Un nouveau virus est parti à la conquête du monde. En mars, la Suisse décrétait l’état de «situation exceptionnelle»; en octobre, le pays affrontait la deuxième vague. Plutôt que de se laisser abattre, de nombreux scientifiques du Domaine des EPF ont retroussé leurs manches pour mettre leurs compétences dans la résolution de problèmes, souvent acquises dans d’autres domaines, au service des défis urgents de l’actualité.

Martin Ackermann, professeur d’écologie des systèmes microbiens à l’ETH Zurich

Depuis un marché d’animaux vivants d’une mégapole du centre de la Chine, Wuhan, une nouvelle maladie respiratoire s’est répandue à travers le monde comme une traînée de poudre. Face à la pandémie de coronavirus en Suisse, le Conseil fédéral a décrété l’état de «situation exceptionnelle» à la mi-mars 2020. Tandis que les écoles et les magasins fermaient leurs portes et que la vie publique était quasi à l’arrêt, la communauté scientifique suisse s’activait en coulisse. De nombreux chercheurs ont retroussé leurs manches pour aider à combattre la pandémie.

Réduire les dommages et les coûts à un minimum

«Pour moi, présider la Task Force scientifique nationale est un immense privilège», déclare Martin Ackermann. Professeur d’écologie des systèmes microbiens à l'ETH Zurich et Chef du Département Microbiologie de l’environnement de l’Eawag, il s’intéresse aux questions fondamentales de l’évolution. Avec son groupe, il étudie p. ex. dans quelle mesure des cellules bactériennes génétiquement identiques se comportent différemment. De prime abord, ceci n’a rien à voir avec le nouveau virus. Mais en y regardant de plus près, on constate que les méthodes de biologie mathématique et la collaboration interdisciplinaire jouent un grand rôle dans les deux cas.

«La collaboration, très constructive, m’impressionne.» Martin Ackermann, président de la Swiss National COVID-19 Science Task Force

Le comité indépendant d’experts qui conseille et soutient la Confédération et les cantons se compose d’environ 70 scientifiques. Organisés en dix groupes, ils élaborent des bases scientifiques sur des thèmes aussi variés que la prévention des contaminations, la modélisation du nombre de lits en soins intensifs, les conséquences économiques, etc. Membre de la Task Force dès sa création, M. Ackermann la dirige depuis août. Bien que cette mission soit chronophage, il en tire une grande satisfaction. «La collaboration, très constructive, m’impressionne.» Il a remarqué, par exemple, que les discussions publiques dissociaient souvent la santé économique et médicale. Or, au sein de la Task Force, l’objectif fait l’unanimité: réduire à un minimum tant les atteintes à la santé que les coûts sociaux. «Plus le nombre de cas est bas, plus la liberté économique est grande», résume M. Ackermann.

La technologie de traçage des contacts réinventée

Maintenir le nombre de cas à un bas niveau suppose d’interrompre la chaîne de transmission du virus. Le traçage des contacts joue ici un rôle important. Des pays d’Asie du Sud-Est comme Taïwan ou la Corée du Sud ont trouvé une parade efficace avec l’identification et l’isolement rapides des personnes qui avaient côtoyé une personne infectée. «Mais ces pays ont recours à des données qui relèvent de la sphère privée», nuance Carmela Troncoso, professeure en informatique à l’EPFL. «Nous nous sommes demandé quelles étaient les données absolument nécessaires au traçage des contacts et, en six semaines, nous avons réinventé la technologie pour ne collecter que ces informations.»


Le nouveau protocole de traçage de proximité conçu par C. Troncoso et ses collègues s’appelle DP3T (Decentralised Privacy-Preserving Proximity Tracing). Les smartphones échangent entre eux par Bluetooth des identifiants aléatoires qui changent régulièrement. Les données sont alors conservées sur le téléphone personnel. «Nous avons conseillé Apple et Google pour l’implémentation de la nouvelle interface Bluetooth», relate Srđjan Čapkun qui, en tant que professeur à l’Institut pour la sécurité informatique et directeur du System Security Group à l’ETH Zurich, a participé au développement du DP3T. «Ce protocole est utilisé par l’application SwissCovid de l’Office fédéral de la santé publique (OFSP), et de nombreux autres pays d’Europe ont repris cette approche», précise C. Troncoso. L’argument qui a fait mouche: la nouvelle technologie garantit que personne ne peut accéder à des informations personnelles (comme les coordonnées GPS). Donc ni Apple, ni Google, ni les autorités ne peuvent collecter de données à caractère personnel par le biais de l’application de traçage des contacts..

Des briefings en ligne pour les bulletins d’avalanches

Le besoin rend ingénieux. Thomas Stucki et son équipe du service de prévision des avalanches du WSL Institut pour l’étude de la neige et des avalanches SLF de Davos en apportent une nouvelle preuve. Comme une grande partie de la population suisse, ils n’ont pas pu se rendre à leur poste de travail durant la fermeture généralisée et ont dû s’adapter. «Les bulletins d’avalanche quotidiens sont un travail collectif», explique T. Stucki. Leur élaboration mobilise toujours trois personnes qui se réunissent pour une brève réunion à 15 heures. «Normalement, nous sommes assis autour d’une table et échangeons sur nos analyses et nos évaluations des risques, parfois cartes imprimées à l’appui», poursuit-il.

Les techniques modernes ont permis d’innover et de décentraliser pour la première fois la rédaction des bulletins. Lors des réunions en ligne via Zoom, les prévisionnistes pouvaient se montrer les points problématiques sur leur écran. Mais ils perdaient tout de même une grande partie de la communication non verbale. «Heureusement qu’en mars et en avril, la situation avalancheuse n’était pas trop problématique», reconnaît T. Stucki. «Nous avons donc pu répéter les processus en télétravail.» Le service de prévention des avalanches est donc aussi paré pour les incidents qui empêcheraient les prévisionnistes de se rendre sur leur lieu de travail.

Lumière pour la microscopie à rayons X tridimensionnelle

Au PSI aussi, la crise du coronavirus a libéré des énergies créatrices. Même si, dans le monde, la plupart des établissements de recherche se sont arrêtés durant la pandémie, les grandes installations de recherche de Villigen, comme la Source de Lumière Suisse (SLS), sont restées en activité. La SLS fournit une lumière de type rayons X très brillante capable, par exemple, de percer à jour les structures des protéines jusqu’au niveau atomique. Les protéines sont les «matériaux de construction» et les «outils et appareils moléculaires» les plus importants de tous les systèmes vivants, y compris du nouveau virus SARS-CoV-2. «Au début de la pandémie, nos collaborateurs ont modifié la SLS pour pouvoir opérer à distance et équipé les stations de mesure d’un bras robotisé. Les scientifiques ont donc pu poursuivre leurs travaux sur les structures des protéines de SARSCoV-2», explique Gebhard Schertler, professeur et directeur de la division de recherche Biologie et chimie du PSI. «Dans le même temps, la Direction du PSI a décidé de lancer un programme scientifique autour du COVID-19.»

En quelques semaines, les scientifiques du PSI ont mis sur pied onze nouveaux projets. L’un d’eux porte sur l’examen de prélèvements de tissus pulmonaires de malades du COVID-19 à l’aide de la lumière brillante de type rayons X de la SLS, en utilisant une nouvelle méthode d’imagerie de type rayons X développée au PSI. Dans les formes graves de la maladie, le système immunitaire s’emballe et s’attaque aux poumons. Du liquide s’accumule dans les tissus en formant une mosaïque et complique, voire empêche la respiration. «Nous utilisons la microscopie à rayons X tridimensionnelle pour comprendre ce qui se passe et ce qui peut être fait pour éviter aux poumons de souffrir», explique G. Schertler.

Un capteur optique pour identifier le SARS-CoV-2

Le groupe de recherche du professeur Jing Wang à l’ETH Zurich et à l’Empa a réagi en réorientant son expertise scientifique. Jusqu’à présent, l’équipe travaillait surtout sur la mesure et l’analyse des polluants atmosphériques, comme les nanoparticules et les aérosols, et sur la mise au point de capteurs capables de détecter des bactéries présentes dans l’air. «Nous nous sommes appuyés sur ces bases pour développer notre capteur optique afin de cibler les virus SARS-CoV-2 dans l’air», explique J. Wang. Le nouveau capteur se compose de minuscules structures en or, appelées «nano-isols d’or», sur lesquelles J. Wang et ses collaborateurs ont fixé du matériel génétique. Ces petits morceaux d’ADN sont les séquences complémentaires des séquences génétiques du SARS-CoV-2 et peuvent donc se combiner au brin simple du génome du virus. Lorsque se forme la célèbre double hélice, la répartition des nuages électroniques au sein des nanoparticules d’or change, ce que J. Wang et son équipe peuvent mesurer avec un spectromètre, grâce à l’effet quantique (invisible pour l’oeil humain). «Nous pouvons aussi exciter les nano-isols d’or avec une lumière laser verte et créer un champ plasmonique. La température augmente et les séquences virales qui ne correspondent pas parfaitement se détachent des petits morceaux de matériel génétique présents sur les nanoparticules d’or», explique J. Wang. «Notre capteur peut ainsi différencier le SARS-CoV-2 du SARS-CoV très proche.» J. Wang précise qu’il reste toutefois encore quelques obstacles à surmonter d’ici à ce que le capteur effectue des mesures fiables de l’air.

Des analyses des eaux usées pour contrer le coronavirus

Des scientifiques de l’EPFL et de l’Eawag ont développé une nouvelle méthode de détection de l’agent pathogène du COVID-19. Analyser les eaux usées pour lutter contre le coronavirus peut surprendre au premier abord. «En Israël, par exemple, des analyses des eaux usées ont permis de détecter l’agent pathogène de la poliomyélite au sein de la population», explique Tamar Kohn, professeure et directrice du Laboratoire de chimie environnementale à l’EPFL. «L’analyse des eaux usées joue un rôle de plus en plus important à l’échelle internationale pour la surveillance du SARS-CoV-2», ajoute Christoph Ort, du département de Gestion des eaux urbaines de l’Eawag, à la tête du groupe de recherche.

Depuis fin février 2020, les collaborateurs des deux groupes de recherche collectent des échantillons d’eaux usées à Lausanne, Lugano et Zurich. «Au début, nous naviguions à vue. Avec le temps, nous avons compris comment préparer et nettoyer les prélèvements pour pouvoir analyser le matériel génétique qu’ils contiennent», témoigne T. Kohn. Contrairement aux tests individuels qui recherchent le matériel génétique du SARS-CoV-2 par des prélèvements pharyngés, les analyses des eaux usées ne permettent pas de conclure à la contamination d’une personne en particulier.

Innover par temps de crise

De toute façon, la moitié seulement des personnes infectées éliminent les virus dans les matières fécales. Analyser ces dernières ne pourrait donc pas remplacer les actuels tests PCR. Mais de l’avis de T. Kohn et de C. Ort, ce pourrait être un complément utile: «Les eaux usées donnent un aperçu de larges pans de la population et permettent de détecter rapidement de nouveaux clusters», explique T. Kohn. C. Ort travaille sur les analyses des eaux usées depuis plus d’une dizaine d’années, un secteur resté longtemps dans l’ombre. «D’un seul coup, notre travail s’est retrouvé sous les feux de la rampe», relate C. Ort. En ce moment, les scientifiques consacrent beaucoup de temps et d’énergie au nouveau coronavirus pour mieux le cerner et répondre aux multiples interrogations.

De nombreux chercheurs du Domaine des EPF sont très engagés. Ils se sont adaptés aux nouvelles priorités pour aider à surmonter la crise actuelle sur de nombreux fronts. D’où l’intérêt pour la Suisse d’entretenir et de financer un environnement de recherche de haute qualité. Dans de pareils moments, la Suisse peut compter sur la grande expertise de ses scientifiques et sur leurs compétences dans la résolution de problèmes, habitués, par leur travail quotidien, à gérer les incertitudes et à se montrer innovants en temps de crise.