimen d’un hominidé jusqu’alors inconnu, vieux de 4,4 millions d’années. « C’est en quelque sorte à cause de la révolution que je suis devenu paléontologue », s’étonne aujourd’hui Berhane Asfaw. Souriant et élégamment vêtu, l’œil vif sous un front dégarni, le paléontologue âgé de 59  ans nous conduit jusqu’à son bureau, dans un bâtiment modeste au cœur d’Addis-Abeba. En 1974, il est étudiant en géologie à l’université de la capitale lorsqu’un coup d’État renverse l’empereur Haïlé Sélassié. Celui-ci est remplacé au sommet de l’État par une junte militaire d’inspiration marxiste, le Derg. Afin d’étouffer la contestation politique qui agite le pays, le Derg décide en 1977 de fermer les universités et d’envoyer les étudiants dans des zones rurales. En raison de son activisme politique, Berhane Asfaw effectue alors un séjour en prison, comme d’autres de ses camarades. « Plusieurs d’entre eux sont décédés durant leur détention », ­précise-t-il, évoquant pudiquement la brutalité du régime. Avec Frehiwot Worku, qui deviendra son épouse, il choisit ensuite de vivre de manière clandestine

pendant plusieurs années dans sa région natale, à Gondar, dans le nord du pays, où il travaille comme instituteur. Le couple finit cependant par obtenir une amnistie du gouvernement et revient à AddisAbeba. Ils s’y marient et ont leur premier enfant.

Départ pour Berkeley. Berhane Asfaw cherche alors un emploi pour subvenir aux besoins de sa famille. Il se voit proposer la rédaction d’un rapport sur la préhistoire éthiopienne, pour le compte du département d’archéologie de l’université. Il accepte et, lui qui n’avait étudié jusque-là que la géologie, se plonge le temps d’un été dans l’étude des outils de l’âge de pierre. Ce sera sa chance : lorsque l’année suivante, l’archéologue britannique John Desmond Clark, spécialiste de la préhistoire africaine, vient à Addis-Abeba à la recherche d’un étudiant prêt à le suivre à l’université de Californie, à Berkeley, aux ÉtatsUnis. Il est tout désigné. La rencontre de Berhane Asfaw avec la paléontologie intervient un an après son arrivée aux États-Unis, en 1981. Cette année-là, Clark l’emmène effectuer des fouilles dans la dépression de l’Afar, à 300 kilomètres d’AddisAbeba, dans la région où les vestiges vieux de 3,2 millions d’années de l’Australopithecus afarensis, Lucy, ont été mis au jour en 1973. Il se découvre alors une passion pour l’étude des fossiles. « J’avais lu des articles sur la paléontologie dans le magazine National Geographic lorsque j’étais au lycée, mais je n’ai pris conscience de mon intérêt pour cette discipline que lorsque j’ai été en contact direct avec des fossiles », relate-t-il. De retour à Berkeley, il suit des cours de master d’anthro­pologie, en plus de sa formation en archéologie. Il décidera finalement d’effectuer sa thèse en anthropologie.

Quand Berhane Asfaw n’est pas sur le terrain, il œuvre à l’essor de la paléonto­logie en Éthiopie

58 • La Recherche | novembre 2013 • nº 481


pour moi, c’est fossiles »

Durant les huit années qu’il passe aux ÉtatsUnis, Berhane Asfaw n’a qu’une idée en tête : revenir dans son pays natal une fois ses études terminées, afin d’y développer la recherche locale en paléontologie. À l’époque, celle-ci est inexistante, ou presque : seuls des chercheurs étrangers effectuent des fouilles en Éthiopie. Ils y viennent quelques semaines par an, puis repartent avec leurs trouvailles et les étudient chez eux.

Cartographie des sites. Alors qu’il est encore aux États-Unis, le scientifique obtient du gouvernement éthiopien qu’un bâtiment du Musée national d’Addis-Abeba soit dévolu au stockage et à l’étude des fossiles. Il y constitue peu à peu un laboratoire, en ramenant du matériel à la faveur de ses visites en Éthiopie. Il prend aussi contact avec de jeunes scientifiques éthiopiens intéressés par la paléontologie, auxquels il parvient à trouver des bourses pour étudier aux États-Unis.

Quand il revient en Éthiopie en 1988, Berhane Asfaw a décidé de quitter l’opposition ­politique au Derg afin de se consacrer à la recherche. Le gouvernement le nomme alors directeur du musée national, au sein duquel il entame un projet qui lui tient à cœur : une cartographie des sites d’intérêt paléontologique en Éthiopie. « Que les fossiles les plus importants de l’histoire humaine aient, jusque-là, été découverts par hasard, me semblait incroyable », explique-t-il. Pendant des mois, il sillonne le pays à la recherche de ces sites, avec l’aide du paléontologue américain Tim White, qui a été son tuteur à Berkeley, et celle de l’anthropologue japonais Gen Suwa, qu’il a également connu à l’université de Californie. Ils en identifient ainsi une soixantaine. En 1991, la carrière de Berhane Asfaw subit cependant un coup d’arrêt. Le Derg est renversé par un nouveau mouvement révolutionnaire, et tous les représentants officiels de l’ancien >>>

Berhane Asfaw, dans le laboratoire du Musée national d’Addis-Abeba, où les fossiles découverts en Éthiopie sont conservés et étudiés.

nº 481 • novembre 2013 | La Recherche • 59


La Recherche n°481 - La science de Stephen Hawking  

La science de Stephen Hawking. Comment il travaille. Ce qu'il a découvert. > La très vieille alliance des plantes et des champignons. > Pour...

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