L’ESSENTIEL

• La fermentation est de plus en plus tendance. Parmi les arguments apportés par ses promoteurs, on trouve notamment une plus grande digestibilité et une conservation accrue des aliments.

• Il existe plusieurs types de fermentations, qui peuvent être combinés, comme c’est le cas pour le roquefort, le champagne et le pain au levain.

• Cela signifie-t-il que tous les aliments peuvent être fermentés ? Peut-on manger trop d’aliments fermentés ?

Choucroute, yaourt, fromage, saucisson, vin ou bière sont les premiers aliments fermentés qui viennent à l’esprit. Mais c’est un monde beaucoup plus vaste qu’on ne le croit. En effet, le pain, la brioche, le chocolat, le café ou encore le poivre blanc peuvent aussi être considérés comme des aliments fermentés, et de nouveaux produits commencent à émerger sur le marché européen, comme le kéfir, le kombucha ou le kimchi. On estime que les aliments fermentés représentent en réalité entre 5 et 40 % de l’alimentation de chacun d’entre nous.

Si la fermentation alimentaire a d’abord été une méthode de conservation très prisée avant l’apparition de la réfrigération et a façonné l’histoire culinaire mondiale, elle connaît aujourd’hui un véritable engouement. En effet, il a été démontré que les aliments fermentés avaient un effet bénéfique sur le microbiote intestinal, car ils apportent des probiotiques (bactéries vivantes bénéfiques), des prébiotiques (des fibres végétales) et des postbiotiques (des acides gras à chaîne courte) qui ensemble renforcent le microbiote et la barrière intestinale.

Mais tous les aliments peuvent-ils être fermentés ? Consommer des aliments fermentés présente-t-il autant d’intérêt qu’on peut le lire sur le Net ?

Qu’est-ce que la fermentation ?

La fermentation est un mécanisme biologique au cours duquel des micro-organismes (bactéries, levures, moisissures) consomment les sucres et les protéines présents dans l’aliment et les transforment en acides organiques, en éthanol, en gaz, en peptides et en composés aromatiques.

On distingue quatre grands types de fermentation alimentaire.

La plus connue reste la fermentation alcoolique, pendant laquelle des levures transforment des sucres simples en alcool et en dioxyde de carbone donnant, donnant naissance au vin, à la bière, ou au cidre. Cette fermentation est aussi à l’origine de la panification : la production de dioxyde de carbone aère la mie et l’alcool s’évapore lors de la cuisson du produit.

Lors de la fermentation acétique, des bactéries transforment l’alcool en acide acétique, ce qui donne du vinaigre ou un kombucha. On parle de vinaigre de vin ou de vinaigre de cidre car une première fermentation alcoolique est nécessaire pour que la fermentation acétique puisse avoir lieu.

La fermentation fongique (aussi appelé fermentation enzymatique) résulte de l’action de champignons filamenteux qui utilisent leurs enzymes pour casser les sucres et les protéines de l’aliment. C’est le processus qui permet l’obtention de la sauce soja, du miso ou encore du tempeh, mais aussi de certains fromages comme le roquefort ou le camembert.

Enfin, dans la fermentation lactique, des bactéries vont transformer des sucres simples en acide lactique et en gaz, en acide organique et parfois en alcool. C’est le processus qui permet l’obtention des yaourts, des fromages, de la choucroute, du kimchi ou encore de certaines viandes pour l’obtention du saucisson.

Certains aliments fermentés nécessitent la combinaison de deux fermentations. L’association d’une fermentation lactique et d’une fermentation fongique donnera la plupart des fromages et des saucissons. Le champagne, lui, résulte d’une double fermentation alcoolique, la première apporte l’alcool et la seconde apporte à la fois de l’alcool et des bulles de dioxyde de carbone lui conférant son côté pétillant. Le pain au levain, quant à lui, résulte lui de l’association d’une fermentation lactique et d’une fermentation alcoolique.

Des vertus santé, mais sans miracle

La fermentation alimentaire montre plusieurs avantages : (i) elle rallonge la durée de vie des aliments, (ii) elle améliore leurs qualités organoleptiques (telles que l’odeur, la texture ou le goût de l’aliment), (iii) elle réduit leur temps de cuisson.

La fermentation alimentaire peut être vue comme une « prédigestion » de l’aliment qui peut faciliter leur consommation. Les cornichons ou les olives, par exemple, sont difficilement consommables s’ils ne sont pas fermentés au préalable. De même, les bactéries lactiques consomment le lactose du lait permettant aux personnes intolérantes au lactose de consommer certains produits à base de lait sans craindre de symptômes trop violents (kéfir, les fromages hautement fermentés comme le parmesan ou encore les yaourts).

À lire aussi : L’intolérance au lactose est en réalité la norme chez l’humain, mais le racisme, le gouvernement des États-Unis et les intérêts commerciaux en ont fait un trouble

Ainsi, les aliments fermentés apportent aussi des avantages nutritionnels et de santé, ce qui explique la nouvelle tendance de leur développement sur le marché depuis une décennie.

De la même manière, la fermentation alimentaire permet de diminuer la présence de FODMAPS (oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides et polyols fermentescibles) dans les matières premières. Ces sucres complexes mal assimilés par l’intestin grêle fermentent dans le colon et sont la cause des douleurs intestinales liées au syndrome de l’intestin irritable.

La fermentation alimentaire permet de dégrader et neutraliser les anti-nutriments présents naturellement dans certains aliments, empêchent l’assimilation de certains nutriments et minéraux (fer, zinc, magnésium, calcium) par l’organisme par exemple l’acide phytique dans les céréales complètes et les légumineuses ou le cyanure dans le manioc.

Les aliments fermentés enrichissent le microbiote et vous apportent des vitamines et des antioxydants. En effet, lorsqu’ils sont non pasteurisés ou non cuits, ils vous apportent des milliards de bactéries vivantes (les probiotiques, qui ont réalisé la fermentation) importantes pour maintenir la diversité de votre microbiote. De plus, lors de la fermentation alimentaire, les micro-organismes se développent et produisent naturellement des vitamines (B et K) ainsi que des molécules antioxydantes qui sont aussi bénéfiques à votre organisme.

Attention toutefois : si les aliments fermentés s’intègrent parfaitement dans une alimentation saine et variée, ils ne constituent pas des « super-aliments » miracles, notamment pour vos maux d’estomac. En effet, contrairement aux probiotiques de pharmacie conçus pour résister à l’acidité gastrique, la plupart de leurs bactéries sont détruites dans l’estomac avant d’atteindre le côlon. De plus, la pasteurisation des produits du commerce élimine souvent une partie de ces micro-organismes vivants.

Autre inconvénient : certains aliments fermentés ont une forte teneur en sel (kimchi, miso, choucroute), celui-ci s’étant concentré lors de la fermentation. Enfin, la présence résiduelle de FODMAP peut même aggraver les ballonnements chez les personnes souffrant du syndrome de l’intestin irritable, qui doivent faire attention à leur consommation. Il convient donc de les consommer pour le plaisir, sans excès et sans les prendre pour des traitements médicaux.

Tous les aliments peuvent-ils être fermentés ?

Au sens pratique et culinaire, la réponse est presque tous.

La fermentation alimentaire est une alliée santé de premier ordre qui transforme la quasi-totalité de nos ingrédients bruts en trésors digestifs et nutritionnels.

En revanche, au sens biologique du terme, la réponse est non : en effet, certaines conditions doivent être réunies pour que les micro-organismes puissent réaliser la fermentation. Ainsi les matières premières trop grasses (comme l’huile), les matières premières déshydratées (comme les fruits secs comme les noix), les aliments trop sucrés (comme le miel), trop salés ou contenant des conservateurs (car déjà transformés) résisteront à l’action des micro-organismes.

Quant à moi, je vous recommande l’association pomme-betterave, si vous vouliez vous lancer dans l’aventure de la fermentation. C’est ma préférée !

Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (qui a lieu du 2 au 12 octobre 2026), dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition porte sur la thématique « Saveurs savantes ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.

Élodie Choque a reçu des financements de la région Hauts-de-France (dynamique Economie Ciculaire et Nouveaux Modèles de Développement).

L’ESSENTIEL

• Pourquoi un doudou qui « sent mauvais » pour un adulte reste-t-il un trésor pour l’enfant qui l’aime ? Pourquoi le camembert ouvre-t-il l’appétit, tandis que l’odeur d’un aliment moisi nous fait reculer ?

• L’atelier « Pourquoi ça pue ? » s’inscrit dans la programmation de la Fête de la science 2026 en proposant d’explorer les odeurs des déchets comme autant de traces de nos manières d’habiter, de consommer et de nous souvenir.

• Cette rencontre avec le public est proposée au Village des sciences à l’abbaye royale de l’Épau au Mans, dans la Sarthe, les 10 et 11 octobre 2026.

Une odeur qui dérange une personne peut rappeler à une autre un lieu ou quelqu’un, qu’elle aime. Le doudou en est un exemple frappant. Là où un adulte sent un objet textile sale à laver, l’enfant retrouve une présence olfactive réconfortante.

Ce que nous sentons ne se résume donc pas à une matière. Nous l’interprétons à partir de nos souvenirs, de nos habitudes et des idées que nous nous faisons du propre et du sale. Le contexte compte aussi : l’odeur puissante d’un fromage affiné peut être appréciée, tandis qu’une odeur voisine, rencontrée ailleurs, sera jugée suspecte.

Que savons-nous réellement d’une odeur lorsque nous disons simplement « Ça pue » ?

Sentir ce que nous jetons

Nous pensons souvent aux déchets à partir du moment où ils quittent nos mains. Dans quel bac les mettre ? Seront-ils recyclés ? Que deviendront-ils après la collecte ? Ces questions sont nécessaires, mais elles ne racontent qu’une partie de leur histoire. Avant d’être jeté, un objet a été acheté, utilisé, gardé, parfois réparé ou aimé. Un reste de repas parle de cuisine ; un vêtement usé, de nos façons de nous habiller et de conserver les choses.

La rudologie, étude systémique des déchets initiée dans les années 1970 par le géographe manceau Jean Gouhier, portée aujourd’hui par notre équipe dirigée par le géographe Mathieu Durand du laboratoire Espaces et Sociétés au Mans, propose de prendre ces pratiques au sérieux. Elle ne considère pas seulement les déchets comme un problème technique ou sanitaire. Elle y voit aussi des faits sociaux et géographiques, révélateurs de nos pratiques et de nos manières d’habiter. Qu’est-ce que nous acceptons de garder près de nous ? Qu’est-ce qui doit disparaître au plus vite ?

L’odeur rend ces questions concrètes. Elle traverse parfois les frontières que nous traçons entre les espaces : la cuisine et le couloir, la maison et la rue, l’objet conservé et celui que nous voulons éloigner. Elle attire notre attention sur une matière que nous aurions préféré ne pas voir. Mais elle peut également nous inviter à observer ce qui change, se transforme ou demeure.

Sentir un déchet ne signifie pas nier les nuisances qu’il peut produire. Cela permet plutôt de suspendre un instant le réflexe du rejet pour se demander ce que cette réaction raconte. Les déchets deviennent alors des objets à examiner, et non uniquement des restes à faire disparaître.

Une discussion philosophique autour des odeurs : trouver les mots justes

Décrire une odeur est moins facile qu’il n’y paraît. Nous disons qu’elle est « bonne », « mauvaise » ou « forte ». Mais est-elle aussi humide, aigre, terreuse ou sucrée ? Rappelle-t-elle un aliment, une cave, un jardin, un vêtement ? Deux personnes qui emploient le mot « renfermé » parlent-elles de la même chose ? Quels vieux souvenirs s’y cachent ?

Pendant l’atelier, les participantes et participants exploreront des odeurs liées aux déchets alimentaires et textiles. Ils pourront comparer leurs impressions, préciser leurs descriptions et écouter celles des autres. Le test de reconnaissance olfactive réalisé par les étudiantes fera émerger une perception hésitante, un désaccord ou un souvenir inattendu qui seront alors autant de points de départ pour réfléchir.

Les mots proposés contribueront à enrichir un lexique sensible des odeurs détritiques. L’objectif n’est pas d’imposer une définition à chaque senteur. C’est de montrer qu’en cherchant les mots, nous apprenons à distinguer la sensation de l’émotion qu’elle provoque, puis du jugement que nous portons sur elle. Dire « cela me dégoûte » n’est pas tout à fait la même chose que dire « c’est sale ».

Cette exploration olfactive se poursuivra par des échanges sans pour autant décider quelles odeurs il faudrait aimer, mais de comprendre pourquoi nous les jugeons comme nous le faisons : Pourquoi une odeur désagréable nous paraît-elle parfois inquiétante ? Un objet destiné à être jeté a-t-il nécessairement perdu toute valeur ? Pourquoi gardons-nous certains objets abîmés alors que nous nous débarrassons aussitôt d’autres objets encore utilisables ? Ces questions partent d’expériences accessibles à tous. Elles permettent de découvrir que la vie domestique constitue, elle aussi, un terrain de recherche.

Je porte ce projet avec Mathieu Durand, Sandrine Bacconnier, géographes et Camille Dormoy, socio-anthropologue d’ESO Le Mans Université-CNRS. Il est conçu et animé par Mariama Coulibaly, Anouk Hérault Sokhna Mai Mboup, Djaynat Radjabou, Louane Vaoheilala, étudiantes en master MIDEC (Le Mans Université).

Venir sentir et discuter

Labellisé « Coup de cœur 2026 de la Fête de la science », l’atelier « Pourquoi ça pue ? » est gratuit et destiné au grand public à partir de sept ans, dans le cadre du Village des sciences du Mans. L’atelier est conçu spécifiquement à une animation de rue.

Pourquoi venir ? Pour constater qu’une odeur n’est pas toujours aussi évidente qu’on le croit. Pour écouter ce qu’en disent les autres. Et pour découvrir que nos déchets, avant même d’être triés ou recyclés, peuvent nous apprendre quelque chose sur nos gestes, nos attachements et notre façon d’habiter le monde de nos déchets.

Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (qui a lieu du 2 au 12 octobre 2026), dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition porte sur la thématique « Saveurs savantes ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.

Nathalie Buchot a reçu un financement de l'ANR, via le PEPR Recyclage Household Waste (ANR-22-PEPR-0010). Elle est membre du Groupe Philo Sarthe-GPS, association adhérente au réseau des Mille et une maisons de la philo.

L’ESSENTIEL

• Le prix Nobel de physique 2026 a été décerné au chercheur belge Francis Halzen pour ses travaux sur les neutrinos, les particules les plus énigmatiques et les plus furtives de la physique.

• Certains de ces neutrinos ont une énergie folle et, pourtant, ils traversent la planète – et chacun d’entre nous – très discrètement.

• Grâce à IceCube, un détecteur monumental caché dans la glace de l’Antarctique et pensé par Francis Halzen, nous commençons à détecter ces neutrinos de très haute énergie, et à comprendre d’où ils viennent. Rendez-vous auprès d’une des entités les plus lumineuses de l’Univers.

Le prix Nobel de physique 2026 a été décerné au physicien belge des particules Francis Halzen, créateur et responsable du projet IceCube, le plus grand télescope à neutrinos de la planète, implanté au cœur des glaces du pôle Sud. Après ses études et son doctorat à l’Université de Louvain, suivis d’un passage de deux ans au Conseil européen pour la recherche nucléaire (Cern), Francis Halzen s’installe dès 1972 à l’Université du Wisconsin à Madison (États-Unis), où il dirige aujourd’hui l’institut de physique des particules.

À 82 ans, le chercheur voit ainsi consacrée son intuition pionnière : avoir conçu cet immense détecteur antarctique capable de capturer les tout premiers neutrinos de très haute énergie, issus des phénomènes les plus violents de l’Univers lointain. La détection de ces particules ouvre une fenêtre inédite sur le cosmos profond, éclairant d’un jour nouveau des mécanismes encore mystérieux comme la fusion d’étoiles à neutrons ou la formation des trous noirs supermassifs.

Le neutrino demeure l’une des entités les plus énigmatiques de la physique. Sa masse est si infime qu’elle n’a encore jamais pu être mesurée directement. On sait en revanche qu’il se décline en trois types ou « saveurs », pour utiliser le terme consacré (électronique, muonique et tauique) capables d’osciller de l’une à l’autre au cours de leur trajet. D’une insaisissable furtivité, ces particules traversent la matière quasi sans interagir : la Terre entière ne constitue pas pour elles un obstacle. Dès les années 1980, Francis Halzen pressent pourtant qu’un immense volume de glace naturelle pourrait servir à tracer leur passage.

Comment détecter l’invisible ?

Bien qu’ils fendent l’espace presque à la vitesse de la lumière dans le vide, les neutrinos ralentissent lorsqu’ils pénètrent un milieu dense comme l’eau ou la glace, dont l’indice de réfraction n est supérieur à 1. La vitesse de la lumière y est alors divisée par n. Lors de la rarissime collision d’un neutrino avec un noyau atomique, ce choc engendre une particule chargée, un électron ou un muon (particule élémentaire qui possède une charge électrique et des propriétés semblables à celles de l’électron, mais avec une masse 207 fois plus grande).

Le muon, plus massif, est plus facile à détecter. Ultrarapide, cette nouvelle particule se déplace alors plus vite que la lumière dans ce milieu, provoquant une onde de choc lumineuse analogue au « bang » d’un avion franchissant le mur du son. Flash bleuâtre caractéristique, cette lumière est enregistrée par des milliers de photomultiplicateurs immergés en grille dans les profondeurs de la glace, permettant de reconstituer avec précision la trajectoire du neutrino original.

L’idée d’écouter ces murmures cosmiques s’inscrit dans une longue filiation. Dans les années 1980, alors que Francis Halzen ébauchait son projet, les chercheurs japonais mettaient en service l’expérience Kamiokande (Kamioka Nucleon Decay Experiment). Initialement conçu pour observer la désintégration, jamais constatée, du proton, l’instrument fut reconverti sous la direction de Masatoshi Koshiba en un télescope à neutrinos hors pair. Cette avancée vaudra à Koshiba le prix Nobel en 2002, avec Raymond Davis et Riccardo Giacconi.

En 1987, l’explosion de la supernova SN1987A dans le Grand Nuage de Magellan en offrit la démonstration éclatante : Kamiokande enregistra la première bouffée de neutrinos extrasolaires de l’histoire, arrivée trois heures avant le signal lumineux.

Plus tard, grâce à l’instrument Super-Kamiokande, Takaaki Kajita et Arthur McDonald démontrèrent en 1998 le phénomène d’oscillation des neutrinos, prouvant de fait que ces particules possèdent une masse non nulle, une découverte couronnée par le Nobel 2015.

Toutefois, la question de l’origine des neutrinos d’énergie extrême demeurait entière. Si les réactions nucléaires au cœur du Soleil ou les explosions de supernovae génèrent des neutrinos, leur énergie reste modeste. En 2017, IceCube repère des neutrinos atteignant des énergies colossales, mesurées en plusieurs centaines de péta-électronvolts (PeV), soit près d’un milliard de milliards d’eV. Par comparaison, l’énergie de masse (mc²) du proton est de 1 GeV, et l’énergie maximale du collisionneur de protons du CERN est de 14 TeV. Quelle forge cosmique peut libérer une telle puissance ?

La réponse est venue des quasars (les entités les plus lumineuses de l’Univers), et plus particulièrement des blazars. Au centre de certaines galaxies lointaines, des trous noirs supermassifs accrètent de la matière. Une partie de cette matière tourbillonnante est expulsée le long de l’axe de rotation sous forme de jets relativistes, où les particules sont lancées à une vitesse proche de celle de la lumière. Une particule qui voyage à de telles vitesses émet de la lumière fortement amplifiée, de plusieurs ordres de grandeur, dans sa direction de propagation.

Lorsque l’un de ces jets se trouve pointé exactement dans l’axe de la Terre, la source prend le nom de blazar. Son rayonnement de photons gamma, protons, et neutrinos, se trouve alors prodigieusement amplifié par effet relativiste.

À lire aussi : Blazars, ces phares cosmiques qui nous guident depuis les tréfonds du cosmos

Lever le voile sur les ultimes secrets du cosmos

L’observatoire IceCube, constitué d’un kilomètre cube de glace zébré de 86 lignes de détecteurs enfouis à plus de 1 000 mètres de profondeur, a pu identifier ces monstres cosmiques en croisant ses détections de neutrinos avec les observations de rayons gamma.

Plus récemment, en 2025, le détecteur sous-marin KM3NeT a confirmé ces mesures exceptionnelles. KM3NeT est constitué d’un kilomètre cube d’eau de mer déployé en Méditerranée. C’est un projet en train de compléter sa construction, par une collaboration internationale de 21 pays, menée par la France et l’Italie,

L’observation conjointe d’un rayonnement gamma et la détection de neutrinos de très haute énergie au même moment et dans la même direction renforcent l’hypothèse des blazars comme sources de ces neutrinos. C’est là tout l’intérêt des observations conjointes.

Cette synergie marque l’avènement de l’astronomie multimessager, qui croise la lumière (photons), les neutrinos et les ondes gravitationnelles pour scruter les événements les plus violents de l’Univers. Aujourd’hui, épaulés par le télescope géant Vera-Rubin au Chili, dont les algorithmes d’intelligence artificielle trient chaque nuit des millions d’alertes cosmiques (astéroïdes, supernovae, quasars, etc.), les astronomes peuvent pointer leurs instruments dans la bonne direction en quelques secondes et lever le voile sur les ultimes secrets du cosmos.

Françoise Combes ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

L’ESSENTIEL

• Le prix Nobel de chimie 2026 a été décerné au Français Henri Kagan et au Japonais Kensō Soai pour leurs travaux sur les molécules « chirales ». Celles-ci existant en deux versions reflets l’une de l’autre, comme notre main gauche semble être le reflet de notre main droite. On parle aussi d’« image miroir » ou d’« énantiomères ».

• De nombreuses molécules biologiques sont chirales, à l'instar des acides aminés qui constituent les éléments de base des protéines chez les êtres vivants. Cette propriété affecte leur capacité à réagir avec d’autres molécules, comme une main droite rentre mal dans un gant gauche.

• Pour comprendre le vivant et pour concevoir des médicaments, la maîtrise de la chiralité est très importante… d’où l'attribution du Nobel !

Les lauréats du prix Nobel de chimie 2026 ont été annoncés mercredi 7 octobre à Stockholm (Suède).

Henri Kagan est né à Boulogne-Billancourt, en 1930. Il est professeur émérite à l’Université Paris-Saclay. Kensō Soai est né à Hiroshima, au Japon, en 1950. Il est maître de conférences à l’Université des sciences de Tokyo.

Kagan et Soai ont mis au point des réactions permettant de produire une seule des deux formes de ces molécules chirales. Leurs travaux ont été décisifs pour les chimistes qui fabriquent des médicaments, car parfois, seule une des deux formes (droite ou gauche) de la molécule a l’effet souhaité dans l’organisme.

Les molécules en image miroir sont extrêmement courantes, et leurs formes « droite » et « gauche » peuvent avoir des effets très différents. Par exemple, la forme droite du limonène a une odeur d’orange, tandis que l’autre a plutôt une odeur de citron. De même, l’une des formes de la molécule de carvone est responsable de l’odeur des graines de carvi et sert à empêcher les pommes de terre de pourrir (gauche) tandis que la molécule en image miroir (droite) a une odeur de menthe et est utilisée pour repousser les moustiques.

Nous pouvons facilement distinguer ces différentes molécules en image miroir, car les récepteurs de notre nez sont constitués d’acides aminés qui sont tous « gauchers ».

De la même façon qu’une main gauche rentre mal dans un gant droit, en biologie, une molécule « gauche » se lie différemment à un récepteur constitué d’acides aminés gauches qu’une molécule « droite ».

Deux questions se posent autour des molécules chirales. Premièrement, lors d’une réaction chimique, on obtient souvent un mélange des deux images miroirs, ou énantiomères. Cela peut poser problème lors du développement de médicaments, pour les raisons que nous avons déjà évoquées. Comment produire une seule des deux formes, de façon exclusive ?

Deuxième question, d’importance car elle constitue un des mystères de l’apparition de la vie : les acides aminés n’existent naturellement que sous leur forme gauche (lévogyre) – en d’autres termes, la vie est chirale et cela a d’importantes répercussions en biologie. Mais comment cette préférence pour la forme lévogyre est-elle apparue sur Terre ?

Trouver des solutions

Henri Kagan a fait un grand pas en avant en 1986, lorsqu’il a découvert une nouvelle façon de manipuler les réactions chimiques. Kagan est parti d’un catalyseur qui était lui-même chiral. Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction chimique sans être consommée au cours du processus.

Kagan a ensuite montré comment un mélange des versions « gauche » et « droite » du catalyseur pouvait augmenter le pourcentage de la forme « gauche » ou « droite » du produit.

En 2003, Soai s’est penché sur la deuxième question : comment partir d’une situation sans chiralité préférentielle et aboutir exclusivement à la variante « gauche » ou « droite » d’une molécule ?

Pour ce faire, il a utilisé une réaction chimique autocatalytique, c’est-à-dire que le produit de la réaction sert également de catalyseur à celle-ci.

Une fois que le produit chiral se forme, il favorise la formation d’une des deux versions (ou énantiomères). Dans ce cas, si les versions gauche et droite du produit se forment initialement toutes les deux, un tout petit déséquilibre entre les deux s’autorenforce au fur et à mesure de la réaction.

Cela permet à une seule version de la molécule de s’imposer, jusqu’à pouvoir représenter 99,99 % du produit final.

Nous ne connaissons pas les conditions qui régnaient sur Terre il y a 4 milliards d’années et qui ont conduit à la formation naturelle exclusive d’acides aminés lévogyres. Mais Soai a montré qu’il est bel et bien possible de former quasi exclusivement une seule des deux versions d’une molécule chirale.

Matthew Addicoat a reçu des financements du Leverhulme Trust et de ARIA. Il a reçu par le passé des financements de l'EPSRC et de la Royal Society.

L’ESSENTIEL

• Les sols sous nos pieds sont vivants : un seul gramme de sol peut contenir des milliards de bactéries.

• Dans les friches industrielles dont les sols sont pollués, certaines bactéries sont capables de se nourrir des polluants et prolifèrent.

• L’analyse de leur ADN et des tests en laboratoire permettent de comprendre comment elles dégradent ces substances, ce qui pourrait nous aider à améliorer la dépollution des sols.

Dans les Appalaches et la Rust Belt, cette région des États-Unis marquée par le déclin industriel, notamment à Pittsburgh, d’anciens sites industriels sont reconvertis en nouveaux quartiers, en centres de recherche et en pôles technologiques. Mais, sous ces sites, une autre transformation est à l’œuvre depuis des décennies.

Ces friches sont d’anciens sites industriels ou commerciaux. Les projets de reconversion peuvent être rendus compliqués par la pollution, et sont souvent définis autour des vestiges de leur activité passée — des usines abandonnées, des terrains vacants et des sols contaminés par des substances cancérogènes. Mais, sous la surface, ces friches sont des écosystèmes vivants : des milliards de microbes peuplent leurs sols. À Pittsburgh, certains réagissent et s’adaptent depuis des décennies à la pollution héritée du passé industriel de la ville.

Microbiologiste, je me suis intéressé à ce sujet à cause d’une friche toute proche de moi. Mon laboratoire, à l’université Carnegie Mellon, se trouve à seulement trois kilomètres de Hazelwood Green, un ancien site industriel de 72 hectares qui borde la rivière Monongahela, à Pittsburgh.

Pendant plus d’un siècle, ce site a accueilli des activités sidérurgiques, notamment celles de la Jones & Laughlin Steel Co. À son apogée, cette entreprise industrielle employait des milliers d’ouvriers. Elle a contribué à faire de Pittsburgh la « ville de l’acier ».

L’histoire de Pittsburgh a aussi laissé un héritage chimique. Comme sur beaucoup d’anciens sites industriels, les sols de Hazelwood Green étaient contaminés par des hydrocarbures pétroliers, des métaux lourds et d’autres polluants, ce qui lui a valu d’être classée comme friche industrielle polluée. Parmi ces contaminants figurent le benzène, le toluène, l’éthylbenzène et les xylènes, un ensemble de composés dérivés du pétrole regroupés sous l’acronyme BTEX. Ces substances peuvent être toxiques pour les humains et d’autres organismes, et certaines sont reconnues comme cancérogènes.

Au cours des dernières décennies, la reconversion de Hazelwood Green a demandé de dépolluer les sols. Le site est devenu un nouveau pôle de recherche, de technologie et d’initiatives locales. Ces travaux soulèvent une question biologique intéressante : que sont devenus les micro-organismes qui vivaient dans ces sols lorsqu’ils étaient contaminés ? Et leur manière de faire face à cette pollution peut-elle nous aider à mieux dépolluer d’autres friches à l’avenir ?

La pollution comme expérience évolutive

Les sols abritent une extraordinaire diversité de microorganismes. Un seul gramme peut contenir des milliards de bactéries appartenant à des milliers d’espèces différentes.

Lorsque des polluants comme les BTEX pénètrent dans cet environnement, les microbes font face à un nouveau défi écologique. Pour de nombreux organismes, ces substances peuvent être toxiques. Mais certains microbes possèdent déjà des mécanismes métaboliques qui leur permettent de les tolérer, voire de s’en nourrir. Ils disposent ainsi d’un avantage sur les autres bactéries présentes sur le site.

Au fil du temps, la pollution exerce une pression de sélection sur ces microbes. Les bactéries capables d’y survivre, voire de dégrader les polluants, deviennent plus nombreuses. Et elles peuvent transmettre cette capacité à d’autres bactéries, au-delà de leur propre descendance, en échangeant directement des gènes.

À Hazelwood Green, des décennies de pollution industrielle ont ainsi constitué, sans que personne l’ait voulu, une gigantesque expérience sur l’évolution. Mon laboratoire, au sein du département de biologie de l’université Carnegie Mellon, cherche à en comprendre les résultats. Nous prélevons des échantillons de sol dans différentes zones de Hazelwood Green, dont les niveaux de contamination passés varient.

Les carottes de sol – des échantillons cylindriques prélevés verticalement depuis la surface, qui préservent les différentes couches du sol – nous permettent d’examiner les communautés microbiennes en profondeur. Nous en extrayons l’ADN, puis procédons à un séquençage métagénomique. Cette technique permet d’identifier tous les micro-organismes présents dans un échantillon environnemental directement à partir de leur ADN, plutôt que de les cultiver et de les étudier un par un.

Au-delà de l’identification des microbes présents, nous cherchons à comprendre ce dont ils sont capables. L’un de nos objectifs est de repérer les gènes bactériens associés à la dégradation des BTEX et d’autres hydrocarbures.

Nous avons reporté sur une carte du site actuel des données de contamination couvrant plusieurs décennies, puis comparé l’abondance des microbes selon les lieux et les profondeurs. Nous cherchons ainsi à savoir si la pollution passée a laissé une empreinte durable sur les communautés microbiennes de Hazelwood Green.

À la recherche de microbes qui se nourrissent de polluants

Le séquençage de l’ADN nous aide à comprendre ce dont les microbes pourraient être capables. Mais nous vérifions aussi directement ces prédictions. Nous isolons des bactéries provenant de Hazelwood Green et d’autres sites de Pittsburgh, puis nous testons leur capacité à se nourrir de différents polluants, pris un à un.

Le principe de l’expérience, qui vise à repérer les bactéries capables de dégrader les BTEX, est simple. Habituellement, les bactéries sont cultivées en laboratoire dans des milieux riches en nutriments, contenant des sucres, des acides aminés et d’autres composés qu’elles peuvent facilement consommer. Nous les cultivons, au contraire, dans un milieu minimal dépourvu de toute source de carbone. Or, pour se développer, la plupart des bactéries ont besoin d’une source de carbone organique, qui constitue en quelque sorte leur « nourriture ».

Nous ajoutons alors un polluant — benzène, toluène, éthylbenzène ou xylène — comme unique source de carbone dans le milieu de culture. Si les bactéries se développent, cela suggère qu’elles peuvent s’en nourrir. Ce faisant, elles éliminent le polluant de leur environnement et contribuent à dépolluer le sol.

Identifier ces organismes un par un prend du temps. Nous avons donc noué un partenariat avec l’AI Science Foundry de l’université Carnegie Mellon, un laboratoire robotisé et automatisé installé à Bakery Square, une autre friche de Pittsburgh désormais dépolluée.

Ses systèmes robotisés nous permettent de tester simultanément des milliers d’espèces de bactéries et de mesurer la capacité de chacune à dégrader des polluants comme les BTEX. En parallèle, les outils en accès libre que nous développons, comme BTEXgenie, recherchent dans les génomes bactériens les gènes susceptibles de contribuer à la dégradation des polluants.

Cette approche inverse l’ordre habituel des recherches. Plutôt que d’étudier un organisme à la fois en espérant qu’il soit utile, nous pouvons d’abord analyser des milliers de génomes pour repérer les candidats prometteurs, puis vérifier en laboratoire lesquels sont effectivement capables de dégrader les polluants. Chaque série de tests améliore aussi notre capacité à prédire les fonctions d’un microbe à partir de son seul ADN. Plus nous apprenons, plus le processus s’accélère.

Les microbes peuvent-ils dépolluer nos sols ?

Dépolluer les sols est difficile et coûteux. Les méthodes courantes – excaver les terres contaminées ou les recouvrir de matériaux propres – peuvent rendre un terrain suffisamment sûr pour permettre sa reconversion, sans pour autant éliminer les polluants. Une surveillance à long terme peut donc rester nécessaire.

L’utilisation de microorganismes pour éliminer les polluants de l’environnement n’est pas une idée nouvelle. La bioremédiation est déjà employée pour traiter les marées noires et les eaux usées. Dans de nombreux cas, les microbes dégradent naturellement ces contaminants au cours de leur croissance, les transformant en composés moins nocifs.

Toutefois, l’efficacité de la bioremédiation varie selon les polluants et les sites contaminés. L’une des principales difficultés consiste à identifier des microbes capables de dégrader un contaminant donné tout en se développant dans les conditions du milieu où il se trouve. C’est là que l’étude des microbes vivant déjà dans des environnements pollués nous donne un avantage.

En identifiant ces microbes naturellement adaptés à la pollution et en comprenant comment ils métabolisent les polluants, nous pourrions améliorer les méthodes actuelles de bioremédiation.

Alors que les anciens sites industriels de Pittsburgh et de la Rust Belt se transforment en pôles scientifiques et technologiques, certaines des innovations biologiques dont nous avons besoin se développent peut-être depuis longtemps sous nos pieds. Nous commençons tout juste à découvrir ce que ces microbes ont appris.

Catherine Armbruster bénéficie d’un financement de la Richard King Mellon Foundation pour étudier la dépollution des friches industrielles par les micro-organismes.

L’ESSENTIEL

• En Ouganda, une étude récente chez les chimpanzés dans leur milieu naturel est parvenue pour la première fois à les filmer endormis.

• Les mâles dominants réduisent leur temps de sommeil en présence d’autres mâles, probablement pour surveiller de potentiels rivaux, mais également en présence de femelles en activité sexuelle.

• Cette étude illustre les compromis nécessaires entre sommeil et activités sociales que les animaux doivent adopter dans la nature.

Dormir est essentiel : système immunitaire, mémoire, apprentissage, et tant d’autres fonctions biologiques tirent profit des heures passées dans cet état d’inconscience réversible. Mais qui dit sommeil, dit impossibilité de chercher de la nourriture, de se protéger des prédateurs, de se reproduire ou d’entretenir des relations sociales. Comment les individus parviennent-ils à gérer ce compromis entre activités et sommeil ?

Au sein d’espèces grégaires, comme de nombreux primates (dont les humains), les facteurs sociaux, tels que le rang, la taille ou la composition du groupe, pourraient plus particulièrement influencer la durée, la phase et la fragmentation du sommeil.

Pour mieux comprendre cette balance entre sommeil et vie sociale, nous avons mené une étude chez l’un de nos plus proches cousins, le chimpanzé. Ce primate vit en communautés de plusieurs dizaines voire centaines d’individus, selon un modèle de fission-fusion : au cours de la journée, les individus peuvent être seuls, se regrouper ou se séparer de manière dynamique en sous-groupes de taille variable. Afin d’étudier ces interactions dans toute leur complexité, nous avons suivi les chimpanzés dans leur milieu naturel, au sein de la communauté de Sonso dans la forêt de Budongo, en Ouganda.

Cette communauté, occupant un territoire d’environ 6 kilomètres carrés, est composée d’environ 70 individus, dont 10 mâles adultes. Elle est suivie quotidiennement depuis plus de trente ans ; les chimpanzés sont donc très habitués à la présence humaine.

Filmer le sommeil de chimpanzés dans leur milieu naturel

Pas facile du tout de mesurer le sommeil de chimpanzés sauvages. Il faut savoir que ces grands singes construisent des nids individuels à 12 mètres de hauteur en moyenne ! Et comme si cela ne suffisait pas, ils construisent un nouveau nid chaque soir, rendant impossible la pose de caméras fixes. Le premier défi de cette étude a donc été de trouver un moyen de filmer l’intérieur de ces nids.

Pour ce faire, nous suivions un chimpanzé dans la forêt de l’aube jusqu’au soir, où l’individu construisait son nid pour la nuit. Il fallait alors être très rapide et efficace : en quelques minutes, nous devions noter l’heure à laquelle l’individu s’était couché, mesurer la hauteur du nid, décider l’endroit idéal pour poser notre caméra, le dégager grossièrement, et patienter en silence pour ne pas déranger les chimpanzés en train de se coucher. Nous relevions également l’identité de tous les individus présents dans des nids dans un rayon de 25 mètres.

Une fois la nuit tombée, il était temps de déployer dans la plus grande discrétion une perche télescopique pouvant atteindre 16,5 m de haut. Au sommet de cette perche, un piège-caméra (caméra très robuste utilisée pour suivre la faune sauvage) filmant en infrarouge était positionné à la hauteur du nid. Le tour était joué ! Il ne restait plus qu’à revenir le lendemain matin récupérer la perche et les vidéos enregistrées pendant la nuit.

Nous avons ainsi filmé 116 nuits chez 35 individus de sexe et d’âge différents. Chaque nuit, nous avons mesuré la durée totale du sommeil, sa fragmentation (nombre de réveils nocturnes par heure) ainsi que l’heure de réveil.

Ce travail a permis d’obtenir les toutes premières données sur le sommeil des chimpanzés en milieu naturel. Ils dorment en moyenne neuf heures et trente minutes par nuit, une valeur supérieure de deux heures à celle de l’humain, mais avec de grandes disparités, tant interindividuelles que d’une nuit à l’autre, la durée de sommeil pouvant varier de sept heures à onze heures et demie par nuit.

Comme les humains, ils dorment principalement sur le côté et sur le dos, mais ont la particularité de dormir assis quand il pleut ! Ils se réveillent en moyenne trois fois par nuit pour faire leurs besoins (jamais à l’intérieur du nid, par propreté), pour échanger des vocalisations avec leurs congénères et même parfois pour se délecter de quelques feuilles aux alentours. Nous avons ensuite étudié l’impact des facteurs sociaux sur le sommeil plus en détail.

Les mâles dominants dorment moins longtemps que les autres mâles

La communauté de Sonso étant suivie depuis des années, des données sur chaque chimpanzé sont disponibles, notamment concernant l’évolution de leur rang social. Ainsi, les mâles et les femelles peuvent être classés, de l’individu le plus dominant au plus subordonné.

En comparant la durée de sommeil entre les individus dominants et subordonnés, il résulte que les mâles dominants sont ceux qui dorment le moins et ont le sommeil le plus fragmenté. Ils dorment en moyenne huit heures et demie par nuit contre neuf heures et demie chez les autres mâles. Une heure de sommeil peut sembler anecdotique, mais il s’agit ici d’une moyenne. Cette heure, cumulée sur de longues périodes, représente en réalité une grande différence et un manque de sommeil non négligeable !

Les mâles dominants étant responsables du groupe, il leur incombe un rôle de protection, ce qui expliquerait les réveils plus fréquents. Cependant, une interprétation alternative est possible : ces réveils pourraient plutôt refléter une vigilance accrue à l’égard de la concurrence, c’est-à-dire des autres mâles.

Pour étayer cette seconde hypothèse, nous avons observé que la durée de sommeil chez les dominants était fortement modulée par le nombre de mâles présents dans le groupe de sommeil : plus ce nombre était élevé, plus la durée de sommeil était réduite chez les mâles dominants (en moyenne douze minutes de moins par mâle supplémentaire présent), alors que l’effet inverse était observé chez les individus subordonnés, qui, eux, pourraient bénéficier d’un sentiment de sécurité accru en groupe.

En étudiant les comportements adoptés par les chimpanzés lors des réveils nocturnes, une autre observation tend également à confirmer cette hypothèse : les mâles dominants étaient davantage susceptibles d’avoir un comportement de vigilance (regards répétés aux alentours) lorsque le nombre de mâles dans le groupe augmentait !

Entre se reproduire et dormir, il faut choisir !

Autre observation intéressante, bien que plus prévisible : la présence d’une femelle en œstrus (c’est-à-dire en activité sexuelle) dans le groupe de sommeil chamboule le sommeil des mâles : construction de nid tardive, sommeil réduit (en moyenne de vingt-trois minutes par nuit), fragmentation accrue et réveil avancé. En somme, le sommeil est sacrifié pour optimiser ses chances d’accéder aux femelles pendant ou après la nuit, mais peut-être au prix d’une santé altérée ?

Un coût à payer pour le sommeil réduit ?

Les heures de sommeil en moins se répercutent-elles sur d’autres fonctions, notamment cérébrales ? En effet, il est connu chez les humains et chez les rongeurs qu’un sommeil court et fragmenté altère les fonctions cognitives et émotionnelles. Alors, comment les mâles dominants maintiennent-ils un niveau d’attention élevé le jour malgré un sommeil réduit, alors qu’ils sont précisément les individus dont le statut exige des performances cognitives plus élevées pour surveiller le groupe, gérer les interactions sociales et maintenir leur position hiérarchique ?

Pour répondre à cette question, il faudrait mesurer les performances cognitives des chimpanzés dans leur milieu naturel, mais ce protocole est très difficile à mettre en place en raison de la nécessité d’isoler l’individu du groupe le temps de lui faire passer le test. En attendant, on peut seulement émettre des hypothèses.

Il est possible, tout d’abord, que les individus dormant moins la nuit compensent grâce à des siestes le jour, mais aucune de nos données n’étaye cette hypothèse pour l’instant. Il est également possible que certains individus possèdent des adaptations génétiques leur permettant de performer aussi bien que les autres, même avec très peu de sommeil. Enfin, le manque de sommeil généré n’est peut-être pas suffisant pour engranger des déficits cognitifs. De manière intéressante, plusieurs études menées au sein d’autres espèces non primates ont démontré qu’un déficit de sommeil n’entraînait pas de désagréments immédiats et pouvait même favoriser la reproduction !

Et chez les autres primates ?

Observe-t-on les mêmes phénomènes chez les autres espèces grégaires de primates ? Il est un peu tôt pour répondre à cette question tant les études sur le sommeil en milieu naturel sont rares. Cependant, des études chez les babouins (Papio ursinus) en milieu naturel et chez les géladas (Theropithecus gelada), cette fois-ci en captivité, corroborent nos observations : les individus dominants sont ceux qui dorment le moins.

Par ailleurs, d’autres études chez les orangs-outans et les babouins montrent que plus la taille du groupe augmente, plus le sommeil est réduit et fragmenté : dormir en groupe pourrait favoriser les interactions sociales, les opportunités d’accouplement ou la protection contre les prédateurs, mais au prix d’un sommeil moins long et de moindre qualité.

Et chez l’humain, quel parallèle pouvons-nous tirer de ces résultats ? Il semblerait que nos ancêtres aient été confrontés au même genre de dilemme que leurs cousins. En effet, de tous les primates, l’humain est celui qui dort le moins ! Une hypothèse est que la maîtrise du feu aurait allongé artificiellement les journées et, ainsi, les interactions sociales, en échange d’un sommeil plus réduit, faisant écho à ce qu’il se passe chez les autres singes. Pour compenser, il aurait développé un sommeil plus profond, lui permettant de maintenir des performances sociales et cognitives élevées. Est-ce que les chimpanzés sont capables de telles adaptations ? Mystère…

Clara Hozer ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

L’ESSENTIEL

• Le Nobel de médecine 2026 récompense les travaux à l’origine de l’optogénétique, qui permet de contrôler l’activité des neurones grâce à la lumière.

• Cette avancée s’inscrit dans une longue histoire technologique : visualiser le cerveau, mesurer son activité, puis parvenir à la modifier avec toujours plus de précision.

• L’optogénétique et d’autres techniques pourraient à terme contribuer à traiter la perte de vision, Parkinson, l’épilepsie ou certaines maladies neurodégénératives.

Le cerveau est d’une complexité vertigineuse, ce qui est à la fois intimidant et fascinant pour les neuroscientifiques comme moi. Dans un seul millimètre cube – soit à peu près le volume d’une graine de pavot –, on trouve des dizaines de milliers de neurones et d’autres cellules assurant le bon fonctionnement du cerveau, qui s’influencent tous les uns les autres.

Comment les neuroscientifiques parviennent-ils à comprendre une telle complexité ? Et comment en sont-ils arrivés à pouvoir contrôler l’activité de neurones uniquement en projetant différentes couleurs de lumière sur le cerveau ?

La réponse tient en quelques mots : avancer étape par étape, en s’appuyant sur les progrès technologiques.

En revenant sur certaines des avancées qui ont permis aux chercheurs d’atteindre notre compréhension actuelle du fonctionnement du cerveau, on peut entrevoir les orientations que pourraient prendre les neurosciences à l’avenir. En effet, les progrès technologiques ayant permis le développement des neurosciences ont suivi, dans les grandes lignes, un même cheminement : il s’agissait d’abord de visualiser le cerveau, puis de mesurer son activité et, enfin, de la contrôler.

L’optogénétique est une technique qui utilise la lumière pour influencer le fonctionnement des neurones et contrôler leur activité à l’échelle de la milliseconde. Les chercheurs dont les travaux ont conduit à cette technique ont reçu le prix Nobel de médecine 2026.

Le niveau de contrôle que permet l’optogénétique laisse entrevoir la possibilité d’agir à des fins thérapeutiques sur l’activité du cerveau d’une manière qui, il y a peu, aurait relevé de la science-fiction : restaurer la vision, réduire la douleur ou traiter certaines maladies, comme l’épilepsie ou certains troubles de santé mentale.

D’abord visualiser le cerveau

Les neuroscientifiques ont commencé à découvrir à quoi ressemblent les neurones et comment ils sont reliés entre eux grâce à des taches colorées et à des microscopes.

À la fin du XIX^e siècle, le neuroscientifique et artiste espagnol Santiago Ramón y Cajal dessinait ce qu’il observait au microscope. Il examinait des échantillons de tissu cérébral colorés à l’aide de sels d’argent, afin de rendre visibles les neurones individuellement. Cette technique avait été mise au point par le neuroscientifique italien Camillo Golgi.

À lire aussi : Avec ou sans synapses ? Le singulier système nerveux des cténophores, ou comment un débat scientifique vieux de 100 ans refait surface

En dessinant ses observations, Cajal s’interrogeait sur la manière dont les neurones pouvaient s’influencer mutuellement par l’intermédiaire de leurs connexions. Les idées qu’il a alors élaborées constituent aujourd’hui l’un des fondements de notre compréhension des mécanismes d’apprentissage et de mémorisation. Ces travaux ont valu aux deux scientifiques le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1906.

Puis, dans les années 1970, les chercheurs commencent à colorer le cerveau un peu différemment, avec les traçages (ou marquages) antérograde et rétrograde. Ces méthodes leur permettent de cartographier les différents types de connexion entre les neurones du cerveau.

Aujourd’hui, on sait visualiser le cerveau avec un niveau de détail bien supérieur, par exemple avec la microscopie électronique, qui consiste à envoyer un faisceau d’électrons sur un objet afin d’en obtenir une image à l’échelle atomique, et la microscopie d’expansion, qui utilise le même type de gel que celui présent dans les couches pour bébés pour agrandir physiquement un échantillon de tissu et ainsi observer chaque cellule et ses connexions.

Associées à des algorithmes d’intelligence artificielle, ces techniques permettent aux scientifiques de révéler toute la complexité contenue dans un seul millimètre cube de tissu cérébral.

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) a elle aussi profondément transformé notre compréhension du cerveau. L’IRM fonctionnelle permet aux neuroscientifiques d’observer de manière non invasive l’activité cérébrale en mesurant les variations du débit sanguin dans l’ensemble du cerveau. En 2003, le prix Nobel de physiologie ou médecine a récompensé la mise au point de techniques d’IRM qui ont rendu possible l’IRM fonctionnelle : les séquences d’imagerie rapide et le codage spatial.

L’ensemble de ces méthodes de visualisation et de grossissement a contribué à l’émergence d’un domaine appelé la « connectomique », qui vise à cartographier toutes les connexions entre les neurones.

Mesurer l’activité des neurones

Voici comment on peut visualiser la structure et l’organisation du cerveau. Pour comprendre comment les neurones communiquent entre eux, c’est du côté des signaux électriques qu’il faut se pencher.

Les neuroscientifiques Alan Hodgkin et Andrew Huxley ont reçu le prix Nobel de médecine en 1963 pour leurs travaux sur l’enregistrement et la mesure des impulsions électriques produites par les neurones. Pour communiquer entre eux, ceux-ci propagent ces signaux électriques, appelés potentiels d’action.

Aujourd’hui, les sondes utilisées par les neuroscientifiques pour mesurer l’activité électrique des neurones permettent d’enregistrer simultanément l’activité de centaines de neurones situés dans différentes régions du cerveau.

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Les recherches exploitant ces méthodes d’enregistrement en simultané bouleversent notre compréhension du fonctionnement du cerveau. Une série d’études publiées en 2025 a ainsi montré que, lorsqu’un animal prend une décision, 95 % du cerveau participe activement au processus, et pas seulement les neurones des régions cérébrales habituellement associées à la prise de décision.

Contrôler l’activité des neurones

La possibilité de contrôler l’activité de neurones spécifiques existe depuis la fin des années 1980, lorsque le neurochirurgien français Alim-Louis Benabid a mis au point la technique de stimulation cérébrale profonde afin d’atténuer les symptômes de la maladie de Parkinson.

La stimulation cérébrale profonde agit un peu comme un pacemaker de l’activité cérébrale. Aujourd’hui, les chercheurs étudient la possibilité d’utiliser cette technique pour soulager les symptômes de certains troubles de santé mentale, notamment le trouble obsessionnel compulsif, la dépression majeure ou encore l’hyperphagie boulimique.

Si ses résultats peuvent être spectaculaires, la stimulation cérébrale profonde reste une méthode relativement peu précise pour contrôler l’activité neuronale, car l’électrode implantée agit sur toutes les cellules situées à proximité. Les chercheurs développent cependant des techniques plus précises, offrant une meilleure résolution, afin d’étudier le fonctionnement du cerveau mais aussi d’agir sur lui.

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L’un des aspects les plus prometteurs de l’optogénétique est qu’elle pourrait également permettre de traiter certaines maladies. Les chercheurs évaluent actuellement sa capacité à atténuer les symptômes ou à améliorer le traitement de la perte de vision, la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, l’épilepsie et la sclérose en plaques, le diabète et le cancer, entre autres.

Quand les neurosciences utilisent les virus

Les neurones ne réagissent pas naturellement aux lumières utilisées en optogénétique. Les neuroscientifiques doivent donc leur donner des instructions afin qu’ils modifient leur membrane cellulaire et produisent certaines protéines sensibles à la lumière. Pour cela, ils transmettent directement ces instructions aux neurones à l’aide d’un virus inoffensif.

L’optogénétique n’est pas la seule technique de neurosciences à utiliser des virus pour transmettre des instructions aux neurones. C’est également le cas d’une méthode appelée DREADD, pour « designer receptors exclusively activated by designer drugs » (« Récepteurs de synthèse activés exclusivement par des molécules de synthèse. », en français), qui repose sur des récepteurs spécialement conçus pour être activés par des molécules elles-mêmes spécifiquement conçues à cet effet.

Comme l’optogénétique, les DREADD permettent aux neuroscientifiques de contrôler l’activité des neurones. Mais alors que l’optogénétique utilise la lumière pour cibler un groupe précis de neurones et contrôler son activité, les DREADD agissent par voie chimique, selon un mécanisme comparable à celui d’une clé et d’une serrure qui ne fonctionneraient qu’avec certains types de neurones ou dans une région précise du cerveau.

Les DREADD utilisent le même type de virus inoffensif pour donner aux neurones l’instruction de modifier leurs récepteurs chimiques, afin qu’ils ne répondent plus qu’à des médicaments spécifiques. Plusieurs essais cliniques évaluent actuellement la possibilité d’utiliser cette technique pour traiter des maladies comme celle de Parkinson, l’épilepsie ou les douleurs neuropathiques.

À l’avenir, une intervention chirurgicale utilisant une lumière rouge ou bleue pourrait permettre de restaurer la vision ou d’enrayer la progression de maladies neurodégénératives. Une combinaison de médicaments pourrait, quant à elle, réduire l’anxiété ou traiter l’épilepsie. Ces traitements seraient l’aboutissement de décennies de travaux visant à identifier précisément les zones du cerveau qui dysfonctionnent, puis à modifier ou ajuster l’activité des neurones qui s’y trouvent.

À mes yeux, l’avenir des neurosciences s’annonce lumineux.

Kimberlee D'Ardenne a reçu des financements des National Institutes of Health et de la National Science Foundation.

L’ESSENTIEL

• Le prix Nobel de médecine 2026 récompense la découverte de protéines permettant de contrôler des cellules nerveuses grâce à la lumière.

• Cette technique, l’optogénétique, permet d’étudier très précisément le fonctionnement du cerveau.

• Déjà testée pour restaurer partiellement la vision, elle pourrait ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques.

Les scientifiques qui ont découvert comment contrôler les cellules du cerveau grâce à la lumière ont remporté cette année le prix Nobel de physiologie (ou médecine). Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel ont été récompensés pour leurs recherches sur les « canaux ioniques activés par la lumière et l’optogénétique ».

Peter Hegemann, de l’université Humboldt de Berlin, et Georg Nagel, de l’université de Wurtzbourg, cherchaient à comprendre comment une minuscule algue unicellulaire appelée Chlamydomonas perçoit la lumière. Cette capacité n’est pas propre aux animaux dotés d’yeux : dans l’ensemble du monde vivant, des organismes utilisent la lumière pour appréhender leur environnement et réagir à ses changements. Même les organismes unicellulaires possèdent des protéines sensibles à la lumière. Elles leur permettent de se déplacer vers une source lumineuse ou de s’en éloigner, de produire de l’énergie et de s’adapter aux différentes contraintes imposées par le cycle de 24 heures.

Hegemann et Nagel ont découvert que Chlamydomonas possède un mécanisme de détection de la lumière d’une remarquable ingéniosité, qui repose sur une seule protéine appelée channelrhodopsine.

La channelrhodopsine est intégrée à la membrane externe de la cellule de l’algue. Une partie de la protéine est tournée vers l’eau à l’extérieur de la cellule, tandis qu’une autre se trouve du côté intérieur. La protéine contient également une petite molécule appelée rétinaldéhyde, capable d’absorber la lumière.

Lorsque la lumière atteint le rétinaldéhyde contenu dans la channelrhodopsine, celui-ci change de forme. Cette transformation entraîne à son tour une modification de la forme de la protéine. Un minuscule canal s’ouvre alors à travers la membrane cellulaire. Des particules chargées positivement, notamment des ions sodium, peuvent ainsi passer de l’eau située à l’extérieur de l’algue vers l’intérieur de la cellule. Ce déplacement de particules chargées déclenche dans l’algue un signal qui lui permet de se déplacer.

Certes, il est formidable d’avoir su répondre à une question biologique aussi intéressante, mais pourquoi récompenser ces travaux par le prix Nobel de physiologie ou médecine ? La réponse réside dans le fonctionnement des cellules nerveuses. Celles-ci contrôlent leur activité grâce au déplacement de particules chargées, appelées « ions », à travers leur membrane. Lorsque des ions chargés positivement pénètrent dans une cellule nerveuse, ils peuvent accroître son activité.

Les chercheurs ont compris que s’ils parvenaient à introduire la channelrhodopsine dans des cellules nerveuses, ils pourraient peut-être les activer simplement en les éclairant. C’est précisément ce qu’ont ensuite réussi à faire Hegemann, Nagel et le troisième lauréat du prix Nobel, Karl Deisseroth, psychiatre et bio-ingénieur à l’université Stanford, en Californie.

Activer les cellules nerveuses grâce à la lumière

La capacité à contrôler les cellules nerveuses grâce à la lumière s’appelle l’optogénétique. Elle est devenue un puissant outil de recherche, car elle permet aux scientifiques d’activer ou de désactiver des groupes précis de ces cellules et d’observer ce qui se produit.

Les scientifiques commencent par introduire le gène de la channelrhodopsine dans les cellules nerveuses qu’ils souhaitent étudier. Ce gène est généralement transporté à l’intérieur les cellules par un virus (lequel a été modifié afin qu’il ne puisse pas provoquer de maladie). Les cellules produisent alors la protéine channelrhodopsine, qui les rend sensibles à la lumière.

Chez des animaux comme la souris, les scientifiques peuvent alors envoyer de la lumière dans le cerveau à l’aide d’une fine fibre optique. Lorsque la lumière atteint les cellules, la channelrhodopsine ouvre son canal et les cellules s’activent. Les cellules nerveuses voisines qui ne possèdent pas cette protéine ne sont, elles, pas affectées.

La lumière peut ainsi être dirigée vers une toute petite zone du cerveau et allumée ou éteinte extrêmement rapidement. L’optogénétique constitue désormais un outil particulièrement puissant pour étudier le fonctionnement du cerveau. Par exemple, si les scientifiques veulent savoir si un groupe particulier de cellules nerveuses intervient dans la mémoire, le sommeil, les sensations ou encore le mouvement, ils peuvent activer ces cellules grâce à la lumière et observer ce qui se passe.

Lors d’une expérience menée en 2012, une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a administré à des souris une légère décharge électrique dans une cage conçue spécifiquement. Grâce à l’optogénétique, les chercheurs ont marqué les cellules nerveuses du centre de la mémoire du cerveau qui étaient actives pendant cette expérience de conditionnement de la peur. Quelques jours plus tard, dans une autre cage, ils ont activé ces mêmes cellules à l’aide de lumière. Les souris se sont alors figées de peur, comme si elles se souvenaient de la décharge électrique.

Les souris qui n’avaient pas reçu de décharge ne se sont pas figées, ce qui a montré que la lumière réactivait un souvenir précis. Deisseroth est l’un des auteurs de cette étude.

On le voit, l’optogénétique a profondément transformé la manière dont les scientifiques étudient le fonctionnement du cerveau et du système nerveux. Mais elle pourrait également, à l’avenir, devenir un outil thérapeutique. Des essais cliniques précoces menés sur des personnes atteintes de dégénérescence de la rétine sont en cours. Les chercheurs introduisent des protéines sensibles à la lumière dans les cellules nerveuses qui subsistent dans la rétine après la disparition de celles qui détectent normalement la lumière, les bâtonnets et les cônes. Les cellules restantes peuvent ainsi devenir sensibles à la lumière, ce qui permet de restaurer en partie la vision.

Les chercheurs étudient également la possibilité d’utiliser un jour l’optogénétique pour traiter certaines maladies neurologiques, notamment la maladie de Parkinson et l’épilepsie.

Le prix Nobel de cette année récompense des travaux qui ont commencé par une question pouvant sembler très théorique : comment Chlamydomonas fait-elle pour nager vers la lumière ? Cette question n’avait aucune application pratique évidente. Elle ne comblait aucun besoin urgent en matière de santé humaine et ne semblait pas non plus ouvrir la voie à des applications lucratives.

Pour cette raison, le succès de l’optogénétique illustre l’importance de continuer à poser des questions dans le seul but de comprendre le monde qui nous entoure : il est impossible de prévoir où les connaissances ainsi acquises finiront par nous mener.

Robert Lucas reçoit des financements du Conseil européen de la recherche (ERC), du Wellcome Trust, de l’UKRI (par l’intermédiaire du Medical Research Council et du Biotechnology and Biological Sciences Research Council) et de Fight for Sight. Il est également désigné comme inventeur dans des brevets portant sur l’utilisation de l’opsine des bâtonnets pour restaurer la vision.

L’ESSENTIEL

• L’Amazonie est un des territoires les plus arrosés de la planète, mais le nombre de jours de sécheresse y augmente et l’accès à l’eau potable est un réel problème.

• Les raisons ne sont pas seulement hydrologiques : la manière d’habiter le territoire et de s’approvisionner en eau est très différente pour les communautés le long des fleuves et celles des zones urbanisées sur la côte.

• Les ressources en eau souterraine, qui pourraient venir en complément de l'eau des fleuves, sont très mal connues en Guyane française, avec un réseau de capteurs environ 20 fois moins dense qu’en France hexagonale.

Alors que le phénomène El Niño de 2026 est en phase d’être potentiellement le plus fort jamais enregistré, les sécheresses en Amazonie se font de plus en plus fréquentes. En 2024, la préfecture de Guyane a déclenché le plan Orsec pour organiser des ponts aériens d’eau en bouteilles vers des villages du Haut-Maroni en manque d’eau potable.

Pourtant nous sommes en Amazonie, l’un des territoires les plus arrosés de la planète, avec 3 000 millimètres de pluie par an et 112 000 kilomètres de cours d’eau, soit un quart du réseau hydrographique national français. Ce paradoxe n’est ni une anomalie ni une malchance. Il révèle une double réalité du territoire guyanais encore insuffisamment intégrée dans les stratégies d’aménagement : un littoral urbanisé menacé par la salinité et un intérieur isolé, dont les ressources en eau demeurent, aujourd’hui encore, largement méconnues.

Pour comprendre cette crise, il faut revenir à la géographie humaine du territoire. Depuis des siècles, les peuples amérindiens (Wayana, Kalina, Arawak, Wayampi) ainsi que les communautés bushinengue, descendants des esclaves africains ayant fui les plantations coloniales, ont organisé leur vie entière autour des fleuves : source d’eau, garde-manger, voie de transport. À partir du XXᵉ siècle, l’urbanisation a construit un autre modèle, avec des captages sur les cours d’eau et des lacs artificiels, des usines de traitement et des réseaux de distribution à grande échelle sur tout le littoral. Deux approches fondamentalement différentes.

Sur le littoral, une eau abondante mais instable

Sur le littoral, où vit l’essentiel de la population, l’eau potable provient principalement des cours d’eau (fleuves et criques). Mais cette ressource est loin d’être stable. En période sèche (de juillet à novembre), le débit des cours d’eau diminue, laissant l’océan Atlantique avancer dans les estuaires sous l’effet des marées.

L’eau salée peut ainsi remonter sur plusieurs dizaines de kilomètres à l’intérieur des terres le long des fleuves et rendre l’eau impropre à la consommation.

Ce phénomène d’intrusion saline, accentué par la montée du niveau de la mer et des sécheresses de plus en plus longues (de 25 jours aujourd’hui [référence 1991-2020] à 33 jours en médiane dans un climat réchauffé de + 3,5 °C selon les projections), oblige à déplacer les zones de captage en amont. Cela nécessite également de renforcer les traitements de l’eau, d’augmenter et de sécuriser les capacités de stockage avec des coûts que les collectivités locales peinent à assumer.

Des rapports de la Cour de compte de 2025 et du Sénat, publiés en 2025, l’ont chiffré sans ambiguïté : en Guyane, les financements consacrés à l’eau potable et à l’assainissement se sont révélés inférieurs de 73 % aux besoins identifiés. Dans aucune autre région de France hexagonale un tel écart ne serait toléré.

Les eaux souterraines sont parfois mobilisées en complément. Mais dans ces zones côtières, les nappes sont, elles aussi, exposées au risque de salinisation, surtout en cas de surexploitation ou de diminution de la recharge liée à une baisse de l’infiltration des eaux de pluie.

Si les enjeux du littoral sont historiquement beaucoup documentés sur le territoire, la situation de l’intérieur des terres, plus isolées et plus difficiles d’accès, reste comparativement peu étudiée. Pourtant, c’est là que se joue une partie décisive de l’avenir hydrique du territoire avec le paradoxe entre eau disponible et eau utilisable.

Dans l’intérieur des terres, une eau dégradée

Plus loin en amont sur le territoire, l’accès à l’eau potable est tout autre. Les populations isolées de Grand-Santi, de Maripasoula ou d’Antecume Pata dépendent encore largement de l’eau du fleuve, parfois traitée sommairement, parfois utilisée brute. Cette dépendance a un coût : l’eau de surface, souvent turbide et fortement contaminée sur le plan microbiologique, impose des filières de traitement complexes et onéreuses, difficiles à maintenir dans des villages isolés où l’approvisionnement en réactifs de désinfection est lui-même problématique.

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C’est dans ce contexte que les eaux souterraines, naturellement mieux protégées des pollutions de surface et nécessitant un traitement plus léger, sont apparues comme un moyen de limiter ces coûts, avant de devenir, au fil du temps, un axe de recherche stratégique pour sécuriser durablement l’accès à l’eau potable dans l’intérieur des terres.

Ainsi, les forages dans les alluvions en bordure des fleuves se sont multipliés avec des pompes automatiques ou à motricité humaine. Mais ces nappes souterraines sont directement tributaires de l’évolution des fleuves : en crue, l’eau se charge en sédiments et inonde les forages tandis que, en période estivale, l’eau se raréfie. Autrement dit, ce sont des nappes fragiles et vulnérables aux aléas hydrologiques et climatiques.

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Plus loin des fleuves, les roches cristallines du socle amazonien prennent le relais. Ces roches contenant de l’eau (des aquifères) sont dites « de socle » et sont massives, avec des fractures discontinues et profondément imprévisibles, comme en Bretagne armoricaine, où l’eau ne se cache que dans des failles difficiles à localiser depuis la surface.

Mais à la différence de la Bretagne, où soixante ans de forages et de recherche ont permis de cartographier progressivement ces ressources, le sous-sol guyanais reste largement une terra incognita hydrogéologique.

En 2007, le réseau de surveillance ne comptait que sept piézomètres (des forages mesurant le niveau des nappes souterraines), soit un piézomètre pour 12 000 kilomètres carrés contre un piézomètre pour 290 kilomètres carrés en Hexagone avec 1 900 points de suivi. En 2026, il y en a désormais 16. Les données manquent, les modèles numériques sont absents, et chaque forage est une tentative quasi à l’aveugle qui peut fournir plusieurs centaines de litres par seconde ou rien.

Dans un contexte où la logistique d’acheminement du matériel coûte déjà une fortune, un forage infructueux peut représenter des dizaines de milliers d’euros perdus pour une commune.

Faute de ressources souterraines suffisamment connues et facilement utilisables, les populations de l’intérieur restent dépendantes des fleuves et des criques. Mais cette ressource est aussi sous pression.

L’orpaillage, omniprésent dans l’intérieur des terres, agit comme une véritable fabrique de boue : il détruit les berges, sature les cours d’eau en sédiment et contamine durablement les écosystèmes et les populations. L’orpaillage détruit 100 kilomètres de cours d’eau par an en Guyane. Là où les rivières étaient couleur soda (d’un brun caramel) mais limpides, l’eau se trouble en couleur chocolat tandis que la vie moderne dans les villages isolés (décharges, assainissement défaillant, forte utilisation et stockage de carburant) apporte son lot de bactéries et d’hydrocarbures. Et les conséquences de l’exploitation aurifère ne ralentissent pas avec le prix de l’or passé à plus de 150 $ le gramme début 2026, contre 20 $ le gramme dans les années 1980.

Une diversification dépendante de la recherche

Le changement climatique aggrave une situation déjà tendue sur les deux fronts. Les projections climatiques pour la Guyane indiquent des sécheresses plus longues et plus intenses, des crues plus brutales et une variabilité saisonnière accrue.

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Un paradoxe saisissant dans ce territoire que les Amérindiens appelaient autrefois Wayampi, la « Terre d’eaux abondantes ».

Dans ce contexte, la diversification des sources d’alimentation en eau potable permettrait de réduire le coût et la vulnérabilité des ressources pour la population. Le développement de la connaissance et de la recherche sur les eaux souterraines du socle devient un enjeu majeur pour apporter un complément solide aux captages d’eau de surface.

Les aquifères du socle granitique, s’ils étaient davantage étudiés, pourraient offrir une ressource plus stable, moins exposée aux pollutions de surface et aux variations hydrologiques. Améliorer leur identification, comprendre leur fonctionnement et mieux estimer leur potentiel représente une voie stratégique pour diversifier et sécuriser l’approvisionnement en eau potable.

C’est de plus un défi qui dépasse les frontières de l’Amazonie française et qui offre des opportunités de coopération avec nos voisins sud-américains. Avec ses institutions scientifiques, ses partenariats de recherche existants et l’appui de financements européens, la Guyane française dispose des atouts pour devenir un pôle de référence régional sur la gestion de l’eau en Amazonie, à condition que l’effort de connaissances engagé ces dernières années se poursuive dans la durée.

Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.

L’ESSENTIEL

• Les coquilles des bénitiers géants enregistrent jour après jour les variations du climat.

• Il y a 225 ans, les étés de la Grande Barrière de corail étaient jusqu’à 1,2 °C plus frais qu’aujourd’hui.

• Ces archives permettent aussi de retracer les variations d’El Niño et de La Niña.

Lorsque l’on nage dans les eaux azurées de la Grande Barrière de corail, il est presque impossible de ne pas remarquer l’un des habitants des fonds marins : le bénitier géant. Son immense coquille cannelée encadre un manteau de tissus mous aux reflets éclatants de bleu, de vert et d’or.

Plus grand mollusque bivalve vivant au monde, Tridacna gigas peut atteindre 1,20 mètre de long, peser plus de 200 kilos et vivre plus d’un siècle. Tout au long de leur longue existence, ces bénitiers inscrivent dans leur coquille la trace de leur vie quotidienne, constituant ainsi une sorte de journal autobiographique.

Dans notre nouvelle étude, nous avons déchiffré l’un de ces journaux inscrits dans une coquille afin de reconstituer, mois après mois, les conditions climatiques à Jiigurru (également connu sous le nom d’archipel de Lizard Island), dans le nord de la Grande Barrière de corail, en Australie.

La coquille révèle qu’avant le réchauffement généralisé lié à l’ère industrielle, les étés à Jiigurru étaient plus frais qu’aujourd’hui, tandis que les hivers étaient, de façon surprenante, très similaires à ceux que nous connaissons actuellement.

Comment une coquille peut-elle tenir un journal ?

À mesure qu’un bénitier géant grandit, l’alternance du jour et de la nuit laisse dans sa coquille de microscopiques lignes de croissance quotidiennes, tandis que le rythme des saisons produit des bandes annuelles plus larges. À la manière des cernes d’un arbre, ces différentes couches transforment la coquille en véritable journal.

Les lignes de croissance permettent de dater chaque « entrée », comme nous le ferions dans notre propre journal. Quant à l’eau de mer environnante, elle en écrit le contenu en influençant la composition chimique de chaque nouvelle couche. La géochimie est ainsi le langage dans lequel s’écrit ce journal du climat. En le déchiffrant, les chercheurs peuvent reconstituer l’évolution de l’environnement du récif tout au long de la longue vie du bénitier.

Des données qui manquent dans l’hémisphère Sud

Aujourd’hui, des instruments installés sur terre, dans les océans et dans l’espace mesurent en permanence l’évolution du climat à travers le monde. Mais ces observations directes ne couvrent qu’une infime partie de l’histoire de la Terre. Pour remonter plus loin dans le temps, les chercheurs doivent se tourner vers d’autres archives climatiques : les traces conservées dans les cernes des arbres, les coraux, les carottes de glace, les sédiments lacustres et océaniques ou encore les coquilles.

Or, une grande partie des données les plus détaillées sur le climat antérieur au réchauffement de l’ère industrielle proviennent de l’hémisphère Nord et des hautes latitudes. Les océans tropicaux de l’hémisphère Sud sont beaucoup moins bien documentés.

Or, les bénitiers géants vivent dans toute la zone tropicale de l’Indo-Pacifique. Leurs coquilles peuvent donc contribuer à combler cette lacune en fournissant des archives climatiques locales d’une grande précision, permettant de retracer les variations au sein même des saisons.

Lire les archives de la coquille

Notre étude a été menée en partenariat avec la Walmbaar Aboriginal Corporation et la Nguurruumungu Indigenous Corporation. Publiée dans la revue Global and Planetary Change, elle porte sur la coquille d’un bénitier géant de 58 centimètres, découverte dans le lagon de Jiigurru.

Jiigurru revêt une grande importance culturelle pour les communautés aborigènes Dingaal et Ngurrumungu. Des fouilles archéologiques menées sur des amas coquilliers attestent d’une présence aborigène depuis au moins 6 500 ans.

La datation au carbone 14 a montré que le bénitier avait vécu entre 1785 environ et 1827, vers la fin d’une période de refroidissement préindustrielle connue sous le nom de petit âge glaciaire. Au microscope, nous avons dénombré près de 10 900 lignes de croissance quotidiennes, indiquant qu’il avait vécu environ 30 ans.

Nous avons ensuite percé 784 minuscules trous afin de prélever des échantillons de poudre dans les différentes couches de la coquille. Dans chacun d’eux, nous avons mesuré différentes formes d’oxygène et de carbone, appelées isotopes.

Les isotopes de l’oxygène nous ont permis d’estimer les températures de la mer à l’époque, tandis que ceux du carbone nous ont fourni des indices sur les précipitations. En croisant ces informations chimiques avec les lignes de croissance de la coquille, nous avons pu reconstituer, mois après mois, l’environnement du récif avant le réchauffement lié à l’industrialisation.

Ce que la coquille nous a révélé

En comparant notre reconstitution aux températures de surface de la mer mesurées dans le même lagon entre 1995 et 2015, nous avons constaté qu’il y a 225 ans, les températures étaient en moyenne inférieures de 0,6 à 0,9 °C sur l’ensemble de l’année. Les étés étaient plus frais de 0,9 à 1,2 °C, tandis que les températures hivernales étaient presque identiques à celles d’aujourd’hui.

Mais ce journal inscrit dans la coquille nous a renseignés sur bien plus que les seules températures. Les isotopes du carbone ont fait apparaître une alternance nette entre saisons plus humides et plus sèches. Les températures fluctuaient également selon des cycles réguliers de deux à trois ans, compatibles avec des variations locales de type El Niño et La Niña.

Le bénitier révèle que les épisodes de type El Niño, plus chauds et plus secs, étaient plus fréquents vers la fin du XVIIIe siècle. Au début du XIXe siècle, les conditions de type La Niña, plus fraîches et plus humides, sont devenues plus fréquentes et ont donné lieu aux épisodes les plus marqués de toute la période étudiée.

Une simple moyenne aurait masqué toute cette complexité. La reconstitution mois par mois montre comment les températures variaient au fil des saisons, comment alternaient les périodes humides et sèches au cours de l’année, et comment le climat évoluait d’une année à l’autre.

Un phénomène plus large dans l’hémisphère Sud

Jiigurru constituait-il un cas isolé ? D’autres archives climatiques suggèrent que non. Des coraux provenant d’autres régions de la Grande Barrière de corail et du nord-ouest de l’Australie témoignent eux aussi de températures marines plus basses ou de modifications des conditions océaniques.

Les archives tirées des glaces de l’Antarctique et des glaciers font également apparaître un refroidissement et des changements dans la circulation atmosphérique et océanique au cours de la même période.

Plus loin encore, d’autres archives témoignent de conditions de type La Niña. Des coraux des Galápagos révèlent des épisodes de ce genre fréquents au début du XIXe siècle. Des données issues de grottes du nord du Pérou indiquent que le petit âge glaciaire y a été marqué par des conditions plus humides. Dans le sud-est de l’Australie, le niveau des lacs était également plus élevé au début du XIXe siècle.

Mises bout à bout, ces archives dessinent un tableau plus large du climat passé de l’hémisphère Sud. De nombreuses régions étaient plus fraîches, tandis que les précipitations et la circulation océanique évoluaient différemment selon les endroits. Mais il ne s’agissait pas d’un phénomène uniforme. À Jiigurru, le refroidissement était moins marqué que ne le suggèrent de nombreuses estimations pour l’hémisphère Nord, ce qui montre toute l’importance des archives climatiques locales.

Notre bénitier géant apporte ainsi un rare témoignage marin, mois par mois, à cette histoire climatique de l’hémisphère Sud. L’étude de coquilles similaires provenant d’autres récifs de l’Indo-Pacifique pourrait permettre de comprendre comment ces grands changements climatiques se sont manifestés d’une région à l’autre. De nombreux autres journaux du climat attendent peut-être encore d’être déchiffrés dans les coquilles des bénitiers géants.

Bohao Dong bénéficie de financements de l’Australian Research Council et de l’Australian Nuclear Science and Technology Organisation Postgraduate Research Award.

Amy Prendergast a reçu des financements de l'Australian Research Council.

Sean Ulm a reçu des financements de l'Australian Research Council.

L’ESSENTIEL

• En groupe, nous avons tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

• Ce biais persiste quels que soient l’environnement, la culture ou les interactions entre piétons.

• Il existe déjà chez les individus marchant seuls, mais son origine reste inexpliquée.

Cette histoire a débuté, comme tant d’autres dans l’histoire des sciences, par quelque chose que nous ne cherchions pas. En 2020, pendant la pandémie de Covid-19, nous étudiions une question très concrète : comment les gens se déplacent-ils dans un espace clos lorsqu’on leur demande de garder leurs distances ? En visionnant encore et encore les images, nous avons remarqué quelque chose d’étrange : presque tous les participants décrivaient des boucles dans la même direction, toujours dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Plus étonnant encore, aucun ne semblait s’être rendu compte qu’il le faisait.

Pour un physicien, cela ressemble à un cas d’école de « comportement émergent » : un phénomène collectif qui naît d’une multitude de petites interactions, soit entre les individus, soit entre les individus et leur environnement. Ce sont les deux principales hypothèses que nous avons cherché à tester séparément.

La pièce n’y était pour rien

Nous avons d’abord soupçonné les interactions entre les piétons et les murs de la pièce. Une étude antérieure en neurosciences avait montré que les droitiers ont tendance à tourner à gauche et les gauchers à droite, un léger biais lié à de petites différences entre les deux hémisphères du cerveau. Comme la majorité des participants de notre première expérience étaient droitiers, il était raisonnable de supposer que ce mouvement collectif en boucle n’était rien d’autre que la somme de préférences individuelles, les murs qui les entouraient transformant ces trajectoires en un mouvement circulaire.

Connaissant désormais la préférence de chacun, nous pouvions constituer des groupes en fonction de ce critère et observer ce qui se passait. Si les murs et le fait d’être droitier ou gaucher expliquaient le phénomène, un groupe de gauchers ou, mieux encore, composé uniquement de personnes ayant tendance à tourner à droite aurait dû finir par inverser le sens de rotation et se déplacer dans le sens des aiguilles d’une montre. Cela ne s’est jamais produit. Que nous remplissions la pièce de personnes tournant spontanément à droite ou de gauchers, la tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre persistait.

Peut-être était-ce alors la simple présence des murs qui orientait les déplacements. Pour le savoir, nous avons transposé l’expérience à l’extérieur, dans une très grande cour d’école de 3 000 mètres carrés, sans murs pour la délimiter, et laissé plus d’une centaine d’adolescents marcher sans aucun repère pour les guider. Non seulement le mouvement de rotation persistait, mais il devenait encore plus marqué. La pièce n’était donc manifestement pas en cause.

La culture n’y était pour rien non plus

Restait notre deuxième suspect : la manière dont nous interagissons les uns avec les autres. Lorsque deux piétons se retrouvent face à face, chacun se décale sur le côté, ce qui conduit au phénomène bien connu de formation de files.

Mais le côté que nous choisissons n’est pas le fruit du hasard : il est généralement déterminé par le côté de la route où l’on conduit. En Espagne, comme dans le reste de l’Europe continentale, nous nous décalons vers la droite, laissant ainsi de l’espace sur notre gauche pour que la personne arrivant en face puisse faire de même.

Nous avons alors émis l’hypothèse que ce mouvement dans le sens inverse des aiguilles d’une montre n’était peut-être qu’une manifestation de ce phénomène. Si, à chaque rencontre, les piétons ont tendance à se décaler vers la droite, ils finissent par marcher en longeant le mur situé à leur droite et donc par tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Si cette hypothèse était juste, une foule japonaise devrait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre puisque, au Japon, on conduit et on se décale vers la gauche, et que les files de piétons se forment donc du côté opposé à celui observé en Espagne.

Nous avons contacté un collègue à Tokyo, convaincus qu’il constaterait que la foule tournait dans le sens des aiguilles d’une montre. Mais ces nouvelles expériences se sont soldées par un nouvel échec : la foule japonaise tournait elle aussi dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Notre hypothèse était donc fausse.

Restait une explication culturelle : une habitude acquise au fil du temps, comme celle de tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre sur la quasi-totalité des pistes d’athlétisme. Nous nous sommes donc intéressés à des enfants de maternelle, qui ont encore à peine commencé à intégrer les conventions du monde adulte. Loin de s’atténuer, leur tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre était la plus forte que nous ayons mesurée.

La réponse est en nous

Si l’explication ne venait ni du groupe, ni de l’environnement, ni de nos habitudes sociales, il ne restait plus qu’une piste : une caractéristique propre à chaque individu, d’ordre biomécanique ou profondément ancrée dans le cerveau.

Pour le vérifier, nous avons demandé à plus de 200 volontaires de marcher seuls, l’un après l’autre, dans un espace vide. Sans personne à éviter ni foule à suivre, une nette majorité d’entre eux se déplaçaient toujours dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Pendant des décennies, les chercheurs de notre domaine ont considéré que des comportements collectifs comme celui-ci naissaient des interactions entre les piétons. Dans ce cas précis, les données montrent exactement le contraire : ce comportement est déjà présent chez une personne qui marche seule. En intégrant dans un modèle les seules données relatives aux déplacements individuels, nous avons même réussi à reproduire le mouvement circulaire de l’ensemble de la foule. Ici, contrairement à ce qui se produit avec les phénomènes collectifs émergents, le tout n’est pas supérieur à la somme de ses parties : il lui est exactement identique.

Et voici la conclusion, en toute franchise : nous ne savons toujours pas ce qui provoque ce biais à l’échelle individuelle. Nous avons cherché un lien avec le fait d’être droitier ou gaucher, le pied dominant, l’œil dominant, le sexe, etc., sans rien trouver. Des études menées sur des personnes marchant les yeux bandés, qui ont tendance à dévier en décrivant une spirale d’un côté ou de l’autre, suggèrent une explication plus profonde : peut-être de légères asymétries de l’oreille interne, qui modifieraient imperceptiblement notre perception de la ligne droite. Mais en l’état actuel des connaissances, nous ne pouvons pas expliquer ce phénomène.

Quoi qu’il en soit, savoir que cette tendance vient de l’individu plutôt que du groupe est déjà précieux et pourrait modifier notre façon de modéliser et de concevoir les espaces que nous partageons, notamment les aéroports, les gares ou les musées, où la fluidité des déplacements est essentielle.

Cette tendance à partir vers la gauche se retrouve même chez les animaux, par exemple dans les bancs de poissons ou dans les « moulins » en spirale formés par les fourmis légionnaires. La force qui pousse un être humain marchant seul à dévier vers la gauche pourrait donc, en définitive, être bien plus ancienne que l’humanité elle-même.

Iñaki Echeverría Huarte bénéficie d’un financement du projet PID2023-146422NB-I00, financé par le MICIU/AEI/10.13039/501100011033 avec des fonds du FEDER de l’Union européenne.

Ángel Garcimartín Montero bénéficie de financements de l’Agence nationale espagnole de la recherche.

Iker Zuriguel Ballaz bénéficie d’un financement du projet PID2023-146422NB-I00, financé par le MICIU/AEI/10.13039/501100011033 avec des fonds du FEDER de l’Union européenne.

L’ESSENTIEL

• Le bassin de Wilkes, en Antarctique, est gelé et en partie situé sous le niveau de la mer.

• Si toute sa glace venait à fondre en raison du changement climatique, le niveau global de la mer monterait de 3 à 4 mètres. C’est déjà arrivé par le passé, à des températures que nous risquons d’atteindre.

• Il est urgent de mieux documenter son évolution actuelle et de comprendre comment il a réagi par le passé à d’autres réchauffements.

Il y a plus d’un siècle, le géologue australien Sir Douglas Mawson a mené une expédition en traîneau sur des centaines de kilomètres de glace, jusqu’à une région reculée de l’Antarctique oriental. L’expédition a fait demi-tour après la mort tragique d’un de ses membres. Cecil Madigan, un autre Australien, a mené un autre groupe à travers la banquise jusqu’à cette région avant de faire lui aussi demi-tour.

Ces explorateurs intrépides n’ont jamais mis les pieds sur une calotte glaciaire qui pourrait s’avérer cruciale pour notre avenir. À ce jour, encore, nous ne connaissons personne qui s’y soit rendu. Il est temps de changer cela.

Cette région reculée est connue sous le nom de bassin sous-glaciaire de Wilkes, une immense étendue de glace mesurant 1 400 kilomètres sur 400 kilomètres.

Or, une grande partie du bassin de Wilkes se trouve bien en dessous du niveau de la mer. Si toute la glace du bassin venait à fondre, cela ferait monter le niveau de la mer de trois à quatre mètres. Il est aussi probable que les torrents d’eau de fonte perturberaient des courants océaniques à la base de la circulation océanique, et provoqueraient des bouleversements majeurs pour la vie marine et le climat plus généralement.

Comme nous l’expliquons dans notre nouvelle étude, la région Antarctique est particulièrement vulnérable aux changements. En effet, les reconstitutions des périodes chaudes passées, pendant lesquelles le climat était 2 à 3 °C plus chaud qu’aujourd’hui, montrent que sa calotte glaciaire a rétréci de manière spectaculaire — des conditions dont nous nous rapprochons rapidement.

L’océan, grand ennemi de la glace antarctique

Malgré cela, si vous marchiez dans le bassin de Wilkes, vous ne verriez rien d’inhabituel : de la glace à perte de vue.

C’est ce qui se trouve sous la glace qui importe. Le substrat rocheux sous-jacent se situe jusqu’à 2 000 mètres sous le niveau de la mer : les bassins sous-glaciaires sont d’immenses cuvettes rocheuses remplies de glace. Aujourd’hui, la glace est suffisamment épaisse pour empêcher l’océan de pénétrer dans le bassin, mais l’océan est toujours en contact avec ses bords.

Au large de l’Antarctique oriental, la température de l’océan oscille autour de -1,8 °C. C’est froid, mais la glace est bien plus froide. Il suffirait d’une légère augmentation de la température de l’eau due au réchauffement de l’océan ou à la modification des courants océaniques pour que la glace du bord du bassin de Wilkes fonde plus rapidement et s’écoule vers l’océan.

Comme une partie du substrat rocheux du bassin de Wilkes s’incline vers les profondeurs à mesure que l’on s’éloigne de l’océan, à mesure que la glace recule, l’océan lèche davantage de glace et la faire fondre. Au bout d’un moment, le recul de la glace le long de cette pente deviendra autoentretenu et la fonte irrésistible.

Signes de changement

La plupart des données dont nous disposons sur le bassin de Wilkes proviennent d’avions équipés de radars pénétrant la glace. Celles-ci ont révélé la forme du bassin et mis en évidence sa vulnérabilité. Des observations satellitaires du bassin ont permis de capturer le premier effondrement connu en Antarctique oriental d’une plate-forme glaciaire frangeante dans l’océan dans les années 1970 ou 1980.

Mais il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons. Nous ne connaissons pas les voies par lesquelles l’eau chaude de l’océan peut atteindre la glace. Pour comprendre cela, nous devons cartographier la topographie des fonds marins. Nous manquons également de données sur l’évolution des températures océaniques. Sans ces données, nous ne pouvons pas prévoir de manière fiable à quelle vitesse la glace va fondre.

En revanche, nous en savons beaucoup plus sur le glacier Thwaites, une autre région à haut risque de l’Antarctique, qui fait l’objet de vastes programmes de recherche internationaux depuis des années.

Les leçons du passé lointain

Au cours du Pliocène, il y a trois millions d’années, les températures atmosphériques mondiales étaient de 2 à 3 °C plus élevées qu’à l’époque préindustrielle moderne (La référence utilisée pour mesurer aujourd’hui l’augmentation des températures, NdT). La fonte des calottes glaciaires a entraîné leur recul de plusieurs centaines de kilomètres vers l’intérieur des terres, tandis que le niveau mondial des mers était de 6 à 23 mètres plus élevé. Les sédiments des fonds marins montrent que cela a radicalement modifié la forme de l’Antarctique.

Ces observations sont très préoccupantes, car la planète devrait atteindre un niveau de réchauffement similaire d’ici la fin du siècle.

Les projections indiquent que cela entraînera une accélération de la fonte et un recul spectaculaire de la calotte glaciaire du bassin de Wilkes. Ce que nous ignorons, c’est le délai dans lequel cela se produira.

Pourquoi est-il si difficile d’observer la glace ?

Le bassin sous-glaciaire de Wilkes figure parmi les endroits les moins observés de la Terre.

Ce n’est pas dû à son éloignement : il est relativement proche de l’Australie. Les habitants de Hobart, la capitale de l’état de Tasmanie, au sud de l’Australie, sont plus proches des principaux glaciers du bassin de Wilkes que d’autres régions antarctiques. Cela tient plutôt au fait que le bassin est protégé par un océan gelé – une banquise exceptionnellement épaisse, persistante et compactée.

Les images satellites peuvent fournir certaines données, mais les satellites ne voient pas à travers la glace et les océans. Les scientifiques devront s’y rendre en personne.

Cela ne sera pas facile. Accéder au bassin de Wilkes par la mer serait impossible sans les meilleurs brise-glaces. Aucun navire ne s’est jamais approché à moins de 150 kilomètres du glacier Cook, l’un des principaux glaciers du bassin de Wilkes.

Même si une expédition parvient à accéder à certaines zones, les scientifiques devront utiliser des capteurs robotisés pour cartographier de manière exhaustive les conditions océaniques et les fonds marins.

Sur terre, la station permanente la plus proche se trouve à 250 kilomètres.

La bonne nouvelle, c’est que le bassin de Wilkes devient accessible. L’Australie, la Nouvelle-Zélande et d’autres nations de l’Antarctique sont désormais mieux à même de parcourir de longues distances pour acheminer du carburant destiné aux relevés aériens et pour approvisionner les camps de terrain isolés.

De nouvelles technologies permettent de forer à plus de trois kilomètres de profondeur jusqu’au fond de la couche de glace du bassin et de prélever des échantillons des sédiments et du substrat rocheux sous-jacents.

Toute trace d’anciennes espèces océaniques présente dans les sédiments peut servir à déterminer jusqu’où et à quelle vitesse la glace s’est retirée pendant les périodes chaudes, lorsque l’océan pénétrait dans le bassin de Wilkes.

Une affaire inachevée

Les scientifiques pensaient autrefois que l’Antarctique mettrait des siècles à changer. Mais c’était trop optimiste. La glace terrestre fond plus rapidement, la banquise recule et les glaciers flottants, appelés « plates-formes glaciaires », fondent plus vite par le dessous.

Mener des travaux de terrain dans le bassin de Wilkes nécessitera un effort multinational de plusieurs années, en mer et sur terre.

Mais nous ne pouvons pas attendre encore un siècle pour comprendre la menace que représente cet énorme réservoir de glace.

Matt King a reçu des financements du Australian Research Council, du gouvernement australien (département du changement climatique, énergie, environnement et eau), du CSIRO, et d'ACCESS-NRI.

Nancy A.N. Bertler a reçu des financements du ministère du commerce, de l'innovation et de l'emploi; de l'université de Victoria à Welligton, de Earth Sciences New Zealand, et de la Royal Society of New Zealand.

L’ESSENTIEL

• Envers et contre toutes les bourrasques et les tempêtes, certains arbres poussent droit, imperturbables.

• On sait, depuis les années 1950, que les troncs accueillent un type de bois particulier qui agit comme un muscle et peut courber la direction de pousse.

• On réalise aujourd’hui que ces « muscles » peuvent servir à se décourber quand l'arbre perçoit que son tronc n'est pas droit.

Pour un arbre, pousser droit et vers le haut n’a rien d’évident. Une tempête ou un glissement de terrain peuvent l’incliner, voire le coucher à terre. Mais alors l’arbre se courbe progressivement pour que son sommet revienne vers la verticale. À l’inverse, si une trouée de lumière apparaît à la suite de la chute d’un voisin, l’arbre a tendance à se courber vers l’origine de la lumière.

Toutes ces courbures, dans un sens ou dans l’autre, pourraient rendre le tronc bien tortueux. Pourtant, on observe dans les futaies de grands arbres bien droits, malgré les tempêtes et les trouées de lumière.

Les arbres ont en fait une capacité d’adaptation posturale. En effet, une forme rectiligne et verticale leur assure l’accès le plus rapide à la lumière, ce qui est utile en forêt où la compétition peut être rude. Elle réduit aussi leur ploiement sous l’accroissement de leur poids et le risque de casse au vent.

Cette capacité est essentielle alors que les évènements extrêmes deviennent de plus en plus fréquents, et où les arbres subissent des coups de vent qui les renversent, des pertes de stabilité du sol ou même des glissements de terrain lors de fortes pluies…

Au cours de l’évolution, les plantes ont acquis la capacité à percevoir la direction de la gravité et celle d’où vient la lumière. Elles perçoivent aussi leur propre courbure – et nous venons de montrer comment les arbres parviennent à la corriger.

Comment les plantes perçoivent leur environnement… et leur propre forme

Les plantes perçoivent leur environnement et peuvent s’y adapter grâce à plusieurs sens.

Par exemple, des photorécepteurs particuliers leur permettent de détecter une source lumineuse, c’est la « photoperception ».

Pour percevoir la direction de la gravité (« graviperception »), elles disposent tout le long de leurs tiges de cellules spécialisées qui indiquent où est le bas, grâce à de gros grains d’amidon, les « statolithes », qui s’accumulent au fond des cellules par gravité.

Ces grains rappellent les otolithes, les petits cailloux de notre oreille interne responsables de notre sens de l’équilibre. Mais alors que nos otolithes sont très sensibles aux accélérations, ce qui nous donne le tournis dans les manèges, les statolithes des plantes indiquent seulement l’inclinaison de la tige. Ils s’agitent en effet dans un milieu cellulaire très visqueux, ce qui amortit les accélérations.

Enfin, notre équipe a montré en 2013 que les plantes perçoivent leur propre courbure par « proprioception », selon un processus qu’il reste à découvrir.

Un « muscle en bois » pour se courber

En réponse à ses perceptions, un arbre peut courber activement son tronc. En effet, on sait depuis les années 1950 que le bois ne fait pas que soutenir le poids de l’arbre comme un squelette : il peut aussi servir de muscle.

Chez les espèces feuillues, ce « bois-muscle » s’appelle le bois de tension. Il se forme sur la face supérieure des tiges inclinées. Chaque nouvelle fibre de bois formée, en se contractant, contribue à courber progressivement le tronc sur des semaines ou des années (plus le tronc est épais, plus ce processus requiert de fibres). Ce bois est redouté des scieurs, car la tension accumulée du fait de gros secteurs de bois de tension peut provoquer des éclatements à l’abattage, ou des déformations après découpe.

Mais le bois de tension peut-il jouer le rôle inverse, c’est-à-dire décourber le tronc en réponse à sa proprioception ? Notre hypothèse était que du bois de tension se formerait sur la face opposée à la courbure : on aurait alors un couple de zones de bois de tension de chaque côté du tronc, qui agiraient successivement comme des muscles antagonistes, tels nos muscles dorsaux et abdominaux qui nous permettent de nous « tenir droit ».

Mais pour observer clairement la proprioception à l’œuvre, il faut annuler les autres perceptions, en particulier la photoperception et la graviperception. C’est ce que nous avons fait, grâce à un dispositif expérimental original.

Bain de lumière et manège à plantes

Nous avons placé de jeunes peupliers dans des sphères d’1,5 mètre de diamètre, à l’intérieur desquelles la lumière arrive de toutes les directions à la fois. Dans ce dispositif, la lumière est toujours utilisée par les peupliers pour leur photosynthèse, mais elle n’a aucune influence sur leur direction de croissance.

Pour annuler la perception de la direction de la gravité, nous avons combiné la sphère avec un système déjà existant, appelé « clinostat ». Il s’agit d’un socle tournant autour d’un axe horizontal à la vitesse d’un à deux tours par minute. Lorsqu’une plante est placée dans un clinostat, ses organes sont orientés alternativement vers le haut et le bas. Les statolithes se retrouvent mis en suspension dans les cellules, répartis aléatoirement, ce qui prive la plante de la perception du haut et du bas.

Courbure et décourbure d’un peuplier

Au début de l’expérience, chaque peuplier est placé à l’horizontale dans une sphère. Le clinostat n’est pas encore activé. Le peuplier perçoit donc son inclinaison par rapport à la gravité (sans influence de la lumière) et se courbe vers le haut, comme attendu. Une dizaine de jours suffisent pour qu’une courbure bien nette apparaisse. C’est alors que le clinostat est enclenché, ce qui suspend la perception de la gravité. Il ne reste plus à l’arbre pour s’orienter qu’une seule perception, celle de sa propre courbure, la proprioception. Au cours des semaines qui suivent, le tronc du peuplier se décourbe progressivement jusqu’à devenir rectiligne.

À la fin de l’expérience, nous avons fait des coupes transversales des troncs de peupliers. Une coloration spécifique permet de mettre en évidence le bois de tension. Et comme le bois se forme en couches successives, on peut estimer la période de production des cellules de bois à partir de leur position par rapport au centre du tronc.

Sur ces coupes, nous avons observé que du bois de tension s’était formé sur la face supérieure durant la première phase de l’expérience, quand le clinostat n’était pas activé. Grâce à lui, le tronc a pu se courber vers le haut. Puis dès l’enclenchement du clinostat, cette formation de bois de tension a cessé et un nouveau bois de tension a commencé à se former sur la face opposée, comme nous en avions fait l’hypothèse.

C’était la preuve que le mouvement de décourbure du tronc a été engendré par du bois de tension, en réponse à la proprioception, et jouant un rôle équivalent à celui d’un muscle antagoniste chez un animal.

Ainsi, nous avons mis en évidence une boucle sensorimotrice de contrôle postural, une capacité que l’on pensait réservée aux seuls animaux.

S’adapter à l’environnement, sans nerfs ni cerveau

Dans l’environnement naturel de l’arbre, toutes les perceptions se combinent dans des proportions variables. L’arbre est capable d’intégrer ces différents signaux pour y réagir adéquatement en produisant du bois de tension quand il le faut, là où il le faut.

Dans des arbres non clinostatés, nous avons toujours retrouvé des secteurs de bois de tension opposés permettant de rectifier le tronc, qui avaient probablement été négligés comme des anomalies non significatives dans les études antérieures.

C’est ainsi qu’un arbre adapte constamment sa posture à son environnement, sans système nerveux central.

Des arbres en forme pour des forêts et une exploitation plus robustes

Nous l’avons vu, une forme rectiligne est essentielle pour les arbres car c’est ce qui leur permet d’accéder à la lumière et de moins ployer sous leur propre poids au risque de casser.

Mais ces capacités sensorielles et d’adaptation sont aussi utiles pour nous, les humains, afin de disposer de fûts droits et avec un bois homogène pour son usage en construction et ameublement. Si, pendant longtemps, les recherches sur la qualité des bois ont essayé de sélectionner des arbres qui ne produisaient quasiment pas de bois de tension, nos recherches montrent désormais que c’était une erreur. Pour obtenir des fûts rectilignes sans gros secteurs de bois de tension, ce qu’il faut, ce sont des arbres alliant sensibilité proprioceptive et puissance de leur bois de tension pour que les corrections de posture soient efficaces et rapides.

Le projet a bénéficié du soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets (Perception de la gravité chez les plantes : de la cellule à la réponse biomécanique. — GRAP2 ANR-13-BSV5-0005. L’ANR a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Félix Hartmann a reçu des financements de l'ANR.

Pour les travaux discutés ici Bruno MOULIA a reçu des financements de : French Space Agency (CNES). IDEX-ISITE initiative 16-IDEX- 0001 and the International Research Center on Sustainable AgroEcosystems (ISITE CAP20-25). Plus largement ses recherches ont été financées par l'ANR et par l'Europe , ainsi que, de manière ponctuelle, par le Fonds de Soutien à l'Obtention Végétale et par l'Institut Français du Caoutchouc

Mélanie Decourteix a reçu des financements dans le cadre des appels à projets du CNES, de l'IRC-SVSAE (I-SITE) de Clermont-Ferrand, de Clermont Auvergne Metropole, du département AES d'INRAe et de l'ANR.

L’ESSENTIEL

• Depuis les années 1930, le shampoing liquide a façonné nos attentes de mousse, de démêlage et de douceur.

• Formuler un shampoing solide performant est un vrai défi technique.

• Pour adopter durablement le solide, il faudra peut-être aussi revoir ce que nous attendons d’un shampoing.

Se laver les cheveux semble aujourd’hui d’une grande simplicité. Pourtant, nous attendons beaucoup du shampoing que nous utilisons : qu’il élimine l’excès de sébum et les salissures, mais aussi qu’il mousse suffisamment, se répartisse et se rince rapidement, tout en laissant les cheveux brillants, faciles à démêler et agréables au toucher.

À cette liste déjà longue s’ajoutent désormais souvent d’autres exigences : réduire les emballages, particulièrement les plastiques, transporter moins d’eau et, plus largement, diminuer l’impact environnemental du produit.

Le shampoing solide semble apporter une réponse à plusieurs d’entre elles. Pourtant, après un engouement rapide, sa progression marque le pas. Pourquoi ?

Du savon au shampoing moderne

Avant le développement des détergents synthétiques au XXᵉ siècle, le savon est employé pour de nombreux usages de lavage, aussi bien domestiques que pour l’hygiène corporelle. Il sert notamment à nettoyer les cheveux.

Cependant, le savon présente des limites lorsqu’il est utilisé sur les cheveux. Son caractère alcalin favorise le gonflement de la fibre et modifie l’état de sa surface. En présence d’une eau riche en calcium ou en magnésium, il peut également former des dépôts insolubles, difficiles à éliminer des cheveux et du cuir chevelu. Les cheveux peuvent alors paraître ternes, rêches et difficiles à coiffer.

Ces inconvénients conduisent au développement de produits spécifiquement conçus pour le lavage des cheveux.

Le savon cède peu à peu la place à d’autres tensioactifs, dits synthétiques, qui offrent notamment la possibilité de travailler à des pH mieux adaptés aux cheveux et au cuir chevelu. Les tensioactifs sont les molécules qui permettent d’assurer le liant entre l’eau et les graisses et donc de laver. Les produits lavants utilisant ces molécules à la place du savon sont désignés sous le terme de syndets, contraction de synthetic detergents. À partir de 1930, les premiers shampoings sans savon sont commercialisés en Europe et aux États-Unis.

Au fil des décennies, la composition des shampoings se sophistique : différents tensioactifs sont associés pour ajuster le nettoyage et la mousse, des agents conditionnants facilitent le démêlage et améliorent le toucher, tandis que d’autres ingrédients agissent sur la viscosité, la stabilité ou les propriétés sensorielles du produit.

Au fil de ces innovations, le shampoing ne se contente plus de laver : il devient aussi un produit de soin et de plaisir d’utilisation.

Quand les progrès techniques deviennent des habitudes

Parallèlement, les pratiques évoluent. En France, au milieu du XXᵉ siècle, de grandes campagnes publicitaires font la promotion de l’hygiène capillaire jusque dans les écoles. Elles mettent en scène la brillance, la mousse et le plaisir du lavage.

Parmi les nombreux jeux radiophoniques, figure un « Concours de mousse », signe de la place que celle-ci prend peu à peu dans la représentation du shampoing. La mousse participe à la répartition du produit mais son abondance ne mesure pas directement l’efficacité du nettoyage. Elle joue surtout un rôle important dans la perception de la performance et l’expérience d’utilisation du shampoing. Des travaux très récents montrent que cette expérience possède même une dimension émotionnelle, jusqu’au son produit par la mousse, qui peut modifier la manière dont elle est perçue.

D’autres propriétés participent également à l’expérience d’utilisation, comme la facilité de rinçage, le démêlage ou le toucher des cheveux après séchage.

À force d’innovations, ces performances autrefois nouvelles sont devenues des critères de qualité que nous considérons désormais comme allant de soi.

Puis le shampoing devint solide

C’est dans ce contexte que s’inscrit l’essor du shampoing solide, au sein d’un mouvement plus large touchant l’ensemble de la cosmétique : déodorants, nettoyants pour le visage, dentifrices ou après-shampoings se déclinent désormais sous des formes solides.

Les raisons de cet engouement sont faciles à comprendre. La quantité de produit nécessaire par usage peut être sensiblement plus faible et sa forme concentrée permet également de réduire fortement l’emballage, notamment plastique, voire de s’en passer selon les conditionnements. Cela permet aussi de réduire certains impacts environnementaux liés au transport et au conditionnement.

La faible teneur en eau modifie aussi les contraintes microbiologiques. Une enquête récente portant sur 172 shampoings solides commercialisés dans quatre pays européens montre que la présence et la concentration des conservateurs y sont moins importantes que dans les shampoings liquides.

À ces caractéristiques s’ajoute une image de simplicité et de naturalité fréquemment associée, à tort ou à raison, au format solide. Cependant, à elles seules, ces caractéristiques ne suffisent pas à garantir un meilleur bilan environnemental sur l’ensemble du cycle de vie. Par exemple, pour un shampoing, la phase d’utilisation, et notamment l’eau chaude consommée sous la douche, peut représenter une part importante des impacts.

Le mouvement a néanmoins été rapide. En France, la proportion de consommateurs ayant acheté au moins un cosmétique solide est passée de 1 % en 2019 à 7,5 % en 2021 ; le marché atteignait 85,5 millions d’euros entre novembre 2021 et octobre 2022.

Le shampoing solide est devenu l’une des vitrines les plus visibles de cette nouvelle cosmétique.

Solide ne veut pas dire savon

Le retour à une forme solide n’est pas pour autant un retour au savon. Pour conserver les performances acquises par les shampoings modernes sans retrouver notamment les inconvénients liés au caractère alcalin du savon, de nombreux shampoings solides reposent sur des tensioactifs autres que le savon : ce sont des syndets solides.

« Synthétique » ne signifie d’ailleurs pas nécessairement « issu du pétrole ». Des tensioactifs sont obtenus par synthèse chimique tout en incorporant des matières premières d’origine renouvelable, par exemple issues de corps gras, de sucres ou d’acides aminés. La molécule finale reste le résultat d’une transformation chimique.

Le format change donc profondément, mais pas nécessairement les principes chimiques du lavage. L’enjeu consiste plutôt à conserver les acquis du shampoing moderne dans une architecture très différente. Et c’est là que les difficultés commencent.

Tous les ingrédients employés dans un shampoing liquide ne peuvent pas être transposés tels quels dans un pain solide. Certains tensioactifs sont disponibles sous forme liquide ou contiennent eux-mêmes une quantité non négligeable d’eau, ce qui restreint leur incorporation dans une formulation très peu aqueuse.

L’eau, de son côté, n’est pas un simple constituant que l’on pourrait retirer sans conséquence : elle sert de milieu de dispersion ou de solubilisation, contribue à la texture et facilite la répartition rapide du produit sur la chevelure.

Un shampoing solide ne résulte donc pas simplement du retrait de l’eau d’une formule liquide : il faut conserver les fonctions attendues du shampoing tout en construisant un produit aux propriétés physiques adaptées à sa fabrication et à son utilisation.

Passer au solide impose par conséquent de reformuler entièrement, pas seulement de concentrer une recette existante.

Les difficultés rencontrées dans les formulations solides concernent la dureté et la plasticité du pain, sa fissuration, son ramollissement, sa perte de masse à l’usage ou encore la qualité de la mousse obtenue.

Le pain doit être assez cohésif pour être fabriqué, transporté et manipulé, assez résistant pour ne pas se déliter rapidement dans l’atmosphère humide d’une salle de bains, mais suffisamment accessible à l’eau pour délivrer efficacement ses constituants pendant l’utilisation.

À ces contraintes propres au format solide, s’ajoute la nécessité de retrouver la douceur et le démêlage auxquels les shampoings liquides nous ont habitués. Le remplacement d’ingrédients conventionnels par des alternatives d’origine naturelle ou biosourcée pose aussi des défis de performance, de stabilité et de compatibilité avec les formulations.

Or, améliorer une propriété peut en dégrader une autre. C’est le quotidien de la formulation : rechercher le meilleur compromis entre performances, propriétés sensorielles et nouvelles exigences de durabilité plutôt qu’une formule parfaite qui n’existe pas.

L’écologie suffit-elle à changer nos habitudes ?

À cette difficulté technique s’en ajoute une autre : celle de nos comportements.

Après l’essor spectaculaire du début des années 2020, le marché français des cosmétiques solides a reculé de 3,2 % en volume en 2022 et 2023. Ce chiffre ne permet évidemment pas d’attribuer cette inflexion au shampoing, encore moins à sa seule sensorialité : prix, distribution, contexte économique ou évolution de l’offre peuvent également intervenir. Il montre en revanche qu’un engouement initial ne conduit pas nécessairement à l’installation durable d’une nouvelle pratique.

De surcroît, connaître les bénéfices d’une solution ou adhérer à un objectif ne suffit pas toujours à modifier les pratiques. Les comportements dépendent aussi des habitudes, des normes sociales, des contraintes matérielles et du contexte dans lequel ils s’inscrivent.

Le shampoing solide fournit un cas très concret de cette difficulté. Une étude consacrée spécifiquement aux raisons de sa non-adoption montre l’importance des habitudes et de l’image du produit. Les réponses font également ressortir des freins fonctionnels : conservation du pain sous la douche, sensation laissée sur les cheveux ou différences de performances entre produits.

Les consommateurs peuvent donc souhaiter réduire leurs emballages et la quantité d’eau transportée, tout en continuant à rechercher les qualités sensorielles acquises avec les produits qu’ils utilisent depuis longtemps.

Et si l’innovation consistait à faire évoluer nos attentes ?

Reste alors à savoir si l’écoconception doit reproduire à l’identique tout ce que plusieurs décennies d’innovation nous ont appris à attendre d’un shampoing. Une mousse un peu différente, un nouveau geste à acquérir ou une texture inhabituelle constituent-ils forcément des régressions ?

Pendant des décennies, l’innovation a façonné les produits, mais aussi les usages et les critères par lesquels nous les jugeons. La transition vers des produits plus sobres pourrait donc appeler un mouvement réciproque : continuer à améliorer leur conception, mais accepter aussi que certaines pratiques et certaines manières d’apprécier leurs performances puissent changer.

Le défi ne serait alors plus seulement de proposer le shampoing en bouteille ou sous forme solide, mais de faire évoluer ensemble les produits, leurs usages et ce que nous en attendons.

Véronique Sadtler ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

L’ESSENTIEL

• Présent partout, le cadmium est aussi un danger pour la santé des espèces sauvages et des écosystèmes.

• Les amphibiens font partie des vertébrés aquatiques les plus menacés et sont particulièrement sensibles à ce polluant.

• Des études récentes pointent les effets du cadmium sur ces animaux : déformation du cœur, baisse de la reproduction, modifications du comportement…

Les récentes alertes sanitaires ont remis le cadmium sur le devant de la scène. Pour nous, chercheurs, ce n’est pourtant pas un sujet nouveau. Depuis des décennies, nous étudions ce métal, naturellement présent dans l’environnement, mais dont les concentrations ont été fortement accrues par les activités humaines.

Aujourd’hui, on sait que ce métal est cancérogène et qu’il présente des effets toxiques sur plusieurs organes. Mais le cadmium ne menace pas seulement les êtres humains : il affecte une multitude d’espèces, perturbe le fonctionnement des écosystèmes et représente un risque majeur pour la biodiversité.

L’objectif de nos recherches est de mieux comprendre les effets du cadmium, particulièrement sur les écosystèmes aquatiques, en étudiant son impact sur une espèce d’amphibien. Nos travaux ont montré des effets du cadmium sur l’activité et la morphologie cardiaque, ainsi que sur la formation des têtards et sur le comportement des animaux.

Un polluant omniprésent

Le cadmium est un composé inorganique que l’on retrouve partout dans l’environnement. Il contamine aussi bien l’atmosphère, les sols que les milieux aquatiques. Utilisé depuis plusieurs décennies, il sert notamment dans les procédés métallurgiques, la fabrication de batteries et certains usages agricoles, en particulier via les engrais phosphatés qui peuvent contenir du cadmium comme impureté.

En raison de sa persistance dans l’environnement, de sa toxicité dès de très faibles concentrations, de sa mobilité dans certains types de sols et de sa capacité à s’accumuler dans les organismes vivants, le cadmium représente une menace majeure pour la biodiversité. Il affecte l’ensemble du vivant, depuis les micro-organismes du sol jusqu’aux mammifères, en perturbant le fonctionnement des écosystèmes et en altérant de nombreuses fonctions biologiques.

Parmi les groupes les plus vulnérables figurent les amphibiens. Leur peau hautement perméable, leur cycle de vie partagé entre les milieux aquatiques et terrestres et leur mode de reproduction – la fécondation ayant souvent lieu dans l’environnement, et non pas à l’intérieur de l’organisme – les rendent particulièrement sensibles à l’exposition au cadmium. Cette vulnérabilité est d’autant plus préoccupante que les amphibiens connaissent un déclin mondial marqué. Selon l’Union internationale pour la conversation de la nature (UICN), 41 % des espèces d’amphibiens sont aujourd’hui menacées d’extinction à l’échelle mondiale. En France, toutes les espèces d’amphibiens bénéficient d’un statut de protection.

Comprendre les effets du cadmium en laboratoire

Chez l’être humain, le cadmium est classé comme cancérogène certain par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC). Il est également reconnu pour ses effets de perturbateur endocrinien ainsi que pour sa toxicité au niveau du système nerveux, des reins et du système immunitaire. Plus récemment, des effets au niveau cardiaque ont aussi été démontrés. Ces effets toxiques sont également observés chez de nombreuses espèces animales, soulignant les risques que représente ce contaminant pour la santé des organismes et le maintien de la biodiversité.

Au laboratoire, notre objectif est de comprendre les effets du cadmium à travers une approche pluridisciplinaire et de l’échelle moléculaire jusqu’à celle de l’individu. Une meilleure compréhension des mécanismes de toxicité du cadmium devrait nous permettre d’en identifier les cibles, qui constituent les marqueurs spécifiques d’une exposition à ce contaminant. La nature de ces marqueurs dépend de l’échelle considérée : il peut s’agir de modifications comportementales ou de la présence de protéines particulières. Nous nous intéressons notamment à des biomarqueurs protéiques de contamination, dont les variations pourraient constituer des indicateurs précoces et spécifiques de l’exposition à ce contaminant chez les amphibiens.

Notre modèle expérimental est le xénope (Xenopus laevis). Originaire d’Afrique australe, cette espèce exotique invasive en France est utilisée depuis plusieurs décennies comme organisme modèle en biologie cellulaire, en biologie du développement et en embryologie. Elle s’est également imposée plus récemment en écotoxicologie. Son développement rapide et directement dans l’eau, ainsi que sa peau perméable, facilitant l’absorption des contaminants, en font un modèle particulièrement pertinent pour l’étude des effets des polluants environnementaux.

Baisse de la fécondité et têtards désorientés

Notre protocole expérimental se concentre sur les premiers stades du développement embryonnaire. Les embryons de xénope sont exposés à différentes concentrations de cadmium, d’un niveau analogue à celui réellement rencontré dans l’environnement jusqu’à des concentrations bien plus élevées. Nous les y exposons dès la fécondation jusqu’à la fin de la formation des principaux organes, correspondant à six jours de développement. Les têtards mesurent alors environ 7 millimètres de long, ont un intestin bien enroulé et sont capables de se déplacer. Nous réalisons ensuite des études comportementales, biométriques, morphologiques et physiologiques, notamment sur les effets cardiaques du cadmium.

On observe ainsi que chez le xénope, une trop forte concentration de cadmium entraîne une diminution significative du taux de fécondation. Le taux de survie est également impacté négativement à la suite d’une exposition. Cette trop forte mortalité nous a poussés à adapter la gamme de concentration testée, en nous rapprochant considérablement des concentrations environnementales.

À l’aide d’un logiciel de tracking, nous avons suivi des têtards sains et des têtards contaminés pour mesurer plusieurs paramètres : la vitesse de nage, la distance parcourue, et leur réponse à des variations de la luminosité ainsi qu’à des vibrations mimant un prédateur. Notre étude a mis en évidence des modifications comportementales. Les têtards parcourent notamment une distance moindre lorsqu’ils sont exposés au cadmium.

Le cœur, particulièrement touché par le cadmium

Ces têtards font aussi l’objet d’études morphologiques et biométriques. Nous mesurons en particulier leur longueur et l’écart entre leurs yeux. Là aussi, nous constatons que les têtards exposés au cadmium présentent de nombreuses malformations (œdèmes, queue tordue, intestin mal enroulé) et sont significativement plus petits et mal proportionnés par rapport à des individus non exposés. Nous avons étudié des têtards jusqu’à six jours après la fécondation, ce que nous permet le cadre bioéthique, et nous n’avons donc pas eu la possibilité de savoir s’ils atteignent l’âge adulte.

Enfin, nous avons porté une attention toute particulière au système cardiaque. La transparence du têtard nous a d’abord permis d’évaluer l’activité cardiaque en comptant le nombre de battements par minute. Cette première observation montre une tachycardie significative après une exposition au cadmium. Nous avons ensuite réalisé une étude structurelle du cœur et mis en évidence une atrophie du cœur, responsable d’un volume cardiaque plus petit, ainsi d’une architecture du myocarde modifiée. Cette désorganisation des tissus cardiaques est responsable d’une capacité du cœur à se contracter dégradée. De telles anomalies ont déjà été observées dans des cardiopathies humaines, sans pour autant avoir été reliées à une exposition au cadmium.

Enfin, nous avons mis en évidence des marqueurs protéiques propres à une contamination au cadmium qui permettent, en partie, d’expliquer les anomalies cardiaques observées.

Valider la spécificité de ces biomarqueurs

Dans de futurs travaux, nous visons à élargir ces données. D’une part, nous voulons évaluer si les biomarqueurs identifiés se retrouvent également chez d’autres organismes afin de déterminer s’ils constituent des marqueurs universels d’une exposition au cadmium, travail déjà commencé sur les embryons de poisson zèbre et de poulet. Nous souhaitons également déterminer si ces biomarqueurs sont spécifiques du cadmium, ou s’ils se retrouvent également suite à l’exposition à d’autres contaminants.

Pour cela, les biomarqueurs seront analysés après exposition à d’autres contaminants environnementaux, tels que des composés œstrogéniques. L’objectif sera de vérifier que les modifications observées sont spécifiques d’une exposition au cadmium et ne résultent pas d’une réponse générale au stress chimique.

Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.

L’ESSENTIEL

• L’odorat est un sens tout à fait particulier du point de vue cérébral : c’est notre lien le plus direct avec le monde extérieur.

• Les zones cérébrales qui contrôlent l’odorat semblent avoir très peu changé au cours de l’évolution.

• Certains neurones du cortex olfactif de la souris ressemblent davantage à ceux des lézards ou des salamandres qu’à ceux du néocortex de la souris.

Saviez-vous que, parmi nos cinq sens, l’odorat est notre lien le plus direct avec le monde extérieur ? Les signaux liés au toucher, à la vue, à l’ouïe et au goût transitent d’abord par une région cérébrale intermédiaire (appelée le thalamus) avant d’atteindre leurs zones spécifiques dans le cortex.

En revanche, lorsque vous sentez une odeur agréable, comme celle de croissants tout juste sortis du four, ou une mauvaise odeur, comme celle d’un toast brûlé tôt le matin, les signaux provenant des molécules odorantes n’ont pas besoin de passer par le thalamus pour atteindre le cortex olfactif du cerveau. Non seulement l’odorat bénéficie de cette connexion particulière, mais, quand on y réfléchit, l’olfaction n’est rien d’autre que la détection des molécules qui nous entourent, ce qui, d’un point de vue évolutif, constitue un moyen très ancien d’apprendre à connaître son environnement. En effet, l’odorat est très répandu chez les animaux, ce qui signifie que nous pouvons comparer les cerveaux des animaux pour en savoir plus sur les origines de notre propre cerveau.

Prenons un peu de recul. Lorsque l’on parle du cerveau, on pense généralement à ce qu’on appelle le néocortex. C’est la partie du cerveau qui s’est considérablement développée chez les humains et les autres primates ; il est considéré comme un élément essentiel pour comprendre des caractéristiques « avancées », telles que la conscience, l’intelligence ou le langage.

On retrouve le néocortex chez tous les mammifères, comme les souris, les chiens ou les humains, mais pas au-delà. Par exemple, les reptiles, tels que les lézards, et les amphibiens, comme les salamandres, n’en possèdent pas. Alors, d’où vient le néocortex ? Comment a-t-il évolué ?

Pour les scientifiques, cette question s’apparente à un casse-tête, comportant de nombreuses pièces connues et de nombreuses pièces manquantes. L’une des pièces manquantes réside dans le fait que le néocortex présente une apparence très différente de celle des cerveaux des lézards et des salamandres, ce qui rend difficile leur comparaison directe.

Heureusement, les humains et les souris possèdent d’autres parties du cerveau qui sont plus faciles à comparer avec les lézards et les salamandres. L’une d’entre elles est le cortex olfactif, la zone du cerveau consacrée à l’interprétation de l’odorat.

En collaboration avec Sara Zeppilli, Alexander Fleischmann (Université Brown, États-Unis) et d’autres chercheurs, nous avons entrepris d’ajouter une pièce au puzzle : une comparaison entre les neurones du cortex olfactif d’une souris, ceux de son néocortex et ceux des cerveaux des reptiles et des amphibiens.

L’analyse des neurones au niveau moléculaire constitue un moyen puissant de mieux comprendre le cerveau. Les technologies expérimentales ont énormément progressé au cours de la dernière décennie, à tel point que nous pouvons désormais déterminer systématiquement les niveaux d’expression de tous les gènes pour chaque cellule d’un tissu donné. Le niveau d’expression d’un gène indique dans quelle mesure ce dernier est nécessaire dans une cellule donnée.

Chez un animal tel que la souris, chaque cellule dispose de l’ensemble des gènes (le génome complet), mais, pour que la cellule remplisse sa fonction dans l’organisme (par exemple, un neurone doit être capable d’envoyer et de recevoir des signaux électriques), elle n’a besoin que d’un sous-ensemble de gènes. Ces informations sont précieuses pour nous, car en observant quels gènes sont exprimés, nous pouvons en apprendre beaucoup sur l’état de la cellule, sur les décisions qu’elle a prises par le passé ou sur les fonctions moléculaires qu’elle exécute. Par exemple, nous pouvons étudier l’ensemble des neurones du cortex olfactif et observer en quoi ils diffèrent des neurones du néocortex et de ceux d’autres espèces.

Décrire les gènes exprimés dans chaque type de neurones

C’est ainsi que nous avons entrepris de décrire d’abord minutieusement le cortex olfactif au niveau moléculaire. Dans l’ensemble, nous avons tiré deux conclusions principales. La première est que, à bien des égards, le cortex olfactif ressemblait à n’importe quelle autre zone corticale, mais présentait toutefois quelques différences marquantes. En nous concentrant sur les neurones, nous avons identifié les types cellulaires habituels du cortex de souris, tels que différents types de neurones excitateurs et inhibiteurs (respectivement, les neurones glutamatergiques et GABAergiques).

En examinant les différents types de neurones excitateurs, nous avons découvert qu’ils changent plus progressivement d’un type de neurone à l’autre dans le cortex olfactif que dans le néocortex. En effet, les types de cellules neuronales olfactives semblent former des gradients d’expression génique assez lisses, tandis que les types de neurones néocorticaux étaient plus nettement distincts et présentaient des changements d’expression plus brusques entre eux.

Bien que ces observations semblent assez simples, elles nous permettent d’approfondir notre compréhension du fonctionnement interne d’une cellule. D’après la théorie mathématique des systèmes dynamiques, nous savons que les modèles de changement « progressifs », par opposition aux modèles « brusques », sont susceptibles d’être générés par des mécanismes de régulation différents, c’est-à-dire par des façons différentes pour un neurone de décider quels gènes lui sont nécessaires ou non.

L’application de ces connaissances mathématiques aux données biologiques n’est pas anodine, et les réponses apportées à ce stade ne sont peut-être pas définitives, mais nous avons finalement conclu que, malgré des similitudes superficielles entre les neurones activateurs du système olfactif et ceux du néocortex, leur organisation interne est assez différente. Les neurones olfactifs de la souris décident quels gènes exprimer d’une manière assez différente de celle des neurones néocorticaux voisins – et nous avons également retrouvé certains de ces schémas olfactifs de prise de décision chez le lézard et la salamandre.

Certains neurones de souris sont plus proches de ceux des lézards que des autres neurones de souris

Cette dernière découverte, valable pour plusieurs espèces, nous a amenés à poser une question évolutive cruciale : les neurones du cortex olfactif sont-ils plus proches des autres régions cérébrales de la souris ou ressemblent-ils davantage aux neurones d’autres espèces non mammifères ?

La réponse s’est avérée surprenante. Les types de neurones du cortex olfactif de la souris ressemblent davantage à ceux des lézards ou des salamandres qu’à ceux du néocortex de la souris. C’est tout à fait remarquable, car depuis 200 millions d’années, les neurones du cortex olfactif de la souris ont évolué au côté de ceux du néocortex de la souris.

Notre deuxième découverte intéressante a été la présence d’un grand nombre de neurones de type immature (c’est-à-dire similaires aux cellules de jeunes souris) dans le cortex olfactif de souris adultes. Nous avons utilisé l’apprentissage automatique pour prédire que, au cours de la vie d’une souris, ces neurones immatures sont destinés à devenir des neurones activateurs. Nous avons émis l’hypothèse qu’ils jouaient un rôle dans la plasticité cérébrale, par exemple pour aider les souris à adapter rapidement leurs circuits neuronaux aux changements de leur environnement. Par exemple, pour détecter de nouvelles odeurs. En effet, en comparant les résultats obtenus chez nos souris de laboratoire, évoluant dans un environnement monotone, à ceux de souris d’origine sauvage vivant dans un milieu plus dynamique, nous avons pu établir que les principales différences entre les cortex olfactifs de laboratoire et sauvages se situaient au niveau des neurones activateurs.

En combinant ces deux résultats, le cortex olfactif de la souris semble avoir conservé trois caractéristiques moléculaires ancestrales, à savoir des changements progressifs dans l’expression génique entre les neurones activateurs, une similitude marquée avec des espèces éloignées sur le plan évolutif, et une plasticité cellulaire accrue grâce à la présence d’un pool de neurones immatures.

En résumé, nous avons créé une ressource sur le cortex olfactif qui profite à nos collègues intéressés par l’olfaction, l’évolution (du cerveau) et la prise de décision cellulaire. Pour nous, il s’agit d’une étude fondamentale sur laquelle nous construisons de nouveaux projets. Actuellement, par exemple, nous l’utilisons dans le cadre d’une étude visant à comprendre comment les cellules du cortex olfactif modifient leur expression génique en réponse à l’apprentissage d’une nouvelle odeur.

Cette étude comparative nous a permis de mieux comprendre à quel point la nature peut faire preuve de souplesse dans la création des types cellulaires. Grâce à l’odorat, nous avons ajouté une pièce au puzzle que constitue l’évolution du cerveau.

Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (qui a lieu du 2 au 12 octobre 2026), dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition porte sur la thématique « Saveurs savantes ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.

Anton Crombach a reçu des financements de l'ANR, l'INCa, l'Inria et les NIH (États-Unis).