La « grande science » est un terme inventé à l'origine par les historiens pour décrire les principaux progrès scientifiques réalisés par les nations industrielles autour de la période de la Seconde Guerre mondiale.

L'expression implique généralement d'énormes investissements de capitaux, souvent des milliards de dollars. En raison de l'ampleur massive de ces projets, ils nécessitent le soutien des gouvernements nationaux ou même des groupes de gouvernements. Mais cet énorme investissement de l'argent des contribuables en vaut-il finalement la peine?

C'est l'une des questions clés actuellement posées sur le laser à rayons X européen, également connu sous le nom de XFEL - une période de huit ans, Projet de 1,22 milliard d'euros impliquant l'Allemagne, Russie, et neuf autres nations européennes.

Décrit comme "l'expérience la plus chère d'Allemagne" et avec une date de début estimée à septembre 2017, les scientifiques et le grand public débattent encore des opportunités et des défis associés à cet immense projet scientifique international.

La grande science au 21e siècle

L'un des projets Big Science les plus célèbres à ce jour au 21e siècle était le Grand collisionneur de hadrons. Ce projet, qui a finalement coûté environ 5 milliards de dollars à construire et 1 milliard de dollars par an à exploiter, visant à détecter les particules fondamentales qui composent l'univers. Le plus célèbre d'entre eux était la soi-disant « particule de Dieu » ou boson de Higgs, décrit à l'époque comme le "chaînon manquant dans le modèle standard de la physique des particules".

Bien sûr, à part le boson de Higgs, il existe d'innombrables autres découvertes moins célèbres qui pourraient et ont déjà été faites par le grand collisionneur de hadrons. Mais si le projet n'avait pas réussi à livrer le boson de Higgs, Le Grand collisionneur de hadrons aurait-il encore été considéré par le public comme un succès ?

Pour répondre à cette question, nous pourrions considérer le National Ignition Facility en Californie. Le projet a finalement été achevé en 2009, cinq ans plus tard que prévu et environ quatre fois plus que prévu (le coût total a finalement été d'environ 3,5 milliards de dollars).

L'objectif principal de l'installation était de démontrer la fusion nucléaire avec un gain d'énergie substantiel. En cas de succès, cela aurait pu avoir un impact considérable sur l'approvisionnement énergétique mondial, avec un héritage qui s'étend loin dans le futur. Cependant, au second semestre 2012, l'expérience est officiellement terminée, n'ayant atteint qu'un dixième des conditions requises pour l'amorçage par fusion.

Depuis 2012, l'installation a été utilisée pour d'innombrables autres expériences réussies de matériaux et d'armes. Dans l'esprit du contribuable américain, cependant, ce projet peut-il être considéré comme un succès par rapport à ses objectifs initiaux ?

Des molécules qui explosent

De même accablé par le poids de l'attente internationale, le laser à rayons X européen a un objectif tout aussi ambitieux. Ce projet vise à créer les premiers films moléculaires de protéines à l'échelle atomique, les éléments fondamentaux de la vie.

L'installation se compose d'un vaste réseau souterrain de tunnels, s'étendant sur des kilomètres sous la frontière nord-ouest de Hambourg en Allemagne. L'idée de base est de concentrer des milliards de photons de rayons X dans un minuscule volume d'espace contenant une seule molécule et d'en enregistrer une image avant qu'elle n'explose.

Ce concept, connue sous le nom de "diffraction avant destruction" ouvrirait une toute nouvelle fenêtre sur le monde moléculaire. Ce serait, par exemple, permettent aux scientifiques de visualiser les molécules à l'intérieur des cellules cancéreuses au fur et à mesure qu'elles se forment en temps réel. La partie délicate est de prendre l'image assez rapidement pour "photographier" la molécule intacte et pas seulement pour attraper les débris lorsqu'elle s'envole.

En raison de cet énorme potentiel, les gouvernements ont investi d'énormes sommes d'argent dans ces installations. Mais que se passe-t-il si l'expérience échoue ?

Après tous les efforts et le capital politique dépensés (notamment pour apaiser les dizaines de citoyens allemands sous les maisons desquels se déroule l'installation de 3,4 km), les attentes pour le laser à rayons X européen sont naturellement élevées.

Ce que pensent les Allemands du laser à rayons X

En réalité, la question du coût par rapport à la récompense a fait l'objet d'un récent article en première page du magazine d'information national allemand Der Speigel. Dedans, l'éminent physicien Holger Stark, directeur de l'Institut Max Planck de chimie biophysique à Göttingen, fait valoir que l'investissement ne vaudrait la peine que s'il n'y avait pas d'alternatives, et que l'approche présente des inconvénients.

Par exemple, Stark souligne que pour un montant comparativement dérisoire de 4 à 5 millions d'euros, vous pouvez acheter un microscope électronique à transmission. Ce microscope offre également la possibilité de pouvoir imager des molécules uniques. Cependant, la principale différence est que dans le microscope électronique, les molécules sont statiques, alors que dans le laser à rayons X européen, ils sont libres de se déplacer (au moins jusqu'à ce qu'ils soient détruits).

Les scientifiques soutenant le projet de laser à rayons X disent que la capacité de faire des films de molécules « en action » est une percée qui vaut bien l'investissement. Ils soutiennent que le fait de pouvoir réellement "voir" les mouvements de molécules biologiquement importantes fournira des informations essentielles qui profiteront à toute l'humanité.

Bien sûr, à ce stade, nous ne savons tout simplement pas. En tant que scientifique, si oui ou non les 1,22 milliard d'euros auraient été mieux dépensés ailleurs, cela dépend probablement en grande partie de votre participation à la recherche sur les rayons X. Notre propre groupe de recherche fait partie des dizaines dans le monde qui espèrent avoir la chance d'obtenir des images de molécules avant qu'elles n'explosent.

Les yeux sur le prix

Cependant, avec seulement quelques expériences possibles à la fois, la concurrence pour l'accès au laser à rayons X européen est féroce. Cela a été un autre argument contre l'investissement d'autant d'argent dans une seule installation :seul un nombre relativement restreint de scientifiques peut réellement avoir la chance de l'utiliser.

Mais quel que soit le côté de la clôture où vous vous trouvez, il y a indéniablement un énorme sentiment d'excitation parmi les scientifiques de voir ce que les premières expériences du laser à rayons X européen donneront en septembre.

Finalement, il y a l'argument selon lequel la création des premiers films moléculaires à l'échelle atomique au monde ne serait que le début. L'observation du boson de Higgs a essentiellement contribué à valider notre compréhension actuelle de la structure fondamentale de la matière. Alors que la découverte de Higgs pourrait éventuellement conduire à l'élaboration de nouvelles théories, le succès des expériences européennes sur le laser à rayons X aurait sans doute des applications pratiques plus immédiates.

Ceux-ci à leur tour engendreraient beaucoup plus de questions, alors que les scientifiques se précipitent pour tirer le meilleur parti de la nouvelle technologie. L'une des questions clés, qui est déjà dans l'esprit de bon nombre des groupes qui mènent cette recherche, est qui obtient le prix Nobel si l'idée fonctionne ?

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.