Dans un monde où l’information est devenue à la fois omniprésente et suspecte, la destruction délibérée de bases de données scientifiques évoque de sombres souvenirs historiques. Elle représente une menace sérieuse pour l’avenir de la connaissance partagée, le progrès scientifique global et, plus fondamentalement, la richesse des nations.

Depuis le 20 janvier 2025, l’administration aux commandes de la première puissance mondiale mène une campagne méthodique contre les données, particulièrement celles à caractère scientifique. Plus de 3 400 jeux de données, dont 2 000 à vocation scientifique, ont été supprimés des sites gouvernementaux américains. Cette offensive cible prioritairement les informations relatives au changement climatique, à la santé publique et à l’équité sociale. L’armée américaine a ainsi reçu l’ordre de supprimer tout contenu mettant en valeur ses efforts de diversité, y compris les images historiques des premières femmes ayant réussi l’entraînement pour intégrer l’infanterie du corps des Marines !

Des données cruciales de santé publique concernant l’obésité, les taux de suicide, le tabagisme chez les adolescents et les comportements sexuels ont également disparu des sites web du Center for Disease Control (CDC), l’équivalent états-unien de notre direction de maladies infectueuses (DMI) dont le rôle est de surveiller notamment les pandémies. Malgré une injonction judiciaire ordonnant la restauration de ces informations, des questions persistent quant à l’intégrité des données reconstituées.

Par ailleurs, des préoccupations émergent concernant la manipulation potentielle des statistiques économiques. Cette purge numérique s’accompagne d’interruptions de projets de recherche, de réductions drastiques des moyens et de licenciements de scientifiques de premier plan, notamment Kate Calvin, scientifique en chef de la Nasa.

L’administration a également ordonné la fin des échanges scientifiques internationaux, notamment entre la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et l’Institut français de recherche pour l’exploitation de la mer (Ifremer). Cela fait craindre pour la précision des alertes sur les évènements majeurs, comme on avait pu le voir lors du Sharpiegate, où l’actuel président et les équipes le soutenant (dont l’actuel administrateur du NOAA déjà en poste à l’époque) avaient falsifié des cartes météo pour donner raison au président quant à la direction du cyclone « Dorian », et ce, contre l’évidence scientifique. Or, la précision de ces alertes est fondamentale pour sauver des vies.

Face à cette situation alarmante, certes, une résistance s’organise : des chercheurs tentent désespérément de préserver les données avant leur destruction. Malheureusement, la vitesse des coups portés à la preuve scientifique rend ces réponses bien dérisoires.

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Une menace croissante pour le patrimoine scientifique mondial

Ce phénomène où des ensembles de données scientifiques, fruits de décennies de recherche minutieuse, sont anéantis sans considération pour leur valeur intrinsèque, ou verrouillés par des entités privées échappant largement au contrôle démocratique, interroge d’autant plus que ces mêmes acteurs ont souvent tiré profit des avancées permises par le libre partage des connaissances, par exemple les recherches introduisant l’architecture dite Transformer, publiées dans l’article « Attention Is All You Need » ont directement permis le développement du modèle commercial de Meta : LLaMA.

Dans ce contexte, la destruction de ces données représente non seulement une perte intellectuelle massive, mais aussi un non-sens économique flagrant. Comment justifier l’anéantissement d’actifs dont la valeur, bien que difficile à quantifier avec précision, est manifestement considérable ?

Évaluer l’inestimable : la valeur économique des données scientifiques

La valeur des données en tant qu’actif économique pour les nations et les entreprises est désormais un fait établi, documenté et largement accepté dans la littérature académique. Plusieurs méthodologies permettent d’évaluer cette valeur : le coût historique, les bénéfices futurs actualisés et la valeur de remplacement. Les coûts pour l’économie états-unienne sont donc aujourd’hui immédiatement quantifiables et dantesques.

L’approche par le coût historique consiste à calculer l’investissement total nécessaire à la production des données, incluant le financement de recherche, le temps de travail des chercheurs et l’infrastructure mobilisée. Mais certains soulignent que cette méthode comptable traditionnelle enregistre la valeur d’un actif à son coût d’acquisition initial, sans tenir compte des variations ultérieures de sa valeur. Aussi, la méthode des bénéfices futurs actualisés estime les avancées scientifiques et innovations potentielles découlant de l’exploitation des données sur plusieurs décennies. Elle permet de ramener les coûts et bénéfices futurs à leur valeur présente, ce qui est particulièrement pertinent pour les données scientifiques dont la valeur se déploie souvent sur le long terme.

Quant à la méthode de la valeur de remplacement, elle évalue le coût qu’impliquerait la reconstitution complète des bases de données si elles venaient à disparaître. L’OCDE recommande cette approche pour estimer la valeur des actifs de données, particulièrement lorsque les données sont uniques ou difficilement reproductibles, ce qui est clairement le cas des données de recherche. Aussi, la reconnaissance des données comme actif économique majeur est désormais bien établie, au même titre que tous autres actifs immatériels, désormais centraux dans l’économie moderne. Les données sont de la sorte devenues un facteur de production distinct, au même titre que le capital et le travail.

Une estimation conservatrice basée sur ces approches révèle que chaque jeu de données scientifiques majeur représente potentiellement des milliards d’euros de valeur. À titre d’exemple, le génome humain, dont le séquençage initial a coûté environ 2,7 milliards de dollars en quinze ans, a généré une valeur économique estimée à plus de 1 000 milliards de dollars US à travers diverses applications médicales et biotechnologiques, sans compter les recettes fiscales associées.

L’absurdité économique de la destruction et de la pollution informationnelle

Dans le contexte actuel, où l’intelligence artificielle (IA) se développe à un rythme fulgurant, le volume et la qualité des données deviennent des enjeux cruciaux. Le principe bien connu en informatique de « garbage in, garbage out » (ou GIGO, des données de mauvaise qualité produiront des résultats médiocres) s’applique plus que jamais aux systèmes d’IA qui sont dépendants de données de qualité pour assurer un entraînement des algorithmes efficients.

Ainsi, la destruction et la reconstruction erratique de sets de données à laquelle nous assistons aujourd’hui (on ne peut établir à ce stade que les données détruites ont été ou seront reconstituées avec sérieux et un niveau suffisant de qualité) génèrent une contamination délibérée ou négligente de l’écosystème informationnel par des données incorrectes, peut-être falsifiées ou biaisées.

Il y a là une double destruction de valeur : d’une part, par la compromission de l’intégrité des bases de données existantes, fruit d’investissements considérables ; d’autre part, en affectant la qualité des modèles d’IA entraînés sur ces données, perpétuant ainsi les biais et les erreurs dans des technologies appelées à jouer un rôle croissant dans nos sociétés. Sans données fiables et représentatives, comment espérer développer des systèmes d’IA sans biais et dignes de confiance ?

L’Europe comme sanctuaire de la donnée scientifique et terre d’accueil d’une IA éthique ?

Face à ces défis, l’Union européenne dispose d’atouts considérables pour s’imposer comme le gardien d’une science ouverte mais rigoureuse et le berceau d’une IA responsable. Son cadre réglementaire pionnier, illustré par le RGPD et l’AI Act, démontre sa capacité à établir des normes qualitatives élevées. Le cadre du RGPD permet de « concilier la protection des droits fondamentaux et la conduite des activités de recherche ». L’AI Act, entré en vigueur le 1^er août 2024, entend « favoriser le développement et le déploiement responsables de l’intelligence artificielle dans l’UE », notamment dans des domaines sensibles comme la santé. L’Europe régule non pas pour porter atteinte à la liberté d’expression, mais, au contraire, pour proposer un environnement d’affaires sûr, de confiance et pacifié.

L’Union européenne pourrait donc créer un véritable « sanctuaire numérique » pour les données scientifiques mondiales, garantissant leur préservation, leur accessibilité et leur utilisation éthique. Ce sanctuaire reposerait sur trois piliers complémentaires dont l’essentiel est déjà en place du fait de la stratégie digitale :

• un système d’archivage pérenne et sécurisé des données de recherche assurant leur préservation ;

• des protocoles de partage ouverts mais encadrés, favorisant la collaboration internationale tout en protégeant l’intégrité des données ;

• et un cadre d’utilisation garantissant que l’exploitation des données, notamment pour l’entraînement d’IA, respecte des principes éthiques clairs.

Caroline Gans Combe a reçu des financements de l'Union Européenne dans le cadre de sa participation aux projets de recherche DEFORM et ProRes.

Nul besoin de connexion satellite pour que les abeilles et les fourmis retrouvent le chemin de leurs foyers. Leurs stratégies reposent sur des perceptions de l’environnement bien différentes de la nôtre, que décortiquent certains roboticiens… pour mieux les imiter.

Les insectes navigateurs possèdent de minuscules cervelles, de seulement un millimètre cube et pourtant… n’y aurait-il pas plus d’intelligence chez eux que ce que l’on imagine ?

Dans une certaine mesure, ces petits animaux sont plus performants en matière d’orientation spatiale que votre application mobile de navigation favorite et que les robots taxis américains… Ils n’ont pas besoin de se connecter à Internet pour retrouver leur foyer et consomment une quantité d’énergie absolument minuscule par rapport au supercalculateur dédié à la conduite autonome de Tesla.

Le biomimétisme consiste à puiser dans les multiples sources d’inspiration que nous offre la nature, qu’il s’agisse des formes — comme le design du nez du train Shinkansen 500, inspiré du bec du martin-pêcheur ; des matériaux — comme les écrans solaires anti-UV basés sur les algues rouges ; ou bien encore des synergies et des écosystèmes durables — comme la myrmécochorie qui utilise les fourmis pour accélérer la dispersion des graines et réparer plus vite les écosystèmes.

En effet, les solutions sélectionnées dans la nature se sont perfectionnées au long de l’évolution. Les yeux des insectes et leur traitement des images en sont un exemple frappant. Leur étude a donné naissance à de nouvelles caméras bio-inspirées dites « événementielles » ultrarapides. Les pixels de ses caméras sont lus et traités uniquement lorsqu’un changement de luminosité est détecté par un pixel et l’information est codée par des impulsions de très courte durée réduisant de facto la consommation énergétique et les temps de calcul. Ces petits animaux représentent alors une véritable banque de solutions pour les roboticiens, pour résoudre certains problèmes auxquels nous sommes confrontés.

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La biorobotique a ainsi pour finalité de comprendre le comportement animal au moyen de robots mobiles imitant soit leur système perceptif, soit leur mode de locomotion, ou bien encore le couplage entre ces deux systèmes.

Les résultats obtenus sont parfois contre-intuitifs pour les roboticiens et les roboticiennes. La biorobotique propose d’explorer la navigation autonome « déconnectée » ou « en mode avion », exploitant uniquement la lumière réfléchie par l’environnent ou diffusée par le ciel comme le font les insectes navigateurs pour trouver leur cap de manière optique ou bien les oiseaux pour se géolocaliser visuellement. Nous espérons que ces recherches permettront aux véhicules intelligents d’atteindre le même niveau d’agilité et de résilience que les insectes ou oiseaux navigateurs, abeilles mellifères et fourmis du désert en tête.

Voir son environnement comme un insecte : moins précis peut-être, mais parfois plus efficace

De façon surprenante, les insectes navigateurs possèdent une acuité visuelle plutôt mauvaise. Ainsi, les fourmis navigatrices possèdent une vision 300 fois moins précise que celle des humains en termes d’« acuité fovéale », qui est la capacité à discerner un petit objet à grande distance. De leur côté, les abeilles mellifères possèdent une vision 100 fois moins précise que les humains, mais elles réalisent pourtant quotidiennement des trajets de plusieurs kilomètres par jour, jusqu’à 13 kilomètres de la ruche… alors qu’elles ne mesurent que treize millimètres.

Cette distance représente un million de fois leur longueur de corps. C’est comme si un humain voyageait 1 000 kilomètres et était capable de retrouver son foyer sans demander d’aide à son téléphone. Il est tout à fait stupéfiant qu’un aussi petit animal soit capable de localiser sa ruche et de retrouver sa colonie à chaque sortie — avec seulement un million de neurones et 48 000 photorécepteurs par œil (contre 127 millions pour l’œil humain).

Le secret de ces insectes est l’« odométrie visuelle », c’est-à-dire l’aptitude à mesurer les distances en voyant le sol défiler entre les différents points de sa route aérienne, entre autres, mais aussi la reconnaissance de route par familiarité visuelle à très basse résolution et la vision de la polarisation du ciel pour trouver le cap à suivre.

Pour imiter l’œil des insectes, nous avons développé en 2013 le premier capteur visuel miniature (1,75 gramme) de type œil composé de 630 petits yeux élémentaires, appelé CurvACE.

Ce capteur, aux performances toujours inégalées à ce jour, est capable de mesurer des vitesses de défilement de contrastes visuels, que ce soit par un clair de lune ou une journée très ensoleillée. L’avantage majeur de cet œil composé est son large champ visuel panoramique horizontal de 180° et vertical de 60° pour une taille de seulement 15 millimètres de diamètre et une consommation de quelques milliwatts. Même si les récepteurs GPS consomment autant que le capteur CurvACE, les calculs effectués pour déterminer votre position à partir des signaux satellitaires sont extrêmement coûteux. C’est pour cela que la navigation sur smartphone est très consommatrice d’énergie. À cela, il faut ajouter le coût énergétique et écologique de l’entretien des constellations de satellites.

Puis, nous avons équipé un drone miniature de 80 grammes d’une paire de capteurs CurvACE, grâce auxquels il peut suivre un relief accidenté. Ce type de capteur pesant seulement quelques milligrammes pourrait équiper les drones de demain.

Naviguer sans dispositif de géolocalisation, ou comment déterminer la direction à prendre comme une fourmi du désert

Les fourmis du désert Cataglyphis, que l’on retrouve principalement en milieux désertiques et sur le pourtour méditerranéen, sont capables de parcourir jusqu’à un kilomètre pour trouver leur nourriture, puis de rentrer au nid en moins de trente minutes, sur un sol pouvant atteindre plus de 50 °C. Pour cela, la fourmi compte ses pas, exploite l’« odométrie visuelle », et trouve son cap en observant la lumière diffusée par le ciel.

Notre robot fourmi AntBot est équipé de capteurs visuels inspirés des fourmis. Le premier est une boussole optique constituée de deux photorécepteurs sensibles au rayonnement ultraviolet et surmontés de filtres polarisants. En faisant tourner ces filtres, il est possible de scanner le ciel pour trouver l’axe de symétrie de motif de polarisation du ciel représentant une direction à suivre, puis de déterminer le cap du robot avec une précision inférieure à 0,5° représentant la taille optique de la lune ou du soleil dans le ciel.

Le second capteur est une rétine artificielle composée de 12 photorécepteurs, dénommé M2APix, qui s’adaptent aux changements de luminosité comme l’œil composé artificiel CurvACE. La distance est alors calculée en combinant le comptage de pas et le défilement optique, comme le font les fourmis du désert.

Testé sous diverses couvertures nuageuses, le robot AntBot s’est repositionné de façon autonome avec une erreur de sept centimètres, soit une valeur presque 100 fois plus faible que celle d’un dispositif de géolocalisation après un trajet de quinze mètres. Ce mode de navigation pourrait être intégré aux véhicules autonomes et intelligents afin de fiabiliser les systèmes de navigation autonomes par la combinaison de différentes façons de mesurer sa position.

En effet, les signaux de géolocalisation sont actuellement émis par des satellites au moyen d’ondes électromagnétiques de fréquences allant de 1,1 GHz à 2,5 GHz, très voisine de celles de la téléphonie mobile et peuvent être brouillés ou usurpés par un émetteur terrestre émettant un signal identique à celui d’un satellite. Bénéficier d’un dispositif capable de se localiser de façon autonome, sans se connecter à une entité extérieure, permettra de fiabiliser les véhicules autonomes sans pour autant consommer plus d’énergie et de ressources pour les faire fonctionner.

Julien Serres a reçu des financements de la part de l'Agence de l'Innovation Défense (AID), du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), d'Aix Marseille Université (amU), de la Fondation Amidex, de la Région Sud (Provence-Alpes-Côte d'Azur), et de la Société d'Accélération du Transfert de Technologies Sud-Est (SATT Sud-Est).

Connaissez-vous le « shifting » ? Cette pratique consiste à basculer de la réalité vers une expérience imaginaire de façon volontaire. Certains « shifteurs » racontent qu’ils sont capables de se projeter dans le monde de Harry Potter et de ressentir des sensations visuelles ou sonores.

Le confinement lors de la pandémie de Covid-19 a eu des effets significatifs sur l’activité humaine, à l’échelle de la société, bien sûr, mais également sur le plan individuel. Par exemple, une étude canadienne récente a montré que la consommation d’alcool avait augmenté pendant cette période, ce qui peut être le témoignage d’une tendance à fuir une réalité morose, privée des activités mobilisant habituellement l’intérêt. La difficulté à faire face à une réalité non souhaitée peut aussi venir expliquer l’observation d’une augmentation d’une pratique appelée « shifting » qui s’est propagée par les réseaux sociaux particulièrement au sein de la population adolescente.

Sous ce terme, on trouve une pratique qui peut se définir comme un désengagement de la réalité présente pour investir une réalité fantasmatique, souvent inspirée de la culture populaire, dans laquelle le sujet vit une expérience immersive gratifiante. Ainsi, une jeune fille se décrit basculant dans un monde inspiré de celui de Harry Potter, au sein duquel elle évolue en interagissant avec ses héros préférés. Il s’agit d’un voyage imaginaire, plus ou moins sous contrôle, interrompu par le retour à la réalité.

L’aspect « technique », qui donne son nom à cette pratique (« shifting » signifie « déplacement », « changement »), consiste dans l’aptitude à basculer de la réalité vers cette expérience imaginaire de façon volontaire. Un autre aspect souligné par les pratiquants est l’adhésion puissante à cette réalité « désirée », qui nécessite de suspendre l’incrédulité usuelle, pour apprécier pleinement le contenu de l’imagerie visuelle et sonore constituant l’expérience. C’est précisément cette adhésion et la suspension de l’incrédulité qui semblent susciter l’inquiétude de l’entourage ou des professionnels de santé, en ce qu’elles pourraient menacer l’adaptation du sujet à la réalité « vraie ».

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Un voyage mental sous contrôle

Ce que les pratiquants du shifting décrivent s’apparente à une forme de voyage mental sous contrôle.

Le voyage mental repose sur le désengagement de la situation présente pour générer une représentation mentale spécifique : par exemple, l’évocation d’un souvenir personnel repose sur l’activation d’une scène tirée du passé, qui est « rejouée » mentalement. Le voyage mental peut aussi être involontaire, avec l’irruption de souvenirs autobiographiques, ou de scènes fantaisistes, sans lien avec la réalité. Néanmoins, il demande toujours au sujet de se désengager de l’activité en cours, qui doit être suspendue, sauf s’il s’agit d’une activité routinière, de faible exigence, comme la marche, le tricot ou toute activité répétitive monotone, qui pourrait même favoriser le voyage.

Nous avons récemment publié un article de synthèse sur le voyage mental. Des travaux expérimentaux récents ont permis de mieux comprendre, chez l’animal, comment fonctionnait cette aptitude, qui n’est donc aucunement l’apanage de l’être humain, qui permet de se désengager du présent pour voyager mentalement dans l’espace et dans le temps.

Dans cet article, nous ne traiterons pas la question du « pourquoi » les adeptes du shifting font ce qu’ils font. Les neurosciences portent davantage sur le « comment », à la recherche des corrélats neuronaux des expériences subjectives.

Ainsi, nos activités mentales (et les comportements efférents) peuvent être classées en trois grands modes, entre lesquels nous naviguons en fonction des contextes :

• d’abord, le mode « exploitation », qui consiste à remplir les tâches dictées par l’environnement, sous la forme d’un certain asservissement du cerveau à ses routines,

• ensuite, le mode « exploration », lorsque nous sommes confrontés à un contexte nouveau qui nous contraint à développer des stratégies originales au résultat incertain,

• enfin, le mode « désengagé », où l’absence de contrainte environnementale nous rend susceptibles de nous livrer à une activité autonome, de « vagabondage mental » (le fameux voyage) qui consiste à tripoter des idées, ressasser le passé, envisager l’avenir, etc.

Depuis les travaux pionniers du neurologue Marcus Raichle, nous savons que ce troisième mode, considéré comme un mode « par défaut », dans lequel le sujet bascule lorsqu’il n’a rien à faire (ni exploiter ni explorer), repose sur un réseau cérébral impliquant les territoires frontaux et pariétaux.

Or, le shifting repose sur un désengagement du réel, et la réalisation d’un voyage mental « contrôlé », où le sujet maîtrise, en partie au moins, le cours de son imagerie mentale.

Les animaux sont capables de voyager mentalement

Une étude expérimentale menée chez le rat, publiée en 2023 dans la revue Science, montre que le voyage mental peut être suivi littéralement à la trace chez l’animal.

Dans cette expérience, le rat est placé sur une sphère mobile sur laquelle il se déplace dans toutes les directions. Ces déplacements sont reportés dans un environnement virtuel qui lui est présenté sur un écran placé devant lui, de sorte qu’il peut se promener à son gré dans un labyrinthe numérique, à la recherche d’une récompense délivrée lorsqu’il atteint son but.

Ce faisant, les activités des neurones de l’hippocampe, appelés « place cells » (« cellules de lieu ») parce qu’ils codent la situation de l’animal dans l’espace, sont enregistrées afin de constituer une cartographie neuronale de ses déplacements. À l’aide de ces enregistrements, et à force de répétitions des essais, les chercheurs peuvent identifier l’endroit où se trouve l’animal dans le labyrinthe.

Et c’est là que la prouesse expérimentale réside : les chercheurs débranchent la connexion de la molette de déplacement à l’environnement virtuel et connectent, à la place, l’activité des neurones hippocampiques. Ainsi, le labyrinthe dans lequel le rat se déplace n’est plus liée à ses déplacements effectifs mais au plan cérébral qu’il est en train de suivre ! Et ça marche : le rat parvient à sa destination (virtuelle) et reçoit sa récompense (réelle). En somme, il ne se déplace que « dans sa tête », et non pas dans un environnement. Il réalise parfaitement un voyage mental.

Une autre expérimentation, plus récente encore, menée chez l’animal, a permis de cibler le commutateur qui permet de basculer d’une tâche vers un désengagement de l’environnement. Des souris dont les différentes populations de neurones du noyau du raphé médian, dans le tronc cérébral, sont influencées par le dispositif expérimental peuvent basculer d’un mode à l’autre sous l’effet de l’une des trois populations (neurones à GABA, glutamate et sérotonine), correspondant aux trois catégories décrites plus haut : exploitation, exploration et désengagement.

Ainsi, la suppression de l’activité des neurones sérotoninergiques du noyau du raphé médian permet le désengagement. L’activation ou l’inhibition de l’une des trois populations de neurones permet de basculer d’un mode à l’autre. Le shifting exploite probablement ces propriétés spécifiques, tout en développant une certaine expertise du désengagement, lorsque, tout au moins, le contexte le permet.

Suspendre son incrédulité pour « shifter »

Mais pratiquer le voyage mental et désengager facilement ne doit pas suffire à faire l’expérience d’un shifting satisfaisant, il faut aussi, et c’est sans doute le point le plus critique, parvenir à suspendre son incrédulité. Celle-ci agit comme une sorte de « filtre de réalité », consistant à détecter les irrégularités de notre expérience mentale pour distinguer ce qui relève de la perception de ce qui appartient à notre propre fantaisie.

Nous pouvons tous imaginer des éléphants roses et les classer correctement dans les produits de cette imagination. Durant le sommeil, les structures qui assurent ce discernement entre fantaisie et réalité (le cortex orbitofrontal et le gyrus cingulaire antérieur) ont une activité qui est suffisamment inactivée pour que nous puissions adhérer au contenu de nos rêves, en dépit de leur caractère fantastique.

Au cours de l’hypnose, ces processus de critique de la réalité sont également mis au repos, de sorte que nous pouvons adhérer à des représentations erronées (par exemple, mon bras est paralysé). Il est vraisemblable qu’un tel processus, comme le suggèrent les méthodes proposées pour faciliter le shifting, et qui sont évocatrices d’une forme d’autohypnose, soit à l’œuvre pour que le sujet adhère au contenu de son voyage.

La pratique du « shifting » consiste donc à exploiter une propriété générale, propre à l’humain et à de nombreux animaux probablement, qui est de pouvoir s’abstraire du réel pour se projeter dans un monde imaginaire, réalisant un voyage mental. Nous commençons à connaître les opérateurs cérébraux de cette expérience, mais son contenu subjectif reste hors de portée : c’est bien ce qui fait toute sa magie.

Laurent Vercueil 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.

Le sucre est un carburant énergétique indispensable. Il est préférable de le consommer sous la forme d’un apport en sucres lents, limitant ainsi le risque de diabète. Son goût nous procure du plaisir, mais peut-on le comparer à une drogue ?

Le sucre, chimiquement le glucose, est un carburant utilisé par toutes nos cellules pour produire rapidement de l’énergie. Il est brûlé en présence d’oxygène dans de minuscules chaudières cellulaires : les mitochondries, libérant de l’eau, du gaz carbonique et de l’énergie. Bien entendu, les cellules peuvent également consommer des acides gras issus des graisses alimentaires, deuxième source d’énergie. À l’échelle du corps humain, c’est environ de 300 à 500 grammes de glucose qui sont ainsi consommés chaque jour, une quantité variable selon nos dépenses énergétiques. Le foie et les muscles stockent suffisamment de sucre sous forme de glycogène, un polymère unissant des milliers de molécules de glucose, pour servir de réserve.

Le glucose est le carburant préféré du cerveau qui en consomme à lui seul 20 % de tous les besoins corporels, soit environ 4 grammes par heure. D’ailleurs, toute hypoglycémie caractérisée par une baisse du taux de glucose sanguin en dessous de 0,50 g/l pourra entraîner un coma, c’est-à-dire un arrêt du fonctionnement des neurones, alors que le taux normal est de 1 g/l.

Le foie, le cerveau et les muscles, consommateurs et gestionnaires du sucre

Le foie est le banquier du glucose. Il contient une réserve d’environ 80 grammes, qu’il distribue aux organes pour leur besoin permanent en énergie comme le cerveau, les reins et le cœur. Les muscles, eux, sont égoïstes et possèdent leur propre réserve, qu’ils utilisent en cas de besoin d’énergie immédiat. Cette réserve musculaire de 150 à 250 grammes, environ, de glucose disponible est utile lors d’un exercice physique. En cas d’absence d’exercice physique, le surplus de glucose apporté par l’alimentation associé à des réserves pleines de glycogène est transformé en graisse stockée dans le tissu adipeux !

Cette symphonie associant l’absorption du sucre, le maintien de sa concentration dans le sang et la gestion des réserves est régulée par deux hormones pancréatiques essentielles : l’insuline et le glucagon.

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L’apport de sucre dans l’alimentation

Au plan nutritionnel, 50 % de l’apport d’énergie journalier moyen, soit 1 250 kilocalories chez un adulte moyennement actif, doit être apporté par le sucre. Mais attention, il est préférable que cet apport soit assuré par des sucres lents, l’amidon contenu dans le pain, les pâtes ou le riz. Par exemple une assiette de pâtes apporte environ 80 grammes de glucose sous forme d’amidon.

Ainsi la digestion assez lente de l’amidon évite des à-coups de la glycémie qui fatiguent le pancréas. Pour une consommation moyenne journalière d’énergie de 2 500 kilocalories, un apport en sucres d’environ 350 grammes sera nécessaire, dont 90 % sous forme de sucres lents et 10 % (ou 35 grammes) par jour sous forme de sucres rapides – c’est-à-dire de glucose libre présent dans les jus de fruits, sodas ou desserts variés (l’OMS recommande de ne pas dépasser 50 grammes par jour).

Le risque de surpoids lié à une consommation trop élevée de sucres rapides est souvent lié à un excès d’apport alimentaire. Ainsi une canette de soda contient jusqu’à 35 grammes, un verre de jus d’orange 15 grammes, un yaourt sucré 10 grammes, et beaucoup de plats préparés du commerce affichent plus de 5 grammes de glucose par portion de 100 grammes.

Pourquoi certaines personnes n’aiment pas le sucre ?

Une attirance vers les aliments sucrés, bonbons, gâteaux ou desserts variés dépend surtout de l’éducation et des habitudes prises pendant l’enfance. Chacun possède dans ses papilles gustatives des récepteurs du goût, ces minuscules détecteurs du goût sucré. Certaines personnes possèdent un variant génétique du récepteur TAS2R38, leur conférant un nombre de récepteurs plus élevé. Ces personnes auront tendance à moins aimer le sucre et seront plus vite écœurées en cas d’excès.

La plupart des édulcorants ou faux sucres comme l’aspartame et l’acésulfame sont également perçus par les récepteurs du goût amer, et ceci de façon variable selon les individus, d’où parfois la tentation de revenir au goût sucré naturel du glucose ou du fructose contenu dans les fruits.

Peut-on parler d’addiction au sucre ?

L’attirance pour le goût sucré est innée chez l’homme, sans doute parce que le glucose est un carburant essentiel pour nos cellules.

La perception du goût se traduit par une information apportée au cerveau. Ces informations sont perçues par le circuit du plaisir et apportent un ressenti agréable. D’autres sont envoyées à l’hypothalamus qui en profite pour réguler l’appétit en réduisant à certains moments de la journée la capacité de réponse des récepteurs au goût sucré.

Curieusement, il existe des récepteurs du goût sucré dans l’intestin, le pancréas et même le cerveau. Mais comment le sucre nous procure-t-il du plaisir ? Il active deux régions du cerveau, l’insula puis l’amygdale qui nous font ressentir du plaisir. Pour y parvenir, le cerveau stimule la libération d’une hormone clé de l’envie, la dopamine. Cette clé stimule le circuit du plaisir et l’insula s’active.

Pourquoi les sucres rapides comme le glucose ou le saccharose contenus en excès dans certaines boissons ou pâtisseries peuvent-ils être addictifs ? Tout simplement parce que le plaisir déclenché par le sucre dans le cerveau est identique à l’effet procuré par une drogue et provoque une addiction.

Au cours de l’évolution, l’espèce humaine n’a pas eu beaucoup d’occasions de se prémunir d’un excès de sucres rapides, puisqu’Homo sapiens frugivore et omnivore, du paléolithique, consommait moins de 30 grammes de sucres rapides par jour. À cette dose aucun effet addictif.

Le cerveau trompé par les édulcorants

Le rôle des édulcorants est de remplacer le glucose des aliments par du faux sucre qui active les récepteurs du goût sucré. En effet, ça marche : le cerveau perçoit bien un goût sucré et cela calme l’appétit pendant plusieurs minutes sans apporter de calories. Oui, mais les récepteurs présents dans l’intestin préviennent le cerveau qu’une livraison de glucose est prévue en informant les organes. Très vite, les cellules constatent que le glucose n’arrive pas, ce qui déclenche alors un regain d’une envie de sucre.

Heureusement, cet effet ne se produit que lors de la prise fréquente et répétée d’édulcorants au cours de la journée, souvent observée avec la consommation abusive de sodas contenant du faux sucre. La solution pour éviter ces phénomènes d’addiction est de déconditionner le cerveau à l’excès de sucre et de se réhabituer à consommer moins de boissons et d’aliments sucrés, pas trop souvent dans la journée, et de limiter l’apport de sucres rapides à moins de 50 grammes par jour.

Le sucre est un carburant énergétique indispensable. Il est préférable de le consommer sous la forme d’un apport convenable en sucres lents, limitant ainsi le risque de diabète. L’alimentation doit être équilibrée et associée à une activité physique suffisante pour assurer une dépense énergétique adaptée, limitant le risque d’obésité par transformation de l’excès de glucose alimentaire sous forme de graisse.

Bernard Sablonnière 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.

Alain Aspect est spécialiste de physique quantique. En 2022, il a obtenu le prix Nobel de physique pour ses travaux sur le phénomène d’« intrication quantique », qui est au cœur de nombreuses technologies quantiques de nos jours.

Il a aussi plus largement contribué au domaine, souvent en explorant d’autres situations où les prédictions de la physique quantique sont très éloignées de notre intuition du monde physique. À cause de cette étrangeté, la physique quantique est souvent considérée comme inaccessible.

Dans cet entretien, sans prétendre tout expliquer de la mécanique quantique, Elsa Couderc et Benoît Tonson, chefs de rubrique Sciences et Technologies, espéraient transmettre ce qui fait le sel de la physique quantique et qui attise les passions encore aujourd’hui. Alain Aspect a bien voulu se prêter au jeu et revenir avec eux sur quelques étapes marquantes de sa carrière, les limites du monde quantique et l’essor des technologies quantiques aujourd’hui, entre recherche publique et recherche industrielle.

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The Conversation : Pour aborder les travaux qui vous ont valu le prix Nobel, il faut revenir un peu en arrière, aux débuts de la théorie quantique. En effet, au tout début du XX^e siècle, deux pères fondateurs de la physique quantique, Albert Einstein et Nils Bohr, s’écharpaient sur l’interprétation de la nouvelle théorie. Un des points de désaccord était lié au phénomène d’« intrication quantique ». L’intrication quantique, c’est le fait que deux particules séparées dans l’espace partagent des propriétés — à un point tel que l’on ne peut pas décrire complètement l’une sans décrire l’autre : il faut les décrire comme un tout. Einstein avait un problème avec cette idée, car cela signifiait pour lui que deux particules intriquées pourraient échanger de l’information instantanément sur de très grandes distances, c’est-à-dire plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Avec vos expériences, vous avez montré qu’Einstein avait tort de ne pas admettre cette idée — ce que dit bien le titre de votre récent livre, paru chez Odile Jacob, Si Einstein avait su. Vous avez réalisé ces travaux à la fin des années 1970 et au début des années 1980, mais votre passion pour le sujet reste intacte. Pouvez-vous nous expliquer pourquoi ?

Alain Aspect : Cette expérience m’a passionné parce qu’elle met vraiment en jeu la conception du monde d’Einstein.

Pour compléter le cours de l’histoire que vous soulignez, entre le débat Einstein-Bohr et mes travaux, il y a eu, en 1964, un physicien appelé John Bell. Bell a écrit des équations qui formalisent le désaccord historique entre Einstein et Bohr. À la suite des travaux de John Bell, John Clauser puis moi, puis d’autres encore, avons travaillé expérimentalement sur leur désaccord. J’ai eu l’honneur de montrer qu’Einstein avait tort dans une certaine mesure, mais j’ai mis ainsi en relief son immense mérite d’avoir mis le doigt sur une propriété extraordinaire de la physique quantique, l’intrication, dont les gens n’avaient probablement pas réalisé toute l’importance auparavant.

Mais j’ai beau avoir démontré qu’Einstein avait eu tort sur un sujet bien particulier, il reste pour moi un héros absolu ! Je l’admire énormément pour ses contributions à la physique quantique entre 1900 et 1925 et pour son article de 1935. Il faut ajouter que la clarté de tout ce qu’il a écrit est incroyable. John Bell l’avait aussi remarqué et avait résumé les choses ainsi :

« Bohr était incohérent, peu clair, obscur à dessein, mais il avait raison. Einstein était cohérent, clair, terre-à-terre, mais il avait tort. (Bohr was inconsistent, unclear, willfully obscure, and right. Einstein was consistent, clear, down-to-earth, and wrong). » Propos de John Bell, rapportés par Graham Farmelo, le 11 juin 2010, dans le New York Times.

Vous avez fait d’autres travaux importants par la suite. Est-ce que vous pouvez nous parler de vos préférés ?

A. A. : D’une part, à la fin des années 1980, j’ai travaillé avec Claude Cohen-Tannoudji au développement d’une méthode pour refroidir les atomes — qui est sa spécialité.

Comme la température est associée à la vitesse d’agitation des atomes, pour les refroidir, il faut en fait les ralentir. Notre méthode s’appelle le refroidissement « en dessous du recul du photon » parce qu’on a réussi à ralentir l’agitation thermique par de toutes petites quantités — plus petites que ce que l’on croyait possible avec les lois de la physique quantique, de l’ordre du milliardième de degré. Ainsi je suis heureux et fier d’avoir un peu contribué au prix Nobel de Claude Cohen-Tannoudji, comme mes amis Jean Dalibard et Christophe Salomon en ce qui concerne un autre volet de son travail.

Une autre première mondiale me tient à cœur. C’est un sujet dont nous avons eu l’idée avec mon collaborateur Philippe Bouyer, en sortant d’une conférence au début des années 2000. Les chercheurs en physique de la matière condensée cherchaient depuis la fin des années 1950 à observer directement un phénomène appelé « localisation d’Anderson », qui concerne des électrons dans un matériau désordonné. Le conférencier avait dit quelque chose du style « Il serait intéressant de mettre des atomes dans un milieu désordonné » (un milieu désordonné est un endroit où règne le désordre, par exemple avec des obstacles irréguliers). Avec Philippe, on s’est regardés dans la voiture et on s’est dit : « Cette expérience, que nous avons développée au laboratoire, nous pourrions la modifier pour essayer d’observer la localisation d’Anderson des atomes dans un désordre optique. » En effet, le but du groupe de recherche d’optique atomique, que j’ai monté à l’Institut d’optique, est de faire avec des atomes ce que l’on sait faire avec les photons ou les électrons. Par exemple, le groupe — dont je ne fais plus partie bien sûr, je suis à la retraite — essaye aujourd’hui de refaire mon expérience sur l’intrication quantique avec des atomes.

Pour revenir à la localisation d’Anderson, grâce au potentiel que nous créons avec des lasers, nous avons réussi à coincer des atomes ultrafroids (un milliardième de degré) dans un paysage désordonné, ce qui nous a permis d’observer directement la localisation d’Anderson. Nous avons aussi pu photographier une « fonction d’onde atomique », c’est-à-dire la « forme » d’un atome bloqué dans notre structure de lasers. Cet article est très cité par la communauté de la matière condensée qui s’intéresse à ce sujet — ils ont été tellement étonnés de voir directement une fonction d’onde photographiée ! La localisation d’Anderson est un phénomène quantique très subtil, et je suis particulièrement fier de notre travail sur ce sujet.

Vous avez beaucoup travaillé sur les propriétés de particules individuelles, sur le refroidissement par exemple, ou celles de duos de particules pour l’intrication. Que se passe-t-il quand il y a de nombreuses particules ? Plus spécifiquement, pourquoi les lois de la physique ne semblent-elles pas les mêmes à petite et grande échelle, alors que les grandes structures sont constituées de petites particules ?

A. A. : Je vais vous donner la réponse standard à cette question — mais je dois préciser qu’à mon avis, cette réponse standard ne fait que reculer le problème d’un cran.

Voici la réponse standard : il est clair que, quand on a beaucoup de particules, on n’observe plus les propriétés quantiques. Sinon, on pourrait observer le fameux chat de Schrödinger, qui est à la fois vivant et mort — et on ne l’observe pas. On dit que c’est à cause de la « décohérence ».

La décohérence, c’est le fait que quand des objets quantiques sont en interaction avec le monde extérieur, leurs propriétés quantiques disparaissent plus ou moins vite, d’une façon plus ou moins nette, mais de façon inévitable. Une partie de l’information quantique va en quelque sorte se diluer dans le monde extérieur, et donc les particules n’ont plus toutes leurs caractéristiques quantiques. Or, on peut montrer théoriquement que plus vous avez un grand nombre de particules, plus il faut que les perturbations de l’extérieur soient petites pour conserver les caractéristiques quantiques. En d’autres termes, pour pouvoir observer des propriétés quantiques avec un grand nombre de particules, il faut donc les isoler davantage du monde extérieur.

C’est l’objectif de tous les gens qui essayent aujourd’hui de construire un ordinateur quantique, dans lequel il faut avoir des centaines, des milliers, des dizaines de milliers de ce que l’on appelle des « bits quantiques ». Ce sont des particules quantiques que l’on arrive à intriquer sans qu’elles interagissent avec le monde extérieur.

Pour faire cet ordinateur quantique, est-ce que la difficulté est purement technologique, celle d’isoler davantage du monde extérieur, ou bien est-ce qu’il y a une limite intrinsèque, un nombre de particules que l’on ne peut plus intriquer ? Où est la limite entre le monde quantique et le monde classique ?

A. A. : Aujourd’hui, on a réussi à observer le phénomène d’intrication avec 1 000 particules, peut-être quelques milliers. Mais, de l’autre côté, dans n’importe quel objet à notre échelle, il y a 10²³ particules (1 suivi de 23 zéros, soit cent mille milliards de milliards). Il y a une vingtaine d’ordres de grandeur entre les deux échelles, c’est un intervalle absolument gigantesque. D’où la question : et s’il y avait une limite absolue entre les deux mondes ? Ce serait une nouvelle loi de la physique, mais pour l’instant, on ne connaît pas cette limite.

Découvrir une telle loi serait formidable, même si, selon où cette limite se place, elle pourrait balayer nos espoirs de développer des ordinateurs quantiques.

Il se trouve que je suis cofondateur d’une start-up française, Pasqal, qui essaye de construire un ordinateur quantique qui soit une machine facile à utiliser pour les utilisateurs. Du coup, j’ai très envie que l’ordinateur quantique tienne ses promesses. Mais, d’un autre côté, si, en essayant de développer cet ordinateur quantique, on trouve qu’il y a une limite fondamentale entre monde quantique et monde macroscopique, je serais très heureux en tant que physicien ! En fait, je pense que je serais gagnant dans les deux cas : soit l’ordinateur quantique marche, et je suis gagnant parce qu’il y a une application à des phénomènes que j’ai étudiés il y a longtemps ; soit on aura trouvé une nouvelle loi de la physique, et ce serait absolument extraordinaire.

Est-ce que vous pouvez nous en dire un petit peu plus sur cette idée de limite fondamentale entre monde quantique et monde classique ?

A. A. : Non, pour l’instant, on n’en sait pas plus que ce que je vous ai dit, c’est-à-dire que la décohérence est le fait qu’il y a une partie de l’« information quantique » qui fuite vers l’extérieur, et que cela détruit les superpositions quantiques. Et que plus le nombre de particules intriquées est grand et plus la décohérence va être nocive — donc il faut isoler les systèmes de plus en plus si on veut qu’ils restent quantiques.

Cependant, il y aurait tout de même peut-être une échappatoire à la décohérence, dont rêvent les physiciens.

En effet, on décrit les particules quantiques grâce à leur « état » — c’est-à-dire ce qui décrit tous les aspects de la particule. Quand vous avez de nombreuses particules intriquées, vous imaginez bien que décrire l’ensemble de particules peut devenir un peu long. Pour un grand nombre de particules, l’« espace des états », c’est-à-dire l’ensemble de toutes les possibilités, est d’une taille absolument extraordinaire. Il suffit d’avoir 200 ou 300 bits quantiques intriqués pour que le nombre d’états possibles soit plus grand que le nombre de particules dans l’univers. Dans cet espace des états, on n’est pas à l’abri d’un coup de chance, comme on dit, qui nous fournirait un endroit protégé de la décohérence — un petit sous-ensemble de l’espace des états qui ne souffrirait pas de la décohérence. Si cet endroit existe, quelques états particuliers dans l’immense espace des états ne seraient pas détruits par les interactions avec le monde extérieur.

Il y a des efforts sérieux en ce sens. Quand vous entendez parler de bit quantique « topologique » par exemple, c’est bien de cela qu’il s’agit. Mais jusqu’à présent, on tâtonne encore dans ce domaine.

Pourquoi parlez-vous de la décohérence comme de quelque chose qui cache le problème, qui le repousse d’un cran ?

A. A. : En physique, il y a des choses que l’on peut expliquer rigoureusement à partir des lois fondamentales. Mais il y en a d’autres, qui sont absolument fonctionnelles – on sait qu’elles décrivent correctement les phénomènes que l’on observe – mais qu'on ne sait pas encore les démontrer à partir des premiers principes. Il faut les ajouter « à la main », comme on dit. C’est le cas de la décohérence, mais c’est aussi le cas du second principe de la thermodynamique. La décohérence est une théorie fonctionnelle pour expliquer la perte des caractéristiques quantiques, mais on ne sait pas encore complètement la démontrer en toute généralité.

Quelles sont les frontières de la recherche fondamentale en mécanique quantique aujourd’hui, les grandes questions que se posent les chercheuses et les chercheurs ?

A. A. : Je vais d’abord préciser que cela fait douze ans que je ne dirige plus de groupe de recherche… Je m’intéresse à ces questionnements, mais je ne contribue plus à les formuler.

Cela étant, il me semble qu’il faut distinguer entre les problèmes à très long terme et ceux à plus court terme. Dans les problèmes à très long terme, on sait par exemple qu’il y a un problème entre la relativité générale et la physique quantique. C’est un problème de théoriciens, bien en dehors de mon domaine de compétences.

En revanche, dans les perspectives à plus court terme, et que je comprends, il y a les gens qui essayent d’observer le régime quantique avec des objets « macroscopiques », en l’occurrence une membrane extrêmement tendue, qui vibre donc à une fréquence très élevée, et sur laquelle on commence à observer la quantification du mouvement oscillatoire. On touche là au problème que l’on a évoqué précédemment, celui de la limite entre monde quantique et monde macroscopique, puisqu’on commence à pouvoir étudier un objet qui est de dimension macroscopique et qui pourtant présente des phénomènes quantiques.

C’est une voie de recherche qui a l’avantage de ne pas être à l’échelle de décennies, mais plutôt à l’échelle des années, et qui peut nous aider à mieux comprendre cette limite entre le monde quantique et le monde classique. Pour cela, plusieurs systèmes sont envisagés, pas seulement les membranes, également des micromiroirs qui interagissent avec des photons.

Quelle taille font ces membranes ?

A. A. : Ces membranes peuvent être par exemple faites de matériaux 2D, un peu comme le graphène (réseau bidimensionnel d’atomes de carbone) : elles peuvent faire quelques millimètres de diamètre quand on les regarde par le dessus, mais seulement un atome d’épaisseur.

Ceci étant, ce n’est pas tant leur taille, mais leur fréquence de vibration qui est importante ici — c’est ça qui leur permet d’exhiber des propriétés quantiques. Les fréquences de vibration sont tellement élevées, comme quand on tend une corde de guitare, que l’on atteint des gammes de millions de hertz, soit des millions de vibrations par seconde. Quand le « quantum de vibration » (défini par Einstein en 1905 comme la fréquence multipliée par la constante de Planck) devient comparable à l’énergie thermique typique, c’est-à-dire quand la membrane vibre assez haut, l’agitation thermique vous gêne moins et vous pouvez observer des effets quantiques, à condition de refroidir suffisamment le système.

Y a-t-il d’autres avancées que vous suivez particulièrement et qui repoussent les limites fondamentales de la physique quantique ?

A. A. : Il faut bien sûr parler de tous ces efforts pour réaliser l’ordinateur quantique, qui suivent des voies toutes très intéressantes d’un point de vue de la physique fondamentale.

Il y a les voies qui utilisent des atomes neutres, ou des ions, ou des photons, pour fabriquer des bits quantiques. Ce sont des objets quantiques qui nous sont donnés par la nature. Par ailleurs, en matière condensée, que je connais personnellement moins bien, il y a des bits quantiques artificiels, basés sur des circuits supraconducteurs. Les matériaux supraconducteurs sont des matériaux bien particuliers, dans lesquels l’électricité peut se propager sans résistance – encore un phénomène quantique. Certains circuits, conçus spécialement, présentent des états quantiques spécifiques que l’on peut exploiter comme bits quantiques. À l’heure actuelle, on ne sait rendre des matériaux supraconducteurs qu’à très basse température.

L’avantage des objets quantiques naturels comme les photons, les ions et les atomes, c’est qu’ils sont parfaits par définition : tous les atomes de rubidium sont les mêmes, tous les photons de même fréquence sont les mêmes. Pour un expérimentateur, c’est une bénédiction.

Dans le domaine de la matière condensée, au contraire, les scientifiques fabriquent des circuits quantiques de façon artificielle, avec des supraconducteurs. Il faut les réaliser suffisamment bien pour que les circuits soient vraiment quantiques, tous identiques et avec les mêmes performances.

Et, en fait, quand on regarde l’histoire de la physique, on s’aperçoit qu’il y a des phénomènes qui sont démontrés avec des objets quantiques naturels. À partir du moment où on trouve que le phénomène est suffisamment intéressant, en particulier pour des applications, les ingénieurs arrivent progressivement à développer des systèmes artificiels qui permettent de reproduire le phénomène d’une façon beaucoup plus simple ou contrôlée. C’est pour cela je trouve que c’est intéressant de commencer par essayer l’ordinateur quantique avec des objets quantiques naturels, comme le fait Antoine Browaeys ici, à l’Institut d’optique, ou la start-up Quandela avec des photons.

On observe un fort engouement pour les technologies quantiques, dont certaines sont déjà opérationnelles, par exemple les gravimètres quantiques ou les simulateurs quantiques : quels sont les « avantages quantiques » déjà démontrés par les technologies opérationnelles aujourd’hui ?

A. A. : En ce qui concerne les gravimètres, c’est-à-dire les appareils qui mesurent la gravitation, la performance des gravimètres quantiques n’est pas meilleure que le meilleur des gravimètres classiques… sauf qu’au lieu de peser une tonne et d’avoir besoin de le déplacer avec une grue là où vous voulez aller mesurer la gravitation, c’est un appareil qui fait quelques dizaines de kilos et on peut le déplacer facilement sur les flancs d’un volcan pour savoir si le magma a des mouvements soudains, ce qui peut être un signe précurseur d’éruption. Dans ce cas-là, les performances ultimes des gravimètres quantiques ne sont pas meilleures que les performances ultimes des meilleurs systèmes classiques, mais la miniaturisation apporte des avantages certains.

Et pour l’ordinateur quantique ?

A. A. : En ce qui concerne l’ordinateur quantique, il faut d’abord définir le terme « avantage quantique ». Lorsqu’on vous annonce un avantage quantique obtenu en résolvant un problème que personne ne s’était jamais posé, on peut douter de l’intérêt. Par exemple, si vous faites passer un faisceau laser à travers un verre de lait, la figure lumineuse qui est derrière est une figure extrêmement compliquée à calculer. Ce calcul prendrait des années avec un ordinateur classique. Est-ce que je vais dire pour autant que mon verre de lait est un calculateur extraordinaire parce qu’il me donne le résultat d’un calcul infaisable ? Bien sûr que non. Certaines annonces d’avantage quantique relèvent d’une présentation analogue.

Par contre, ici à l’Institut d’optique, Antoine Browaeys a un simulateur quantique qui a répondu à un problème posé depuis longtemps : un problème de physiciens appelé le « problème d’Ising ». Il s’agit de trouver la configuration d’énergie minimale d’un ensemble de particules disposées régulièrement sur un réseau. Avec les ordinateurs classiques, on peut répondre au problème avec 80 particules maximum, je dirais. Tandis qu’avec son simulateur quantique, Antoine Browaeys a résolu le problème avec 300 particules. Il a incontestablement l’« avantage quantique ».

Il faut bien voir cependant que les physiciens qui étudiaient le problème avec des ordinateurs classiques ont été stimulés ! Ils ont alors développé des approximations qui permettent d’approximer le résultat à 300 particules, mais ils n’étaient pas certains que leurs approximations étaient correctes. Quant à Browaeys, il avait trouvé un résultat, mais il n’avait rien pour le vérifier. Quand ils ont constaté qu’ils ont trouvé la même chose, ils étaient tous contents. C’est une compétition saine — c’est l’essence de la méthode scientifique, la comparaison de résultats obtenus par diverses méthodes.

J’en profite pour dire qu’il y a une deuxième acception du terme « avantage quantique ». Elle se situe sur le plan énergétique, c’est-à-dire qu’on a de bonnes raisons de penser qu’on pourra faire, avec des ordinateurs quantiques, des calculs accessibles aux ordinateurs classiques, mais en dépensant moins d’énergie. Dans le contexte actuel de crise de l’énergie, c’est un avantage quantique qui mérite d’être creusé. On sait ce qu’il faudrait faire en principe pour exploiter cet avantage énergétique : il faudrait augmenter la cadence des calculs : passer d’une opération toutes les secondes ou dixièmes de seconde à mille par seconde. C’est vraiment un problème technologique qui paraît surmontable.

En somme, l’avantage quantique, ça peut être soit la possibilité de faire des calculs inaccessibles aux ordinateurs classiques, soit la possibilité de répondre à des problèmes auxquels on pourrait répondre avec un ordinateur classique, mais en dépensant moins d’énergie.

Certaines technologies quantiques ne sont pas encore suffisamment matures pour être largement utilisables — par exemple l’ordinateur quantique. Pourtant, de grandes entreprises annoncent ces derniers mois des avancées notables : Google en décembre 2024 et Amazon Web Services en février 2025 sur les codes correcteurs d’erreurs, Microsoft en février aussi avec des qubits « topologiques ». Quel regard portez-vous sur cette arrivée des géants du numérique dans le domaine ?

A. A. : L’arrivée des géants du numérique, c’est tout simplement parce qu’ils ont énormément d’argent et qu’ils veulent ne pas rater une éventuelle révolution. Comme nous tous, ils ne savent pas si la révolution de l’ordinateur quantique aura lieu ou non. Mais si elle a lieu, ils veulent être dans la course.

En ce qui concerne les annonces, je veux être très clair en ce qui concerne celle de Microsoft au sujet des bits quantiques « topologiques ». Cette annonce est faite par un communiqué de presse des services de communication de Microsoft, et elle n’est vraiment pas étayée par l’article publié par les chercheurs de Microsoft dans Nature, qui est une revue scientifique avec évaluation par les pairs — c’est-à-dire des chercheurs qui savent de quoi il en retourne et qui ne laissent pas publier des affirmations non justifiées.

Le communiqué de presse prétend qu’ils ont observé les fameux « fermions de Majorana » — un candidat au poste de bit quantique « topologique », c’est-à-dire dans le fameux sous-ensemble de l’espace des états qui serait protégé de la décohérence.

De leur côté, les chercheurs, dans l’article, disent qu’ils ont observé un phénomène qui pourrait — qui pourrait ! — être interprété, peut-être, par des fermions de Majorana. C’est extrêmement différent. De plus, le communiqué de presse évoque déjà le fait qu’ils vont avoir une puce dans laquelle il y aura un million de fermions de Majorana, alors qu’on n’est même pas sûr d’en avoir un seul. Je vous laisse apprécier !

Cette implication de la recherche privée risque-t-elle de déplacer l’engouement de la recherche publique vers d’autres sujets ? Quel regard portez-vous sur l’équilibre entre recherche publique et recherche privée ?

A. A. : Il y a des choses qui sont à la mode à un moment, puis qu’on oublie. Mais c’est normal, car il y a une forme de sélection naturelle des idées dans la recherche. Par exemple, en ce qui concerne les bits quantiques, cela fait quinze ans que la Commission européenne me demande sur quel type de bit quantique focaliser les efforts — on les a répertoriés tout à l’heure : photons, atomes, ions, circuits supraconducteurs, silicium… Je leur réponds, encore aujourd’hui, que je suis incapable de le leur dire. C’est le rôle de la puissance publique de financer le long terme.

Il faut laisser les chercheurs avancer et, à un moment donné, il y aura probablement une ou deux pistes qui se révéleront meilleures que les autres. Et bien sûr, on ralentira la recherche sur les autres. C’est ça, la sélection naturelle des idées.

Les acteurs privés ont d’ailleurs tous misé sur des candidats différents pour leurs bits quantiques…

A. A. : C’est vrai, mais une des caractéristiques du privé, c’est d’être très réactif. Donc le jour où ils réaliseront que leur choix de bit quantique n’est pas le bon, ils vont instantanément arrêter et passer à un choix qui s’est révélé meilleur. D’ailleurs, sur le plan de l’ingénierie, je dois dire que ce qui se fait dans le privé est tout à fait remarquable du point de vue de la réactivité. La recherche académique est meilleure pour laisser mûrir les idées, ce qui est une phase indispensable.

Il faut reconnaître que ces acteurs privés mettent beaucoup plus d’argent que le public, en revanche, ils n’ont pas le long terme devant eux. Or, il ne suffit pas de déverser des sommes énormes d’argent pour accélérer la recherche.

La recherche demande aussi une maturation des idées ; et ce n’est pas parce que vous avez dix fois plus d’argent que vous allez dix fois plus vite. Il y a à la fois des évolutions dans les idées et, parfois aussi, des évolutions technologiques inattendues. J’ai pu observer ces effets de maturation et de paliers lors de ma longue expérience d’évaluation des systèmes de recherche en France, en Allemagne et dans d’autres pays.

De ce point de vue, il est primordial que la recherche publique conserve des financements non fléchés, qu’on appelle « blancs ». Je pense qu’il n’est pas illégitime qu’un État qui met beaucoup d’argent dans la recherche signale que, sur tel et tel sujet, il aimerait que les gens travaillent et qu’il mette de l’argent là-dedans. Le point essentiel, c’est de laisser la place à d’authentiques sujets blancs, proposés par les chercheurs alors qu’ils ne figuraient dans aucun programme. C’est grâce à un projet non fléché que nous avons pu observer la localisation d’Anderson, par exemple. On ne peut pas tout prévoir sur le long terme.

Et puis il faut aussi que l’information circule pour que d’autres chercheurs s’emparent des avancées, et puissent les adopter. D’où l’importance des publications, qui sont l’occasion de partager ses résultats avec les autres chercheurs ; et d’où les réserves que l’on doit avoir sur la confidentialité, même s’il est clair que cette confidentialité est nécessaire dans certains domaines spécifiques.

Alain Aspect est co-fondateur de la start-up Pasqal.

Les plastiques sont partout, de nos océans à nos poumons. Mais contrairement à ce que l’on pourrait croire, ils ne disparaissent jamais vraiment. En se fragmentant, ils deviennent des polluants invisibles, encore plus dangereux pour notre environnement et notre santé.

Les plastiques ont été créés pour être résistants et durables. Chaque année, plus de 12 millions de tonnes de plastique finissent dans les océans ; mais contrairement à ce que l’on pourrait croire, leur disparition ne signifie pas qu’ils cessent d’exister. Au contraire, ils se transforment : en microplastiques, en nanoplastiques, libérant même des gaz toxiques et de nombreux additifs chimiques – les fameux bisphénols ou encore des phtalates.

Ironiquement, c’est ce qui les rend si intéressants pour l’industrie et la société en général qui les rend aussi quasiment indestructibles. En effet, les plastiques sont conçus pour durer. Leur structure chimique, qui repose sur un assemblage de longues chaînes de carbone, les rend particulièrement résistants à la dégradation et à la biodégradation. Contrairement au bois, au papier, aux déchets organiques ou au coton, les polymères plastiques ne sont pas digérables par la plupart des microorganismes comme les bactéries et champignons.

Mais leur résistance ne vient pas uniquement de leur structure : des additifs chimiques, comme des stabilisants UV, qui protègent le plastique contre les UV, ou des retardateurs de flamme, sont ajoutés pour améliorer leurs propriétés et ralentir leur dégradation.

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Une fragmentation qui aggrave la contamination

Au lieu de disparaître, les plastiques se fragmentent sous l’effet du soleil, des vagues et des frottements avec le sable ou les rochers. Cette décomposition progressive génère des microplastiques (moins de 5 millimètres) et des nanoplastiques (moins de 1 000 nanomètres), invisibles à l’œil nu mais persistent dans l’environnement.

L’exposition aux rayons ultraviolets (UV) casse progressivement les liaisons moléculaires des polymères dans un processus appelé photodégradation. Mais même sous une exposition prolongée, il faut des décennies pour qu’un simple sac plastique commence à se fragmenter. Dans les océans, les courants et les vagues accélèrent la fragmentation des déchets plastiques et favorisent la formation des micro et nanoplastiques.

Nos travaux en cours montrent que ce phénomène va bien au-delà de la simple fragmentation. En laboratoire, nous avons observé que le polyéthylène, exposé aux UV et aux forces mécaniques de l’eau, produit des microplastiques et nanoplastiques à un rythme accéléré. Et une libération importante d’additifs chimiques. Après quelques mois d’exposition, des substances telles que le dioxyde de titane migrent hors du polymère et contaminent l’eau.

Pis, notre étude montre que la photodégradation du polyéthylène produit des gaz à effet de serre, notamment du méthane, CH₄ et du dioxyde de carbone, CO₂ (de l’ordre de 300 grammes par kilogramme de polyéthylène d’après nos expériences). En d’autres termes, le plastique ne se contente donc pas de polluer : il contribue aussi au changement climatique.

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Une pollution omniprésente et invisible

Les micro et nanoplastiques, légers et quasi invisibles, voyagent à travers tous les compartiments environnementaux. Dans l’eau, ils sont ingérés par les poissons et les mollusques, entrant ainsi dans la chaîne alimentaire. Dans les sols, ils perturbent la biodiversité et la fertilité des terres agricoles. Dans l’air, ils forment des aérosols transportés par le vent, qui peuvent être inhalés par les humains et la faune. Ils ont même été retrouvés dans la neige des montagnes et les pluies des zones protégées.

Plus préoccupant encore, des microplastiques ont été détectés en 2024 dans l’eau potable, tant en bouteille qu’au robinet. Face à cette situation, le Syndicat des eaux d’Île-de-France envisage par exemple d’installer des filtres membranaires pour tenter de limiter la contamination.

Recycler, est-ce suffisant ?

Recycler davantage semble une solution évidente, mais en réalité, seule une fraction des plastiques produits dans le monde est réellement recyclée. La majorité est enfouie, incinérée ou dispersée dans l’environnement.

Les réglementations évoluent, mais restent limitées. En France, la loi Agec de 2020 interdit l’utilisation de microbilles plastiques dans les cosmétiques par exemple ; mais 63,1 % des microplastiques issus de l’usure des pneus et des textiles passent encore entre les mailles du filet.

Quelles solutions pour freiner cette pollution invisible ?

Réduire la production de tous les types de plastiques est la solution la plus efficace. Aujourd’hui, le recyclage reste limité, notamment à cause des additifs chimiques, dont la composition reste souvent secrète. Cette opacité complique leur réutilisation et réduit la qualité des plastiques recyclés. Il est donc crucial de limiter ces additifs, non seulement pour améliorer le recyclage, mais aussi parce que beaucoup sont toxiques pour l’environnement et se retrouvent dans l’eau, l’air et les organismes vivants.

D’autres pistes existent : développer des matériaux réellement biodégradables, améliorer la filtration des eaux usées en prenant en considération l’ensemble des produits de dégradation des plastiques (micro et nanoparticules), mettre en place des méthodes standardisées pour la quantification des micro et nanoparticules dans l’environnement et explorer le potentiel de certaines bactéries capables de dégrader les plastiques.

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Mais sans une action forte à la source, cette pollution invisible continuera de s’accumuler. Le plastique n’est pas qu’un simple déchet : c’est un polluant insidieux qui s’infiltre partout, des sols à notre alimentation. Il est encore temps d’agir, mais sans une prise de conscience et des mesures drastiques, cette pollution pourrait bientôt devenir irréversible.

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Aicha El Kharraf a reçu des financements de CNRS.