Actualité scientifique

Octobre 2000

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Par Christophe Jacquemin

Nobel de physique et de chimie : six pionniers de l'informatique et des nouvelles technologies récompensés
Physique/chimie/Prix Nobel
Mardi 10 octobre 2000

Aussi bien en physique qu'en chimie, l'Académie royale suédoise des sciences récompense cette année des travaux ayant mené au développement de l'électronique et de l'informatique actuelles (ordinateurs, téléphones portables, écrans plats et souples, flux de données dans les fibres optiques...).

Physique : le prix Nobel 2000 a été conjointement attribué pour une moitié au Russe Jaurès Alferov (chercheur russe, 70 ans) et  à l'Allemand Herbert Kroemer (72 ans), chercheurs à l'origine des "hétérostructures" (nouveaux composants optoélectronique), et pour l'autre moitié à l'Américain Jack Kilby (76 ans), l'inventeur du circuit intégré.
Dans ses attendus, l'Académie royale souligne que "ces travaux ont jeté les bases des nouvelles technologies de l'information, en permettant le mise au points d'objets, petits par la taille mais capables d'acheminer rapidement de grands volumes d'information".

Jack Kilby ©  Texas InstrumentC'est en 1958 que Jack Kilby, entré au service du groupe Texas Instrument, met au point le premier circuit intégré. Avec l'invention du transistor en 1947, le gain de place par rapport aux lampes à vide avait été énorme mais il fallait encore assembler les éléments un à un et souder les fils électriques à la main : des opérations très longues, posant des problèmes de fiabilité à cause des  nombreux points de soudure. Comment relier de manière rapide et fiable l'ensemble des composants ? Contrairement à ses collègues voulant les empiler verticalement, Kilbi à l'idée de les arranger dans un plan. Selon lui, si tous les éléments et les connecteurs qui les relient sont fabriqués dans le même matériau, on peut obtenir un énorme gain de place pour un temps de fabrication réduit.
Premier circuit intégré inventé par Jack Kibly © Texas InstrumentAu départ, son "circuit intégré monolithique" est des plus rustique : un éclat de germanium gros comme l'ongle collé sur une plaque de verre (un seul transistor et deux composants passifs) et ne sert qu'à afficher une courbe sinusoïdale sur un écran d'oscilloscope. En tous cas, la démonstration est faite que ce circuit intégré fonctionne.
A noter que les cristaux de germanium seront rapidement abandonnés au profit du silicilium, facile d'utilisation et beaucoup moins coûteux. Utilisées rapidement par l'armée dans leurs ordinateurs et missiles nucléaires, les puces électroniques n'apparaîtront cependant au grand public qu'en 1967, avec l'invention de la calculatrice de poche (dont Jack Kilby est le co-inventeur).

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Zhores I. Alferov © Ioffe physical technical institute
J.Alferov

Jaurès Alferov et Herbert Kroemer, pour leur part, ont défriché à partir des années soixante -et de manière indépendante- la voie des "hétérostructures", matériaux semi-conducteurs en couches minces. Celles-ci se présentent sous la forme d'un sandwich composé de deux tranches de matériaux semi-conducteurs : un alliage à base d'arsénure de gallium et d'aluminium (AsGA/Al) enserrant une tranche d'arsénure de gallium (AsGa) qui confine les électrons.

Herbert Kroemer © http://www.ece.ucsb.edu/Faculty/Kroemer/default.html
H. Kroeme
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Ces hétérostructures, à la base de notre monde technique, composent les transistors rapides, les diodes lasers ou les circuits intégrés. Les transistors rapides trouvent leur emploi de prédilections dans les télécommunications : satellites et stations relais de téléphone mobiles. Les diodes lasers recourant à cette technologie convoient les flux de données dans les fibres optiques utilisées en téléphonie, pour l'internet. Les hétérostructures permettent aussi la fabrication de diodes électroluminescentes puissantes utilisées pour les feux de signalisation des voitures ou des lecteurs de CD.


Chimie: le prix Nobel revient conjointement aux américains Alan Heagger (64 ans) et Alan MacDiarmid (73 ans) et au japonais Hideki Shirakawa (64 ans) pour la découverte et le développement des polymères conducteurs.

Alan V. Heeger © http://www.mrl.ucsb.edu/mrl/faculty/heeger.html
Alan Heagger

         

Alan MacDiarmid http://www.sas.upenn.edu/chem/faculty/macdiarmid/macdiarmid.html
Alan MacDiarmid

        

Hideki Shirakawa http://www.ims.tsukuba.ac.jp/Eng/Nobel.htm
Hideki Shirakawa

Ces trois chercheurs ont en effet signé "Synthesis of Highly Conducting Films of Derivatives of Polyacetylene", article écrit en 1977, faisant date dans les annales de chimie puisqu'il explique comment transformer un isolant, en l'occurrence le plastique (qu'on appelle de manière savante polymère), en matériau conducteur comme du métal. Une véritable gageure !
Quel est le secret ?
Un polymère est une macromolécule faite de la séquence linéaire de modules tous semblables, assemblés comme un collier de perles. Pour que ce genre de molécule (comme le polyacétylène*) puisse conduire l'électricité, il faut qu'elle comporte alternativement des liaisons simples et doubles entre ses atomes de carbone. Il faut également la "doper", ce qui consiste à enlever des électrons (par oxydation à la vapeur d'iode) ou en ajouter (par réduction). Ces trous -ou électrons supplémentaires- ont la particularité de pouvoir se déplacer tout au long de la molécule, qui devient ainsi capable de conduire le courant.

Les polymères conducteurs  (on en connaît maintenant une dizaine : polyacétylène, polyaniline, polypyrole...) sont aujourd'hui employés comme filtre antirayonnements sur les écrans d'ordinateurs ou dans les cellules solaires. Ils sont également utilisés pour des cadrans d'autoradio, de téléphone mobile ou de télévision miniature. A plus ou moins long terme, ils devraient conduire à la fabrication d'écrans vidéos souples géants que l'on pourra accrocher au mur, ou encore de pare-brises conducteurs (donc chauffant)....
Un autre voie de recherche concerne aujourd'hui l'essor de l'électronique moléculaire (cf. chronique du 26 avril 2000 : Nouvelle ère de l'électronique plastique).

*L'acétylène est constituée de 2 atomes d'hydrogène et de 2 atomes de carbone, ce dernir élément offrant 4 électrons périphériques ( permettant l'attache d'une molécule semblable, et ainsi de suite, composant ainsi le polyacétylène).

Nobel de médecine : trois chercheurs récompensés pour leurs études sur la transmission du signal dans le système nerveux
Médecine/Prix Nobel
Lundi 9 octobre 2000

Trois chercheurs - Arvid Carlsson, parmacologue suédois, Paul Greengard et Eric Kandel, neurologues américains - se partagent le prix Nobel de médecine 2000. Il vient couronner des recherches qui ont permis de mieux comprendre la mécanique qui régit la transmission de signaux entre les différentes cellules nerveuses,  rendant ainsi possible certains traitements médicamenteux (dépression nerveuse, maladie de Parkinson, psychoses...).
Dans ses attendus, l'Insitut Karolinska qui attribue les prix souligne que ces découvertes "ont été déterminantes pour la compréhension des fonctions normales du cerveau et des conditions dans lesquelles des perturbations dans la transmission du signal peuvent induire des maladies neurologiques ou psychiques". Ainsi, plus que la distinction d'une seule recherche, c'est la succession de travaux en cette matière que retient aujourd'hui l'Académie suédoise.

Arvin Carlsson © http://www.medfak.gu.se/corpus-online/CORPUSnr4.96/CORPUS4.96.4.htmlA 77 ans, Arvid Carlsson est un pionnier : dès 1950, débutant sa carrière à l'université de l'université de Lund , il tente de comprendre pourquoi de la réserpine administrée à des rats (subtance utilisée alors contre l'hypertension) provoque un état de catatonie (passivité totale, inertie psychique et motrice). La clé, pense-t-il , se trouve dans leur cerveau : la réserpine a dû entraîner une modification biochimique, hypothèse qu'il confirme par l'observation d'une chute de la dopamine dans celui-ci, substance chimique indispensable au fonctionnement des cellules nerveuses. Le chercheur pense alors à administrer à ces animaux la dopamine qui leur manque, mais sans aucun résultat, celle-ci n'étant même pas retrouvée dans leur  cerveau. Sachant que la dopamine franchit mal les membranes, le pharmacologue a alors l'intuition d'utiliser de la L-dopa (précurseur de la dopamine) qui, elle, permettra de normaliser la dopamine des rats sous réserpine. Finalement, Arvid Carlsson a pu démontrer qu'un déficit du neurotransmetteur dopamine dans le cerveau était à l'origine de la maladie de Parkinson, menant à la mise au point d'un médicament compensateur (la L-dopa)* qui reste à ce jour, jusqu'à un certain point, le traitement de base de cette maladie ainsi que le développement d'une nouvelle génération d'anti-dépresseurs.
* La première administration à l'homme date de 1967 (travaux publiés en 1969 par l'américain Cotsiaz dans le New England Journal of medicine)

Paul Greengard © http://www.rockefeller.edu/labheads/greengard/greengard.html

Paul Greengard, 74 ans, du laboratoire de neurologie moléculaire et cellulaire de l'université Rockefeller (New-York), s'est plus précisément attaché à la compréhension du mode d'action de diverses molécules chimiques -dont la dopamine- dans le système nerveux. Il se voit récompensé pour ses travaux sur la transmission synaptique dont il a précisé le fonctionnement. Le neurologue américain a établit que le dialogue entre cellule nerveuses passait par une modification de leurs protéines résultant de leur charge électrique. Plus précisément, dans le cas de la dopamine, il a montré qu'un second messager cellulaire (AMPc) était libéré dans le cytoplasme lorsque celle-ci se liait à son récepteur à la surface de la celule nerveuse. Ce messager, à son tour, active des enzymes possédant un rôle de phosphorylation* ou de déphosphorylation des protéines, qui induit une modification de l'excitabilité de cellules et une plus grande sensibilité à d'autres stimuli nerveux.
* Ajout de radicaux chimiques (phosphates) attachés aux protéines, dont ils modifient la structure spatiale et la fonction (déphosphorylation : retrait de ces radicaux chimiques)

Eric Kandel Eric Kandel © http://cpmcnet.columbia.edu/dept/gsas/biochem/faculty/kandel.html

Eric Kandel, 71 ans dans moins d'un mois, travaillant au Centre de neurobiologie et de sciences du comportement (université de Columbia à New-York) est récompensé pour avoir montré l'importance des modifications des synapses* et les mécanismes moléculaires qui commandent ce processus.
Ses travaux ,utilisant pour modèle le cerveau de l'aplysie (mollusque gastéropode marin),  ont permis de comprendre comment l'animal pouvait acquérir une mémoire instantanée grâce au jeux de ses synapses et de ses neurotransmetteurs. Le chercheur est parvenu à la conclusion que les modulations du fonctionnement des synapses sont essentielles pour l'apprentissage et la mémoire, apprentissage impliquant principalement une activité présynaptique, caractérisée par une augmentation de la libération de médiateurs en diversité et en quantité. La phosphorylation des protéines dans la synapse joue un rôle important pour l'apparition d'une forme de mémoire immédiate. La constitution d'une mémoire à long terme demande de plus une synthèse des protéines qui induisent, entre autres, des modifications dans la forme et le fonctionnement de la synapse.
*Points de contact spécifiques par lesquels se fait la transmission des messages neuroniques

Centrale nucléaire de Tchernobyl Tchernobyl : une contamination du sol
encore potentiellement dangereuse

Santé
Jeudi 5 octobre 2000

Une équipe de chercheurs ukrainiens, suisses et anglais montrent dans la revue Nature du 5 octobre (voir référence en fin de texte) que la contamination du sol aux alentours de la centrale de Tchernobyl reste potentiellement dangereuse. Les travaux des chercheurs s'appuient en effet sur l'étude de quelque 186 plants de blés ayant été semés à l'intérieur de l'enceinte d'exclusion, zone de 30km autour de la centrale. Ceux-ci ont montré, sur un cycle de croissance de 10 mois, des mutations génétiques à un rythme six fois plus élevé que le même blé planté dans une parcelle saine.
Selon les scientifiques, ces résultats sont surprenant dans la mesure ou le blé planté en zone contaminé n'a reçu que des doses radioactives relativement faibles, même pour une période prolongée. La mutation serait ici le résultat de l'ionisation des tissus acqueux intervenue lors de la rencontre de la radiation et des atomes de la matière.
 

  • Nature du 5 octobre 2000, pages 583 à 584 : "Germline DNA: Wheat mutation rate after Chernobyl", par Olga Kovalchuk, Yuri E. Dubrova, Andrey Arkhipov, Barbara Hohn & Igor Kovalchuk
    NB : Les résumés succincts en anglais, voire des articles complets parus sur le site web de Nature peuvent être obtenus, après inscription gratuite (attention, pour que l'inscription aboutisse, il faut absolument cocher sur quelque chose à la rubrique State/Region:* du questionnaire, même si ce n'est pas adapté à votre pays).

Cette découverte suggérerait que des gènes dénaturés ou endommagés en raison de la contamination du sol sont susceptibles de transmettre leur contamination aux générations suivantes. Pour Olga Kovalchuk, même si les travaux ne portaient pas ici sur les gènes, c'est-à-dire sur l'ADN qui définit les caractéristiques de la plante (couleur, taille...) mais sur l'ADN silencieux (partie "non significative" du patrimoine génétique), on peut imaginer que cette progression de la mutation se vérifie aussi dans le reste du génome.

Un patient produit des cellules capables de combattre le VIH
Médecine
Lundi 2 octobre 2000

Enzo Biochem Inc, entreprise américaine de biotechnologie vient d'annoncer ce lundi 2 octobre qu'un patient participant à la première phase d'une étude médicale a produit des cellules capables de combattre le virus VIH, responsable du sida. Après neuf mois et demi, les essais cliniques montrent que les cellules mises au point par cette société se sont implantées dans la moelle osseuse du patient et génèrent de nouvelles cellules (CD4+) conçues pour lutter contre le VIH.
Aujourd'hui, Enzo Biochem prépare la phase II des essais du HGTV-43. Des négociations ont été entamées avec plusieurs hôpitaux pour des essais cliniques à grande échelle.

Cinq autre patients sont actuellement engagés dans ce programme. Selon le Dr Engelhardt, vice-président d'Enzo, "les premiers résultats de l'analyse des tests sont très encourageants".
A suivre. 

http://www.admiroutes.asso.fr/action/theme/science/actu/2000/octobre.htm
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