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Des molécules pour stocker l’information

Des molécules pour stocker l’information

20.04.2015, par
Un polymère est une succession de petites molécules associées les unes aux autres, les monomères. Pour inscrire de l’information sur cette longue chaîne, il suffit de donner à chaque monomère une valeur donnée, 0 ou 1.
Face à l’explosion des données numériques, les chercheurs réfléchissent à des modes de stockage révolutionnaires. Parmi les pistes les plus prometteuses : l’utilisation de polymères, ces longues chaînes moléculaires.

Et si tout le savoir humain actuellement contenu sur Internet tenait dans l’espace d’un bureau, en lieu et place des hectares de data centers qui envahissent la planète ? C’est ce qu’envisagent très sérieusement les chimistes spécialistes des polymères, qui veulent utiliser ces longues chaînes moléculaires pour stocker à terme les zettaoctets (1021) d’information numérique produits chaque année. « Un polymère est une succession de petites molécules associées les unes aux autres, les monomères, explique Jean-François Lutz, spécialiste des macromolécules à l’Institut Charles-Sadron du CNRS. L’idée, c’est d’inscrire de l’information sur ces longues chaînes en donnant à chaque monomère une valeur donnée, 0 ou 1, exactement comme on le fait aujourd’hui sur les supports de type silicium. » Le procédé est directement inspiré de ce que fait la nature depuis des millions d’années avec son polymère le plus célèbre : l’ADN ! « Dans le cas de l’ADN, il s’agit des quatre nucléotides A, T, G et C qui, en fonction de l’ordre dans lequel ils sont associés, codent pour des milliards d’informations génétiques différentes », précise Jean-François Lutz.

Tout un livre sur ADN

L’une des pistes suivies par les chercheurs consiste d’ailleurs à écrire l’information directement sur de… l’ADN créé artificiellement, en utilisant les techniques de synthèse d’ADN développées en laboratoire depuis quarante ans. Il « suffit » pour cela de décider arbitrairement que deux des quatre nucléotides codent pour le zéro, et deux autres, pour le 1, et d’écrire ainsi tous les messages voulus. Pour lire les données, rien de plus simple : les chercheurs utilisent les machines de séquençage automatique du génome. Et ça marche ! Avec cette méthode, une équipe de chercheurs de Harvard a réussi à encoder sur ADN un livre de 300 pages, illustrations comprises.1 Avantage de l’ADN : dans des conditions de conservation adaptées, il est quasiment indestructible et demeure intact des milliers d’années, quand les dispositifs sur silicium ont une durée de vie de quelques dizaines d’années tout au plus. Inconvénient, il se conserve en milieu aqueux et est chargé ioniquement… Pas idéal quand on envisage de travailler à l’interface de la nanoélectronique !

On ne parle pas ici de simple archivage, mais bien de supports réinscriptibles, comme le sont nos disques durs et nos clés USB.

Ce problème de compatibilité pourrait néanmoins être résolu en codant l’information sur des polymères de synthèse – nos bons vieux plastiques et autres résines ! C’est la tâche à laquelle se sont attelés Jean-François Lutz et son équipe. « Le principe, c’est d’associer deux monomères artificiels, qu’on définit arbitrairement comme 0 et 1 », explique le chercheur. Plus facile à dire qu’à faire, car si on sait synthétiser depuis soixante ans toutes sortes de polymères utilisés quotidiennement par l’industrie, les blocs de monomères s’associent de façon totalement aléatoire à l’intérieur des longues chaînes moléculaires… Un vrai problème pour écrire de l’information !

« Pour contrôler l’ordre dans lequel ils se lient, on développe depuis 8-10 ans des méthodes permettant d’attacher les blocs de monomère un à un », raconte Jean-François Lutz2. Même si le procédé reste fastidieux – quelques minutes pour attacher un bloc à la chaîne moléculaire, à comparer à la vitesse de 20 monomères/seconde à laquelle notre corps synthétise son ADN – les chercheurs ont déjà réalisé de petites prouesses.

Des polymères thermosensibles

« Avec cette méthode, on réussit à écrire quelques mots et on devrait pouvoir coder une phrase entière d’ici quelques mois », s’enthousiasme Jean-François Lutz, qui espère stocker un livre entier sur ces polymères de synthèse dans trois ou quatre ans. Attention : on ne parle pas ici de simple archivage, mais bien de supports réinscriptibles, comme le sont nos disques durs et nos clés USB. « Nous avons développé des polymères sensibles à la température, qui se détruisent à 50-60 °C, explique le chercheur. Le principe est le même que sur silicium : pour effacer, on détruit les données inscrites à l’endroit désiré et on va réécrire ailleurs, sur un espace encore vierge. »

Pour l’heure, les chercheurs travaillent d'arrache-pied à des chimies ultra-réactives destinées à accélérer l’accrochage de chaque bloc et donc l'écriture des données. Ils tablent sur une dizaine d’années pour arriver à un système abouti, et sur dix de plus avant de voir ces molécules de stockage intégrées à nos serveurs et à nos ordinateurs…

Notes
  • 1. « Next-Generation Digital Information Storage in DNA », George M. Church, Yuan Gao et Sriram Kosuri, Science, 28 septembre 2012, vol. 337 (6102) : 1628.
  • 2. « Information-Containing Macromolecules », Howard Colquhoun et Jean-François Lutz, Nature Chemistry, 2014 , vol. 6 : 455–456.
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Auteur

Laure Cailloce

Laure Cailloce est journaliste scientifique pour CNRS Le journal.

Commentaires

2 commentaires

Ce stockage présente d'autres avantages, y compris la conservation des données, il faut garder à l'esprit que c'est une technique en développement, de plus la conservation de l'adn se conserve mieux dans le temps que les support que nous avons à notre disposition, la durée de vie d'une clef usb ou d'un disque dur est bien inférieure à la conservation de l'adn. Dans les applications on pourrait penser à un archivage des connaissances de base de l'humanité, mises en sécurité pour des générations future, on résoudrait alors la question de la perte de connaissances théorique (dans la sidérurgie française par exemple)
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