« Avec l’ADN, l’ensemble des données mondiales pourraient être stockées dans le volume d’une camionnette », clame François Képès, membre de l’Académie des Technologies

Les besoins de l'humanité pour le stockage de données s'accélèrent depuis quelques années, au point que les technologies traditionnelles pourraient ne pas suffire. Des recherches s'orientent vers la conservation d'informations grâce à l'ADN. A l'occasion du colloque ADN, Polymère et Big Data, organisé le 26 octobre par le CNRS et l'Académie des Technologies, François Képès, coordinateur d'un groupe de travail sur le sujet, revient pour Industrie & Technologies sur les enjeux de cette nouvelle technologie de stockage de l'information.

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« Avec l’ADN, l’ensemble des données mondiales pourraient être stockées dans le volume d’une camionnette », clame François Képès, membre de l’Académie des Technologies

Quelles sont les limites du stockage de données électroniques et pourquoi s’orienter vers de nouvelles solutions ?

La situation concernant le stockage des données numériques de l’humanité est assez délicate. Actuellement on est dans une situation peu soutenable et il est prévisible qu’en 2040, nous serons dans une situation tout à fait insupportable. En effet, nous estimons que la sphère globale des données numériques de toute l’humanité double tous les deux ou trois ans. Même si les technologies conventionnelles peuvent encore être optimisées, leur développement ne pourra pas suivre l’évolution actuelle des besoins de stockage de données. Le principal frein est la consommation en ressources des technologies électroniques : dans les pays avancés, les centres de données utilisent actuellement entre 2 et 4 % de l’électricité, ils recouvrent 1 millionième des terres émergées et les serveurs nécessitent des milliards de litres d’eau par an pour leur refroidissement. Et aujourd’hui, nous n’arrivons à stocker que 30 % des données que nous souhaiterions conserver. Il faut donc trouver des solutions pouvant être déployées rapidement, pour répondre à cet enjeu majeur.

Le stockage des données grâce à l’ADN peut-il répondre à ce besoin ?

L’avantage de cette forme de stockage est qu’elle repose sur des technologies développées depuis maintenant de nombreuses années. Le principe est très simple : il suffit de prendre un fichier numérique, constitué d’une séquence de 1 et de 0, et de le convertir en un alphabet quaternaire constitué des nucléotides T, G, A, C de l’ADN. Par exemple, 00 correspondent au nucléotide A, 01 au C, 11 au T et 10 au G. A partir de là on peut synthétiser un ADN qui correspond au fichier. Le stockage de cette information ne consomme aucune énergie, et pour peu que nous la préservions de la lumière, de l’eau et de l’oxygène, elle peut atteindre une demi-vie de 52 000 ans, à température ambiante. Il suffit ensuite de récupérer de brin d’ADN, de le séquencer puis de décoder l’information en langage binaire pour récupérer le fichier d’origine.

Quels sont les principaux avantages ?

Nous avons déjà mentionné la longévité du stockage grâce à l’ADN. Mais un autre avantage réside dans la densité d’informations stockées. L’ADN et sa capsule de conservation, ne sont pas plus volumineux qu’une petite pile. Ce système pourrait permettre de conserver l’ensemble de la sphère des données actuelle de l’humanité dans un volume correspondant à une petite camionnette. En 2040, ce sera le volume d’un camion.

Par ailleurs, il est très facile de dupliquer - ou parle d’amplification - des données grâce à une simple PCR.

Un autre avantage de ce système est qu’il s’affranchit de toute forme d’obsolescence technologique. Tant qu’il y aura du vivant sur terre et une technologie, il y a aura de l’ADN et des moyens de le décoder. Ce n’est pas le cas par exemple des disquettes 3,5 pouces d’autrefois dont le format et le moyen de lecture sont tous les deux tombés en désuétude.

Quels sont les procédés de synthèse de l’ADN ?

Actuellement, il y a deux méthodes de synthèse : une voie chimique et une voie enzymatique. La méthode chimique est utilisée depuis 1983 et elle n’a pas beaucoup évolué depuis. Elle utilise des éléments de base particulièrement toxiques et qui par ailleurs ne sont pas solubles dans l’eau. Il faut certains solvants qui sont également toxiques. Par ailleurs, compte tenu du besoin à venir en stockage de données nous ne sommes pas certains qu’il sera possible d’avoir les tonnages de précurseurs requis.

La méthode enzymatique semble particulièrement prometteuse. La société française DNAScript est particulièrement avancée dans ce domaine. Il existe une ADN polymérase très particulière, qui nous vient de nos cellules immunitaires, chargée de synthétiser des séquences aléatoires notamment pour reconnaître toute forme d’antigène. Nous pouvons contrôler ce processus pour synthétiser une séquence renfermant une information.

L’ADN est-elle la seule solution pour ce type de stockage ?

Non effectivement, l’ADN n’est pas la seule forme de stockage moléculaire. Une piste intéressante, développée par Jean-François Lutz au Labo CNRS de l’institut Charles Sadron de Strasbourg, réside dans les polymères numériques. Ce sont des polymères à séquences contrôlées qui peuvent jouer le même rôle que l’ADN. Un spectromètre de masse peut être utilisé pour la lecture. Plusieurs équipes de chercheurs dans le monde s’intéressent à ce type de solutions. Mais l’approche ADN bénéficie de tous les travaux déjà réalisés dans ce domaine et qui sont encore en cours de développement. Globalement, nous estimons que les technologies des sciences du vivant progressent d’un facteur 2 tous les 6 mois ! Cela nous permet de nourrir de bons espoirs pour trouver une solution pérenne d’ici 2040.

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