Les dix meilleurs classements de Science : les circuits de calcul à échelle nanométrique obtiennent la palme de l'avancéescientifique en 2001

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Les circuits à échelle moléculaire qui relient ensemble des transistors minuscules, des câbles et des interrupteurs pour effectuer des opérations de calcul de base ont reçu la palme du progrès scientifique de cette année par la revue Science et son éditeur, l'American Association for the Advancement of Science (AAAS).

Les nanocircuits, nommés Percée technologique de l'année par les éditeurs de Science, sont à la tête de la liste des dix développements scientifiques les plus importants en 2001. Les dix lauréats, choisis pour leurs importantes retombées sur la société et le progrès des sciences, sont reconnus dans le numéro du 21 décembre de la revue.

Le grand bond en avant réalisé cette année dans le domaine du calcul moléculaire pourra préparer le terrain pour un avenir rempli de minuscules et pourtant extrêmement rapides et puissantes machines pouvant traduire des conversations "captées au vol" ou fouiller dans le corps humain pour diagnostiquer des maladies. Si ces circuits peuvent être combinés à des architectures encore plus complexes, cela "offrirait sans aucun doute la puissance de calcul nécessaire pour obtenir des percées scientifiques pendant des dizaines d'années à venir", déclarent les éditeurs de Science.

L'idée d'utiliser des molécules et de petits groupes chimiques comme blocs de construction d'une nouvelle génération d'ordinateurs n'est pas nouvelle. Cependant, la recherche a revêtu un caractère plus urgent au cours de cette dernière décennie, à mesure que la circuiterie traditionnelle au silicone a continué de se rétracter jusqu'à un point où elle ne peut tout simplement plus fonctionner. Les chercheurs espèrent contourner ce problème en utilisant les molécules et de petits groupes chimiques pour créer des milliards de dispositifs qui pourraient facilement tenir dans l'espace d'une puce actuelle.

Après avoir élargi leur répertoire de dispositifs à échelle moléculaire en 2000, plusieurs équipes de recherche ont franchi l'étape suivante critique qui consistait à câbler les dispositifs les uns aux autres pour en faire des circuits utilisables. Plusieurs articles publiés dans la revue Science cette année détaillent les progrès réalisés depuis les nanocâbles de communication (26 janvier 2001) jusqu'aux circuits de logique à base de nanotubes et nanocâbles (9 novembre 2001) en passant par les circuits de calcul utilisant des transistors à molécule unique (8 novembre 2001, Science Express).

Les ordinateurs moléculaires offrant la même rapidité et la même fiabilité au même coût que les ordinateurs au silicone ne seront pas disponibles avant quelques années, mais les percées technologiques réalisées cette année donnent beaucoup d'espoir aux chercheurs pour l'avenir.

Science souhaite également saluer les neuf autres succès scientifiques de 2001. À l'exception du premier prix, les réalisations scientifiques ci-dessous sont présentées sans ordre particulier.

La révolution de l'ARN : L'ARN s'est révélé être remarquablement adaptable en 2001, se détachant de son rôle traditionnel de messager génétique pour réaliser un certain nombre de tâches inattendues. De petites quantités d'ARN ont déjà prouvé pouvoir "endormir" les gènes de plantes et les chercheurs ont découvert cette année que cette "interférence de l'ARN peut également se produire" chez les souris et les êtres humains. Les microbiologistes ont également découvert des détails clés sur la façon dont l'ARN messager (le lien biochimique entre l'information de l'ADN et la formation de protéines) est raccordé. Dans ce processus, d'autres petites quantités d'ARN se joignent à des protéines pour former un "éditeur" tranchant d'ARNm en formation. Les chercheurs ont découvert avec surprise que les ARN effectuent ce tranchage, suggérant ainsi que l'ARN peut aussi agir comme une enzyme. Le répertoire en extension de la molécule a ravivé l'intérêt dans un "monde d'ARN" où l'ARN est apparu avant l'ADN dans les premières formes de vie.

La résolution du mystère solaire : Des détectives scientifiques ont, cette année, percé le secret d'une de leurs affaires les plus difficiles en résolvant le problème des neutrinos solaires manquants. Les neutrinos sont des particules n'ayant quasiment aucune masse et les neutrinos "électroniques" sont un sous-produit du foyer nucléaire qui anime le soleil. À la fin des années soixante, les chercheurs avaient calculé le nombre de neutrinos électroniques qui devraient s'éloigner à flot du soleil, mais le nombre réel de neutrinos détectés était trop faible. Cette année, les chercheurs de l'observatoire Sudbury Neutrino Observatory au Canada ont confirmé une caractéristique que des expériences antérieures avaient laissé soupçonner : les neutrinos ne disparaissaient pas, mais passaient incognitos. Les expériences ont permis d'établir que les neutrinos solaires se convertissent en deux autres formes (muonique et tauonique) après avoir quitté le soleil,
échappant ainsi à toute détection.

Des génomes en abondance : Une incroyable course a pris fin au début de l'année avec la publication simultanée de deux séquences préliminaires du génome humain tout entier, bien avant ce qui avait été prévu au début de l'effort de séquençage. Plus surprenant encore, le nombre de gènes humains est faible avec seulement 35.000 gènes, bien moins que chez les créatures "simples" comme le ver C. elegans (bien que le nombre soit actuellement révisé à la hausse). Les humains ne sont en fait qu'une partie de la ruée sur les génomes de 2001 : plus de 60 organismes prétendent désormais à un génome séquencé, y compris plusieurs microbes à l'origine de maladies. Les génomes d'importants animaux de laboratoire tels que les rats, les souris, les dards-perches et les moustiques porteurs du paludisme sont à l'étude.

Chauds les supraconducteurs : En 2001, les supraconducteurs étaient de mode, enfin, plus que l'on ne pouvait s'y attendre. La promesse de transmission d'électricité sans aucune résistance suggérée par la technologie des supraconducteurs est en concurrence avec la dure réalité qui veut que les matériaux deviennent supraconducteurs à des températures bien inférieures aux températures ambiantes. Cette année, deux nouveaux supraconducteurs ont repoussé les limites de températures vers le haut. Des scientifiques japonais ont découvert que le diboride de magnésium, un composé simple de laboratoire, devient supraconducteur à 39 degrés Kelvin, battant ainsi d'un facteur ou deux la température précédente la plus élevée pour un composé métallique. Les buckminsterfullerènes de carbone étoffés de molécules organiques sont devenus supraconducteurs à 117 degrés Kelvin, offrant ainsi de nouvelles possibilités pour l'électronique supraconductrice.

Feux de signalisation des neurones : Les axones sont les bras fuselés des cellules nerveuses qui se rejoignent pour former un réseau de communications neuronales. Cette année, les scientifiques ont commencé à entrevoir comment les axones savent où se développer dans le système nerveux. Cette information pourrait permettre d'avancer dans la quête pour la réparation des nerfs adultes endommagés. Les recherches réalisées dans les années 1990 ont permis d'identifier un certain nombre de signaux moléculaires pour attirer ou repousser les axones errants. En 2001, les chercheurs ont beaucoup appris sur la façon dont ces signaux agissent entre eux et comment les axones intègrent leurs messages bien souvent contradictoires. D'autres études démontrent comment ces signaux sont traduits en action par les axones.

Le cancer à la croisée des chemins : 2001 marque la présentation clinique d'une nouvelle génération de médicaments de lutte contre le cancer, des "bombes intelligentes" qui visent spécifiquement des défauts biochimiques précis à l'origine de certains cancers. Cette année, la FDA (Food and Drug Administration) des États-Unis a approuvé le médicament Gleevec, qui inhibe une enzyme défaillante associée à un type particulier de leucémie. Les enzymes qui influencent la croissance des cellules cancéreuses sont les principales cibles de cette salve de lutte contre le cancer, et des dizaines de tests cliniques d'autres médicaments de correction de défauts sont actuellement en cours partout dans le monde. Cependant, de nombreux cancers très répandus tels que le cancer du sein, le cancer du colon ou le cancer des poumons impliquent plusieurs défaillances de gènes et pourraient donc exiger des médicaments à cibles multiples.

Les atomes froids sont encore au goût du jour : Le premier condensat Bose-Einstein (BEC), un "super atome" d'atomes piégés et en surfusion, en mouvement unifié quantique, a été publié dans un article phare de Science en 1995. Les auteurs de Science, Eric A. Cornell et Carl E. Wieman, ont reçu le Prix Nobel de Physique de 2001 pour leurs travaux, partageant le prix avec Wolfgang Ketterle de MIT. Les discussions à propos des BEC se sont poursuivies cette année avec des vues sur l'avenir des lasers à atomes et des mesures ultra précises. Deux équipes françaises de chercheurs ont pour la première fois créé des BEC à hélium, et des condensats de lithium et de potassium sont également en cours de création. Les scientifiques ont beaucoup progressé dans la manipulation de ce nouvel état de matière, implosant une supernova atomique ("bose nova"), brassant des structures en forme de tourbillon dans les condensats et piégeant des grappes de BEC pour créer le premier état "pressé" de matière atomique.

Consensus climatique : C'est officiel, "la plupart du réchauffement relevé au cours des 50 dernières années est probablement dû à l'accroissement des concentrations de gaz à effet de serre", a déclaré cette année le panel international sur les changements climatiques
(IPCC), en attribuant le blâme à des causes humaines plutôt que naturelles. De nouvelles données et de nouvelles modélisations informatiques ont permis de mieux comprendre les changements climatiques qui ont confirmé l'impact de l'homme sur la chaleur inhabituelle relevée au 20è siècle, bien que la sensibilité de la planète aux gaz à effet de serre reste encore incertaine. Le Président des États-Unis, George W. Bush, citant cette incertitude ainsi que certaines réserves concernant les coûts élevés et la charge non partagée de la mise en œuvre de contrôles des émissions, a refusé de signer le Protocole de Kyoto conçu pour réduire les gaz à effet de serre produits par les activités humaines partout dans le monde.

On a retrouvé le puits manquant : Les États-Unis sont le plus gros producteur de gaz à effet de serre au monde, mais ils sont également un "puits", éliminant un important volume de dioxyde de carbone de l'atmosphère. La taille du puits à dioxyde de carbone des États-Unis est une question controversée, mais, cette année, deux groupes de scientifiques s'opposant ont révisé leurs estimations pour se mettre d'accord sur l'étendue du puits. Les chercheurs dans le domaine atmosphérique ont réduit leurs prédictions concernant un puits de taille immense grâce à de nouvelles analyses de données collectées sur une plus longue période de temps, alors que les opposants au
dioxyde de carbone sur terre ont découvert de nouvelles caches qui ont permis d'accroître leurs estimations de la taille globale du puits. Le résultat est le suivant : un puits qui absorbe environ un tiers des émissions actuelles des États-Unis, mais qui pourrait montrer des signes de fatigue au cours du siècle prochain.

La science après le 11 septembre : La communauté scientifique et d'ingénierie internationale doit faire face à "une nouvelle ère modérée" après les attentats du 11 septembre aux États-Unis, et se trouve également confrontée à des contraintes budgétaires, à des restrictions sur le partage des informations et la collaboration et à un changement des priorités dans le domaine de la recherche. Dans une section spéciale consacrée à "l'année de tous les dangers", Science étudie les conséquences des attentats pour les scientifiques, particulièrement dans le domaine des armes biologiques, et d'une nouvelle sécurité absolue pour les laboratoires et les universités de pointe.

Le revers de la médaille aux dix lauréats de Science est caractérisé par les effondrements pendant l'année, c'est-à-dire des moments pour le moins dépourvus d'inspiration dans le domaine de la science et la politique scientifique en 2001. On notera notamment les problèmes budgétaires liés à la station spatiale internationale et le « vide scientifique » de l'Administration Bush.

Les favoris pour l'année 2002 : Comme chaque année, Science a choisi six sujets d'actualité à surveiller de près en 2002. Cette année, ces sujets comprennent la recherche américaine dans le domaine des cellules souches, dans l'industrie privée, mais aussi à l'étranger, le domaine de la protéomique, le voyage inaugural de plusieurs nouveaux télescopes, les maladies multifactorielles, les horloges optiques et les constantes fondamentales, ainsi que la visualisation de molécules complexes et d'interactions biologiques. Les éditeurs se sont également référés aux prédictions pour 2000 pour voir si elles se sont révélées être les bonnes.

En tant que plus grande revue scientifique générale approuvée par des pairs dans le monde, Science se place dans une position unique et incomparable pour établir la meilleure liste qui soit des succès scientifiques pour l'année. La liste des dix lauréats est la treizième en son genre depuis que Science a lancé ce programme. L'éditeur en chef, Donald Kennedy, a rédigé un éditorial sur le rapport des percées technologiques de l'année dans le numéro du 21 décembre, disponible sur simple demande.