{"id":97314,"date":"2024-09-08T23:00:00","date_gmt":"2024-09-08T23:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.africa-press.net\/congo-kinshasa\/?p=97314"},"modified":"2024-09-08T21:02:37","modified_gmt":"2024-09-08T21:02:37","slug":"stockage-sur-adn-des-informations-numeriques-une-solution-revolutionnaire","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.africa-press.net\/congo-kinshasa\/toutes-les-actualites\/stockage-sur-adn-des-informations-numeriques-une-solution-revolutionnaire","title":{"rendered":"Stockage sur ADN des informations num\u00e9riques : une solution r\u00e9volutionnaire ?"},"content":{"rendered":"

Africa-Press – Congo Kinshasa. <\/strong><\/span>Face au contexte de croissance exponentielle des donne\u0301es, notre chroniqueur Ste\u0301phane Gervais analyse le potentiel d\u2019une innovation majeure a\u0300 la frontie\u0300re de la biologie, de la chimie et de l\u2019informatique: le stockage sur ADN Synthe\u0301tique. Il relate son e\u0301change avec Marc Antonini, me\u0301daille de l\u2019Innovation du CNRS 2023 et spe\u0301cialiste du sujet.<\/b><\/p>\n

Le cloud, l\u2019IA, les IoT ainsi que les technologies de communication comme la 5G et la fibre ge\u0301ne\u0300rent une quantite\u0301 croissante exponentielle de donne\u0301es nume\u0301riques. En effet, le taux de croissance annuel compose\u0301 (CAGR) deest autour de 16% [1] [2] , et, en 2022, 1,7 Mo e\u0301taient ge\u0301ne\u0301re\u0301s chaque seconde par personne pour un total de 94 zettaoctets [3] (1012 Go). Quant a\u0300 l\u2019impact de l\u2019IA ge\u0301ne\u0301rative, il n\u2019est pas encore pleinement pris en compte.<\/p>\n

Le de\u0301fi est donc de taille pour les technologies de stockage actuelles en termes de cout, de consommation e\u0301nerge\u0301tique, d\u2019impact environnemental, d\u2019encombrement et de durabilite\u0301. Face a\u0300 cette croissance incessante, l\u2019ADN synthe\u0301tique se profile comme une solution re\u0301volutionnaire. Cette technologie, inspire\u0301e par les me\u0301canismes naturels de stockage d\u2019informations, offre des perspectives ine\u0301dites pour la conservation et la gestion des donne\u0301es. Nous avons eu l\u2019opportunite\u0301 d\u2019e\u0301changer avec Marc Antonini, expert en stockage ADN et directeur de recherche au CNRS, pour de\u0301couvrir les potentialite\u0301s et les de\u0301fis de cette technologie e\u0301mergente. Est-ce que cette technologie va supplanter toutes les autres ? Quel peut e\u0302tre le nouveau me\u0301tier de \u00ab Biochimaticien \u00bb ?<\/p>\n

Une re\u0301volution ne\u0301e d\u2019une convergence biologique, chimique et informatique<\/b><\/p>\n

Le stockage sur ADN consiste a\u0300 encoder des informations nume\u0301riques dans des mole\u0301cules d\u2019ADN synthe\u0301tiques. C\u2019est un processus chimique de fragments d\u2019ADN synthe\u0301tise\u0301s et assemble\u0301s pour former des mole\u0301cules plus longues. Me\u0302me si cette technologie utilise des mole\u0301cules d\u2019ADN, c\u2019est une reconstitution chimique et synthe\u0301tique qui n\u2019est pas de l\u2019ADN pour le vivant comme l\u2019ARN. Contrairement aux disques durs magne\u0301tiques ou aux me\u0301moires flashes utilisant les semiconducteurs, cette me\u0301thode utilise les bases de l\u2019ADN (ade\u0301nine, thymine, cytosine et guanine) pour repre\u0301senter des donne\u0301es. \u00ab C\u2019est une transcription du code binaire (0,1) a\u0300 un code quaternaire (A, T, C, G) \u00ab , nous explique Marc Antonini, mettant en lumie\u0300re la complexite\u0301 et l\u2019inge\u0301niosite\u0301 de cette technologie [4].<\/p>\n

L\u2019ADN, en tant que support de l\u2019information ge\u0301ne\u0301tique, posse\u0300de une densite\u0301 de stockage incroyablement e\u0301leve\u0301e. Un seul gramme d\u2019ADN peut the\u0301oriquement contenir jusqu\u2019a\u0300 215 pe\u0301taoctets de donne\u0301es, ce qui e\u0301quivaut a\u0300 plus de 20 000 disques durs actuels et me\u0302me si la donne\u0301e utile est de l\u2019ordre de 50%. De plus, l\u2019ADN est extre\u0302mement durable comme sur la capsule en photo qui peut pre\u0301server les donne\u0301es pendant 1000 ans. Cette longe\u0301vite\u0301 permet de conserver des donne\u0301es sur des e\u0301chelles de temps inaccessibles aux supports conventionnels.<\/p>\n

Ci-dessous, un tableau des diffe\u0301rentes technologies de stockage re\u0301sume la comparaison entre ces diffe\u0301rents modes de stockage.<\/b><\/p>\n

Capsule d\u2019ADN de\u0301veloppe\u0301e par la socie\u0301te\u0301 franc\u0327aise Imagene, pouvant contenir des pe\u0301taoctets de donne\u0301es avec une dure\u0301e de vie de 1000 ans<\/p>\n

Disque dur<\/p>\n

Me\u0301moire flash<\/p>\n

Me\u0301moire ADN<\/p>\n

Densite\u0301 de stockage<\/p>\n

(Teraoctets\/cm3)<\/p>\n

10<\/p>\n

103<\/p>\n

106<\/p>\n

Consommation e\u0301nerge\u0301tique<\/b><\/p>\n

(W\/Tera octet)<\/p>\n

40<\/p>\n

10<\/p>\n

10-7<\/p>\n

Re\u0301tention des donne\u0301es<\/b>
\n(anne\u0301es)<\/b><\/p>\n

10<\/p>\n

10<\/p>\n

500<\/p>\n

Comparaison de diffe\u0301rentes technologies de stockage de donne\u0301es<\/b>
\nLes premiers pas d\u2019une technologie prometteuse<\/b><\/p>\n

L\u2019ide\u0301e de stocker des donne\u0301es sur ADN remonte aux anne\u0301es 1950 avec les travaux visionnaires de Richard Feynman. Mais ce n\u2019est qu\u2019au de\u0301but des anne\u0301es 2010 que les premie\u0300res applications concre\u0300tes ont vu le jour. Ainsi, en 2012, des chercheurs comme George Church ont re\u0301ussi a\u0300 stocker un fichier nume\u0301rique sur de l\u2019ADN synthe\u0301tique, ouvrant ainsi une nouvelle e\u0300re pour le stockage de donne\u0301es. Depuis lors, de nombreux progre\u0300s ont e\u0301te\u0301 re\u0301alise\u0301s, tant au niveau de la capacite\u0301 de stockage que de la fiabilite\u0301 des techniques utilise\u0301es.<\/p>\n

Les atouts de l\u2019ADN Synthe\u0301tique<\/b>
\nUne capacite\u0301 de stockage ine\u0301gale\u0301e<\/b><\/p>\n

Un gramme d\u2019ADN peut contenir jusqu\u2019a\u0300 215 pe\u0301taoctets de donne\u0301es, surpassant de loin les capacite\u0301s des technologies actuelles. A titre de comparaisons, c\u2019est l\u2019e\u0301quivalent de stocker 43 millions de films en HD ou de quelques dizaines de \u00ab data center \u00bb actuels.<\/p>\n

Cette densite\u0301 de stockage exceptionnelle ouvre des perspectives ine\u0301dites pour la gestion des volumes de donne\u0301es croissants ge\u0301ne\u0301re\u0301s chaque jour.<\/p>\n

Une durabilite\u0301 exceptionnelle<\/b><\/p>\n

L\u2019ADN est une mole\u0301cule extre\u0302mement stable, capable de conserver des informations sur des milliers d\u2019anne\u0301es. \u00ab Nous parlons de demi-vies de l\u2019ADN de 500 a\u0300 1000 ans \u00bb, souligne Marc Antonini. Cette durabilite\u0301 exceptionnelle en fait un support ide\u0301al pour la conservation a\u0300 tre\u0300s long terme des donne\u0301es…Si dans des centaines d\u2019anne\u0301es la technologie pour de\u0301coder est conserve\u0301e aussi.<\/p>\n

Un Impact Environnemental Re\u0301duit<\/b><\/p>\n

Les avantages environnementaux sont significatifs. Apre\u0300s la phase initiale de synthe\u0300se, l\u2019ADN stocke\u0301 ne ne\u0301cessite aucune e\u0301nergie pour sa conservation, contrairement aux datacenters traditionnels. \u00ab Les datacenters polluent en permanence puisqu\u2019ils doivent migrer les donne\u0301es pour les pre\u0301server sans compter le recyclage des supports, tandis que l\u2019ADN, une fois synthe\u0301tise\u0301, n\u2019e\u0301met plus de gaz a\u0300 effet de serre \u00bb, explique Marc Antonini. Cette caracte\u0301ristique pourrait contribuer a\u0300 re\u0301duire l\u2019empreinte carbone des infrastructures de stockage de donne\u0301es me\u0302me s\u2019il faut de l\u2019e\u0301nergie pour la synthe\u0300se qui devra aussi passer de chimique a\u0300 enzymatique pour un minimum de pollution.<\/p>\n

A noter que retrouver l\u2019information binaire sur ADN est complique\u0301e pour une personne mal intentionne\u0301e: manipulation de biologie mole\u0301culaire pour re\u0301cupe\u0301rer les brins d\u2019ADN, se\u0301quenc\u0327age, de\u0301bruiter de l\u2019information puis la de\u0301coder. Il faudra donc toujours prote\u0301ger l\u2019information comme l\u2019encrypter (au niveau du binaire ou du quaternaire).<\/p>\n

Les de\u0301fis a\u0300 surmonter pour l\u2019industrialisation<\/b><\/p>\n

Les promesses de cette technologie ne vont pas sans difficulte\u0301s, comme la lenteur de lecture et d\u2019e\u0301criture, la re\u0301glementation et la capacite\u0301 d\u2019industrialisation.<\/p>\n

Le principal de\u0301fi re\u0301side dans la vitesse de synthe\u0300se et de lecture des donne\u0301es. Actuellement, la synthe\u0300se de donne\u0301es sur ADN est lente et cou\u0302teuse. \u00ab Aujourd\u2019hui, nous sommes a\u0300 100 secondes pour e\u0301crire un bit. Nous souhaitons passer a\u0300 une seconde pour e\u0301crire un bit d\u2019ici trois a\u0300 cinq ans et nous passerons donc a\u0300 1Mbit\/s par seconde avec le paralle\u0301lisme \u00bb, pre\u0301cise le directeur de recherche du CNRS, re\u0301ve\u0301lant l\u2019ambition de rendre cette technologie plus pratique et accessible.<\/p>\n

Des avance\u0301es dans ce domaine sont ne\u0301cessaires pour rendre le stockage ADN compe\u0301titif par rapport aux technologies de stockage actuelles: c\u2019est le point critique pour la mise a\u0300 l\u2019e\u0301chelle.<\/p>\n

Par ailleurs, le stockage sur ADN doit e\u0301galement surmonter des obstacles re\u0301glementaires et de se\u0301curite\u0301. Il est crucial de s\u2019assurer que les technologies utilise\u0301es ne puissent e\u0302tre de\u0301tourne\u0301es pour cre\u0301er des se\u0301quences d\u2019ADN dangereuses. \u00ab Il y a des ve\u0301rifications qui doivent aller au-dela\u0300 de celles faites aujourd\u2019hui pour s\u2019assurer que des imprimantes ADN ne puissent pas e\u0302tre utilise\u0301es a\u0300 des fins malveillantes \u00bb, avertit par exemple Marc Antonini.<\/p>\n

Les gouvernements et les organismes de re\u0301glementation devront donc e\u0301laborer des cadres approprie\u0301s pour encadrer l\u2019utilisation de cette technologie, notamment la manipulation de la donne\u0301e quaternaire ADN, garantissant ainsi sa se\u0301curite\u0301 et son inte\u0301grite\u0301.<\/p>\n

Vers une Industrialisation dans 10 a\u0300 15 ans avec diffe\u0301rents usages<\/b><\/p>\n

La mise a\u0300 l\u2019e\u0301chelle et l\u2019industrialisation de cette technologie sont des e\u0301tapes critiques. Selon le spe\u0301cialiste du CNRS, \u00ab nous ne sommes pas encore capables d\u2019industrialiser cette technologie a\u0300 grande e\u0301chelle. Le TRL (Technology Readiness Level) est encore trop bas. Il faut ame\u0301liorer les vitesses de lecture et d\u2019e\u0301criture. \u00bb Ne\u0301anmoins, il reste optimiste quant a\u0300 la possibilite\u0301 de solutions industrialise\u0301es dans les 10 a\u0300 15 ans a\u0300 venir car le workflow est de\u0301ja\u0300 ope\u0301rationnel, me\u0302me si pas encore automatise\u0301. Ne\u0301anmoins, une fois que le syste\u0300me sera \u00ab supervise\u0301 en e\u0301criture avec lectures automatise\u0301es alors les solutions seront disponibles d\u2019ici 5 ans \u00bb.<\/p>\n

A terme, un data center pourra utiliser le stockage de donne\u0301es sur ADN en technologie concurrente ou alternative pour une solution de\u0301carbone\u0301e et durable pour essentiellement des donne\u0301es froides. En effet, l\u2019usage le plus e\u0301vident reste l\u2019archivage et le stockage de donne\u0301es froides comme des emails, photos, documents juridiques. Cela sera transparent pour l\u2019utilisateur final car l\u2019encodage en quaternaire pourra se faire au niveau du data center.<\/p>\n

Par exemple, la socie\u0301te\u0301 Pearcode a la vision, de\u0300s 2030, de proposer une me\u0301moire ADN qui peut se brancher sur un ordinateur comme me\u0301moire d\u2019archivage avec \u00ab toutes les connaissances de l\u2019univers dans quelques grammes \u00bb.<\/p>\n

Des investissements substantiels dans la recherche et le de\u0301veloppement sont encore ne\u0301cessaires pour surmonter ces de\u0301fis. Les collaborations entre les secteurs public et prive\u0301 seront en particulier essentielles pour acce\u0301le\u0301rer l\u2019innovation et rendre le stockage sur ADN une re\u0301alite\u0301 industrielle.<\/p>\n

Une compe\u0301tition mondiale qui exige une coope\u0301ration europe\u0301enne<\/b><\/p>\n

A ce jour, la moitie\u0301 des investissements sur cette technologie sont re\u0301alise\u0301s par les E\u0301tats-Unis et 35% par l\u2019Europe dont 13% en France avec des socie\u0301te\u0301s comme Pearcode, Imagene, Dnascript et Biomemory.<\/p>\n

La cre\u0301ation re\u0301cente de l\u2019alliance \u00ab DNA Data Storage Alliance \u00bb, initie\u0301e par les Etats-Unis avec Western Digital, Microsoft Twist Bioscience et Illumina, qui souhaitent ainsi promouvoir leurs technologies et standardiser l\u2019encodage des donne\u0301es, montre l\u2019inte\u0301re\u0302t porte\u0301 a\u0300 la question. Cette mobilisation d\u2019importants industriels et de forts financements n\u2019est pas encore visible en Europe.<\/p>\n

En revanche, la France se place dans le peloton de te\u0302te europe\u0301en avec son programme PEPR (Projet Equipement Prioritaire Recherche) France 2030 \u00ab MoleculArXiv \u00bb [5] de \u20ac20 millions sur 7 ans et qui regroupe vingt laboratoires englobant les disciplines en informatique, chimie, biologie, nanotechnologie, micro-fluidique afin d\u2019inventer de nouveaux dispositifs de stockage de donne\u0301es sur support mole\u0301culaire, a\u0300 la fois ADN et polyme\u0300res artificiels. Ce projet franc\u0327ais a pour but de contribuer, de\u0300s 2029, a\u0300 des projets europe\u0301ens de plus grandes envergures pour la mise a\u0300 l\u2019e\u0301chelle de cette technologie et afin d\u2019assurer une souverainete\u0301 europe\u0301enne.<\/p>\n

Les applications futures<\/b><\/p>\n

Du\u0302 a\u0300 ses limitations en termes de rapidite\u0301 de lecture et d\u2019e\u0301criture par exemple, et malgre\u0301 ses autres avantages, cette technologie ne pourra pas devenir la technologie unique pour le stockage de donne\u0301es: son ro\u0302le sera surtout pour des donne\u0301es dites froides et avec des enjeux de compacite\u0301, capacite\u0301, durabilite\u0301 et consommation d\u2019e\u0301nergie de stockage. De plus, le potentiel du stockage sur ADN va bien au-dela\u0300 de la simple conservation de donne\u0301es. Les chercheurs explorent diverses applications de cette technologie, allant de l\u2019archivage de documents historiques a\u0300 la cre\u0301ation de bases de donne\u0301es ge\u0301ne\u0301tiques massives pour la recherche biome\u0301dicale.<\/p>\n

L\u2019ADN synthe\u0301tique pourrait e\u0302tre utilise\u0301 pour stocker des archives historiques de manie\u0300re extre\u0302mement durable. Des documents, des images et des vide\u0301os pourraient e\u0302tre conserve\u0301s pendant des sie\u0300cles, voire des mille\u0301naires, sans risque de de\u0301gradation.<\/p>\n

La recherche biome\u0301dicale pourrait be\u0301ne\u0301ficier grandement du stockage sur ADN. Des bases de donne\u0301es massives pourraient e\u0302tre stocke\u0301es de manie\u0300re compacte et se\u0301curise\u0301e, facilitant l\u2019acce\u0300s a\u0300 des informations cruciales pour la recherche sur les maladies.<\/p>\n

A\u0300 plus long terme, le stockage sur ADN pourrait jouer un ro\u0302le cle\u0301 dans la conservation des connaissances humaines pour des centaines d\u2019anne\u0301es.<\/p>\n

Le plus prometteur semble la possibilite\u0301 de calculs mole\u0301culaires a\u0300 base de stockage ADN: c\u2019est le calcul au plus pre\u0300s de la donne\u0301e avec un adressage rapide et donc des re\u0301sultats rapides sur des quantite\u0301s de donne\u0301es gigantesques.<\/p>\n

Le nouveau me\u0301tier de \u00ab Biochimaticien \u00bb ?<\/b><\/p>\n

Avec l\u2019e\u0301volution du stockage de donne\u0301es sur ADN, un nouveau me\u0301tier e\u0301merge a\u0300 l\u2019intersection de la biologie mole\u0301culaire, de la chimie et de l\u2019informatique pour le de\u0301veloppement, la gestion, l\u2019inte\u0301gration et l\u2019optimisation de cette technologies de stockage sur ADN et dans les syste\u0300mes informatiques de stockage de donne\u0301es pour s\u2019assurer de l\u2019adoption par les utilisateurs finaux.<\/p>\n

La ne\u0301cessite\u0301 de ce nouveau me\u0301tier, qui est tre\u0300s diffe\u0301rent des bio-informaticiens, devra croiser les compe\u0301tences d\u2019informaticiens afin d\u2019architecturer et d\u2019inte\u0301grer les nouveaux syste\u0300mes d\u2019informations pour utiliser au mieux les diffe\u0301rentes technologies de stockages de donne\u0301es. L\u2019utilisation et la gestion du stockage sur ADN demanderons aussi des compe\u0301tences de gestion du processus de synthe\u0300se (biochimie, micro-fluidique…), de gestion de l\u2019encodage et de\u0301codage des donne\u0301es a\u0300 stocker. Sans oublier la se\u0301curisation tout en assurant leurs inte\u0301grite\u0301s sur des supports tre\u0300s diffe\u0301rents. Ainsi, la se\u0301lection des supports de stockage en fonction du type de donne\u0301es et de leurs usages feront parties des de\u0301cisions a\u0300 prendre.<\/p>\n

Avec un de\u0301ploiement pre\u0301vu du stockage ADN d\u2019ici 10 a\u0300 15 ans et la forte demande des nouveaux usages, il serait opportun de re\u0301fle\u0301chir de\u0300s a\u0300 pre\u0301sent a\u0300 la ne\u0301cessite\u0301 d\u2019un cursus interdisciplinaire.<\/p>\n

Le chemin vers une solution souveraine<\/b><\/p>\n

Le stockage sur ADN synthe\u0301tique repre\u0301sente une avance\u0301e prometteuse pour la gestion des donne\u0301es. Malgre\u0301 les de\u0301fis techniques et re\u0301glementaires, ses avantages en termes de densite\u0301, de durabilite\u0301 et d\u2019impact environnemental en font une solution ne\u0301cessaire pour un avenir ou\u0300 la donne\u0301e devient de plus en plus massive et importante. \u00ab Nous avons toutes les compe\u0301tences en France et en Europe pour de\u0301velopper une solution souveraine \u00bb, affirme Marc Antonini, soulignant l\u2019importance de continuer a\u0300 investir dans cette technologie pour ne pas de\u0301pendre de solutions ame\u0301ricaines ou chinoises.<\/p>\n

La re\u0301volution du stockage de donne\u0301es est en marche et pourrait bien transformer notre manie\u0300re de conserver et de ge\u0301rer l\u2019information dans les de\u0301cennies a\u0300 venir. Le chemin est encore long, mais les promesses de l\u2019ADN synthe\u0301tique laissent entrevoir un futur ou\u0300 nos donne\u0301es les plus pre\u0301cieuses seront stocke\u0301es de manie\u0300re su\u0302re et durable, rede\u0301finissant ainsi les standards du stockage nume\u0301rique.<\/p>\n

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Africa-Press – Congo Kinshasa. Face au contexte de croissance exponentielle des donne\u0301es, notre chroniqueur Ste\u0301phane Gervais analyse le potentiel d\u2019une innovation majeure a\u0300 la frontie\u0300re de la biologie, de la chimie et de l\u2019informatique: le stockage sur ADN Synthe\u0301tique. 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