Mieux comprendre la microscopie à sonde locale pour soutenir une nouvelle génération de chercheurs
Depuis l'invention en 1981 du microscope à balayage à effet tunnel, que beaucoup considèrent comme la naissance des nanosciences, le marché des instruments à sonde locale s'est considérablement développé. Ces instruments ont de nombreuses capacités à l'échelle nanométrique. Ils permettent par exemple d'étudier une liaison chimique, de mesurer ses propriétés et d'exploiter sa symétrie spatiale. Cependant, le professeur Philip Moriarty, coordinateur du projet ACRITAS financé par l'UE, estime que cette large gamme d'instruments disponible «a quelque peu rendu la microscopie à sonde locale victime de son succès». En effet, cette technique est trop souvent associée à des pratiques routinières d'imagerie et de caractérisation, représentant une sorte de «boîte noire» dont l'utilisateur ne comprend que superficiellement les principes théoriques, le fonctionnement ainsi que les limitations. Le projet ACRITAS a été lancé pour «ouvrir» cette boîte noire, en favorisant une formation et une innovation interdisciplinaires visant de jeunes chercheurs. Redéfinir la microscopie à sonde locale Le professeur Moriarty souligne les objectifs des travaux d'ACRITAS: «Les techniques à sonde locale s'accompagnent de nombreux artéfacts et difficultés expérimentales. En dépit de quoi ses résultats sont souvent pris pour argent comptant, à cause d'un manque de compréhension de ses principes. L'un des objectifs majeurs du réseau ACRITAS était de former une nouvelle génération de chercheurs, bien au fait des aléas de la technique.» Le projet ACRITAS a mis en place un environnement de formation passionnant et motivant, en rapprochant des théoriciens et des praticiens en microscopie à sonde locale, deux communautés jusqu'ici séparées. Il s'agissait d'une part de physiciens conduisant des recherches dans des conditions extrêmes (vide très poussé, températures très basses), et de l'autre de biologistes intéressés par les interactions et le contrôle dans des conditions compatibles avec la vie. Ces deux catégories de scientifiques utilisent les mêmes techniques expérimentales, mais communiquent rarement. Le professeur Moriarty explique tout l'intérêt de cette stratégie de collaboration: «En tant que spécialistes de la microscopie à sonde sous un vide très poussé et des températures très basses, nous pouvons apprendre beaucoup de nos collègues qui travaillent dans des environnements moins contrôlés et plus délicats.» Les échanges entre les deux communautés ont amélioré grandement la définition des difficultés à surmonter dans la microscopie à sonde locale en termes d'instruments et d'analyse des données. Comme le résume le professeur Moriarty: «Le rapprochement de ces deux groupes a engendré un programme de formation unique, pour une technique dont dépend une large partie de la recherche scientifique du XXIe siècle.» Les avantages du projet sous le microscope L'une des difficultés majeures de la microscopie à sonde locale tient à l'état de la pointe de la sonde, dont les derniers atomes définissent le fonctionnement du microscope. Le projet ACRITAS a déjà généré une masse de connaissances sur la façon de mieux contrôler, définir et redéfinir la sonde, mais pour rendre le processus plus fiable, l'équipe a posé les bases d'une automatisation du processus. Grâce à l'apprentissage machine, elle espère qu'un contrôleur de sonde locale pourra faire la différence entre les bonnes images et les mauvaises, sans impliquer un opérateur humain. En outre, le projet a généré des informations essentielles concernant le repliement des protéines et les interactions entre la sonde et une cellule, qui sont très intéressantes pour la médecine et la pharmacie. En se projetant plus avant, le professeur Moriarty estime que: «À terme, on peut se demander s'il est possible de réaliser une technique similaire à l'impression 3D, mais avec des atomes?» En dépit de ces avantages pratiques, le professeur Moriarty défend la valeur de la recherche fondamentale pour repousser les limites de la connaissance. Il conclut ainsi: «De nombreux facteurs sont en faveur d'une science libérée des objectifs commerciaux ou industriels. De par sa nature interdisciplinaire, le projet ACRITAS a estompé la frontière entre la biologie et la physique, et c'est à cette interface que survient une vraie innovation.»
Mots‑clés
ACRITAS, nanosciences, microscopie à sonde locale, sub-moléculaire, sub-atomique, atome, microscope
