La présence croissante de drogues dans les milieux aquatiques n’est plus anecdotique. Une nouvelle étude menée en Suède montre que même à faibles doses, ces substances peuvent perturber les déplacements de poissons et potentiellement fragiliser des espèces déjà sous pression.

Du poisson ou des requins sous cocaïne : l’image semble tout droit sortie d’un scénario hollywoodien, mais la réalité est bien moins divertissante. De plus en plus souvent, les scientifiques détectent de la cocaïne et d’autres drogues puissantes dans les milieux aquatiques et les retrouvent jusque dans le cerveau et le corps des animaux sauvages.

Une étude de 2024 menée au Brésil a fait les gros titres après avoir mis en évidence la présence de cocaïne dans les muscles et le foie de requins sauvages capturés au large de Rio de Janeiro. Si cela peut surprendre, cette découverte reflète un phénomène plus large et en expansion : les drogues consommées par les humains se retrouvent désormais dans les rivières, les lacs et les océans du monde entier.

Dans notre nouvelle étude, publiée récemment dans Current Biology, nous avons cherché à comprendre ce que cela implique pour la faune sauvage.

Des poissons « sous cocaïne » dans la nature

Nous avons étudié comment des concentrations de cocaïne comparables à celles observées dans l’environnement influencent le comportement des poissons à l’état sauvage. Nous nous sommes également intéressés à une substance appelée benzoylecgonine, principal composé résiduel issu de la dégradation de la cocaïne par l’organisme.

Pour cela, nous avons mené une expérience dans le lac Vättern, en Suède, le deuxième plus grand lac du pays, où nous avons suivi de jeunes saumons atlantiques pendant huit semaines.

À l’aide d’implants chimiques à libération lente, nous avons exposé les poissons soit à la cocaïne, soit à la benzoylecgonine, puis suivi leurs déplacements grâce à la télémétrie acoustique. Cette méthode nous a permis d’observer leur comportement en milieu naturel, plutôt que dans des bassins de laboratoire.

Ce que nous avons observé est frappant. Les poissons exposés à la benzoylecgonine parcouraient jusqu’à 1,9 fois plus de distance par semaine que les poissons non exposés et se dispersaient jusqu’à 12,3 kilomètres plus loin à travers le lac. Les poissons exposés à la cocaïne présentaient une tendance similaire, mais l’effet était plus faible et moins constant.

Des eaux usées aux milieux aquatiques

Comment ces substances se retrouvent-elles dans les environnements aquatiques ?

Après consommation, la cocaïne est rapidement dégradée par l’organisme, principalement en benzoylecgonine. Des composés de ce type – résidus issus de la transformation d’une substance par le corps – sont appelés des métabolites. La drogue initiale comme son métabolite sont ensuite excrétés et rejoignent les systèmes d’eaux usées.

Or, les stations d’épuration ne sont pas conçues pour éliminer complètement ces composés : ils traversent donc les traitements et sont rejetés dans les rivières, les lacs et les eaux côtières.

Ce phénomène n’a rien de localisé. La cocaïne est désormais l’une des drogues illicites les plus fréquemment détectées dans les milieux aquatiques à l’échelle mondiale.

Une analyse globale a mis en évidence des concentrations moyennes dans les eaux de surface d’environ 105 nanogrammes par litre pour la cocaïne et 257 nanogrammes par litre pour la benzoylecgonine, avec des pics atteignant plusieurs milliers de nanogrammes. Si ces niveaux restent faibles, ils suscitent néanmoins des inquiétudes, car ces composés ciblent des systèmes cérébraux partagés par de nombreux animaux : même à faibles doses, ils peuvent donc potentiellement affecter la faune sauvage.

Pourquoi le comportement est crucial

Les changements de comportement comptent parmi les indicateurs les plus précoces et les plus sensibles d’une perturbation environnementale affectant la faune. Ils peuvent influencer des fonctions essentielles, depuis la recherche de nourriture et l’évitement des prédateurs jusqu’aux interactions sociales, à la reproduction et à la survie.

Lorsque des contaminants modifient les comportements, leurs effets peuvent se répercuter bien au-delà de l’individu. De légers changements dans la manière dont les animaux se déplacent, s’alimentent ou réagissent aux menaces peuvent, à plus grande échelle, affecter la dynamique des populations, les interactions entre espèces et le fonctionnement des écosystèmes dans leur ensemble.

Les changements que nous avons observés dans la manière dont les poissons se déplacent dans leur environnement après une exposition à la cocaïne pourraient entraîner une dépense énergétique accrue, une fréquentation d’habitats de moindre qualité ou encore une exposition plus importante au risque de prédation.

Pour des espèces comme le saumon atlantique, déjà soumises aux pressions du changement climatique, de la perte d’habitat et d’autres polluants, même de légères perturbations comportementales peuvent venir aggraver les difficultés auxquelles elles sont confrontées.

Pourquoi le métabolite compte

L’un des résultats les plus surprenants de notre étude est que la benzoylecgonine a eu un effet plus marqué sur le comportement des poissons que la cocaïne elle-même. C’est un point crucial, car les évaluations des risques environnementaux se concentrent généralement sur les substances consommées par les humains, comme la cocaïne, plutôt que sur celles qu’ils rejettent ensuite, comme la benzoylecgonine.

Or ces métabolites sont souvent plus abondants et plus persistants dans les milieux aquatiques. Nos résultats suggèrent que nous sous-estimons peut-être les risques écologiques liés à ces polluants.

Notre étude s’est concentrée sur le comportement, et non sur les effets à long terme sur la santé. Nous n’avons pas encore évalué si ces changements influencent la survie ou la reproduction.

Cependant, des travaux antérieurs montrent que la cocaïne et des composés apparentés peuvent modifier la chimie du cerveau, accroître le stress oxydant et perturber le métabolisme énergétique chez les animaux aquatiques. Ces processus étant étroitement liés à la santé et à la condition physique, ils laissent entrevoir des effets plus larges.

L’idée de « poissons sous cocaïne » peut faire sourire, mais elle renvoie à un problème bien plus vaste. Les milieux aquatiques sont de plus en plus contaminés par des mélanges complexes de substances d’origine humaine, des médicaments aux drogues illicites. Beaucoup de ces composés sont biologiquement actifs à de très faibles concentrations, et nous commençons à peine à en comprendre les effets.

Marcus Michelangeli travaille pour Griffith University. Il a reçu un financement et un soutien à la recherche du Conseil suédois de la recherche Formas (2022-00503), ainsi que du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne dans le cadre d’une bourse Marie Skłodowska-Curie (101061889) pour mener ces travaux.

Jack Brand travaille pour l’Université suédoise des sciences agricoles et reçoit un financement du Conseil suédois de la recherche Formas (2024-00507). Il occupe également un poste de chercheur invité à l’Institute of Zoology de la Zoological Society of London.

Lorsque les chênes sont fortement endommagés par des chenilles une année, ils ouvrent leurs bourgeons plus tard au printemps suivant. Notre équipe internationale de recherche a montré que cette stratégie est très efficace contre leurs prédateurs. Nous venons de publier nos résultats dans la revue Nature Ecology & Evolution.

Au printemps en forêt, de nombreuses chenilles éclosent précisément lorsque les feuilles des arbres sont encore jeunes et tendres. Elles trouvent ainsi une table abondamment garnie.

Si les chênes sont fortement infestés par des chenilles une année donnée, ils réagissent au printemps suivant : ils retardent l’apparition de leurs feuilles de trois jours. Cela est défavorable aux chenilles. Après l’éclosion, elles se retrouvent littéralement face à des assiettes vides, car les feuilles de chêne sont encore bien cachées dans les bourgeons. Cette stratégie est très efficace : chez certaines espèces toutes les chenilles meurent après trois jours sans nourriture. En conséquence, ce stratégie de débourrement retardé diminue les dégâts causés par leur alimentation sur l’arbre de 55 %.

Comment avons-nous vu, depuis l'espace, comment les chênes combattent les chenilles ?

Pour démontrer ces liens, nous avons utilisé des méthodes interdisciplinaires de pointe issues de l’écologie et de la télédétection. Auparavant, les chercheurs devaient observer laborieusement des arbres individuels sur le terrain. Pour cette étude, cependant, une zone de 2 400 kilomètres carrés en Bavière du Nord a été surveillée en continu grâce aux données du satellite Sentinel-1. Ce qui rend ces satellites radar particuliers, c’est qu’ils fournissent des données précises sur l’état des canopées, même sous une épaisse couverture nuageuse.

Nous avons analysé un total de 137 500 observations individuelles sur cinq ans, de 2017 à 2021. Les satellites ont fourni des données avec une résolution de 10×10 mètres par pixel, ce qui correspond approximativement au houppier (la partie d'un arbre constituée d'un ensemble structuré des branches situées au sommet du tronc) d’un arbre unique. Au total, 27 500 pixels de ce type ont été analysés dans 60 zones forestières.

L’année 2019 s’est révélée particulièrement instructive, car la région a connu une invasion massive de la spongieuse (un ravageur des forêts de feuillus). Les capteurs radar ont enregistré précisément quels arbres ont perdu leurs feuilles et comment ils ont réagi l’année suivante.

En quoi cette découverte est-elle importante ?

Les arbres ne réagissent pas seulement à la météo au printemps. Cette tactique de retard est plus efficace pour le chêne qu’une défense chimique, comme les tanins amers présents dans les feuilles. En effet, l’arbre devrait dépenser beaucoup d’énergie pour augmenter sa production de tanins.

Pour la première fois, l’étude explique de manière concluante pourquoi, en moyenne, la forêt ne verdit pas aussi rapidement que les températures pourraient le laisser supposer. Les modèles informatiques antérieurs calculent souvent de manière inexacte l’état des forêts, car ils prennent exclusivement en compte des facteurs climatiques comme la température et ignorent les interactions biologiques entre plantes et insectes.

Les arbres se trouvent dans une sorte de bras de fer évolutif : alors que l’augmentation des températures liée au changement climatique les pousse à produire leurs feuilles de plus en plus tôt, la pression exercée par les insectes herbivores les contraint à retarder ce processus. Un avantage clé de cette stratégie de retard est qu’elle est temporaire et réversible. Comme les arbres ne retardent leur feuillaison qu’après une infestation réelle, les insectes ne peuvent pas s’y adapter de manière permanente. Cette interaction dynamique est un exemple de la grande résilience et capacité d’adaptation des forêts dans un monde en mutation.

Quelles sont les perspectives ?

Des expériences futures devraient permettre de mieux comprendre l'importance de ces mécanismes pour des patrons expliqués depuis des décennies par d'autres mécanismes, aussi bien que les conséquences pour les interactions des arbres avec leurs symbiontes mycorhiziens et avec les ennemies de leurs ennemies, comme les mésanges et des guêpes parasitoïdes.

Tout savoir en trois minutes sur des résultats récents de recherches, commentés et contextualisés par les chercheuses et les chercheurs qui les ont menées, c’est le principe de nos « Research Briefs ». Un format à retrouver ici.

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.

Grâce aux panneaux solaires en silicium, l’électricité d’origine photovoltaïque est aujourd’hui disponible à faible coût. Pour aller plus loin – récolter plus d’énergie sur les mêmes surfaces pour des coûts réduits, produire plus localement – les scientifiques développent de nouveaux matériaux. Parmi eux, les « pérovskites » sont modulables et compatibles avec le silicium, ce qui les rend particulièrement prometteurs. Où en sont ces nouvelles technologies ? Quel chemin leur reste-t-il à parcourir ?

La filière du silicium est le leader du marché mondial des technologies photovoltaïque, avec 98 % des panneaux vendus. Grâce aux progrès dans le domaine, on dispose aujourd’hui d’électricité solaire déployable à faible coût dans la grande majorité des pays à travers le monde.

La montée en puissance des énergies renouvelables, avec en chef de file celle fondée sur la conversion directe de l’énergie solaire en électricité, légitime encore aujourd’hui le développement de nouvelles technologies photovoltaïques alliant frugalité, efficacité et longévité. Il s’agit d’augmenter encore les rendements de conversion et de minimiser les coûts (impact environnemental, prix de la fabrication, du transport, de l’installation, du recyclage), mais aussi de pouvoir garantir une durée de vie acceptable pour le fabricant, le consommateur et l’environnement.

Une des filières émergentes explorées par des chercheurs, start-up et industriels est celle exploitant les matériaux « pérovskites ». Dans cette communauté en ébullition, diverses stratégies sont développées pour allier de forts rendements et une longue durée de vie.

Dans nos études les plus récentes menées avec nos collaborateurs et publiées dans Science et Nature Synthesis, nous combinons plusieurs approches. La robustesse des nouvelles structures pérovskites est testée dans des conditions d’éclairement drastiques, simulant jusqu’à 15 fois la puissance du soleil. Ces résultats marquent une étape importante qui permet d’envisager de transposer les résultats en laboratoire à des produits industriels.

Le silicium, roi du marché, et les filières émergentes

Alors même que le silicium est devenu un matériau stratégique au cœur de nombreuses technologies électroniques, il risque de devenir une matière première critique (qui présente un risque d’approvisionnement). C’est tout particulièrement le cas en Europe, car la dernière fonderie de silicium active pourrait arrêter sa production, faute de pouvoir résister à la Chine en situation de surcapacité.

Parmi les filières photovoltaïques émergentes, celle des pérovskites fait la course seule en tête, car elle a rejoint en termes de performances (pour des cellules de laboratoire de petite surface, inférieures à un centimètre carré) la filière silicium avec des rendements certifiés supérieurs à 27 %. Les matières premières nécessaires sont disponibles en Europe.

Un de ses principaux atouts est d’être compatible avec les panneaux solaires silicium traditionnels, car ces deux technologies absorbent la lumière du soleil de façon complémentaire. Ainsi, en empilant une cellule silicium et une cellule pérovskite, on obtient une unique cellule dite « tandem » – qui dépasse aujourd’hui les 35 % pour des tandems de laboratoire et 27 % pour des modules de plus de 14 000 centimètres carrés (l’équivalent de panneaux carrés de 1,2 mètre de côté), permettant aux industriels – y compris en France — d’envisager sérieusement leur commercialisation.

En augmentant l’électricité produite pour une même surface de panneaux solaires, s’ouvre une perspective de retours sur investissements beaucoup plus rapides, qui pourrait encore booster le déploiement du photovoltaïque.

C’est pourquoi Daniel Lincot, membre de l’Académie des technologies et fervent défenseur de l’énergie solaire pour la transition énergétique et écologique, n’hésite pas à dresser un parallèle avec l’augmentation énorme et inattendue des vitesses des bateaux à voile au cours des dernières décennies grâce à l’ajout de surfaces portantes immergées (foils), en disant « les pérovskites sont les foils du silicium ».

Si le potentiel des matériaux pérovskites pour augmenter fortement les rendements des dispositifs photovoltaïques en silicium n’est désormais plus à démontrer, une dégradation rapide des performances en fonctionnement de ces nouvelles cellules et panneaux solaires est le verrou principal empêchant les pérovskites d’entrer sur le marché des panneaux solaires. Pour le lever, les scientifiques développent différentes stratégies pour mieux organiser la matière à l’échelle microscopique.

Les matériaux pérovskites : des promesses, des prouesses… et des défis

Le terme générique pérovskite désigne une structure cristalline caractéristique à l’échelle atomique avec des octaèdres partageant leurs sommets formant un réseau tridimensionnel (3D). La composition chimique des matériaux présentant cette structure varie avec notamment le titanate de calcium, un minéral découvert dès 1839 en milieu naturel et qui comprend des atomes d’oxygène (en bleu sur l’image).

Les compositions pertinentes pour le photovoltaïque et reconnues comme une nouvelle classe de semiconducteurs, sont, quant à elles, synthétiques (c’est-à-dire fabriquées par les chimistes) : l’oxygène est par exemple substitué par l’iode alors que le plomb (couleur or) occupe le centre de l’octaèdre, tandis qu’un atome tel que le Césium, ou une petite molécule organique (en rose) perd un électron (on parle de cation inorganique ou organique) et s’insère dans la cavité de la structure cristalline entre les octaèdres.

Si ce cation est trop petit ou au contraire trop volumineux, le réseau préfère adopter une autre structure cristalline qui n’aura pas les propriétés requises pour produire et conduire ensuite le courant électrique au sein d’une cellule solaire. Ceci se traduit par un changement de couleur, le matériau passant de la phase pérovskite semi-conductrice dite « noire », et donc fortement absorbante pour les longueurs d’onde visibles du spectre solaire (inférieures à 0,8 micromètre), à une phase non-pérovskite dite « jaune », signe que la gamme d’énergie des photons du soleil que le matériau est capable d’absorber est beaucoup plus restreinte (inférieures à 0,5 micromètre).

Ce changement de couleur est également observé lorsque le matériau pérovskite se dégrade, ce qui réduit fortement l’efficacité de conversion de l’énergie solaire. Depuis une dizaine d’années, la communauté de recherche s’efforce donc de comprendre les mécanismes de dégradation — et bien sûr, de les circonscrire.

Les dernières avancées pour des matériaux pérovskites efficaces et plus stables

Une des principales stratégies pour augmenter l’efficacité de conversion exploite des matériaux pérovskites qui sont en fait des mélanges de différents types de pérovskites synthétiques 3D. Malheureusement, ces alliages sont sujets à des phénomènes de démixtion et/ou à des déformations du réseau cristallin, notamment sous irradiation lumineuse – ce qui conduit à une dégradation irréversible. De plus, certaines de ces compositions 3D sont très sensibles à l’humidité. Enfin, on observe aussi des problèmes de stabilité à l’échelle du dispositif (cellule et panneau solaire), particulièrement en conditions opérationnelles (sous irradiation lumineuse ou lorsqu’un courant traverse la cellule solaire).

Au sein de la communauté internationale, plusieurs stratégies ont été inventées pour pallier ces problèmes. Par exemple, l’ingénierie des ligands a pris une place prépondérante avec l’exploration de divers acides qui viennent « passiver » les interfaces (c’est-à-dire empêcher la formation de « défauts » qui capturent les électrons et limitent donc la génération d’un courant électrique).

Un autre exemple est la « stratégie du millefeuille », explorée dès les années 90 : il s’agit d’une alternance périodique où la crème correspond à la couche organique et la pâte à la couche pérovskite. Des cellules solaires contenant ces pérovskites lamellaires ont atteint dès 2016 des stabilités record en fonctionnement.

En associant des pérovskites 2D (millefeuille) et 3D au sein d’une même cellule solaire, on combine la stabilité des premières aux rendements de conversion record des deuxièmes. En particulier, un design basé sur une ingénierie très poussée des hétérostructures 2D/3D a représenté l’état de l’art en 2022 et en 2024 en matière de stabilité pour une cellule solaire pérovskite en fonctionnement.

Aujourd’hui, nos tout derniers travaux publiés en ce printemps 2026 dans Science nous rapprochent encore plus de la stabilité requise en vue d’une commercialisation. En comprenant par quel chemin le matériau pérovskite synthétique passe de la phase noire à la phase jaune, l’ajout d’un additif spécifique a permis de soumettre les cellules 2D/3D à des tests encore plus drastiques : un flux lumineux équivalent à 15 soleils !

En parallèle, la fabrication récente de pérovskites 2D multicouches ne présentant aucune distorsion structurale et permettant un transfert des charges électriques générées par le soleil sur des distances records (au-delà de 2 micromètres, de l’ordre de 2 à 3 fois le diamètre d’un cheveu) permet pour la première fois d’envisager des dépôts de couches 2D et 3D avec des épaisseurs similaires de l’ordre de 300 à 500 nanomètres. Une telle épaisseur pour la partie 2D représente une barrière robuste à la pénétration d’espèces chimiques qui autrement risqueraient de détériorer la structure. Avec une couche épaisse, la partie 2D pourra aussi contribuer à la production d’électricité. De plus, les dernières couches 2D synthétisées possèdent des seuils d’absorption en énergie suffisamment bas pour qu’il soit envisageable de les tester en association avec le silicium dans des structures tandem en s’affranchissant totalement de la partie 3D.

Le projet SURFIN (ANR-23-CE09-0001) est soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. 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.

Claudine Katan est membre du GDR HPERO.

George Volonakis a reçu des financements de l'Agence national de la recherche pare le projet de CPJ et le projet SURFIN (ANR-23-CE09-0001).

Jacky Even est membre du GDR HPERO et a reçu des financements de l'institut universitaire de France.

Aditya Mohite 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.