La technologie de construction durable comme cheval de trait

Avec la priorité "Fabrication numérique et processus de construction avancés en architecture", l'Institut de technologie en architecture de l'ETH entend développer de nouvelles approches pour la recherche et la pratique de la construction. En se concentrant sur les processus de planification et de construction innovants ainsi que sur les technologies de construction durables, la "Fabrication numérique" poursuit les thèmes stratégiques du Département d'architecture (D-ARCH), à savoir l'urbanisation, le changement climatique et la pénurie de ressources à l'ère de la société de l'information. Le programme complète en outre les activités du "Future Cities Laboratory" à Singapour.

Quatre départements participent à l'ETH : Architecture, Technologie de l'information et électrotechnique, Génie mécanique et des procédés, ainsi que Construction, environnement et géomatique. Il est prévu de construire un module d'habitation fabriqué numériquement dans le laboratoire de b?timent "Nest" de l'Empa et de l'Eawag. Dès que le nouveau b?timent d'enseignement et de recherche "Arc_Tec_Lab" sera construit sur le H?nggerberg, la "fabrication numérique" aura un emplacement central. Dans l'installation de recherche multi-robotique prévue, les chercheurs testeront des processus de fabrication à grande échelle. "L'intérêt pour notre domaine de recherche relativement nouveau a énormément augmenté ces dernières années. Mais le fait que la politique et la Confédération suisse soutiennent maintenant ce domaine thématique au niveau national est encore une nouvelle dimension. Cela ouvre des possibilités entièrement nouvelles pour notre domaine de recherche", déclare le responsable du p?le, Matthias Kohler, professeur d'architecture et de fabrication numérique au Département d'architecture.

Les bases moléculaires de la santé

L'Université de Zurich et l'ETH Zurich se partagent la codirection du programme "ARN et maladie". La recherche sur les acides ribonucléiques (ARN) a pris de plus en plus d'importance dans les sciences biomédicales au cours des dix dernières années. L'ETH Zurich la développe désormais en accord avec ses initiatives stratégiques "Technologie et savoir pour la santé" et "Médecine personnalisée" respectivement.

Frédéric Allain est fou de joie : ce professeur au Département de biologie, né en France, est codirecteur du PRN "ARN et maladie". "La Suisse a maintenant l'opportunité de s'établir comme leader visible au niveau international dans le domaine de la biologie de l'ARN", dit-il.

Selon Allain, ce p?le permettra de mieux comprendre les fonctions de l'ARN pour la santé et les mécanismes de la maladie : après tout, la recherche sur l'ARN a fait un certain nombre de découvertes importantes au cours des dernières années. Ces avancées permettent de comprendre comment l'ARN contr?le la dynamique du génome et la biologie cellulaire, et comment il peut causer des maladies génétiques.

"En mettant en réseau la recherche de pointe, nous voulons faire progresser les connaissances fondamentales sur le r?le de l'ARN dans la physiologie des cellules et des organismes", explique Allain. Six chaires participent à l'ETH Zurich. Le programme ARN multidisciplinaire associe des connaissances en chimie, biochimie, biophysique, biologie cellulaire et physiologie. Par ailleurs, l'ETH a créé ces dernières années des plateformes technologiques pour la microscopie et la génomique.

L'objectif à long terme est de développer de nouvelles applications médicales et approches thérapeutiques. "Le programme ARN permettra d'établir des liens durables entre l'ETH, les facultés de médecine et l'industrie".

Un r?le clé pour la recherche théorique

La recherche à l'interface entre les mathématiques et la physique théorique est actuellement un domaine de recherche très créatif. Le p?le "The Mathematics of Physics (SwissMAP)" entend désormais développer la collaboration entre mathématiciens et physiciens.

"Le fait que nous puissions mettre en ?uvre 'SwissMAP' montre l'importance de la recherche théorique pour la Suisse", déclare Giovanni Felder, professeur au Département de mathématiques de l'ETH et codirecteur du programme. Outre des groupes de travail de l'ETH Zurich et de l'Université de Genève, la "leading house", des physiciens théoriciens du Cern ainsi que des chercheurs de l'EPFL, des Universités de Zurich et de Berne participent à SwissMAP.

La théorie des probabilités et la géométrie sont des domaines de recherche typiques dans lesquels les mathématiques et la physique se rejoignent : lorsque, par exemple, les physiciens qui travaillent avec la théorie quantique des champs et la théorie des cordes décrivent les particules élémentaires, ils développent des concepts géométriques qui conduisent à de nouvelles connaissances en mathématiques.
S'ils décrivent la thermodynamique de manière microscopique, ils peuvent aussi être stimulés par la théorie des probabilités, dit Felder. Lui-même étudie les propriétés mathématiques des modèles de la mécanique statistique et de la théorie quantique des champs. "Les mathématiques développent de nouvelles méthodes qui sont utiles à la physique et, inversement, de nombreuses idées issues de la physique stimulent la recherche mathématique", souligne Felder.

L'Institut d'études théoriques multidisciplinaire (ETH-ITS) joue également un r?le dans le réseau de recherche : "Au sein de l'Institut, nous voulons attirer à l'ETH des chercheurs théoriques innovants en mathématiques, en physique ou en informatique. Nous souhaitons naturellement relier leurs connaissances à 'SwissMAP' afin de permettre de nouvelles perspectives théoriques", explique Felder, directeur de l'institut.

Aspirateurs moléculaires issus de la nature

Le p?le de recherche "Molecular Systems Enginieering" est dirigé à parts égales par l'Université de Zurich et l'ETH Zurich. Son objectif est de faire évoluer la biologie systémique vers une nouvelle science de l'ingénierie moléculaire. Les compétences de recherche de l'Université de B?le en chimie, physique et biologie complètent parfaitement le Département des systèmes biologiques (D-BSSE) de l'ETH Zurich, basé à B?le, et son expertise en biologie synthétique et biologie systémique. Le programme ne se contentera pas de développer la collaboration existante entre le D-BSSE et plus particulièrement le département de chimie de l'Université de B?le, mais impliquera également des entreprises basées à B?le.

Daniel Müller, professeur au Département des systèmes biologiques et codirecteur du PRN "Molecular Systems Engineering", est très heureux de cette attribution : "Nous avons maintenant la chance unique de mettre en place une toute nouvelle branche de recherche à B?le", explique le professeur de biophysique.

En réunissant les forces de l'ETH, de l'Université de B?le et de l'industrie, les initiateurs veulent établir une "science de l'ingénierie moléculaire" d'un nouveau genre : "Pour ce faire, nous nous inspirons du modèle de la nature", explique Müller. Dans la nature, il existe ce que l'on appelle des usines moléculaires : Ce sont des molécules qui produisent à leur tour de nouvelles molécules et les assemblent en usines. Les chercheurs veulent comprendre ce principe afin de pouvoir fabriquer eux-mêmes des usines moléculaires. Par exemple pour convertir de l'énergie ou pour lutter contre les perturbations cellulaires ou la pollution de l'environnement. "Nous travaillons par exemple sur des 'aspirateurs moléculaires' qui permettront un jour d'éliminer les toxines environnementales", explique Müller. En médecine, les usines moléculaires artificielles pourraient contribuer à guérir le diabète ou la cécité.

Actuellement, 25 groupes de recherche sont reliés entre eux dans ce p?le. Dans un avenir proche, ils devraient être jusqu'à 30. "Comme les 'usines moléculaires' sont organisées de manière très complexe, nous ne pouvons les comprendre que si de nombreux groupes associent leurs connaissances. Les compétences d'un seul groupe ne suffisent pas pour les comprendre", explique Müller.