Pauli Lectures à la lumière de la microscopie

Rendre visibles les structures les plus fines - c'est depuis toujours un rêve pour les chercheurs en sciences naturelles. Pourtant, la vue per?ante des cellules vivantes est longtemps restée inaccessible aux biologistes. En 1873, Ernst Abbe a reconnu que la diffraction de la lumière fixait une limite apparemment infranchissable à la résolution microscopique : un microscope optique ne peut distinguer que des structures plus grandes que la moitié de la longueur d'onde de la lumière avec laquelle les échantillons sont éclairés. Cette limite de résolution a été considérée comme irrévocable pendant plus d'un siècle. Stefan W. Hell est l'un de ceux que la loi fondamentale d'Abbe n'a pas effrayés. Ce physicien allemand d'origine roumaine s'était fixé comme objectif, en tant que jeune chercheur, de briser la barrière de diffraction en microscopie optique. Il y est parvenu dans les années 90 - gr?ce à une astuce très élaborée.

Coup de génie à la frontière de l'optique

"Hell est un chercheur extraordinaire et un inventeur génial", déclare Matthias Gaberdiel, professeur de physique théorique à l'ETH Zurich. "Il a été le premier à trouver un moyen de contourner la limite de résolution d'Abbe des microscopes optiques. Gr?ce à sa méthode, les biologistes et les médecins peuvent aujourd'hui regarder à l'intérieur des cellules avec une haute résolution et étudier les processus de vie au niveau moléculaire". Gaberdiel organise cette année les Pauli Lectures et a pu convaincre Hell d'intervenir.

Hell est considéré comme le père spirituel et le constructeur d'une forme spéciale de microscopie optique à fluorescence appelée STED (Stimulated Emission Depletion), dont la netteté des détails n'est plus limitée par la diffraction de la lumière. Pour déjouer cette même diffraction, Hell a développé une méthode permettant de contr?ler et de faire briller successivement des molécules fluorescentes voisines au moyen de deux faisceaux lumineux dans un espace très restreint. Sur l'image d'un microscope classique, les deux molécules se confondraient. La technique de Hells permet d'obtenir des images dont la résolution des objets est environ dix fois supérieure à celle des méthodes précédentes.

De cette manière, Hell a révolutionné la microscopie optique. En effet, jusqu'à présent, les personnes désireuses de pénétrer dans les dimensions moléculaires pouvaient certes utiliser un microscope électronique, mais celui-ci ne permettait pas d'examiner des cellules ou des tissus vivants en raison des rayons à haute énergie.

La vie et l'?uvre d'un lauréat

Hell fait de la recherche à l'Institut Max-Planck de chimie biophysique à G?ttingen et au Centre allemand de recherche sur le cancer à Heidelberg. Il a re?u de nombreuses distinctions et prix pour ses travaux, notamment le prix Nobel de chimie en 2014, qui lui a été décerné conjointement avec Eric Betzig et William E. Moerner. Le Département de physique de l'ETH Zurich rend désormais hommage à Hell en l'invitant à donner les conférences Wolfgang Pauli de cette année.

Dans la série de séminaires de l'ETH qui débute le lundi 22 mai, Hell, 54 ans, racontera son parcours jusqu'au prix Nobel, donnera un aper?u passionnant du monde de la microscopie et présentera les derniers développements dans son domaine de recherche.