Les deux mondes dans lesquels Ivan Lunati se sent chez lui sont visibles sur le mur de gauche de son bureau : des photos sur lesquelles il dévale les pentes de la poudreuse près de Verbier. Et juste à côté, un tableau blanc avec des notes, des croquis, des intégrales, des différentielles... - un "mur de la pensée", car le travail de recherche créatif est plus facile pour lui lorsqu'il est en mouvement.

Le physicien, qui dirige le laboratoire nouveau de l'Empa depuis février 2020, a suffisamment de tâches délicates à accomplir. Par exemple, les questions de savoir où et comment les coronavirus se propagent - que ce soit dans les télécabines de ski et les salles de classe ou dans toute la Suisse et l'Allemagne. Les résultats de cette recherche ont suscité un grand écho - et de nombreuses apparitions dans les médias avec le chercheur Hossein Gorji de son équipe. Un sujet qui a certainement facilité le lancement du nouveau laboratoire.

Parcours : Post-doctorat à l'EPF de Zurich, Institute of Fluid Dynamics, Senior Scientist à l'EPF de Lausanne, professeur SNSF à l'Université de Lausanne, Institut des sciences de la Terre. Depuis février 2020, chef de laboratoire à l'Empa.

Sciences : études de physique à l'université de Milan, doctorat à l'EPF de Zurich, recherche sur les milieux poreux, la dynamique des fluides, la modélisation multi-échelle, la science des données et autres domaines avec de nombreuses publications. Membre de nombreux comités d'experts et paneliste pour des agences de financement.

Mais pourquoi les scénarios Covid, sur lesquels se penchent tant de chercheurs depuis le début de la pandémie ? Par curiosité ! Ivan Lunati a étudié la littérature scientifique sur la propagation du virus dans l’air et a trouvé des questions ouvertes. "Ma vie était tellement influencée par les masques et les règles d'hygiène et de distance", dit-il, "je voulais comprendre pourquoi mon monde était en train de s'effondrer". Et rendait également le quotidien professionnel plus difficile : Home Office et autres mesures n'ont en tout cas pas facilité la mise en place du laboratoire, selon Ivan Lunati.

Entre-temps, son équipe a pris forme : trois chercheurs expérimentés plus des post-doctorants, des étudiants et des techniciens chevronnés pour les futurs points forts du laboratoire, qui comprend également une soufflerie d'eau et une soufflerie de vent - de grands appareils pour des expériences permettant d'explorer des phénomènes d'écoulement complexes.

Par exemple pour la recherche Covid. Pour mieux comprendre comment les gouttelettes contenant des agents pathogènes se déplacent et se propagent dans l'air, l'équipe a développé une "machine à tousser". Comme des poumons, deux tuyaux envoient de l'air comprimé à travers une "bouche" ; avec une humidité relative et une température comme celles d'un être humain. Deux caméras enregistrent la manière dont les gouttelettes se déplacent dans la soufflerie. Grâce à de minuscules particules qui rendent les mouvements de l'air visibles, il est possible de développer des modèles pour décrire d’une manière plus précis la propagation des virus dans l’environnemnent.

Un terrain inconnu pour Ivan Lunati et son équipe, qui ont d'autant plus d'expérience dans d'autres domaines. Les milieux poreux sont son domaine de prédilection depuis de nombreuses années. Et la question : Comment peut-on modéliser mathématiquement les le comportement des différent fluides et leurs interactions avec la matrice poreuse ? Une image sur la page d'accueil du laboratoire de recherche illustre à quel point c'est compliqué : ce qui apparaît comme un enchevêtrement de tubes de vers colorés montre la forme de l'air qui pénètre dans un grès troué avec de minuscules pores, explique le physicien d'un geste du doigt - et déplace ainsi l'eau qui s'y trouvait auparavant.

Des idées complexes avec une valeur pratique : il y a des années déjà, Ivan Lunati a aidé à rendre de telles connaissances utilisables pour les eaux souterraines, le stockage des déchets radioactifs, les gisements de pétrole ou les problèmes environnementaux. "Les entreprises investissent beaucoup dans les méthodes numériques", explique le physicien, "il faut pouvoir décrire comment l'eau, le pétrole ou le gaz se déplacent dans les réservoirs souterrains- du plus petit pore de la roche à l'échelle du kilomètre". De telles connaissances pourraient également aider à protéger le climat en stockant en profondeur et en toute sécurité le CO₂ de l'atmosphère.

Depuis une vingtaine d'années, le physicien s'intéresse à la "modélisation multi-échelle", comme on appelle ce domaine spécialisé sur lequel travaillent des groupes de chercheurs du monde entier : Des simulations de l'infiniment petit à l'infiniment grand - par exemple de l'échelle quantique à la structure visible à l'œil nu, en passant par les liaisons atomiques et moléculaires. De tels modèles pourraient également être utiles pour de nouveaux matériaux. Prenons l'exemple des aérogels : ces matériaux extrêmement poreux devraient servir à l'avenir à fixer les molécules de CO₂ de l'atmosphère. Pour savoir comment manipuler un aérogel en détail, l'équipe de Ivan Lunati va se mettre en réseau avec des spécialistes d'autres laboratoires de l'Empa.

Joueur d'équipe dans la soufflerie : Ivan Lunati avec Claudio Mucignat (à gauche) et Hossein Gorji, deux chercheurs expérimentés de son équipe. Image : Empa

Les médias poreux, porteurs d'espoir ? Apparemment difficile à faire comprendre aux profanes, mais Ivan Lunati l'a un jour fait découvrir à des enfants - lors d'une journée portes ouvertes à l'Université de Lausanne. En prenant l'exemple de la production d'eau potable, raconte-t-il avec un sourire malicieux, "j'ai joué avec du sable, de l'eau et des matériaux poreux, issus d'une imprimante 3D. Tout simplement pour stimuler les enfants à s'intéresser à la recherche".

Rendre des choses complexes "compréhensibles" lui procure un plaisir palpable - et n'est pas du tout en contradiction avec l'idée qu'il se fait de lui-même. "Je suis une personne théorique", dit certes Ivan Lunati, "la théorie est importante pour moi". Mais cela ne veut pas dire qu'il néglige le regard sur la pratique - au contraire : "Si je travaille sur les bases de nouveaux modèles, ils pourront être utilisés plus tard par d'autres personnes - dans les domaines les plus divers".

Il nourrit également cet espoir pour d'autres thèmes. Exemple "Embodied maschine learning" : des drones, sur lesquels travaillent des spécialistes de l'Empa, pourraient être équipés avec de capteurs de mesure et des nouveaux algorithmes pour devenir intelligents en apprenant autant qu’ils interagissent avec leur environnement. Exemple de la propagation du Covid : au lieu des modèles de calcul habituels qui simulent la propagation des coronavirus dans de différents groupes de population, les modèles futurs pourraient même mettre en réseau des personnes individuelles sur la base de données.

Ivan Lunati se saisit d'un imprimé sur la table du bureau : sous une carte de la Suisse, un réseau circulaire d'innombrables points noirs reliés par des traits pâles. "Ces points pourraient décrire des personnes et toutes ces lignes leurs contacts", explique-t-il. Un tel réseau ne résulte pas de statistiques "classiques", mais d’une analyses intelligente de données. En même temps, de tels procédés pourraient aussi révéler des interactions inconnues - donc de nouvelles perspectives qui permettraient à leur tour d'affiner les modèles traditionnels.

Le casse-tête de la diffusion du Covid : les chercheurs de l'Empa Hossein Gorji et Ivan Lunati ont développé ensemble des scénarios. Image : Empa

Lorsque le modélisateur raconte, on sent son enthousiasme pour les idées ... - le "mur de la pensée" dans son bureau ne sera presque jamais vierge. Tout comme le "tableau noir"  classique dans le hall commun lumineux de son laboratoire: parsemé de formules mathématiques - devant, une longue table pour les discussions en équipe. Enfin, Ivan Lunati veut aussi transmettre un mode de pensée : une certaine intuition pour simplifier et ne pas se noyer dans des masses de données - ne pas seulement trouver une formule quelconque, mais une solution simple et, oui, belle aussi.

"En ce sens, je suis déjà un scientifique à l'ancienne", avoue-t-il, "je veux décrire le monde". Réduire les choses complexes - pour des solutions et des idées qui peuvent ensuite être utilisées pour une multitude de questions. C'est ainsi qu'il souhaite que son laboratoire soit : diversifié, mais en même temps suffisamment focalisé pour que son travail puisse être résumé en une phrase. Et oui : il doit encore s'agrandir. "Sur un sprint de cent mètres, nous en serions maintenant à 50 mètres", dit-il, "mais en fait, c'est un marathon".