OPTOGÉNÉTIQUE : “PARLER“AUX PLANTES AVEC LA LUMIÈRE

L'optogénétique est une méthode scientifique qui permet d'activer ou de désactiver des fonctions biologiques ciblées en les exposant à des faisceaux lumineux. Cette technique est couramment utilisée dans le domaine des neurosciences pour des recherches de base. L'utilisation de stimuli lumineux offre l'avantage d'être réversible et inoffensif pour les organismes étudiés. Cependant, les chercheurs du Sainsbury Laboratory de l'Université de Cambridge (SLCU) ont adapté cette méthode à la biologie des plantes. Selon leur étude, ils ont réussi à établir une forme de communication entre les humains et les plantes. Leur nouvelle technologie, nommée Highlighter, permet désormais de réaliser l'idée autrefois considérée comme irréaliste de « communiquer » avec les plantes et de recevoir en retour une réaction. Selon l'ingénieur Bo Larsen, auteur principal de l'étude, son équipe a intégré un système d'expression génétique sensible à la lumière d'une cellule procaryote dans une cellule eucaryote conçue pour les plantes. En général, l'optogénétique offre aux scientifiques la capacité de manipuler des processus biomoléculaires au niveau cellulaire. L'application de cette technique à la biologie végétale s'est révélée être plus complexe durant cette recherche. Ceci est attribué au fait que les photorécepteurs (cellules qui reçoivent les stimuli lumineux) des plantes sont nombreux et requièrent une gamme étendue de lumière pour fonctionner. Pendant le développement de la technologie Highlighter, l'équipe du SLCU a collaboré avec des chercheurs de l'Université de Californie à Davis, aux États-Unis, et du National Physical Laboratory (NPL) au Royaume-Uni.

Ces spécialistes ont collaboré pour résoudre diverses difficultés rencontrées durant leurs recherches. Leurs efforts ont conduit à l'élaboration d'une méthode utilisant la lumière pour communiquer avec les plantes. Effectivement, les faisceaux lumineux auraient stimulé les mécanismes de défense naturels chez les plants de tabac "Nicotiana benthamiana", se révélant être un excellent stimulus pour déclencher les réponses immunitaires des végétaux. Ils servent de lien favorisant une interaction accrue entre humains et plantes. Avant d'atteindre cette découverte, l'équipe de recherche a développé des biocapteurs à lumière fluorescente qui permettent de monitorer en temps réel les activités cellulaires des plantes. Ce dispositif a révélé la dynamique des hormones végétales essentielles et a mis en évidence les réactions des plantes face à des agressions environnementales.

Selon le chercheur Alexander Jones du SLCU, cette avancée pourrait inaugurer le développement de nombreux autres outils optogénétiques pour les plantes. Cette technologie, peu invasive, ne perturbe pas le cycle normal de lumière/obscurité nécessaire à la bonne croissance des plantes. Elle pourrait être utilisée pour prévenir les plantes d'une attaque d'insectes nuisibles, de l'arrivée de conditions météorologiques extrêmes ou d'une épidémie. En activant leurs mécanismes de défense naturelle, les plantes seraient ainsi mieux protégées. Cette innovation pourrait également aider les agriculteurs à améliorer la gestion et le développement de leurs cultures, leur permettant d'ajuster le mode de croissance de leurs plantations ou de réduire la consommation d'eau en cas de sécheresse. Elle représente une solution durable pour augmenter les rendements agricoles face au changement climatique.

Contre le réchauffement climatique, l’innovation technologique est-elle vraiment la seule réponse ?

Le changement climatique occupe désormais une place prépondérante dans les discussions publiques et médiatiques. Pour y faire face, une perspective dominante émerge, particulièrement visible sur les plateaux télévisés et dans les cercles politiques : celle qui soutient que les avancées technologiques pourront, à terme, nous sauver. Ce technosolutionnisme masque en réalité une situation bien plus nuancée.

Des opinions divergentes cherchent également à se faire entendre, favorisant l'adoption de stratégies existantes sans forcément rechercher à innover ou à inventer la technologie révolutionnaire qui résoudra tous les problèmes. Ainsi, doit-on miser uniquement sur les nouvelles technologies pour nous sauver ? Sommes-nous « contraints » de nous en remettre aux solutions dites low tech ? Peut-être que la véritable solution réside dans un compromis entre ces deux approches.

Controverses autour des technologies de pointe

L'année passée, le Qatar accueillait la Coupe du monde de football, un événement largement critiqué non seulement en raison de sa désignation et des conditions de travail des ouvriers sur les vastes chantiers de préparation, mais également pour les écarts écologiques fréquemment soulignés. Le pays prétendait avoir déployé plusieurs innovations de pointe pour contrer les températures élevées de la région, même à l'entrée de l'hiver.

L'aspect le plus controversé fut sans doute le système de climatisation des stades ouverts. « Quand on climatise un stade ouvert, il y a forcément une perte énergétique importante. C'est logique et cela relève de l'absurde. La climatisation requiert de l'électricité, et cela a évidemment des répercussions sur l'effet de serre », expliquait Éric Aufaure, spécialiste en bâtiment à l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe), dans une interview pour le journal Sud Ouest.

Ce point de vue est partagé par beaucoup et s'ajoute aux critiques contre les affirmations du Qatar, qui prétendait avoir atteint la neutralité carbone durant l'événement. Une déclaration qui omettait de compter les émissions générées durant l'événement lui-même, notamment par ces climatiseurs ouverts ou les multiples vols domestiques courts organisés par le gouvernement pour faciliter le déplacement rapide des visiteurs d'un stade à l'autre.

Parallèlement, en 2021, Emmanuel Macron promouvait des solutions innovantes pour diminuer nos émissions de carbone, telles que le développement d'avions à faible empreinte carbone, l'expansion des véhicules électriques, ou encore l'utilisation de l'hydrogène vert. Ce discours mettant en avant les solutions innovantes pour lutter contre le réchauffement climatique a pris une place significative, que ce soit dans les médias mondiaux, les discours politiques ou les stratégies de communication des grandes entreprises. Pour certains, proche du greenwashing, ce discours, connu sous le nom de technosolutionnisme, est loin de faire l'unanimité dans les milieux scientifiques.

« Face à une crise, nous avons souvent recours au technosolutionnisme : la technologie va nous sauver, sans remettre en cause nos modes de vie », nous explique Carlos Moreno, urbaniste franco-colombien, auteur et professeur à l'Université de la Sorbonne, célèbre notamment pour ses recherches sur la smart city et le concept de la « ville du quart d’heure ».

De nombreux scientifiques et experts préconisent une approche radicalement différente pour faire face au réchauffement climatique : ils recommandent l'utilisation de technologies douces et durables, ou la low tech, pour atténuer ses effets. Selon eux, se fier uniquement à l'innovation technologique pour "sauver" le monde constitue une vision trop simpliste et un véritable écran de fumée. Par exemple, alors que certains discours annoncent l'avènement de vastes parcs éoliens dans dix ans, le climat, lui, évolue à un rythme bien plus rapide que celui de nos avancées technologiques. Ainsi, même si à long terme le pays bénéficiera de davantage d'énergies renouvelables, les émissions de gaz à effet de serre auront, entre-temps, continué à croître. De plus, le développement et la production de ces solutions technologiques de pointe exigent non seulement beaucoup de temps, mais également d'importantes ressources, alors que notre planète n'en possède qu'en quantité limitée. Un débat passionné oppose donc ceux qui soutiennent le technosolutionnisme, plaidant pour l'utilisation des dernières innovations pour minimiser notre impact environnemental, et les défenseurs de la low tech, qui rejettent cette idée en faveur d'actions immédiates. Selon Carlos Moreno, cet affrontement d'idées ne fait guère avancer les choses. « C’est un débat biaisé qui ne rend service à personne. Il faut revenir aux sources de la technologie dans l’histoire de l’humanité. La tech a toujours été un allié mais pas un but en soi. La vraie question n’est pas de savoir si la solution high tech est meilleure que la low tech, mais plutôt si les moyens employés sont réellement utiles. »

Pour le professeur, il y a des avantages et des inconvénients des deux côtés. « À nous d’adapter cela et de bien choisir », conclut-il. Ainsi, cette perspective nous invite à une réflexion plus nuancée sur notre utilisation de la technologie, nous encourageant à sélectionner judicieusement les outils les plus adaptés à chaque situation spécifique pour un impact environnemental positif.

Trouver l'équilibre nécessaire

Selon les projections de l'ONU, d'ici à 2050, plus de 70 % de la population mondiale résidera en milieu urbain. Face à ce constat et au réchauffement climatique qui affecte tout un chacun, il devient impératif de s'adapter de manière significative pour assurer un cadre de vie acceptable dans ces environnements densément peuplés. C'est dans cette optique que le concept de ville intelligente, ou smart city, a été développé. Ces villes doivent intelligemment orchestrer leurs réseaux de transport, leurs systèmes de distribution d'eau et l'efficacité énergétique de leurs bâtiments. Pour Carlos Moreno, qui a longuement étudié ce concept, la construction de la ville intelligente idéale nécessite l'utilisation conjointe de deux types de solutions.

« Les nouvelles technologies jouent un rôle crucial dans les villes intelligentes car elles fournissent des solutions pour des défis comme la gestion de l'eau ou la lutte contre la canicule. Par exemple, elles permettent la création de nouveaux matériaux plus durables et efficaces. C’est grâce à elles que de nombreux éclairages publics ont été remplacés par des ampoules LED, moins énergivores. Pour maximiser leur efficacité, il est essentiel de déterminer ce qui est véritablement nécessaire », explique-t-il.

Il poursuit : « Un bel exemple de smart city est une ville qui combine toutes les technologies, qu’elles soient considérées low ou high tech, dans l’unique but de répondre aux besoins sociaux des habitants, incluant la lutte contre le réchauffement climatique. La technologie doit servir les usages. C'est dans ce cadre qu'elle trouve sa véritable valeur. Les pays scandinaves l'ont particulièrement bien compris. »

En d'autres termes, saturer un espace urbain de gadgets high-tech de dernière génération n'est pas la voie à suivre pour développer une smart city. C'est en se fondant sur des études sérieuses de l’utilité et de l'usage que des villes telles qu’Helsinki en Finlande, Oslo en Norvège, ou Copenhague au Danemark, figurent régulièrement en tête des classements des meilleures smart cities et des villes les plus durables au monde. Il est donc temps, en France, de repositionner le débat et d'impliquer toutes les parties prenantes pour élaborer des stratégies durables et efficaces pour contrer rapidement le changement climatique.

L’EFFONDREMENT DE « MORCEAUX D’ESPACE-TEMPS » POURRAIT EXPLIQUER LA MATIÈRE NOIRE ET LE « MURMURE » DE L’UNIVERS

Les barrières de domaine sont envisagées dans diverses théories pour expliquer des mystères non élucidés en astrophysique, tels que l'origine de la gravité et d'autres forces élémentaires. Selon certains scientifiques, si ces barrières de domaine avaient subsisté dans l'univers, elles auraient pu représenter une source d'énergie significative et influencer l'évolution de l'univers dans son ensemble. Ils postulent également que si tel était le cas, des signes de leur existence ou de leurs impacts devraient être observables aujourd'hui. Toutefois, il n'existe actuellement aucune preuve directe confirmant leur présence.

Dans une récente recherche publiée sur le portail de prépublications arXiv, une équipe dirigée par Ricardo Ferreira, cosmologiste à l'Université de Coimbra au Portugal, avance que les barrières de domaine se sont formées peu après le Big Bang, se sont développées rapidement, puis ont été en grande partie annihilées en très peu de temps. Cependant, leur existence éphémère aurait causé des perturbations marquées dans la trame de l'espace-temps. L'étude suggère également que certaines des barrières de domaine qui n'ont pas été totalement annihilées pourraient avoir évolué en trous noirs, potentiellement en nombre suffisant pour constituer une portion notable de la matière noire.

Selon plusieurs scientifiques, le Modèle standard de la physique des particules (cadre théorique décrivant les interactions entre les particules élémentaires via les forces fondamentales) est incomplet. Il ne parvient pas à rendre compte de certains phénomènes cosmiques.

Pour pallier ces insuffisances, les physiciens de cette nouvelle étude ont suggéré des modifications au modèle standard en introduisant des concepts de « brisures de symétrie ». Ce processus décrit une situation où des conditions initialement uniformes (symétriques) commencent à se diversifier à mesure que l’univers se refroidit et se dilate. Cette transition pourrait conduire à la formation de structures cosmiques stables et distinctes. Dans cette extension du Modèle standard, les barrières de domaine sont considérées comme des résultats de la brisure de symétrie, agissant comme des frontières entre différentes « phases » de l’univers au cours de cette transformation.

Dans cette recherche, l'équipe s'est penchée sur une forme de brisure de symétrie qui se serait produite immédiatement après le Big Bang, dans un univers où la température avoisinait les 2000 milliards de degrés Celsius. Ils ont utilisé des simulations informatiques pour étudier et visualiser comment les murs de domaines évoluaient sous l'effet de cette brisure de symétrie. En se formant puis en s'effondrant, ces structures spatiales-temporelles auraient engendré ce que l'on nomme des « ondes gravitationnelles stochastiques », capables de se propager à travers l'univers. Avec le temps et l'expansion continue de l'univers, ces ondes gravitationnelles émises par les murs de domaines s'allongent, atteignant des longueurs d'onde de plus en plus grandes et des fréquences de plus en plus basses, tombant dans la gamme des nanohertz. Ces fréquences correspondent au fond d'ondes gravitationnelles récemment détecté via l'observation de pulsars millisecondes, des étoiles à neutrons qui tournent très rapidement sur elles-mêmes. Néanmoins, la source précise de ces ondes demeure un sujet de recherche intense.

Les murs de domaines à l'origine de certains trous noirs?

Selon les découvertes récentes, tous les murs de domaines formés après le Big Bang n'ont pas disparu. Certains auraient persisté, encapsulés dans ce qui pourrait être décrit comme une « bulle » d'espace-temps, plus vaste que le rayon de l'univers observable à cette époque. Au fur et à mesure que l'univers s'est étendu, ces murs auraient fini par entrer dans l'univers observable, se manifestant comme des zones de densité énergétique exceptionnellement élevée. Ces concentrations, que les chercheurs qualifient de « surdensités », pourraient s'effondrer sous l'effet de leur propre gravité pour former des trous noirs. Ces trous noirs, dits « primordiaux », résulteraient ainsi de processus survenus peu après le Big Bang, et non de l'effondrement de grandes étoiles. Les trous noirs primordiaux issus de ce scénario hypothétique auraient une masse relativement modeste, équivalente à quelques fois celle du Soleil.

DEPUIS LA TERRE, LE COSMOS VEILLE SUR L’ESPACE

Rappelez-vous, le vendredi 4 novembre 2022. Un débris de fusée chinoise de 22 tonnes risquait de retomber sur Terre, avec la Corse parmi les régions potentiellement affectées. Au sein de l'Armée de l'Air et de l'Espace (AAE), le Centre Opérationnel de Surveillance Militaire des Objets Spatiaux (Cosmos) surveillait attentivement la situation grâce à ses capteurs. Avec le soutien du Centre National d'Études Spatiales (CNES), l'objectif était de préciser le moment et le lieu exacts de la rentrée atmosphérique pour fournir des informations détaillées aux autorités compétentes. Par précaution, la Direction Générale de l'Aviation Civile a décidé de fermer l'espace aérien au sud de l'île. Heureusement, comme dans la plupart des cas, aucun dégât n'a été rapporté ce jour-là.

Le Cosmos, une unité du Commandement de l'Espace (CDE) basée à la base aérienne 942 de Lyon Mont-Verdun, joue un rôle clé dans la protection des populations contre ces « rentrées atmosphériques à risques ». En tant que bras technique du Centre de Commandement et de Contrôle des Opérations Spatiales (C3OS), elle est chargée de cataloguer les objets spatiaux et de les suivre de près. Le but est de fournir des analyses orbitales au C3OS, qui coordonne l'activité de toutes les unités de la brigade aérienne des opérations spatiales auprès des états-majors. Le commandant du Cosmos, le colonel Clément, explique : « Nous sommes responsables de la gestion et de l'analyse d'un volume immense de données recueillies grâce aux systèmes français et à nos partenaires internationaux, pour maintenir une compréhension précise de l'environnement spatial, essentielle pour soutenir nos opérations sur Terre et dans l'espace. »

Gérer ce qui se passe dans l'espace…

L'efficacité des armées dépend fortement de leur capacité à opérer dans l'espace, où les actions offensives sont en augmentation. Il est donc crucial de caractériser les objets spatiaux et leurs trajectoires pour évaluer les menaces potentielles. « Il est vital de connaître les acteurs de l'espace, leurs intentions et leurs méthodes », souligne le colonel. Pour ce faire, le Cosmos s'appuie sur le radar Graves, en service depuis 2005, qui permet de cataloguer les objets en orbite basse, de 400 à 2000 kilomètres d'altitude autour de la Terre. L'adjudant Mathieu, opérateur de la cellule « situation spatiale » et spécialiste de la météorologie de l'espace, précise : « Ce radar est crucial pour répertorier les objets spatiaux. »

Avec la montée en puissance du New Space et l'accroissement rapide du nombre de satellites, « la quantité d'informations à traiter augmente exponentiellement », ajoute-t-il. Une fois ces données analysées, elles deviennent un outil indispensable à la prise de décision opérationnelle. Le sergent Ivan, de la cellule « appui spatial aux opérations », illustre un exemple pratique : « Durant la mission Pégase 20231, nous fournissions aux équipages les moments précis où les satellites d'intérêt militaire pouvaient observer leurs opérations sensibles, leur permettant ainsi de gérer leur exposition. »

Protéger les opérations militaires implique également... l'étude du Soleil. À première vue, le lien entre les deux peut sembler lointain. Cependant, « des phénomènes tels que les éruptions solaires peuvent interrompre les systèmes de navigation GPS, causer des pannes sur les satellites, et perturber les communications », explique l’adjudant Mathieu, spécialiste de la météorologie de l’espace. En 2022, par exemple, la constellation Starlink a perdu 40 de ses satellites suite à de telles perturbations solaires. Pour éviter ces incidents, le Cosmos émet quotidiennement un bulletin météorologique simplifié, en collaboration avec un service d'alerte dédié aux événements et activités solaires.

Pour maintenir une compréhension toujours affinée de l'environnement spatial, le Cosmos s'appuie également sur une cellule de recherche qui analyse en détail de vastes quantités d'informations issues de sources ouvertes. « Cette démarche vise à anticiper toute activité – comme les lancements de satellites ou les opérations spatiales civiles – et à identifier des capacités non répertoriées dans les sources publiques », précise le sergent Mathieu, spécialiste du renseignement spatial.

L'année prochaine, l'intégralité du Cosmos sera transférée au Commandement de l'Espace, situé à Toulouse, où, d'ici 2025, environ 500 militaires sont attendus. Ils y seront colocalisés avec le Centre National d'Études Spatiales (CNES) et le Centre d'Excellence de l'OTAN pour l'Espace. Ce déménagement est perçu comme « une opportunité de renforcer les synergies », se félicite le colonel Clément.

En conclusion, la surveillance et la gestion de l'environnement spatial représentent des défis cruciaux pour la sécurité mondiale et le bon fonctionnement des technologies modernes, en particulier dans un contexte où les activités spatiales civiles et militaires sont en constante augmentation. Le Centre Opérationnel de Surveillance Militaire des Objets Spatiaux (Cosmos) de l'Armée de l'Air et de l'Espace française joue un rôle essentiel dans cette démarche, non seulement en suivant de près les objets en orbite, mais aussi en étudiant les phénomènes météorologiques spatiaux qui peuvent affecter les communications et les infrastructures sur Terre et dans l'espace.

Le Cosmos, grâce à ses efforts concertés de suivi, d'analyse et de prévision, aide à prévenir les conséquences potentiellement catastrophiques des éruptions solaires et autres perturbations spatiales sur les technologies critiques comme les satellites et les systèmes GPS. L'incident de la perte des satellites Starlink en 2022 illustre parfaitement la nécessité d'une veille constante et d'une anticipation des événements spatiaux. La publication quotidienne d'un bulletin météorologique simplifié est un exemple concret de la manière dont le Cosmos transforme les données complexes en informations accessibles, essentielles pour protéger les infrastructures critiques.