"Jump in and go for it"

Dehors, le temps est sombre. Des nuages gris couvrent le ciel. Un vent violent balaie l'asphalte. Il secoue la cime des arbres et des buissons et fait tourbillonner quelques grosses gouttes de pluie. Nadia Shardt, vêtue de noir, queue de cheval brune et masque d'hygiène bleu clair, attend devant l'entrée du b?timent du CHN. C'est là que se trouve l'Institut de l'atmosphère et du climat, où cette Canadienne de 27 ans fait de la recherche dans le groupe de physique atmosphérique d'Ulrike Lohmann.

Cloud from a Chip

Il n'y a que quelques pas jusqu'au laboratoire de Shardt au rez-de-chaussée. Ici, tout est calme : les stores sont fermés, le temps est bloqué. Pourtant, il s'agit ici de nuages et de précipitations : Shardt étudie comment les gouttelettes d'eau se transforment en glace dans les nuages.

Pour ce faire, la post-doctorante a développé un nouvel appareil avec Florin Isenrich, doctorant à l'Institut de génie chimique et biologique. Son nom : "Cloud from a Chip". Shadt fait une démonstration enthousiaste de la puce. Extérieurement, elle ressemble à une lame de verre épaisse, c'est-à-dire à une plaque de verre pour la microscopie, qui tient facilement sur la paume d'une main. A l'intérieur, un minuscule système de canaux sinueux permet de produire des gouttelettes d'eau d'un diamètre d'environ 75 micromètres. Cela correspond à peu près à l'épaisseur d'un cheveu humain - et à peu près au diamètre des gouttelettes d'eau dans les nuages.

De l'eau supercoolisée

Les minuscules gouttelettes sont noyées dans l'huile et bien alignées les unes derrière les autres. Shardt dirige l'ensemble de l'émulsion eau dans huile dans de fins tuyaux en plastique. Disposés en parallèle, ces tuyaux forment une sorte de mini-nuage artificiel que la chercheuse peut refroidir progressivement à l'aide d'une unité de refroidissement également développée par ses soins. "Les gouttelettes d'eau pure de cette taille ne se transforment en glace qu'à environ moins 35 degrés Celsius", explique-t-elle. Avant cela, elles sont certes littéralement glacées, mais ne se cristallisent pas. C'est ce qu'on appelle le "supercooling" dans le jargon technique.

Dans le champ sur fond noir sous le microscope, Shardt peut observer près de 300 gouttelettes en train de se congeler simultanément. Une caméra prend des photos en continu. "Si des cristaux de glace se forment, ils apparaissent sous forme de points blancs", explique l'ingénieure chimiste. L'évaluation n'est pour l'instant que semi-automatique, la qualité des images peut encore être améliorée, mais l'approche expérimentale fonctionne : "Les résultats correspondent à ceux d'anciennes publications", déclare Shardt.

Envie d'expérimenter

"C'était une expérience formidable de développer tout un appareillage à partir de zéro", dit la scientifique. "Je ne pensais pas qu'autant de ce que j'ai appris pendant mes études d'ingénieur chimiste me serait effectivement utile un jour".

Shardt s'est spécialisée dans la thermodynamique pendant ses études doctorales. Les transitions de phase l'intéressent particulièrement. Dans sa thèse de doctorat, elle s'est penchée sur des questions théoriques et des données tirées de la littérature. Pour élargir son horizon, elle a ensuite voulu découvrir la partie expérimentale de la recherche et "développer elle-même des expériences et générer des données".

Opération pertinente pour le climat

C'est exactement ce qu'elle fait maintenant avec le nouvel appareil. "Je m'intéresse à la manière exacte dont les différentes particules de poussière présentes dans l'atmosphère influencent la formation de la glace dans les nuages". Les poussières agissent comme des "noyaux de cristallisation" qui déclenchent la formation de cristaux de glace. C'est pourquoi la scientifique prévoit de réaliser des expériences en mélangeant des poussières minérales, comme des silicates, aux gouttelettes d'eau. D'abord individuellement, puis dans des mélanges clairement définis. Leurs résultats devraient permettre d'améliorer les modèles climatiques et donc de faire des prévisions plus précises. "Il ne s'agit certes que d'un petit détail", explique la post-doctorante. "Mais cela peut être important".

Dans l'atmosphère, le passage de l'eau à la glace, qui se forme sur des noyaux de cristallisation, se produit à basse ou moyenne altitude, à des températures inférieures à zéro degré Celsius. Ce processus est important pour la météo et le climat. En effet, "la formation de glace modifie les propriétés des nuages. Par exemple, la quantité de lumière solaire qu'ils laissent passer ou la quantité de rayonnement thermique qu'ils retiennent de la surface de la Terre", explique Shardt. "Ou leur propension aux précipitations".

(Presque) au-dessus des nuages

Pour la suite de l'entretien, nous nous rendons au dernier étage du b?timent. Depuis la salle de réunion, qui offre l'une des plus belles vues de tout Zurich, on aper?oit le b?timent principal de l'ETH et de l'université, le lac et les Alpes. Le ciel, qui semble ici vaste et haut, est entre-temps à moitié bleu, les nuages sont blancs, moelleux et paisibles.

"Parfois, je regarde dehors pour trouver de nouvelles idées", dit Shardt. Elle aime également consacrer son temps libre aux paysages et aux éléments : Un timelapse qu'elle a récemment pris montre l'?etliberg - et une foule de nuages qui passent. "J'aime explorer des choses que tout le monde conna?t dans la vie de tous les jours", dit-elle.

Saisir les opportunités

C'est au cours de ses études de Bachelor que l'ingénieure chimiste a pris conscience de son intérêt pour la recherche. Gr?ce à sa future mère doctorante Janet Elliott, elle a eu très t?t la possibilité de collaborer à un projet de recherche. Là aussi, il s'agissait de glace, mais à l'envers : au sein d'une équipe multidisciplinaire, Shardt a étudié comment empêcher la formation de glace dans les tissus congelés destinés aux transplantations. Elle a pu publier ses résultats et les présenter lors de conférences. Elle a eu l'occasion d'enseigner à de jeunes étudiants au cours de sa deuxième année d'études doctorales, ce qui est inhabituel au Canada. Elle a toujours été ouverte à de tels défis. Sa devise : "Just jump in and go for it - and see how it goes".

Sa curiosité pour la physique atmosphérique a été éveillée par un cours donné lors de ses études doctorales à l'Université d'Alberta, au Canada. "J'ai pensé que ce serait un sujet intéressant pour mon post-doctorat", se souvient Shardt. Et une bonne occasion d'appliquer ses connaissances en thermodynamique. Elle a découvert que l'ETH Zurich était à la pointe dans ce domaine et a contacté Ulrike Lohmann. "See what is possible", et cela a fonctionné. Le post-doctorat est financé par les fonds propres du groupe, une bourse d'études canadienne du CRSNG et une bourse de l'ETH.

La chaire comme objectif

L'objectif de Nadia Shardt est d'obtenir une chaire. Un poste qui lui permettrait "d'appliquer la thermodynamique à des systèmes pertinents". Elle aimerait continuer à s'intéresser aux systèmes atmosphériques. Car "mieux nous comprenons ce qui se passe dans l'atmosphère, mieux nous pouvons prédire le climat - et donc prendre des décisions plus éclairées et trouver de meilleures solutions", dit-elle. Et elle aimerait y contribuer.

Comme commandé pour souligner la pertinence de la recherche autour de l'atmosphère et du climat, le temps a de nouveau changé à la fin de l'entretien : on ne voit presque plus rien de la vue grandiose. Le vent et la pluie fouettent les fa?ades vitrées de la salle de réunion. On a l'impression de regarder dans une gigantesque machine à laver. Mais la pluie s'arrête aussi vite qu'elle est arrivée. Arrivé à la sortie du b?timent, le ciel est à nouveau bleu.