Des cloisons cellulaires aux barrages : ces barrières sont étudiées à l'ETH Zurich
Prévoir la rupture d'un barrage
En 2019, l'effondrement d'une digue à stériles dans la mine de fer de Brumadinho, au Brésil, a provoqué une gigantesque coulée de boue aux conséquences catastrophiques pour l'environnement et la population locale. Pendant longtemps, les causes de la rupture de cette digue sont restées mystérieuses. En effet, cela faisait plusieurs années que le bassin situé derrière le barrage n'avait pas été rempli de nouveaux résidus, comme on appelle les boues de résidus fins provenant du traitement du minerai. Les chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich ont toutefois fini par identifier un mécanisme physique et d'autres facteurs susceptibles d'expliquer la rupture du barrage. Leur modèle a montré comment des surfaces de glissement initialement petites et insignifiantes dans les résidus se sont étendues horizontalement au fil du temps. En conséquence, les couches de résidus ont commencé à se déplacer, provoquant l'effondrement de la digue sous leur poids. Les systèmes de surveillance conventionnels ne permettent pas de prévoir ce type de défaillance. Ce nouveau modèle constitue donc un complément utile aux procédures d'évaluation des risques pour les digues à stériles.
Protection vitale
La peau constitue une barrière essentielle, protégeant l'organisme contre la perte d'eau et empêchant l'entrée d'allergènes et d'agents pathogènes. Les blessures ou les troubles qui compromettent l'intégrité de cette barrière peuvent donc avoir de graves implications médicales. Lancé en 2016, Skintegrity est un grand projet interdisciplinaire qui poursuit des recherches de pointe sur la peau et les troubles cutanés. Il rassemble des experts et expertes cherchant à développer de nouvelles méthodes de diagnostic et de traitement des plaies, de l'inflammation et des troubles cutanés. Skintegrity assure également la formation de scientifiques, de médecins et d'ingénieurs et ingénieures désireuses d'appliquer ces nouvelles connaissances. D'abord nommé projet phare du partenariat Hochschulmedizin en 2016, Skintegrity a été élevé au rang d'initiative nationale de recherche en 2020.
Un espoir pour les troubles cérébraux
Les troubles neurologiques tels que la dépression, l'anxiété et l'épilepsie trouvent souvent leur origine dans certaines régions du cerveau. En règle générale, ces régions ne peuvent pas être traitées par des méthodes non invasives telles que les médicaments. Mehmet Fatih Yanik, professeur à l'ETH Zurich, et son équipe ont mis au point une nouvelle technique qui permet d'administrer des médicaments de manière ciblée dans des parties spécifiques du cerveau. À l'aide d'ultrasons focalisés, les médicaments sont transportés vers le cerveau, via le sang, au moyen de transporteurs biologiques. Une fois libérés de ces transporteurs, les médicaments traversent la barrière hémato-encéphalique sans compromettre la défense vitale qu'elle fournit contre les toxines et les agents pathogènes. Cette nouvelle méthode pourrait permettre une percée dans le traitement des troubles neurologiques.
La cellule en tant qu'ordinateur
À l'avenir, il devrait être possible de doter les cellules humaines d'un programme génétique artificiel fonctionnant de la même manière qu'un interrupteur électronique. Les cellules ainsi reprogrammées pourraient alors accomplir des tâches biomédicales vitales dans notre corps - par exemple, des cellules immunitaires modifiées pourraient être utilisées pour détruire des cellules tumorales. Les cellules tumorales ayant des caractéristiques génétiques différentes, un tel programme devrait stipuler : «Détruire une cellule si elle est de type X, Y ou Z». En mathématiques et en électronique, cette opération est réalisée au moyen d'une porte OU. Les cellules ainsi programmées seront principalement utilisées pour le diagnostic médical et la thérapie. Les scientifiques du département Science et ingénierie des biosystèmes de l'ETH Zurich ont déjà réalisé de premières avancées avec des cellules humaines de ce type en 2021.
Membrane non toxique
La plupart des vêtements de plein air sont dotés d'une membrane imperméable et respirante. Celle-ci comporte de minuscules pores qui sont perméables aux gouttelettes de vapeur produites par la sueur, mais pas aux gouttelettes de pluie, beaucoup plus grosses. Nombre de ces membranes contiennent des composés fluorés dangereux pour la santé et l'environnement. Pour Mario Stucki, il s'agissait d'un problème à résoudre. Pendant ses études à l'ETH Zurich, il a imaginé une membrane respectueuse de l'environnement, exempte de composés fluorés. L'inspiration lui est venue lors de son mémoire de maîtrise, qu'il a réalisé en tant que membre du groupe de recherche dirigé par Wendelin Stark, professeur d'ingénierie des matériaux fonctionnels. Il a poursuivi cette idée dans le cadre de son doctorat et, plus tard, dans le cadre d'un projet commercial, qui a donné naissance à la spin-off de l'ETH Zurich Dimpora, créée en partenariat avec Anna Beltzung. Leur dernier développement est une membrane basée sur l'huile de ricin au lieu du pétrole brut.
Limiter l'étalement urbain
En Suisse, la construction de nouveaux logements continue de découper le paysage et de le recouvrir de surfaces imperméables. Outre l'augmentation du trafic, cette expansion urbaine galopante crée des obstacles insurmontables pour la vie animale et végétale. Pour parvenir à une approche durable de l'aménagement du territoire et du paysage - notamment au profit des générations futures - il est essentiel de trouver un équilibre entre les considérations économiques, environnementales et sociales, les trois facteurs clés dans ce domaine. À l'ETH Zurich, l'Institut de développement spatial et paysager compte désormais trois groupes de recherche qui se penchent sur l'interaction de plus en plus complexe entre ces aspects. Une meilleure compréhension de ce problème permettra d'identifier une stratégie durable pour freiner l'étalement urbain et le trafic excessif dans les zones bâties.
