« Quelque part, quelque chose d'incroyable attend d'être connu. »
-Carl Sagan, astronome américain (1934-1996)
L'apprentissage de « quelque chose d'incroyable » à travers la science est l'un des plus grands avantages des scientifiques. Et les scientifiques apprécient cet aspect de leur métier. Comme le dit l’un d’entre eux dans ce numéro, la science « est une source infinie de problèmes difficiles pour tous les goûts et passions, et elle nous incite à travailler dur pour comprendre notre monde ».
Percer les mystères de la nature a toujours été au cœur de la science, mais aujourd'hui, les scientifiques bénéficient de possibilités sans précédent pour exploiter la technologie afin de résoudre des problèmes complexes. Cependant, l'utilisation accrue de technologies toujours plus sophistiquées n’est pas sans inconvénients. La recherche scientifique exige maintenant de plus grandes équipes, plus d'argent et plus de coopération internationale. Et elle exige des années d'étude interdisciplinaire et de collaboration de la part des jeunes scientifiques. Comment l'Internet et d'autres technologies contribuent à façonner à la fois les questions poursuivies par les scientifiques et la manière dont les chercheurs interagissent et partagent de nouvelles connaissances. Il souligne aussi certains des progrès considérables déjà réalisés par des jeunes scientifiques dans la compréhension de la genèse de la maladie, notre place dans l'univers et les circuits du cerveau. Leurs recherches scientifiques élargissent les horizons de la connaissance humaine et sont prometteuses pour l’amélioration de la vie des gens aujourd'hui et loin dans l’avenir.
« Une nouvelle vérité scientifique ne triomphe pas en convainquant ses adversaires et en leur faisant voir la lumière, mais plutôt parce que ses opposants meurent et qu’ils sont remplacés par une nouvelle génération pour qui cette vérité est familière. »
- Max Planck, physicien, 1858-1947
Faire de grandes découvertes scientifiques, c’est comme escalader le mont Everest. Plus vous montez, plus le défi est difficile et plus vous dépendez de votre partenaire d’escalade.
Il y a un siècle, Ernest Rutherford a découvert le noyau atomique grâce à des données recueillies par deux assistants à l’aide d’un appareil qui tenait sur une table. Ces dernières années, une équipe de plusieurs milliers de scientifiques de plus d’une trentaine de pays ont utilisé, pour travailler sur le Grand collisionneur de hadrons (LHC), un accélérateur de particules, des détecteurs de la taille d’une maison et pesant des milliers de tonnes, pour localiser une nouvelle particulesubatomique qu’ils pensent être le boson de Higgs. Si cela se confirme, ce serait un pas en avant dans la réalisation du rêve d’Albert Einstein d’unifier toutes les lois de la physique dans une seule équation.
Il n’est pas surprenant que les grandes découvertes scientifiques soient plus difficiles à faire de nos jours. Le physicien allemand Max Planck a noté qu’une « nouvelle vérité » n’est jamais découverte que très difficilement : « Si ce n’était pas le cas, elle aurait été découverte beaucoup plus tôt. » Et Planck a fait cette observation il y a près de quatre-vingt-dix ans. Donc, dévoiler les secrets restants de la nature ne sera pas facile. Et il reste encore bon nombre d’énigmes à élucider.
LA COOPÉRATION, DES OUTILS POUR RELEVER LES DÉFIS
Pour toutes les réalisations de la science moderne, d’innombrables énigmes continuent de rendre les spécialistes perplexes dans presque tous les domaines de la recherche. Les astronomes et les physiciens, par exemple, sont confrontés au défi de comprendre la « matière noire », un type de matière exotique inconnue sur Terre, et « l’énergie sombre», qui pousse l’univers à croître à un rythme de plus en plus rapide. Les scientifiques qui étudient la Terre essaient de trouver des façons de prédire à quel moment les grands tremblements de terre vont frapper. Les scientifiques qui étudient le cerveau cherchent à comprendre les secrets de la conscience et comment elle émerge des signaux chimiques et électriques entre des milliards de cellules cérébrales. Et les biologistes enquêtant sur l’ADN cherchent à comprendre la relation entre les gènes de diverses maladies. L’étude de ces mystères nécessite de plus grandes équipes, des technologies plus en plus sophistiquées (et coûteuses), le renforcement de la coopération internationale et, le plus important, une nouvelle génération de scientifiques ayant des idées neuves.
Les progrès des technologies permettent aux chercheurs de tirer profit de leurs efforts et de faire des progrès sur les problèmes scientifiques. De meilleurs scanners du cerveau nous permettent de cartographier les facettes internes de ce dernier avec une plus grande précision. De nouveaux accélérateurs de particules, successeurs du LHC, seront nécessaires pour sonder plus profondément les propriétés de la matière. Les scientifiques peuvent utiliser des nanoparticules pour construire des machines minuscules destinées à traiter les maladies du cerveau et d’autres parties du corps. Les chercheurs dans le domaine récent de la biologie synthétique sont en train de trouver comment construire de nouvelles versions de molécules biologiques.
LA NOUVELLE APPROCHE DE « LA SCIENCE OUVERTE »
Alors que de nouveaux appareils peuvent donner lieu à des solutions, les nouvelles façons de penser continuent d’être essentielles aux progrès scientifiques. De nouveaux champs en mathématiques sont un bon exemple. Des aperçus récemment mis au point dans les mathématiques régissant les réseaux, par exemple, facilitent l’analyse des combinaisons complexes de cellules, de gènes ou même de personnes qui interagissent via les médias sociaux. De telles nouvelles méthodes mathématiques peuvent aboutir à une meilleure compréhension des épidémies, du cerveau, de la météo, ou même des mouvements sociaux.
Mais tous les progrès potentiels ne seront pas obtenus par un coup de baguette magique. Les systèmes éducatifs dans le monde ont besoin d’être repensés afin de mettre l’accent sur les questions et les méthodes du XXIe siècle. La science ne doit pas être enseignée en compartiments, une discipline à la fois, mais assimilée d’une manière qui fait tomber les barrières disciplinaires qui entravent le progrès.
D’autres obstacles doivent également être éliminés. La science a toujours valorisé la coopération internationale, mais aujourd’hui plus que jamais, le monde a besoin de mobiliser toutes ses ressources humaines, de toutes les nations et de toutes les cultures, pour aborder les grands mystères scientifiques du jour.
La coopération internationale permet pour commencer de financer de grands projets scientifiques trop coûteux pour un seul pays. La coopération aide également les scientifiques à trouver des chercheurs ayant des intérêts similaires ou des données précieuses qui ne seraient peut-être pas disponibles autrement. Et la démarche scientifique elle-même est renforcée : « Les scientifiques (…) disent que travailler en collaboration avec des chercheurs formés à l’étranger leur donne de nouveaux aperçus sur la manière de penser la science », expliquait un rapport RAND de 2002. « La science a à voir avec la créativité. Ces liens renforcent la pensée créative. »
Ainsi, quelques-uns des outils nécessaires pour avancer ne seront pas de nouvelles versions de microscopes ou de télescopes ou de casseurs d’atomes,
mais des nouveaux systèmes pour renforcer la communication et la coopération.
Déjà, le mouvement « science ouverte » a commencé à catalyser le partage de l’information scientifique en dehors de la méthode habituelle de publication uniquement dans des revues scientifiques. La publication dans les revues « en libre accès », où les études sont librement disponibles, est à la hausse. On estime que 340.000 articles ont été publiés en 2011 dans plus de 6.000 revues en libre accès. Et les efforts en ligne tels que ResearchGate permettent maintenant aux scientifiques de partager librement leurs résultats et données.
Les outils en ligne de communication et de collaboration « sont en train de transformer la façon dont les scientifiques font des découvertes », note le physicien Michael Nielsen dans son livre publié en 2011, Réinventer la découverte (Reinventing Discovery). « Ces outils sont en train d’amplifier activement notre intelligence collective, nous rendant plus intelligents et donc plus à même de résoudre les problèmes scientifiques les plus difficiles. »
Comme l’a noté Max Planck, la science est « une évolution progressive », pas un « repos au milieu de connaissances déjà acquises ». La science n’est pas un ensemble statique de faits recueillis dans des livres. C’est un voyage d’exploration de mondes encore inconnus. Elle doit accueillir, afin d’avancer, de nouveaux explorateurs. Le mouvement de la science ouverte, avec sa transparence et l’esprit de partage de l’information avec tous ceux qui sont intéressés, offre un environnement accueillant pour tous ces nouveaux explorateurs, facilitant l’ascension vers de nouveaux sommets scientifiques.
Par Tom Siegfried
MISE EN LUMIÈRE DE l'ADN HUMAIN
Les gènes - comme les trains - ne fonctionnent pas sans commutateurs.
Telle est la conclusion de quelque 400 scientifiques travaillant sur un projet intitulé Encyclopédie des éléments ADN (ENCODE). Dans le cadre de plus de 1.600 expériences menées sur une période de cinq ans, ils ont découvert que l’essentiel de l'ADN dans nos cellules n'est pas inutile comme on le pensait auparavant, mais impliqué dans la fonction d’allumer ou d’éteindre les gènes, influençant ainsi leur production, contrôlant leur calendrier et coordonnant leurs activités avec d'autres gènes.
« La complexité de notre biologie ne réside pas dans le nombre de nos gènes, mais dans les interrupteurs de réglementation », a dit Eric Green, chef de l’Institut national de recherche sur le génome humain aux États-Unis, qui finance ENCODE. La découverte peut aider à l'identification des facteurs de risque génétiques pour les maladies et le développement de nouveaux médicaments et traitements. ENCODE, lancé en 2003, vise à établir une liste complète des éléments fonctionnels dans le génome humain, et à découvrir comment ils travaillent ensemble.
COMPTER LES MICROBES QUI NOUS FONT FONCTIONNER
La diversité, la variété et la fonction des micro-organismes qui peuplent le corps humain fut une surprise pour les scientifiques participant au Projet sur le microbiome humain (PMH) lancé par les Instituts nationaux de la santé des États-Unis en 2008. À l’aide de puissantes méthodes de calcul nouvelles, un groupe de près de 250 scientifiques d’environ 80 institutions de recherche du monde entier a effectué un recensement des bactéries, virus et microbes - en tout, environ 10.000 espèces microbiennes - qui résident dans la bouche, les intestins et autres parties de nos corps. Il s'avère que chacun de nous porte environ 10 fois plus de cellules microbiennes que de cellules humaines, et elles ont environ 100 fois plus de gènes que nous, selon Curtis Huttenhower, qui aide à coordonner le projet. La flore microbienne varie considérablement d'une personne à une autre. Néanmoins, différents microbes réalisent les mêmes types de fonctions dans des parties spécifiques du corps. Les résultats peuvent aider les scientifiques à comprendre les rôles que jouent les microbes lors de changements liés aux maladies.
BRISER LES ATOMES ET LES FRONTIÈRES
Dans le domaine de la physique des particules, un scientifique à lui tout seul n'a aucune chance. Il a fallu un effort conjoint de quelque 10.000 scientifiques et ingénieurs de 600 institutions dans plus de 100 pays pour découvrir une particule subatomique qui pourrait être le boson de Higgs. Le boson de Higgs est la seule particule dans notre compréhension de la physique des particules qui n'ait jamais été observée, mais qui a été postulée par le biais des mathématiques. Son existence a été soutenue par deux expériences indépendantes exécutées sur le Grand collisionneur de hadrons, un briseur d’atomes à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, connue sous le nom CERN. Le CERN est un excellent exemple de collaboration internationale dans le domaine de la science et a joué un rôle considérable dans l'amélioration des relations internationales, en particulier pendant la guerre froide. Fondé en 1954, près de Genève, le CERN comprend 20 États membres européens et accueille des scientifiques de plus de 20 pays, dont les États-Unis. En date de novembre 2012, les deux équipes étaient en cours d'exécution d'autres expériences pour voir si la particule qu’ils ont découverte était bien le boson de Higgs.
LES QUESTIONS PESANTES D’APESANTEUR DANS L’ESPACE
La Station spatiale internationale est en train de transformer la science fiction en réalité. Des expériences menées sur la station spatiale vont nous aider à explorer la lune et voler vers les astéroïdes et Mars, a dit Dan Burbank, astronaute de la NASA et commandant de l’Expédition 30. Ces expériences sont également ce qui nous permet d'étudier les effets d’une exposition à long terme à l'apesanteur sur le corps humain. Depuis 2000, un laboratoire orbital géré principalement par les États-Unis, la Russie, l'Europe, le Japon et le Canada a accueilli une équipe internationale tournante et plus de 500 expériences conçues par des scientifiques de 16 pays.
PAS LES MÊMES MATHS QU’À L’ÉCOLE
En 2009, Timothy Gowers a lancé aux lecteurs de son blog le défi de résoudre une énigme mathématique : Trouver une nouvelle preuve combinatoire de la version de la densité du théorème de Hales-Jewett. Le défi de Gowers a suscité une collaboration en ligne sans précédent parmi les mathématiciens du monde. Gowers, un grand mathématicien britannique, a défini les règles de base et, avec l'aide du mathématicien Terence Tao, géré l'effort maintenant connu sous le nom de Projet polymaths. Parmi les 275 participants figuraient des lauréats de la médaille Fields en mathématiques – le Prix Nobel des mathématiques— et des professeurs de mathématiques du secondaire. En quelques semaines, ils ont accompli des exploits mathématiques hautement non triviaux, selon Justin Cranshaw et Aniket Kittur de l’Université Carnegie Mellon. Suite au succès de Polymaths 1, qui a produit deux articles scientifiques, Gowers a affiché cinq problèmes de plus.
Par Andrzej Zwaniecki
