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.