Inégalités d’accès à l’emploi, à la propriété ou aux services publics, compétition accrue entre élites, finances publiques sous tension : plusieurs indicateurs suggèrent que la France traverse une phase de fragilisation institutionnelle comparable à celles observées dans d’autres périodes de rupture historique.

Ces dernières années, les instabilités politiques en France se sont multipliées, impliquant toutes les strates de la population. En 2018, un mouvement populaire bref et violent, avec un gilet jaune en symbole de ralliement et une sociologie originale voit le jour. L’hiver 2023 voit l’un des mouvements de protestations et de grèves les plus massifs de son histoire récente en réponse à une nouvelle réforme du système de retraite. En juin de la même année éclate une série d’émeutes urbaines dans tout le pays à la suite de la mort de Nahel Merzouk. Enfin, en 2024, la France connaît une dissolution de l’Assemblée nationale et une censure du gouvernement, conduisant à trois renouvellements du gouvernement pour cette seule année, un bal inédit sous la Vᵉ République.

Différencier des troubles habituels de la vie politique d’un pays de signes précurseurs de changements institutionnels plus profonds est crucial pour déterminer le type de réponse à y apporter. Or, dans un monde politique où l’agenda est dominé par des cycles électoraux rapides et un système médiatique focalisé sur l’actualité, l’attention publique se fixe sur des événements ponctuels. Les réponses restent alors essentiellement symptomatiques : retraits de réformes, changements de gouvernement, sans traiter les conditions structurelles susceptibles d’en être la cause.

La théorie structurelle-démographique

La théorie structurelle-démographique proposée par Goldstone (1991) puis développée par Peter Turchin et ses collègues, analyse les périodes de changements institutionnels majeurs au travers de trois facteurs : la paupérisation du peuple, la polarisation des élites et la détresse fiscale de l’État. Elle a notamment permis en 2010 à Peter Turchin, à l’occasion d’une enquête prospective de Nature, de prévoir une période propice aux instabilités politiques aux États-Unis autour de 2020.

Cette théorie permet de comprendre et les périodes d’instabilités politiques comme le résultat de tensions émergeant de l’inadéquation croissante entre les institutions en place et des changements démographiques et économiques sur le temps long. Ces dernières manifestent alors une incapacité croissante à maintenir un contexte socio-économique permettant aux individus de poursuivre leurs aspirations.

Au centre des mécanismes décrits par cette théorie réside « la pompe à richesse » : la concentration du pouvoir économique et politique au sein d’une minorité, que ce soit via des systèmes fonciers et fiscaux avantageux ou une pression à la baisse sur les salaires. Ce mécanisme creuse les inégalités avec les membres les plus modestes de la société, mais affecte particulièrement les élites de rang inférieur et leurs aspirants, créant une fracture croissante en leur sein.

Après quelques décennies la majorité voit ses conditions de vie se dégrader tandis qu’une minorité prospère, le contrat social s’érode. La concentration du pouvoir ferme alors la porte aux aspirants toujours plus nombreux, la compétition entre élites s’intensifie, leur cohésion disparaît et des factions émergent. Ces aspirants, privés des ressources pour satisfaire leurs ambitions, remettent en question leur allégeance au système, mobilisent les masses paupérisées et se muent en contre-élites cherchant à modifier les règles du jeu.

Dans les sociétés contemporaines, la pression mise sur les institutions par la surproduction d’élites et l’appauvrissement de la population peuvent en théorie être régulés par des investissements et des réformes appropriées, à condition que cela soit permis par les finances publiques en bonne santé.

A contrario, lorsque l’État est accablé par la dette et perçu comme illégitime, sa capacité de régulation s’érode. À ce moment-là, la paupérisation du peuple, le factionnalisme des élites et la tension fiscale créent un contexte dans lequel même des chocs relativement faibles peuvent déclencher des crises disproportionnées.

Les précurseurs d’une crise institutionnelle en France ?

Dans une étude récente, nous avons appliqué cette théorie à l’histoire récente de la France. Selon ses auteurs, la France serait sur une trajectoire analogue à celle décrite pour les États-Unis. Malgré le fait que les inégalités de revenus restent contenues grâce aux mécanismes de redistribution, les difficultés d’accès à l’emploi, à la propriété ou aux services publics se sont en revanche fortement accrues depuis 1980. Alors même que les valeurs nationales sous-estiment l’impact de ces dernières sur des populations spécifiques ; jeunes et banlieues pour l’accès à l’emploi, urbains pour la propriété (comme le montre le graphique ci-dessous) et ruraux pour l’accès aux services publics.

La compétition entre élites, que ce soit sur le plan économique ou politique s’est également fortement accentuée sur la même période. En témoigne la croissance des inégalités de richesse au sein du premier centile, montrant que la part détenue par le top 0,001 % a augmenté de 520 % contrairement à celle détenue par les derniers membres de ce centile (en vert dans la Fig. 2) qui n’augmente « que » de 60 %.

Sur le plan politique, la croissance du nombre de candidats aux élections législatives, présidentielles a doublé depuis 1980. La diminution du seuil pour former un groupe parlementaire est passée de 30 à 15 entre 1958 et 2023, sous la pression des députés pour former de nouveaux groupes, témoignant d’une division croissante des élites au parlement.

Dans le même temps, les finances publiques subissent une pression d’ampleur historique. La dette atteint en effet un niveau élevé (110 % du PIB en 2023), sous l’effet combiné du vieillissement démographique et de l’obsolescence progressive du système fiscal, dans un contexte d’engourdissement législatif lié à la fragmentation croissante des élites.

À ces tensions budgétaires s’ajoute une érosion marquée de la confiance dans les institutions, que l’on peut appréhender à travers la hausse du taux d’abstention électorale. Il en résulte une forme de calcification institutionnelle, au moment même où la capacité d’adaptation apparaît plus nécessaire que jamais.

Pour la France d’aujourd’hui, les indicateurs de la théorie structurelle-démographique convergent pour faire état d’une crise : paupérisation relative des classes populaires et moyennes, fermeture progressive des voies d’accès à la propriété et aux services publics, intensification de la compétition intraélitaire, paralysie législative et défiance historique envers les institutions.

Les crises structurelles-démographiques ont ceci de particulier qu’elles paralysent les conditions mêmes de leur résolution.

Toute réforme ambitieuse capable d’en traiter les causes profondes – redistribution de la richesse, assainissement des finances de l’État – exige précisément la cohésion politique dont la dissolution est au cœur de la crise. C’est une tension fondatrice de ces moments : l’urgence d’agir et l’incapacité croissante à le faire se renforcent mutuellement.

Quelles issues possibles ?

L’histoire offre pourtant un éventail de sorties possibles. Le New Deal américain des années 1930 montre que ces moments de crise peuvent aboutir à des reconfigurations institutionnelles profondes et durables, lorsque des coalitions suffisamment larges parviennent à s’imposer. À l’inverse, leur absence a conduit d’autres sociétés vers des ruptures violentes, comme en France en 1789.

Les trajectoires prises par une société lors d’une crise ne sont pas uniquement dictées par sa sévérité. Elles sont aussi des moments dans lesquels la capacité des acteurs à saisir les opportunités pour forger un nouveau contrat social est particulièrement importante. Les origines structurelles de cette crise nous invitent à sortir du temps court, celui des cycles électoraux et des médias pour prendre au sérieux le temps long. Non pour céder au fatalisme, mais pour comprendre que les fenêtres d’opportunité pour des réformes structurelles sont rares, et que les sociétés qui les ont saisies s’en sont mieux sorties que celles qui l’on subit.

Cet article a été réalisé dans le cadre du colloque « Penser le monde qui vient », organisé le 11 juin 2026 par la chaire « Prospective, imaginaires et politiques publiques » de CY Cergy Paris Université, Learning Planet Institute et l’association Le 106 en partenariat avec The Conversation France.

Nicolas Salerno est président de la Société Française de Cliodynamique. Son travail de thèse est financé par l'ANR, PEPR sous-sol, DyMod (22-EXSS-0003).

Olivier Vidal a reçu des financements de ANR et QCF.

Du Maroc à Curaçao, les diasporas jouent un rôle croissant dans la composition des sélections nationales. Les recherches disponibles indiquent que les équipes les plus ouvertes aux parcours migratoires obtiennent souvent de meilleurs résultats sur le terrain.

Peu de gens auraient prédit le beau parcours du Maroc lors de la Coupe du monde de la FIFA 2022. À l’approche du tournoi, la sélection était classée 22^e mondiale et n’avait jamais dépassé le stade des huitièmes de finale. Pourtant, elle a battu la Belgique, l’Espagne et le Portugal — des pays qui figuraient alors, comme aujourd’hui, parmi les dix meilleures nations du classement mondial —, atteignant les demi-finales (défaite 2-0 face à la France), une première pour une équipe africaine.

Le parcours du Maroc n’a pas seulement été remarquable (et pleinement mérité). Il a également suscité un débat au-delà du football, car 14 des 26 joueurs de la sélection marocaine étaient nés à l’étranger, soit davantage que pour toute autre nation engagée dans le tournoi.

La Coupe du monde 2026 comptera plus de joueurs nés à l’étranger que n’importe quelle édition précédente. Près d’un quart des 1 248 joueurs sélectionnés par les équipes nationales sont nés dans un pays différent de celui qu’ils représenteront.

Dans certaines sélections, les proportions sont bien plus élevées encore : 96 % des joueurs de Curaçao sont nés à l’étranger, tout comme 85 % de ceux de la République démocratique du Congo et 73 % de ceux du Maroc.

Au total, les joueurs nés à l’étranger constituent la majorité des effectifs dans huit des 48 sélections engagées dans le tournoi.

Les migrations font partie de l’histoire de la Coupe du monde depuis ses débuts. Lors de la troisième édition du tournoi, en 1938, par exemple, 12 % des joueurs représentaient un pays autre que celui où ils étaient nés.

Cela s’explique en partie par le fait que la FIFA n’a introduit de règles encadrant l’éligibilité des joueurs aux équipes nationales qu’en 1962. Il n’était donc pas rare qu’un même joueur représente plusieurs pays au cours de sa carrière.

Certains joueurs représentent un pays autre que celui où ils sont nés parce qu’ils y sont éligibles par l’intermédiaire d’un parent ou d’un grand-parent. Ces joueurs sont souvent issus de communautés diasporiques constituées par de précédentes vagues migratoires.

L’un des exemples les plus connus est celui d’Ivan Rakitić, finaliste de la Coupe du monde 2018. Né et élevé en Suisse, il a choisi de représenter la Croatie. Dans une interview accordée en 2025, Rakitić expliquait que, lorsqu’il a dû choisir entre les deux pays, son cœur lui disait qu’il devait jouer pour la Croatie.

D’autres joueurs deviennent éligibles grâce aux règles de résidence. Pepe, par exemple, est né au Brésil mais a disputé quatre Coupes du monde avec le Portugal entre 2010 et 2022, après avoir obtenu la nationalité portugaise à l’âge de 24 ans.

Mais les joueurs nés à l’étranger ne racontent qu’une partie de l’histoire. Les effectifs de la Coupe du monde comptent également de nombreux enfants de migrants. L’équipe de France championne du monde en 2018 en est sans doute l’exemple le plus célèbre : 12 de ses 23 joueurs avaient des parents africains.

De telles configurations ne doivent rien au hasard. L’équipe de France reflétait les liens coloniaux et postcoloniaux du pays avec l’Afrique du Nord et l’Afrique de l’Ouest. De même, depuis le milieu des années 2000, la sélection suisse est de plus en plus marquée par les migrations en provenance de l’ex-Yougoslavie, à la suite des conflits et des déplacements de population qui ont accompagné son éclatement dans les années 1990.

L’équipe d’Angleterre engagée dans la Coupe du monde 2026 raconte elle aussi une histoire liée aux migrations. Aux côtés de Marc Guéhi, né en Côte d’Ivoire, au moins neuf joueurs ont un parent né à l’étranger. La plupart ont des racines familiales dans d’anciennes colonies britanniques d’Afrique ou des Caraïbes, reflet des vagues migratoires qui ont suivi la Seconde Guerre mondiale vers le Royaume-Uni.

Dans le même temps, 24 joueurs nés en Angleterre ont été sélectionnés par d’autres équipes qualifiées pour la Coupe du monde. Parmi eux, cinq représentent l’Écosse et 19 portent les couleurs de pays situés au-delà des îles Britanniques, notamment les États-Unis, la Nouvelle-Zélande et le Ghana.

Les joueurs issus de l’immigration font-ils la différence sur le terrain ?

Peu de travaux de recherche se sont penchés sur la question de savoir si les équipes nationales comptant davantage de joueurs issus de l’immigration obtiennent de meilleurs résultats. Les éléments disponibles suggèrent toutefois que c’est le cas.

Une étude publiée en 2022 a analysé l’ensemble des Coupes du monde disputées entre 1970 et 2018. Elle conclut que les équipes comptant davantage de joueurs nés à l’étranger ont, en moyenne, tendance à aller plus loin dans la compétition. Chaque joueur supplémentaire né à l’étranger était associé à environ 0,15 match supplémentaire disputé au cours du tournoi.

Cette relation demeurait même après prise en compte de différences plus générales entre les pays, ce qui suggère que les migrations pourraient procurer des avantages qui ne s’expliquent pas uniquement par la richesse d’un pays ou sa tradition footballistique.

Une autre étude publiée en 2023 s’est intéressée aux sélections européennes ayant participé aux Coupes du monde et aux Championnats d’Europe entre 1970 et 2018. En utilisant les noms de famille des joueurs pour estimer leurs origines ancestrales, les chercheurs ont mesuré la diversité des parcours au sein de chaque effectif et ont constaté que les équipes les plus diversifiées obtenaient, en moyenne, de meilleurs résultats.

Plus précisément, cette recherche a montré qu’une augmentation d’un écart-type du niveau de diversité au sein d’une équipe se traduisait par une amélioration de la différence de buts — c’est-à-dire le nombre de buts marqués moins le nombre de buts encaissés — d’environ 1,3 but par match en moyenne.

Au moins deux facteurs peuvent expliquer ces résultats. Premièrement, les migrations peuvent élargir le vivier de joueurs à la disposition d’une sélection nationale. L’équipe du Ghana engagée dans la Coupe du monde 2026 s’appuie largement sur les communautés de la diaspora installées en Europe occidentale. Cela lui permet de recruter des joueurs formés dans certains des systèmes de formation footballistique les plus performants au monde.

Deuxièmement, les migrations peuvent accroître la diversité des compétences disponibles au sein d’un effectif. Les footballeurs ont besoin de caractéristiques physiques et de qualités techniques spécifiques pour réussir au plus haut niveau. Les défenseurs centraux, par exemple, sont généralement grands et puissants physiquement. Les joueurs à vocation plus offensive, en revanche, ont souvent besoin de davantage de vitesse.

Une population plus diversifiée est susceptible d’offrir un réservoir plus large de profils adaptés à chaque poste, ce qui peut se traduire par une meilleure complémentarité au sein de l’équipe.

Cela ne signifie pas que les migrations font gagner les Coupes du monde. L’Argentine a remporté l’édition 2022 sans compter le moindre joueur né à l’étranger dans son effectif. La réussite dépend également de facteurs tels que la taille de la population, la richesse économique ou la qualité de l’encadrement technique. Et avoir Lionel Messi dans son équipe aide aussi.

Néanmoins, les données disponibles, bien qu’encore limitées, suggèrent que les migrations pourraient influencer le football international au-delà de la simple composition des équipes en compétition.

Si la sélection marocaine de 2022 avait été limitée aux seuls joueurs nés et élevés au Maroc, aurait-elle tout de même atteint les demi-finales ? Nous ne le saurons jamais avec certitude. Mais si Curaçao venait à réaliser un tel parcours cette fois-ci, le rôle des migrations dans la réussite sportive deviendrait sans doute plus difficile à ignorer.

Les données relatives à la part de joueurs nés à l’étranger sélectionnés dans les effectifs de la Coupe du monde 2022 et de la Coupe du monde 2026 ont été compilées et analysées par Adam Sawyer, cofondateur et directeur de la recherche au sein de Relevant Research, une organisation qui fournit un soutien technique et logistique aux chercheurs travaillant sur les questions migratoires.

Dans le langage courant, on confond trop souvent les notions d’énergie et de puissance. Or, ces notions sont au cœur d’enjeux clés pour nos sociétés, comme nous en prenons conscience de façon aiguë lorsque des tensions géopolitiques viennent brutalement renchérir le prix de l’énergie jusqu’à remettre en cause nos modes de vie… On fait le point sur ces deux grandeurs, le lien entre elles et les unités pertinentes pour les quantifier.

L’énergie est quelque chose que l’on peut transformer, accumuler et échanger. On peut faire un parallèle entre l’énergie et une quantité de matière, par exemple une certaine quantité d’eau. Si on considère une baignoire, de l’eau peut y entrer (la baignoire se remplit), de l’eau peut y être stockée et de l’eau peut en sortir (la baignoire se vide). De façon analogue, de l’énergie peut pénétrer dans un système, y être stockée et en sortir. Le contenu énergétique correspondant est quantifié en joules (dont le symbole est la lettre J), selon le système international d’unités. Le joule a été défini comme l’énergie fournie pour déplacer un point d’une distance d’un mètre (l’unité internationale de mesure de la distance) en appliquant une force d’un newton (l’unité internationale de mesure de la force).

Parallèlement, la puissance représenterait la vitesse à laquelle la baignoire se remplirait ou se viderait, donc le débit d’eau entrant ou sortant : la puissance représente l’amplitude des échanges d’énergie. Ainsi, on peut remplir une baignoire plus ou moins vite, par exemple en ajoutant un kilogramme d’eau par seconde, ou plus lentement en y ajoutant seulement 50 grammes d’eau par seconde. De la même façon, de l’énergie peut être fournie à un système plus ou moins vite, en y ajoutant un joule par seconde ou 500 joules par seconde : c’est ce qui définit la notion de puissance échangée, quantifiée en watts (W, l’unité dérivée du système international pour la puissance).

Le lien entre la puissance et l’énergie est donc le temps :

Puissance = énergie/temps,

ce qui équivaut à : énergie = puissance x temps.

En unités internationales, un watt est donc égal à un joule par seconde.

La puissance ne peut pas être stockée : c’est un flux, de la même façon qu’on ne peut pas stocker un écoulement d’eau, seulement l’eau elle-même. En revanche, on peut adapter la capacité d’un système à échanger une puissance plus ou moins élevée, de la même façon qu’on peut adapter le diamètre du tuyau d’eau entrant ou sortant d’une baignoire.

Les multiples

Comme pour toutes les unités, les unités de puissance et d’énergie existent également avec des multiples. Les plus utilisés sont rassemblés dans le tableau ci-dessous.

Par exemple, un gigajoule = 1 GJ = 1 x 10⁹ J = 1 000 000 000 J. Cela semble être beaucoup d’énergie, mais correspond seulement à l’énergie solaire reçue chaque année par une dalle de terrasse de 50 cm de côté à Brest !

Ou 1 microwatt = 1 µW = 1 x 10^-6 W = 0,000 001 W. Cette toute petite puissance correspond approximativement à la puissance consommée par les montres à quartz (attention, les montres connectées récentes, qui font beaucoup plus que de donner l’heure, sont également plus gourmandes !).

Les unités de mesure d’énergie que l’on retrouve dans la vie quotidienne

Comme un joule représente une très petite quantité d’énergie, dans la pratique, nous utilisons plus souvent d’autres unités pour quantifier l’énergie, en fonction du domaine dans lequel nous évoluons et des quantités exprimées. Toutes ces unités sont « traduisibles » en joules, selon un coefficient de conversion.

Dans le domaine de l’alimentation, ou parfois encore celui des transferts thermiques, la calorie (cal) est couramment utilisée, de même que la kilocalorie (kcal, égale à 1 000 calories).

1 calorie = 4,18 joules environ.

La calorie a été mesurée historiquement comme la quantité d’énergie (de chaleur) nécessaire pour élever de 1 °C la température d’un gramme d’eau liquide à pression et température ambiantes. Elle est donc encore parfois utilisée par les thermiciens.

Dans la vie courante, on compte le nombre de calories apportées au corps par les aliments, et on peut les comparer aux calories dépensées lors de nos différentes activités…

Une autre unité d’énergie très courante est le kilowatt-heure (ou kWh) : elle correspond à l’énergie échangée lors d’un transfert d’une puissance d’un  kilowatt pendant une heure.

Comme
1 kilowatt-heure = 1 kilowatt x 1 heure = 1 000 watts x 3 600 secondes,
on en déduit que
1 kilowatt-heure = 3 600 000 joules = 3 600 kilojoules = 3,6 mégajoules.

Cette unité est également couramment utilisée lors d’un achat d’énergie, notamment sur la facture électrique ou de gaz.

C’est aussi en kilowatt-heure que les capacités des batteries des véhicules électriques sont quantifiées : les voitures présentent maintenant des capacités généralement entre 30 et 100 kilowatts-heures. Dans ce cas, cette capacité représente la « taille du réservoir », qui peut être plus ou moins rempli.

À plus grande échelle, on utilise des unités énergétiques plus grandes, par exemple la tep (tonne équivalent pétrole), qui a remplacé au cours du XXᵉ siècle la « tec » (tonne équivalent charbon) : cette unité représente la quantité d’énergie (appelée aussi pouvoir calorifique) produite par la combustion d’une tonne de pétrole brut « moyen », soit 41,868 gigajoules. Elle permet de quantifier de grandes quantités d’énergies avec un ordre de grandeur plus intuitif que des milliers de milliards de joules… Par exemple pour la France, l’importation de pétrole brut a représenté 45,6 Mtep en 2024.

Attention, on retrouve parfois les capacités de piles ou batteries quantifiées en ampères-heures (Ah) ou en milli-ampères-heures (mAh). Cette unité ne représente pas en tant que telle une quantité d’énergie. Pour être homogène à une énergie, il faut multiplier cette « capacité » par la tension avec laquelle le courant est échangé par la pile. Ainsi, dans le cas de piles fonctionnant à tension fixée (ce qui est souvent le cas dans de petits systèmes électroniques), il y a bien une proportionnalité entre la capacité en ampères-heures et l’énergie échangée ou stockée. En revanche, lorsque le système fonctionne sous une tension fluctuante ou lorsqu’on compare des systèmes de tensions différentes, cette grandeur peut être trompeuse.

Les unités de mesure de puissance

Comme indiqué précédemment, la puissance est quantifiée en watts (ou ses multiples). Une autre grandeur de puissance courante, utilisée principalement dans le milieu du transport est le « cheval-vapeur ».

Avant le XIXᵉ siècle, on pouvait facilement se représenter la puissance que peut produire cet animal, dont la force était couramment employée pour déplacer des charges. On pouvait ainsi quantifier le nombre d’animaux nécessaires au fonctionnement d’une machine. Lors du développement des premiers moteurs (machines à vapeur), une équivalence a été déterminée pour quantifier la puissance des machines développées. Le cheval-vapeur (noté « ch ») a donc été défini, avec l’équivalence :

1 cheval-vapeur = 735 watts

Cette puissance correspond à la puissance moyenne qu’un cheval peut transmettre sur un temps assez long. Actuellement les puissances des voitures peuvent s’étendre de quelques dizaines de chevaux-vapeur (comme sur l’exemple de la figure ci-dessus) pour une petite citadine, à plus de 1 000 chevaux-vapeur pour de puissantes voitures de sport.

Le volt-ampère (noté « VA ») est également une unité de puissance. C’est sous cette unité que la puissance souscrite sur un abonnement électrique (soit la puissance maximale du compteur électrique) est quantifiée. Le volt-ampère ne quantifie pas une puissance réellement consommée, mais correspond à la puissance maximale pouvant être échangée, avec l’équivalence :

1 kilovolt-ampère = 1 kilowatt et 1 volt-ampère = 1 watt

Si on reprend l’analogie de la consommation d’eau, il s’agit ici du « diamètre du tuyau »… Par conséquent, lorsque la puissance appelée par un foyer est supérieure à la puissance du compteur (en volt-ampère ou kilovolt-ampère), il disjoncte. Actuellement, les puissances souscrites chez les particuliers sont généralement comprises entre 3 et 15 kilovolts-ampères.

Le watt-crête (Wc) représente également une unité de puissance. Comme pour le volt-ampère, ce n’est pas une puissance réellement produite, mais la puissance maximale productible par un panneau solaire photovoltaïque, lorsqu’il est placé dans les conditions de référence : à 25 °C et sous une irradiance solaire de 1 000 W par mètre carré de panneau solaire. Au cours d’une année de fonctionnement, ce panneau produira donc à chaque instant une puissance variant entre 0 watt et sa « puissance crête » en fonction des conditions dans lesquelles il est placé, ce qui représentera au total une certaine quantité d’énergie annuelle.

Cette « puissance crête » pour un panneau solaire photovoltaïque est appelée « capacité nominale » pour d’autres systèmes, comme les chaudières au fioul ou les centrales nucléaires par exemple, qui, elles également, produisent à chaque instant une puissance potentiellement différente en fonction des contraintes extérieures.

Finalement, énergie et puissance sont deux grandeurs intimement liées, et elles sont toutes les deux nécessaires à la définition et à la mise en œuvre des systèmes énergétiques.

Nolwenn Le Pierrès ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Que se passe-t-il dans le cœur d’une baleine lorsqu’elle plonge en apnée ? En août 2025, au cours d’une mission en mer Méditerranée, nous avons pu enregistrer, pour la première fois, l’activité cardiaque d’un rorqual commun, l’un des plus grands animaux de la planète (20 mètres de long, 70 tonnes). Cela a été rendu possible grâce à un nouveau dispositif permettant l’enregistrement d’un électrocardiogramme (ECG), fixé sur son dos à l’aide de ventouses.

Les premières analyses de cet ECG de cinq heures révèlent que la fréquence cardiaque de ce géant des mers peut ralentir jusqu’à 5 battements par minute (bpm) en profondeur, et culminer à 25 bpm lors des phases de respiration en surface. Ces variations extrêmes leur permettent d’économiser l’oxygène lors des plongées, ce qui en fait l’un des champions de l’apnée (jusqu’à vingt minutes). Cette avancée ouvre d’immenses perspectives pour étudier la physiologie des cétacés et contribuer à les protéger face aux perturbations humaines.

Il en aura fallu de la ténacité, de l’astuce et du travail acharné pour aboutir à cette avancée méthodologique majeure ! Et, comme souvent en sciences, ces découvertes sont issues de chemins de traverse. Au départ, nos travaux portaient sur l’étude de la communication chimique chez les cétacés.

En effet, s’il est admis que ces mammifères marins sont des êtres essentiellement acoustiques, utilisant les sons pour percevoir leur monde, leur usage des autres sens demeure largement mystérieux. Nous cherchons donc à savoir si les dauphins et les baleines perçoivent et utilisent les odeurs et les goûts (dans l’air ou dans l’eau) pour trouver leur nourriture ou interagir avec leurs congénères.

Pour explorer cette question fondamentale, notre équipe recueille principalement des données comportementales et acoustiques qui permettent de décrire comment ces animaux réagissent en présence de stimuli olfactifs ou gustatifs. Modifient-ils leur trajectoire ? Se rapprochent-ils de la source odorante ? Plongent-ils dessous ? Émettent-ils des sons particuliers ? Parfois, ces réponses sont si discrètes et subtiles qu’elles échappent à nos observations. Ainsi, des odeurs ou des goûts pourraient tout à fait être perçus sans pour autant que l’animal ne manifeste un comportement ostensible et mesurable…

C’est pourquoi, depuis quelques années, nous rêvions d’un dispositif permettant d’explorer aussi leurs réponses physiologiques et notamment leur activité cardiaque, pour compléter nos mesures. Mais comment capter le signal électrique émis par le cœur d’une baleine, capable de plonger jusqu’à 500 mètres sous la surface ?

Une rencontre et le projet prend vie

La solution va prendre forme grâce à une collaboration avec Angelo Torrente (coauteur de l’article), chercheur CNRS, spécialiste de l’activité cardiaque à l’Institut de génomique fonctionnelle (IGF) de Montpellier. Depuis des années, il étudie le fonctionnement du cœur chez différents animaux de laboratoire, du poisson-zèbre à la souris.

C’est au cours d’une conférence scientifique, en avril 2021, qu’il découvre nos travaux et notre souhait d’ajouter des indices cardiaques à nos données. Les évènements s’enchaînent alors : il nous écrit, son mail disparaît, englouti dans les spams, mais il est tenace, il nous relance et finalement on se rencontre ! Débordants d’enthousiasme et d’idées, on décide de réunir nos compétences pour atteindre un objectif commun : enregistrer les battements du cœur des cétacés.

Plus facile à imaginer qu’à faire ! Au total, il faudra près de quatre ans de méticuleuses mises au point méthodologiques pour parvenir à nos fins… Nous avons mené les premiers essais sur des dauphins, des orques et des bélougas hébergés dans différents parcs zoologiques, entraînés à rester immobiles lors de protocoles médicaux.

On essaie, on échoue, on tâtonne… Chaque nouvelle tentative nous pousse à plus d’inventivité, et Angelo développe patiemment de nouvelles compétences originales : sculpteur de silicone et soudeur d’électrodes. Après deux premières années d’efforts, un dispositif d’enregistrement d’électrocardiogramme (ECG) non invasif est enfin fonctionnel et fiable. Il permet d’enregistrer avec une précision quasi médicale l’activité cardiaque des cétacés en conditions contrôlées en parcs zoologiques, et de vérifier que cette activité varie selon le contexte. Par exemple, elle ralentit pendant les périodes d’apnée ou quand ils reçoivent une récompense alimentaire.

C’est une avancée importante, mais reste à franchir le pas décisif : adapter ce système aux contraintes bien plus importantes et imprévisibles du travail en mer, sur des grands cétacés sauvages évoluant dans leur milieu naturel. Car mesurer les changements de fréquence cardiaque pourrait permettre de mieux comprendre comment ces espèces emblématiques, pour la plupart menacées, perçoivent leur environnement de plus en plus perturbé par les activités humaines.

Le difficile passage au milieu naturel

Nous décidons alors d’intégrer notre capteur cardiaque dans une balise multicapteurs déjà utilisée pour étudier les grands cétacés, et capable d’enregistrer simultanément les mouvements en 3D, la profondeur, les sons et la vidéo. Plusieurs missions sont alors programmées, avec différents partenaires scientifiques compétents et enthousiastes, à Madagascar et à Maui pour étudier les baleines à bosse en période de reproduction. Lors de ces missions, nous rencontrons de nouveaux écueils : conditions météo défavorables, animaux peu visibles et fuyants, problèmes techniques inattendus.

À cela s’ajoute la difficulté de retrouver nos précieuses balises ECG après leur détachement, avec le risque de les perdre avant même de pouvoir accéder aux données enregistrées… Cette mésaventure se produira d’ailleurs à deux reprises à cause de la pression extrême exercée à grande profondeur. Pendant près d’un an, les enregistrements que nous obtenons ne révèlent aucun signal d’ECG exploitable. Notre moral est parfois mis à rude épreuve… mais on persiste !

C’est ainsi qu'en août 2025, nous embarquons à bord du Blue Panda, le navire du Fonds mondial pour la nature (WWF), pour une mission au large des côtes du Var consacrée aux rorquals communs de Méditerranée. Un matin, depuis le zodiac et à l’aide d’une perche de 6 mètres, nous parvenons à ventouser notre balise de dernière génération sur le dos d’une femelle d’environ 16 mètres. Grâce au signal qu’il émet en surface, nous localisons puis récupérons notre précieux dispositif, flottant après son détachement, le jour même peu avant la tombée de la nuit.

Le téléchargement interminable des données, suivi par Angelo jusque tard dans la nuit, s’achève enfin et révèle… un signal ECG d’une durée de cinq heures, parfaitement exploitable ! Il est 4 heures du matin, mais Angelo n’hésite pas à tous nous réveiller pour partager la joie de découvrir ces images inédites reflétant les palpitations du cœur de la baleine.

Dans les semaines qui suivent, en explorant chaque seconde de cet ECG, nous décrivons toutes les variations du rythme cardiaque de cette baleine. Nous les croisons ensuite avec les données de la balise multicapteurs pour relier ces changements aux différentes phases de plongée. Nos analyses révèlent une bradycardie extrême dès la descente, le cœur passant de 25 à moins de 5 battements par minute entre la surface et 40 mètres de profondeur. À l’inverse, une tachycardie (augmentation du rythme, jusqu’à 25 battements par minute) s’observe lors des efforts locomoteurs, mais aussi lors d’interactions avec d’autres baleines ou d’exposition à des sources de bruit, y compris notre propre zodiac.

Nous réalisons alors que mesurer l’activité cardiaque des grands cétacés pourrait permettre d’aller bien au-delà de la seule description des mécanismes d’adaptation à la plongée. Cette méthode offre un moyen de quantifier plus directement la façon dont ces animaux réagissent à leur environnement, notamment au stress généré par le trafic maritime et le bruit sous-marin. Elle vient ainsi compléter les observations comportementales, parfois difficiles à interpréter, en donnant un accès direct à la physiologie de l’animal et à ses dépenses énergétiques. À terme, suivre le fonctionnement du cœur de ces grands apnéistes peut devenir un outil précieux pour identifier plus objectivement les situations de stress. Nous espérons que cela pourra contribuer à orienter les mesures de protection des cétacés, à l’heure où l’océan se transforme de plus en plus en une dangereuse et assourdissante autoroute.

Ces avancées scientifiques n’auraient pas été possibles sans les précieuses collaborations scientifiques et les appuis logistiques de Denis Ody du WWF, Lars Bedjer du Marine Mammal Research Program de l’Université de Hawaiʻi, Simon Benhamou et Marie-Pierre Dubois du CEFE-CNRS, Isabelle Charrier et Olivier Adam de l’Institut des neurosciences Paris-Saclay, Yvan Duhamel du Centre Pro3D de l’Université de Montpellier. Nous remercions également toutes les équipes des parcs et des fondations Oceanogràfic (Valence, Espagne) et Loro Parque (Tenerife, Espagne) et de l’association CETAMADA pour leur accueil et leur support technique.

Aurélie Célérier a reçu des financements de l'ANR (ANR-21-CE02-0020) et Programme de Soutien à la recherche de l'Université de Montpellier

Angelo Torrente a reçu des financements de University of Montpellier "Soutien à la Recherche, programme d’excellence I-site" pour bourse PostDoctoral, le CNRS appel à projet Biologie Marine et MITI et Anses pour le projets TOXMIX et OptoFish

Bertrand Bouchard ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Dans un groupe, les rôles de leader, de travailleur ou encore de profiteur, semblent parfois se répartir naturellement, comme si ces qualités étaient innées. De la même façon, l’idée de « leader naturel » suggère que certaines compétences seraient héritées, ce qui déterminerait notre place dans la société. Aujourd’hui, les neurosciences montrent que la distribution des rôles n’est ni purement innée ni purement situationnelle : le hasard des premières interactions fait diverger les stratégies individuelles et, une fois adoptés, ces rôles s’inscrivent dans le cerveau et persistent.

Un profiteur ne l’est pas par nature – il faut notamment qu’un profiteur ait quelqu’un de qui profiter. Comme tout le monde ne peut être profiteur en même temps, le rôle est contraint par le groupe et n’existe que par sa relation à l’autre. Mais si les rôles de chaque individu au sein d’un groupe ne sont ni prédestinés, ni purement liés à des situations ponctuelles, alors comment se distribuent-ils ? Autrement dit, qui devient quoi et pourquoi ? Quand et comment ces rôles sont-ils stabilisés ?

Ces questions, traditionnellement traitées par les sciences sociales et l’éthologie, sont aujourd’hui abordées par les neurosciences. Celles-ci apportent un éclairage nouveau sur l’émergence de ces rôles sociaux en regardant comment ceux-ci s’expriment dans le système nerveux.

Ainsi, nos travaux, publiés en avril dans Nature, mettent en évidence qu’un rôle social – profiteur, travailleur, collaborateur – ne préexiste pas à l’individu et ne se réduit pas non plus à une situation. Nous montrons que ces rôles émergent d’un faisceau d’interactions où le hasard joue un rôle initial décisif ; et que ce n’est qu’après qu’il s’inscrit dans la structure et l’activité du cerveau, ce qui lui confère une stabilité remarquable.

En d’autres termes, l’émergence des rôles sociaux a une nature double : elle est contingente à l’origine, puis persistante.

La dynamique d’émergence des rôles remet en question deux idées reçues : la rigidité des structures sociales, dont les systèmes de castes chez les insectes sont souvent cités comme exemples emblématiques, et le déterminisme individuel, incarné par les théories qui font de la sélection de compétences génétiquement déterminées le moteur inévitable de l’émergence des rôles sociaux.

Coopération et compétition chez les souris

Pour aborder ces questions, il nous a fallu combiner des approches comportementales permettant d’observer et de quantifier les comportements de souris en continu pendant plusieurs jours et des approches théoriques pour essayer d’expliquer les mécanismes sous-jacents et enfin des enregistrements neurophysiologiques mesurant l’activité cérébrale.

Pour analyser les comportements des souris, nous avons utilisé une large arène carrée possédant plusieurs compartiments avec chacun leur spécificité : consommation d’eau, de nourriture ou nid de repos. Les souris sont génétiquement identiques, du même âge, élevées dans des conditions standardisées et aucune n’a d’expérience préalable de la tâche. Pour se nourrir, une souris devait collecter une centaine de granulés de nourriture par jour, libérés un par un en appuyant sur un levier situé à quelques secondes de déplacement. Toutes les souris, que ce soit seules ou en groupe, apprennent la tâche en quelques heures. Un système de suivi vidéo en continu et d’identification automatique permet d’enregistrer chacun des déplacements pendant des semaines sans nécessiter la présence d’un observateur, préservant ainsi le cycle naturel d’activité nocturne des souris.

Chez les animaux placés seuls dans la cage, deux stratégies émergent. Certains appuient et collectent la nourriture dans la foulée, d’autres laissent les granulés s’accumuler avant de les consommer plus tard. Les femelles accumulent un peu plus que les mâles, cependant cette différence est modeste, rien qui n’annonce réellement les rôles sociaux que nous avons observés en groupe.

Lorsque les animaux sont plusieurs dans la cage, avec un même levier et un distributeur, ils se trouvent dans la situation de devoir ajuster leur comportement les uns par rapport aux autres. Une division du travail peut alors apparaître. C’est ce qu’on observe avec trois souris, situation dans laquelle des changements de comportement radicaux s’opèrent et où les rôles sociaux apparaissent.

Tous les animaux se nourrissent à leur faim, mais certains – les profiteurs – ne pressent que très peu le levier relativement à leur consommation, d’autres appuient beaucoup plus qu’ils ne consomment (les travailleurs) et enfin certains accumulent (les accumulateurs). Ces trois profils ne sont pas distribués au hasard dans les cages : les travailleurs cohabitent avec les profiteurs, formant une organisation sociale différenciée régie par la compétition, tandis que les accumulateurs vivent entre eux au sein d’une organisation non compétitive. Cette différence tient au couplage entre appui et consommation : dans la condition compétitive, celui qui appuie veut manger immédiatement, ce qui crée la rivalité et la possibilité qu’un congénère présent à proximité du distributeur lui prenne le granulé. Dans la condition non compétitive, les deux sont découplés – chacun appuie quand il veut, mange quand il veut, sans course à la nourriture, encore faut-il que l’ensemble du groupe adopte cette stratégie.

De manière surprenante, cette double organisation, compétitive ou non, est associée au sexe des animaux : 75 % des triades femelles sont uniformes et accumulent, alors que 76 % des triades mâles montrent des structures compétitives avec à la fois des profiteurs et des travailleurs. On est loin des petites différences entre mâles et femelles que l’on voyait lorsque les animaux étaient placés seuls dans la tâche.

Quand le cerveau libère de la dopamine

De plus, les enregistrements de l’activité des neurones dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale révèlent que chaque rôle est associé à une signature neurale distincte. Pour comprendre cela, il faut rappeler que les neurones dopaminergiques signalent les récompenses par une augmentation transitoire de leur activité – ce signal permet à un individu de savoir si un événement vaut la peine d’être appris ou recherché.

Ainsi, chez les travailleurs, une augmentation de l’activité dopaminergique accompagne leur propre appui sur le levier une fois le rôle installé. Chez les profiteurs en revanche, ce même signal survient lorsqu’un congénère appuie sur le levier. Le cerveau du profiteur a donc appris que le travail d’autrui, et non le sien, prédit l’obtention de nourriture. Ce premier signal montre que les rôles sont ancrés par un mécanisme de renforcement expliquant ainsi que, une fois établis, les rôles ne s’échangent pas d’un jour à l’autre.

Par ailleurs, l’activité dopaminergique au repos est plus élevée chez les mâles que chez les femelles à l’issue de l’expérience, une différence absente avant la vie en groupe. Ceci reflète l’empreinte neuronale laissée par la tâche et la différenciation du fonctionnement cérébral.

Un modèle pour différencier les stratégies menant aux rôles sociaux

Un modèle computationnel d’apprentissage par renforcement révèle un mécanisme sous-jacent.

Le fonctionnement de ce modèle dépend d’un « paramètre d’exploitation » β, mesurant le degré d’exploitation d’une action connue comme gagnante – ici, presser le levier pour manger immédiatement – par opposition à la poursuite d’une exploration des autres possibilités. Un β faible indique un animal peu pressé, qui continue à tester d’autres options ; un β élevé reflète au contraire un engagement marqué dans la séquence levier-nourriture.

Le modèle montre, qu’en fonction de β, différentes stratégies de groupe émergent. Si β est faible, les animaux ne se spécialisent pas et ont tous la même stratégie d’accumulation – ce qu’on observe chez les femelles. Au contraire, si β est élevé, les individus se spécialisent spontanément, au travers de ce que l’on appelle une brisure de symétrie : les individus n’ont d’autre choix que de se spécialiser et d’être soit travailleur, soit profiteur. C’est ce qu’on observe chez les mâles.

Cette spécialisation se produit même si les individus sont parfaitement identiques et partagent le même β : ce sont les contingences des premières interactions qui décident qui deviendra travailleur et qui deviendra profiteur. Imaginons deux mâles identiques au β élevé placés ensemble pour la première fois. Par hasard, l’un atteint le distributeur de nourriture quelques secondes avant l’autre. Cette légère avance suffit : son cerveau associe la séquence aller au distributeur à une récompense, renforçant sa tendance à reproduire ce comportement. L’autre, arrivé trop tard, trouve la nourriture déjà consommée et se tourne vers le levier pour en produire lui-même. En quelques cycles, l’un est devenu profiteur, l’autre travailleur. Non pas parce qu’ils étaient différents au départ, mais parce que le hasard d’un premier instant a enclenché deux boucles de renforcement divergentes. Chez les femelles, un β faible signifie qu’aucun individu ne s’engage assez fortement dans la séquence levier-nourriture pour qu’une rivalité s’installe. Toutes restent dans le découplage temporel entre appui et consommation, et le groupe converge vers l’uniformité.

Ce résultat invite à reconsidérer l’idée que les rôles sociaux reflètent des qualités individuelles préexistantes. C’est le groupe qui fabrique les différences de rôles, pas l’inverse. Enfin, ce modèle pose la question du support biologique du paramètre β.

Faire basculer les rôles : du contexte social à la dopamine

Nous avons testé cette idée plus précisément au travers d’expériences supplémentaires.

Une première série d’expériences nous a permis de montrer que le contexte social est important. Si deux femelles sont installées avec un mâle, le comportement du groupe est compétitif. Les mâles sont préférentiellement des profiteurs et les femelles se partagent entre profiteurs et travailleurs. Le profil d’accumulateurs que les femelles adoptent spontanément lorsqu’elles sont entre elles n’est donc pas fixé par avance. Les femelles peuvent adopter des comportements coopératifs ou compétitifs, selon le contexte.

La dopamine est un des paramètres qui contrôle ce seuil entre groupes différenciés compétitifs et groupes homogènes. Lorsqu’on manipule l’activité des neurones dopaminergiques par optogénétique, avant de placer les souris dans la tâche, les structures sociales qui émergent s’en trouvent modifiées. Inhiber l’activité dopaminergique chez des triades femelles suffit à faire apparaître une compétition et une différenciation comparables à celles observées chez les mâles ; à l’inverse, l’augmenter chez les mâles efface leur différenciation et fait converger le groupe vers un profil uniforme.

Ce double résultat révèle une asymétrie instructive : ce que l’on mesure naturellement après la tâche – un tonus dopaminergique plus élevé chez les mâles – reflète l’empreinte de la spécialisation acquise ; ce que l’on fait artificiellement avant la tâche modifie la capacité du système à se différencier, et ce dans le sens inverse de ce qu’on pourrait naïvement attendre. Ce qui compte n’est pas tant le niveau global de dopamine, que la capacité du système dopaminergique à signaler des événements précis. Cette capacité est altérée précisément par la modulation du niveau global de dopamine. L’activité dopaminergique agit ainsi sur le β, réglant non seulement le comportement individuel, mais aussi l’aptitude du groupe à se diversifier.

En somme, le rôle au sein d’un groupe n’est ni une propriété de l’individu ni un effet pur de situation. C’est un état dynamique, entretenu par une boucle entre l’expérience sociale et l’activité du cerveau. Les rôles sont distribués au travers d’une émergence collective, et non pas a priori. Cette double propriété, flexible à l’origine, durable à l’arrivée, fait écho à ce que l’on observe sans doute, au-delà des souris, dans de nombreux systèmes sociaux.

Si l’on veut comprendre pourquoi certaines positions sociales perdurent, il faudra peut-être chercher non pas du côté des individus seuls, mais plutôt des boucles de relations causales qu’entretiennent l’activité des cerveaux individuels et les interactions collectives.

Les projets VarSeek : Bases neurales de la variabilité dans les stratégies de recherche de récompense et conséquences pour la susceptibilité à la nicotine et Social-VIP : Organisation sociale et variabilité individuelle dans l’adaptation neuronale et la vulnérabilité psychiatrique sont soutenus par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. L’ANR a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Philippe Faure ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son poste au CNRS. Son équipe de recherche a reçu des financements de la Fondation pour la Recherche Médicale (FRM), de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR-25-CE37-6088-01 Social-VIP, ANR-23-CE37-0017-01 VARSEEK), de l’IReSP et de l’INCa.

Bruno Delord ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son poste à Sorbonne Université. Son équipe de recherche a reçu des financements de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR): ANR VarSeek

Clément Solié a reçu des financements de la Fondation pour la Recherche Médicale (FRM) et de la Fondation des Treilles.

Notre nouveau modèle d’intelligence artificielle permet de prévoir les ondes de tempêtes extrêmes – ces rehaussements importants du niveau de la mer sur le littoral causés par les vents d’une grande dépression – avec une grande précision, y compris dans les conditions climatiques futures. Ce modèle d’IA fonctionnant rapidement, il peut aider les chercheurs et les professionnels à mieux évaluer les risques d’inondation côtière, et à mieux planifier les mesures d’adaptation.

Le niveau de la mer monte, et avec lui, les risques liés aux événements côtiers extrêmes tels que les ondes de tempête – des élévations temporaires du niveau de la mer causées principalement par des tempêtes, qui comptent parmi les principaux facteurs à l’origine des inondations côtières. Alors que plus de 10 % de la population mondiale vit dans des régions côtières de faible altitude, la combinaison d’une élévation progressive du niveau moyen de la mer et d’événements extrêmes de plus en plus intenses représente une menace croissante.

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Pour les urbanistes et les décideurs politiques chargés des zones côtières, l’enjeu principal ne réside pas seulement dans l’élévation prévue du niveau moyen de la mer, mais aussi dans l’évolution des événements extrêmes, que ce soit en matière de probabilité ou de gravité. En effet, la conception des infrastructures, l’urbanisme et la préparation aux catastrophes reposent sur des scénarios, établis scientifiquement, de tels événements extrêmes.

Cependant, la projection d’événements extrêmes liés au niveau de la mer reste un défi scientifique majeur, car ceux-ci sont le résultat d’interactions complexes et non linéaires entre les marées, les forçages atmosphériques, la dynamique océanique et les caractéristiques côtières locales.

Cela signifie que les incertitudes dans les projections de ces événements extrêmes restent en grande partie non quantifiées. Par exemple, de petites différences dans les hypothèses des modèles peuvent entraîner de grandes différences dans les résultats prévus, en particulier pour les événements extrêmes. Ces incertitudes ont des implications importantes pour les planificateurs, la protection civile et, en fin de compte, la protection des vies humaines et des biens.

À l’heure actuelle, l’efficacité des modèles d’IA ouvre de nouvelles possibilités. En effet, comme ceux-ci peuvent générer des prévisions beaucoup plus rapidement que les modèles basés sur les lois physiques, ils permettent d’explorer de vastes ensembles de scénarios futurs, ce qui serait d’un coût prohibitif si l’on utilisait uniquement des modèles traditionnels (basés sur la physique). Considérer de nombreux scénarios est particulièrement important pour évaluer les risques, car il s’agit de comprendre la probabilité d’événements rares mais catastrophiques.

Une approche combinant IA et physique pour un risque en mutation

Les modèles traditionnels fondés sur la physique, qui utilisent les lois physiques pour représenter le mouvement des eaux côtières, peuvent simuler ces processus en détail, mais ils sont coûteux en matière de calcul, ce qui rend difficile l’exploration d’un large éventail de scénarios futurs et d’incertitudes.

Parallèlement, les systèmes d’intelligence artificielle sont de plus en plus utilisés en sciences du climat, car ils offrent de nouvelles possibilités pour surmonter ces défis.

Cependant, leur fiabilité reste incertaine dans ce contexte, notamment en raison de deux défis majeurs : la représentation limitée des événements extrêmes rares mais à fort impact dans les données d’apprentissage, et la nécessité de généraliser les résultats – de manière robuste – à des conditions climatiques futures qui pourraient différer considérablement de celles observées historiquement.

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L’IA et la modélisation physique sont des outils complémentaires : les modèles physiques restent essentiels pour représenter les processus sous-jacents et pour générer les données de haute qualité nécessaires à l’entraînement et à la validation des modèles d’IA, et, en fin de compte, pour instaurer la confiance dans leur homologue IA.

En combinant le réalisme physique des modèles traditionnels avec l’efficacité et la flexibilité de l’IA, les scientifiques développent une nouvelle génération d’outils pour l’évaluation des risques côtiers.

Ces outils seront essentiels pour éclairer les stratégies d’adaptation, aidant les sociétés à mieux se préparer à un avenir où les événements extrêmes liés au niveau de la mer pourraient devenir plus fréquents et plus graves.

Nos résultats suggèrent que l’IA peut être utilisée de manière fiable pour prévoir des événements extrêmes liés au niveau de la mer, rares mais à fort impact. De plus, les modèles d’IA, en permettant la génération rapide de scénarios et des tests de sensibilité, fournissent un nouvel outil pour mieux caractériser ces incertitudes.

Un nouvel « émulateur » d’IA pour la prévision des ondes de tempêtes extrêmes

Dans notre récente étude publiée dans Earth’s Future, nous avons cherché à déterminer si des modèles d’IA peuvent prédire avec précision des événements extrêmes liés au niveau de la mer, lorsqu’ils sont entraînés à émuler les résultats de simulations et de projections fondées sur la physique. En d’autres termes, nos modèles d’IA visent à apprendre à reproduire les résultats de ces modèles plus complexes, mais beaucoup plus rapidement.

Nos résultats montrent que les émulateurs d’IA parviennent à appréhender la dynamique complexe sous-jacente aux ondes de tempête et à reproduire les événements extrêmes avec une grande précision, y compris dans des scénarios futurs, par rapport aux projections disponibles jusqu’au milieu du XXIᵉ siècle.

Pour le démontrer, nous avons développé un cadre permettant d’améliorer la capacité des modèles d’IA à représenter les ondes de tempêtes extrêmes et de vérifier si leurs prévisions restent fiables dans des scénarios futurs.

Nous nous sommes concentrés sur la zone côtière de New York comme étude de cas, car elle est très exposée aux inondations côtières, avec une population dense, des infrastructures critiques et des actifs économiques majeurs – et parce qu’elle a connu des ondes de tempêtes dévastatrices dans l’histoire récente, comme lors de l’ouragan Sandy en 2012, qui a causé de nombreux décès et plus de 60 milliards de dollars (51,9 milliards d’euros) de dommages économiques.

Notre émulateur d’IA s’appuie sur des simulations fondées sur la physique (qui sont issues du Global Tide and Surge Model (GTSM), librement accessibles) non seulement pour l’entraînement, mais aussi pour évaluer sa fiabilité dans différentes conditions climatiques, y compris des scénarios futurs.

Limites actuelles et prochaines étapes

La prochaine étape consiste à tester plus en profondeur la robustesse de ces outils d’IA sur un éventail plus large de scénarios climatiques et à les intégrer dans des cadres opérationnels d’évaluation des risques ainsi que dans des services mondiaux de données climatiques fournissant des informations hydroclimatiques et côtières aux décideurs, tels que l’Aqueduct Flood Risk Analyzer et le Copernicus Climate Data Store.

Plus largement, les modèles d’IA ont le potentiel de répondre à plusieurs besoins critiques en matière d’analyse des risques côtiers, mais d’importantes lacunes subsistent.

Il s’agit notamment d’améliorer et de quantifier rigoureusement leur transférabilité à travers un large éventail de scénarios futurs, de mieux représenter les incertitudes associées aux paramètres physiques intégrés dans les données d’apprentissage, et d’évaluer dans quelle mesure ces modèles se généralisent à différentes localisations géographiques.

Il sera essentiel de clarifier les limites de leurs capacités d’extrapolation pour renforcer la confiance dans leur utilisation à des fins de prise de décision, en particulier dans des conditions inédites, dues au changement climatique et à la non-stationnarité (c’est-à-dire les changements de régimes climatiques et des phénomènes extrêmes plus intenses que ceux observés auparavant), et qui se situent donc en dehors de la fourchette couverte par les observations passées ou les simulations fondées sur la physique que nous avons utilisées pour entraîner les modèles d’IA.

Le mécénat scientifique d’AXA fait désormais partie du Fonds Axa pour le progrès humain, qui regroupe les engagements philanthropiques du Groupe et des mutuelles d’assurance Axa dans les domaines de la science, de la nature, de la solidarité et de la culture. Avant 2025, ce mécénat scientifique global était assuré par le Fonds Axa pour la recherche, qui a soutenu plus de 750 projets à travers le monde depuis sa création en 2007. Pour en savoir plus, rendez-vous sur Fonds Axa pour le progrès humain.

Andrea Ficchì a reçu une bourse de recherche postdoctorale du Fonds AXA pour la Recherche (aujourd'hui Fonds Axa pour le progrès humain) dans le cadre de l'appel à candidatures lancé conjointement par le Fonds AXA pour la Recherche et la Commission Océanographique Intergouvernementale de l'UNESCO à l'occasion de la Décennie de l'Océan.

Emiliano Longo est membre de la CMCC Foundation (Euro-Mediterranean Center on Climate Change). Il a reçu des financements de Politecnico di Milano.