Au fil des décennies, nos réseaux de communications se sont toujours plus complexifiés afin de monter en puissance. Mais ce chemin ne sera pas viable éternellement. Allons-nous bientôt devoir changer d’approche ?

Pendant des décennies, ingénieurs et chercheurs en télécommunications ont poursuivi un seul objectif : transmettre plus d’information, plus vite et avec le moins d’erreurs possible. Qu’il s’agisse d’un appel vocal, d’une vidéo, d’un message ou même de la mesure d’un capteur, toutes ces données sont encodées numériquement en suites de 0 et de 1, qu’on appelle des bits. Cette suite est elle-même convertie en signaux électromagnétiques transmis par des ondes radio. Dit simplement, les réseaux actuels ne transportent pas le sens d’un message, mais une représentation binaire.

Cette logique a été extraordinairement efficace. Elle a permis l’avènement de la 2G et des SMS, de la 3G avec l’Internet mobile, de la 4G et la vidéo en ligne, puis de la 5G, qui améliore les débits, diminue la latence et permet de connecter de nombreux objets. Mais elle rencontre aujourd’hui une limite : continuer à gagner en performance exige toujours plus de bande passante, d’antennes, de calcul, d’énergie et d’infrastructures, dans un monde pourtant limité. Voyons-nous le bout de notre modèle ?

Optimiser, mais jusqu’à un certain point

À partir des années 1950, une grande partie de l’ingénierie des télécommunications s’est construite autour d’une question fondamentale : quelle quantité d’information peut-on transmettre par seconde et de manière fiable ? La principale difficulté est qu’une transmission subit toujours des perturbations extérieures, ce qu’on appelle le bruit. Ce bruit peut avoir de nombreuses causes : la chaleur des composants électroniques, les interférences avec d’autres communications, les réflexions sur les bâtiments, l’absorption par les murs, les obstacles…

Mis en équation, ce problème donne le théorème de Shannon–Hartley. Il a été formulé après à la fin des années 40 dans le prolongement des travaux de Claude Shannon, et donne une réponse fondamentale à cette question pour un cas idéal. Le débit maximal fiable dépend alors principalement de deux facteurs : la largeur de bande passante disponible, c’est-à-dire l’ensemble des fréquences que l’on peut exploiter pour communiquer, et le rapport entre le signal reçu et le bruit ambiant. Notons que, pour établir cette limite théorique, Shannon suppose un bruit « idéal » : il est aléatoire, indépendant du signal transmis et ses variations suivent une courbe statistique appelée loi normale (ou loi gaussienne). Cette hypothèse représente assez bien de nombreuses sources de bruit physique, sans rendre compte de toutes les perturbations observées dans les réseaux réels…

Pour bien comprendre ce théorème, on peut comparer la télétransmission des 0 et des 1 (les bits) au passage de véhicules. La bande passante peut se comprendre comme la largeur d’une route : plus elle est large, plus on peut faire circuler de véhicules en parallèle. Le rapport signal/bruit indique, lui, à quel point le récepteur distingue clairement le signal utile des perturbations. Il peut être comparé à la visibilité sur la route : avec une bonne visibilité, on peut mettre les véhicules plus proches et les faire circuler plus vite. Lorsque le signal est plus propre, on peut utiliser des codages plus efficaces et transmettre davantage de bits.

Mais ce gain n’est pas illimité ! Au-delà d’un certain point, améliorer encore la qualité du signal rapporte de moins en moins, tout en coûtant de plus en plus. On pourrait dire qu’une fois que la visibilité est bonne, il faudrait rajouter des radars et des instruments de télémétrie, ce qui est plus complexe et coûteux.

Plus de fréquences, plus d’antennes, plus de complexité

C’est cette stratégie qui a porté les générations successives de réseaux mobiles. Pour augmenter le débit, les chercheurs, les opérateurs et les industriels ont mobilisé davantage de fréquences, densifié les réseaux et utilisé des antennes et des algorithmes toujours plus sophistiqués. La 5G s’inscrit pleinement dans cette trajectoire.

Plusieurs technologies illustrent cela. Une onde radio ne suit pas toujours un trajet direct : elle peut rebondir sur une façade, contourner un obstacle, arriver avec un léger retard ou depuis plusieurs directions. Pour résoudre ce problème, une solution est d’utiliser plusieurs antennes à l’émission et à la réception, afin que le réseau puisse exploiter des trajets multiples. Il peut renforcer le signal vers un utilisateur, réduire certaines interférences ou transmettre plusieurs flux de données en parallèle lorsque l’environnement le permet.

Une autre technologie, qu’on appelle le beamforming, repose sur la même logique : coordonner plusieurs antennes pour concentrer l’énergie radio dans une direction donnée, plutôt que de l’émettre dans toutes les directions. Cela améliore la réception, mais suppose de mesurer l’état de la communication, de suivre les déplacements des utilisateurs, de choisir les bons faisceaux et d’adapter en permanence les paramètres de transmission. La performance augmente, mais la complexité matérielle et logicielle aussi.

Cette complexité devient encore plus visible lorsque l’on utilise des fréquences plus élevées, ce qui est pourtant intéressant. Monter en fréquence permet d’accéder à des bandes plus larges, donc potentiellement plus de débit. Cependant, plus la fréquence augmente, plus les pertes augmentent, la pénétration dans les bâtiments diminue et la sensibilité aux obstacles s’accroît. Pour regagner en qualité de signal et en robustesse, il devient alors nécessaire d’installer les antennes plus près des usagers et de diriger l’énergie radio avec des faisceaux plus intelligents.

Cela signifie, très concrètement, plus d’équipements réseau, plus de capacité de calcul, et donc des coûts plus importants et plus de consommation de ressources. On améliore certes les performances, mais au prix d’une complexité matérielle et logicielle croissante et d’un gain d’efficacité énergétique moindre.

Pour la 6G, une approche nouvelle et moins lourde ?

Est-ce pour autant la fin du théorème de Shannon-Hartley ? Non : les limites physiques de la transmission demeurent. Aucun réseau, même « intelligent », ne supprimera le bruit, l’atténuation ou les interférences. En revanche, la stratégie dominante consistant à chercher toujours plus de débit brut fait face à des rendements décroissants. On peut continuer à améliorer les réseaux, mais chaque amélioration devient plus coûteuse en énergie, en infrastructures et en coordination que les précédentes.

C’est dans ce contexte que les recherches sur la 6G posent une question différente. La 6G ne supprimera pas les 0 et les 1. Elle ne s’affranchira pas non plus des lois physiques de la transmission. Mais si l’on continue à raisonner uniquement en termes de bits transmis, ne risque-t-on pas de construire des réseaux toujours plus puissants, mais aussi toujours plus lourds ? L’enjeu n’est plus de se demander « combien peut-on transmettre ? », mais plutôt « qu’est-il réellement utile de transmettre pour atteindre l’objectif ? »

C’est justement le changement de paradigme proposé par ce que l’on nomme les communications sémantiques. Au lieu de chercher à transmettre fidèlement tous les bits d’un message, ces approches visent à transmettre uniquement le sens utile pour accomplir une tâche. Concrètement, l’émetteur et le récepteur partageraient des modèles leur permettant, grâce à de l’IA, de reconstruire l’information pertinente sans échanger toutes les données brutes.

L’objectif est de réduire les besoins en bande passante, en énergie et en calcul, tout en améliorant l’efficacité pour une grande diversité d’usages, comme les robots collaboratifs ou les véhicules connectés. Cette approche est aujourd’hui explorée dans plusieurs projets 6G, mais elle soulève encore des défis majeurs concernant la définition du « sens », la façon d’évaluer la qualité de la transmission, ainsi que le fait d’adapter les modèles d’IA nécessaires à cette technologie à l’ensemble des systèmes qui en auraient l’usage.

Cet article a été rédigé avec l’aide du Dr Quentin Lampin, chercheur senior et co-directeur du laboratoire commun Orange-CEA « AI-Native Communications ».

Ce travail (ou une partie de ce travail) a été réalisé avec le soutien du projet 6GARROW, financé par la Smart Networks and Services Joint Undertaking (SNS JU) dans le cadre du programme-cadre de recherche et d’innovation Horizon Europe de l’Union européenne (convention de subvention n° 101192194), ainsi que par une subvention de l’Institute for Information & Communications Technology Promotion (IITP) financée par le ministère coréen des Sciences et des Technologies de l’Information et de la Communication (MSIT) (référence n° RS-2024-00435652)

Emilio Calvanese Strinati est membre du Joint Orange-CEA Lab in AI-Native Communications. Il a reçu des financements de la Commission européenne.

L’ESSENTIEL

• Le mois d’août a révélé plusieurs attaques informatiques ayant provoqué des fuites de données officielles dans différents services publics et administrations : impôts, cadastre, succession, ministère de l’éducation nationale…

• La méthode employée par les hackers est tristement simple : ils ont usurpé les identifiants de connexion d’utilisateurs autorisés pour entrer sur les réseaux puis télécharger les données sans éveiller l’attention.

• Des solutions techniques qui limitent la portée de ce type d’attaque existent. Comment les mettre en œuvre à l’échelle gigantesque de services étatiques ?

La première fuite de données, connue le 12 août, concernait les données fiscales de 350 000 particuliers et l’accès à des listes de messages échangés avec l’administration. La deuxième fuite, révélée le 13 août, concerne les données cadastrales, au maximum 433 485 particuliers et 1 082 professionnels. Une troisième fuite de données a été révélée, presque en direct, lors de la conférence de presse du ministre de l’action et des comptes publics David Amiel, le 18 août, et rapidement « coupée ». Il s’agissait cette fois de données de successions. Enfin, le groupe Zerobytes, qui avait revendiqué les deux premières attaques, a revendiqué un accès et un vol de données au ministère de l’éducation nationale, qui concernerait encore plus de données, accumulées sur deux décennies.

Voilà donc des hackers en possession d’une somme de données officielles d’identification dont ils n’avaient jamais osé rêver.

Ces fuites sont le résultat d’attaques peu sophistiquées, sur lesquelles on peut poser un diagnostic – et donc réfléchir à un remède et à des mesures de prévention. Dans ce cas, ce n’est pas comme si l’intelligence artificielle (IA) avait de nouveau fait preuve de capacités cyber inouïes…

Un type d’attaques commun et facile à mettre en œuvre

Au-delà de la revendication de ces attaques par un même acteur (Zerobytes), qui pourrait n’être qu’un intermédiaire chargé de commercialiser les données dérobées, une question se pose : qu’ont en commun les compromissions ayant touché les systèmes fiscaux, le cadastre, les données de succession ou encore celles du ministère de l’éducation nationale, qu’on imagine pourtant hébergées et administrées par des services distincts de l’État ?

La réponse est simple et inquiétante. Nul besoin de recourir à une intelligence artificielle sophistiquée ni d’exploiter une vulnérabilité inconnue. Dans chacun de ces cas, la compromission a reposé sur l’usurpation d’un même accès légitime. Une fois ce point d’entrée obtenu, les attaquants ont pu progresser d’un système à l’autre, qu’ils soient physiquement séparés ou simplement isolés de manière logique au sein d’infrastructures partagées, en procédant méthodiquement, sans précipitation.

L’attaquant serait parvenu à contourner ou à neutraliser l’« authentification multifacteur » qui permet, dans ce cas précis, aux agents de l’État d’accéder à leurs comptes informatiques. Cette méthode d’authentification est considérée comme l’un des mécanismes de protection les plus efficaces. Son principe est simple : un mot de passe ne suffit pas et une seconde preuve d’identité, telle qu’un code temporaire reçu sur un téléphone mobile, est également requise.

Dans son courrier aux contribuables, les autorités affirment qu’il s’agit de la compromission de l’identité numérique d’un agent, utilisée sur un point d’accès légitime à distance, un réseau privé virtuel (VPN). Il s’agit donc bien, dit ce courrier, de la combinaison de deux identités distinctes : celle d’un agent de la Direction générale des finances publiques et celle d’un tiers disposant d’une autorisation d’accès aux systèmes.

Ce n’est pas tout : une fois à l’intérieur, l’auteur de l’intrusion a semblé bénéficier de droits d’accès nettement plus étendus que ce qu’exigeait la fonction apparente de l’agent dont l’accès a été usurpé. Cette situation s’explique sans doute par l’existence de relations de confiance numériques entre systèmes et par le recours à des mécanismes d’« authentification fédérée ».

Ces dispositifs, utilisés dans les grandes organisations, permettent aux usagers d’accéder à plusieurs systèmes sans avoir à se réauthentifier continuellement. Leur objectif est d’améliorer la fluidité des usages qui, si le système est mal conçu, peut se traduire par une ouverture excessive des droits d’accès. C’est comme si un visiteur admis dans les galeries du Louvre pouvait aussi accéder aux œuvres des réserves, et même les toucher, sans contrôle supplémentaire.

Vers le déploiement de réseaux plus segmentés, dits « zéro confiance »

Même lorsqu’un utilisateur a été authentifié et est dans le réseau d’une organisation, la confiance qui lui est accordée ne devrait jamais être considérée comme acquise.

C’est le principe des architectures dites de « zéro confiance » (zero trust), un concept développé depuis plusieurs années. La légitimité d’un utilisateur est évaluée en permanence à partir de multiples critères : ses habitudes d’utilisation, sa localisation, l’heure de connexion ou encore les ressources auxquelles il cherche à accéder. La confiance n’est donc plus accordée une fois pour toutes ; elle évolue en fonction du caractère attendu ou inhabituel des actions réalisées.

Dans un tel modèle, un attaquant utilisant des identifiants valides aurait davantage de risques d’être repéré lorsqu’il s’écarte des comportements habituels du compte compromis. Mais ces architectures restent encore peu déployées à grande échelle.

Elles exigent de sortir de l’idée que tout ce qui est à l’intérieur du réseau, puisqu’il y a été dûment authentifié, est digne de confiance, un employé, un collègue qu’on connaît bien. Or, les systèmes d’information contemporains sont aussi devenus particulièrement complexes, ouverts sur Internet et interconnectés avec un vaste écosystème de fournisseurs, de sous-traitants et de prestataires techniques. Dans cet environnement, les points d’accès se multiplient et les frontières traditionnelles du réseau perdent de leur pertinence.

On ne peut plus continuer à raisonner selon une logique binaire opposant, d’un côté, les utilisateurs authentifiés auxquels une confiance quasi totale serait accordée et, de l’autre, ceux qui demeurent à l’extérieur. Considérer qu’un utilisateur peut accéder librement à l’ensemble des ressources dès lors qu’il a franchi la première étape d’authentification constitue aujourd’hui une faiblesse. La question n’est plus seulement de contrôler qui entre dans le réseau, mais aussi de vérifier en permanence ce qu’il est autorisé à y faire.

Néanmoins, il faut bien comprendre que déployer une architecture « zéro confiance » à l’échelle d’une administration publique, composée d’une multitude de réseaux anciens et de centaines de milliers de comptes d’accès, est un objectif plus complexe qu’il n’y paraît.

À court terme, la priorité doit être le renforcement des capacités de détection et la gestion rigoureuse des habilitations, strictement alignées sur les fonctions exercées. Lorsqu’un agent change de poste, les droits associés à ses responsabilités précédentes devraient être systématiquement révoqués. S’il les cumule à chaque changement de poste, il aura à la fin de sa carrière plus d’accès que le président de la République !

Extraire les données discrètement, encore plus simple que de pénétrer dans le réseau

L’attaquant est parvenu à consulter les données puis à les extraire sans déclencher d’alerte apparente. Il est probable qu’il a d’abord testé les mécanismes de surveillance. Une fois ce repérage effectué, l’exfiltration a pu commencer de manière progressive, en distribuant les requêtes dans le temps et entre les systèmes et en s’appuyant sur des commandes tout à fait ordinaires. Ainsi, l’exfiltration a permis de se fondre dans l’activité habituelle d’un réseau.

Ainsi, même si le point d’entrée utilisé par l’attaquant a fini par être identifié et neutralisé, il n’est pas étonnant que l’exfiltration ait pu se produire sans être détectée : on se méfie moins de ce qui est à l’intérieur que de ce qui vient de l’extérieur.

L’attaquant, une fois à l’intérieur, n’a pas déployé de rançongiciel (les systèmes d’où ont été volées les données n’ont pas été bloqués ni chiffrés pour exiger une rançon), ce qui suggère que des compétences techniques limitées ont suffi à vaincre rien de moins que les systèmes d’information de l’État qu’on aurait pu imaginer imprenables (et gare à la relance de l’attaque).

Et maintenant ? Comment les données peuvent être exploitées par des acteurs malveillants

Ce sont surtout les usages potentiels de ces données qui doivent susciter aujourd’hui les inquiétudes.

Le risque le plus immédiat est la fraude financière : faux avis d’imposition, ordres de virement frauduleux ou factures falsifiées. Les données cadastrales exposées pourraient également servir à cibler des propriétaires immobiliers dans le cadre d’escroqueries liées à la propriété ou à la location, voire de menaces physiques. L’expérience récente des entrepreneurs de cryptomonnaies a montré à quel point la divulgation d’informations relatives au domicile pouvait accroître les risques de sécurité personnelle.

Il faut aussi s’attendre à une recrudescence des attaques d’hameçonnage : courriels, appels téléphoniques ou messages texte pourront se présenter sous les traits de l’administration fiscale, d’un employeur, d’un fournisseur ou d’un établissement bancaire. La précision des données compromises permettra certainement aux fraudeurs de personnaliser leurs approches, de gagner plus facilement la confiance de leurs victimes et, par conséquent, d’augmenter l’efficacité de leurs campagnes.

À plus long terme, l’exploitation de ces informations est du pain béni pour la guerre hybride. À l’approche d’échéances électorales – et non des moindres – en France, des acteurs étatiques hostiles pourraient utiliser ces données pour alimenter des opérations d’influence et fragiliser la confiance du public.

On ne manquera pas de rapprocher cet incident de la procédure engagée par la Commission européenne contre la France pour la transposition tardive de la directive européenne NIS2. Celle-ci impose aux secteurs critiques (réseaux de transport d’énergie, chemins de fer…) et aux services essentiels de renforcer leur cybersécurité, leurs capacités de détection et leur résilience précisément pour réduire la probabilité et l’impact de ce type d’événements.

Si vous êtes une organisation et que vous n’avez ni d’authentification multifacteur ni de gestion des accès (ou « habilitation ») en fonction du poste occupé, la même mésaventure risque de vous arriver très vite. Commencez par cela !

Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.

Lundi 24 août, le sud-ouest de la France était en vigilance orange pour orage, quand une tornade a frappé le village de Pomas, au sud de Carcassonne, dans l’Aude, faisant plusieurs blessés et touchant des centaines d’habitations.

Retour avec Flavio Pons, spécialiste des tornades et chercheur associé au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement, sur ce phénomène rare en Europe, sur les effets du changement climatique et sur notre capacité à les prévoir.

The Conversation : Qu’est-ce qu’une tornade ? Comment se forme-t-elle ?

Flavio Pons : Une tornade est définie comme un tourbillon qui est en contact avec le sol et connecté à la base d’un nuage orageux. Le diamètre et la longueur de la trajectoire d’une tornade varient considérablement. Le diamètre va de quelques mètres à plusieurs centaines, voire plus d’un kilomètre pour les tornades les plus imposantes : la plus grande tornade jamais observée à ce jour, survenue à El Reno, dans l’Oklahoma, le 31 mai 2013, a atteint un diamètre maximal d’un peu plus de quatre kilomètres.

La longueur de la trajectoire dépend à la fois de la vitesse de déplacement et de la durée du phénomène. Certaines tornades sont presque stationnaires, d’autres se déplacent à une vitesse pouvant atteindre 100 kilomètres par heure, voire plus – il s’agit ici de la vitesse de déplacement, et non de celle du vent qui tourne dans le tourbillon. Certaines ne durent que quelques secondes, d’autres plus d’une heure. La trajectoire peut donc aller de quelques mètres à plusieurs centaines de kilomètres. Tous ces paramètres ne sont pas systématiquement liés à l’intensité, à l’exception de la durée : alors que les tornades de courte durée peuvent présenter n’importe quelle intensité, celles dont la durée de vie est particulièrement longue sont, généralement, également violentes.

En règle générale, les tornades européennes ont tendance à être de petite taille et à avoir une durée de vie relativement courte, à quelques rares exceptions près.

C’est le contact avec le sol qui lui permet de générer des dégâts. Parfois, on observe des nuages en tube, qui ne sont pas en contact avec le sol, mais ce ne sont pas vraiment des tornades.

La formation d’une tornade nécessite un orage, et donc une instabilité et de l’humidité pour déclencher l’orage. En plus de ces ingrédients orageux, il faut l’ingrédient principal de la tornade : le cisaillement du vent. Il s’agit d’une variation d’intensité et de la direction du vent avec l’altitude. Cette variation génère une rotation de l’air dans l’atmosphère, que l’on appelle aussi « vorticité », qui est la propension de l’atmosphère à former des tourbillons.

Enfin, il faut des courants ascensionnels dans l’orage, qui sont capables de soulever cet air en rotation, de le verticaliser, pour créer la tornade au-dessous de l’orage.

Dans des cas comme celui de lundi 24 août, la rotation s’étend à l’ensemble de l’orage, générant ce que l’on appelle un « orage supercellulaire ». Dans ce cas, la partie de l’orage qui contient des courants ascendants tourne dans son intégralité et prend le nom de « mésocyclone », ce qui facilite encore davantage la formation d’une tornade. Les tornades peuvent se produire avec tous les types d’orages, mais les plus violentes sont toujours liées à des supercellules.

Qu’est-ce qui a permis la formation de la tornade du 24 août dans l’Aude ?

F. P. : Les conditions orageuses sont assez courantes en fin d’été : on a accumulé beaucoup de chaleur, d’humidité, qui sont autant d’énergie à disposition pour créer des orages en général. La mer Méditerranée est assez chaude et constitue un réservoir habituel en cette saison.

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Pour être plus précis, à l’heure actuelle, la Méditerranée affiche une température moyenne d’environ 28 degrés, avec certaines zones dépassant les 30 degrés, et un écart d’environ 2 degrés par rapport à la moyenne de 1991-2020. Nous enregistrons actuellement le record historique de température de la Méditerranée depuis le début des observations, avec une « vague de chaleur marine » persistante, allant de modérée à extrême selon les zones. Il ne s’agit pas d’un cas isolé : la Méditerranée est l’une des mers qui se réchauffent le plus rapidement, ce qui contribue à en faire un point chaud du réchauffement climatique, mais aussi à fournir une quantité toujours plus importante d’énergie disponible pour les orages et les cyclones méditerranéens, en particulier entre la fin de l’été et l’automne.

Dans ce cas en particulier, une zone dépressionnaire s’est formée sur l’océan Atlantique entre vendredi et samedi dernier juste à l’ouest du Portugal. Jusque-là rien d’exceptionnel : on a beaucoup de dépressions qui viennent de l’Atlantique, surtout en automne en général, mais en fin d’été, on commence à voir quelques épisodes dépressionnaires comme celui-ci.

La particularité dans ce cas est que cette dépression avait des caractéristiques subtropicales : elle était vraiment pleine d’air chaud et très humide, alors qu’habituellement les dépressions atlantiques ont plutôt un cœur froid. Ça, c’est une situation très particulière, même si ce n’est pas non plus la première fois qu’on voit ce type de dépression à cœur chaud.

Hier, cette dépression s’est approchée de la France, apportant de l’air chaud, humide et instable, chargé d’une grande quantité d’énergie propice au développement d’orages violents. On avait également remarqué que la disposition des vents dans le sud-est de la France, lundi 24, était particulièrement favorable aussi à une rotation au sein des orages, et donc éventuellement des tornades.

En somme, on a eu la formation d’orages très forts, dus à toute cette énergie provenant de l’Atlantique et de la mer Méditerranée, auxquels s’est ajoutée une variation verticale de la direction et de l’intensité du vent propice à la rotation dans le sud-ouest. Les ingrédients étaient réunis, dans une configuration peu typique pour la région, et c’est pour ça qu’on a pu observer une tornade d’intensité considérable pour la France.

Est-ce que les tornades sont rendues plus fréquentes par le changement climatique ?

F. P. : C’est une très bonne question, et c’est exactement mon sujet de recherche. Il est très difficile de répondre, parce qu’il y a plusieurs ingrédients qui sont requis simultanément pour former une tornade et que les changements climatiques en augmentent certains et pourraient en diminuer d’autres.

Ce que l’on peut dire avec certitude, c’est que, en général, plus l’air est chaud, plus il peut contenir d’humidité et plus il y a d’énergie disponible pour les orages. Avec le réchauffement de la mer Méditerranée, dans une région comme le sud de la France, on a en général plus d’énergie ; donc on s’attend à une fréquence plus élevée d’orages violents. On sait que le changement climatique augmente également le phénomène de la grêle dans certaines régions de la Méditerranée, notamment dans le nord de l’Italie, mais aussi dans le sud de la France.

Par contre, pour ce qui est du risque de tornades, c’est plus compliqué, principalement parce que ce sont des phénomènes assez rares en Europe – avec quelques dizaines d’événements par an en France –, et parce que nous n’avons pas vraiment de réseau d’observation efficace des tornades.

On a peu d’historiques, peu d’échantillons bien documentés, car il faut des systèmes d’observation très sophistiqués pour les tornades. Il faut que quelqu’un la voie et la signale, ou bien un réseau de radars très dense, avec des caractéristiques techniques que nous n’avons pas de façon standard dans les radars européens. Aux États-Unis, au contraire, où les tornades sont plus fréquentes, elles sont très bien documentées depuis environ les années 1950. On y a plutôt remarqué un changement de distribution spatiale des tornades, plutôt qu’une augmentation ou une diminution de leur nombre.

Donc, ce que l’on peut dire, c’est que certains des ingrédients augmentent en Europe avec les changements climatiques, mais on ne peut pas encore, à ce stade de la recherche, dire avec confiance que le risque de tornade a augmenté de manière significative.

Il est aussi difficile de savoir s’il y a plus d’événements ou si on en parle davantage parce que plus de monde est capable de les signaler sur les réseaux sociaux et de les capter en vidéo, par exemple. Ce phénomène, que l’on appelle « biais d’observation », rend difficile la distinction entre les véritables tendances et l’augmentation du nombre de signalements due aux progrès technologiques et à une plus grande sensibilisation du public.

Peut-on prévoir les tornades, et à quelles échéances ?

F. P. : Étant passionné par ce phénomène, je consulte personnellement les cartes météo, et je suis également les bulletins officiels et plusieurs autres météorologues sur les réseaux sociaux. Dans ce cas, je dirais que c’était déjà possible de dire un ou deux jours avant qu’il y avait un risque de tornade pour le lundi 24 : on peut détecter peut-être deux, trois jours à l’avance des situations qui sont favorables au développement des tornades, comme des zones orageuses. Mais si on peut dire qu’il y aura un risque d’orage très fort et une possibilité de tornade dans le sud-ouest de la France, on ne peut pas dire que dans tel ou tel ville ou village, à telle heure, il y aura une tornade de telle intensité. C’est absolument impossible aujourd’hui.

Au mieux, ce qui se fait aux États-Unis, c’est du nowcasting (que l’on pourrait traduire par « vision » en contraste à « pré-vision », ndlr). Ça veut dire qu’un météorologue suit chaque orage, grâce à des radars et à des chasseurs d’orage, et qu’il donne une alerte avec quelques dizaines de minutes d’avance, ce qui peut donner le temps aux gens d’aller se réfugier dans une cave, par exemple.

Aujourd’hui, il est complètement impossible de faire du nowcasting au niveau des prévisions nationales en Europe : on n’a pas les réseaux radar, ni les réseaux de chasseurs d’orage, ni même, je dirais, suffisamment de météorologues qui peuvent être impliqués juste pour faire du nowcasting. Ce sont jusqu’à présent des événements tellement rares qu’il est difficile d’investir dans un système de détection spécialisé. De mon point de vue, évidemment, ce serait bien d’avoir ces capacités, peut-être au niveau européen pour alléger la charge financière et coordonner les actions.

Propos recueillis par Elsa Couderc.

Flavio Pons 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.

L’ESSENTIEL

• Changement climatique, tension entre les usagers : la crise de l’eau revient chaque été.

• On peut collecter de l’eau depuis l’air ambiant, en particulier s’il est humide et chaud.

• Des techniques ancestrales, qui permettent de collecter l’eau dans les climats chauds et humides, aux dispositifs modernes plus efficaces, comment dimensionner et utiliser de tels procédés sans bousculer l’écologie et le climat locaux ?

L’accès à l’eau potable est un enjeu primordial dans le monde. Le continent européen fait actuellement face à des vagues de chaleur intense avec des intervalles de plus en plus réduits, qui provoquent l’assèchement des rivières et des sources d’eau douce de façon alarmante. Les réserves d’eau potable se trouvent directement menacées par cette situation, et des mesures de restriction d’eau sont dorénavant mises en place pour pallier cette situation.

Bien d’autres facteurs font pression sur les réserves d’eau à l’échelle mondiale, notamment la croissance démographique, une agriculture plus intense et productiviste, l’utilisation massive et grandissante de l’intelligence artificielle, dont les centres de données consomment une part de plus en plus importante de la ressource en eau douce, et divers effets du changement climatique.

Ainsi, l’approvisionnement en eau potable est déjà une problématique complexe, tant pour les pays développés, confrontés aux problèmes cités précédemment, que pour les pays en voie de développement, qui souffrent du manque d’infrastructures et d’énergie pour produire suffisamment d’eau douce. De nombreux conflits et des « guerres de l’eau » ont lieu partout dans le monde pour la quête et l’exploitation de cette ressource critique.

Face à cette situation, divers travaux de recherche sont menés pour trouver des alternatives aux sources d’eau douce conventionnelles. Parmi eux, la « génération d’eau atmosphérique », qui permet de récupérer sous forme liquide l’humidité présente dans l’air ambiant.

Cette méthode apparaît comme une solution prometteuse, surtout pour une utilisation en zone éloignée du réseau de distribution d’eau ou en cas de stress hydrique local, car elle peut présenter moins de contraintes économiques, logistiques, énergétiques, écologiques et géographiques que d’autres technologies, comme la désalination (ou le dessalement) des eaux de mer et saumâtre ou l’ensemencement des nuages.

En effet, les générateurs d’eau atmosphérique peuvent être déployés dans la plupart des pays du monde et sont particulièrement adaptés aux régions chaudes (température moyenne supérieure 20 °C), avec une production variable en fonction des conditions de température et d’humidité de l’air ambiant.

Il existe plusieurs techniques de génération d’eau atmosphérique

Des méthodes traditionnelles comprennent, par exemple, la captation de l’humidité de l’air avec des filets qui piègent les gouttelettes d’eau du brouillard. Il y a également des techniques d’absorption qui exploitent des matériaux hygroscopiques pour absorber la vapeur d’eau de l’air pendant la nuit puis la restituer le jour.

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Une méthode plus récente, qui utilise des systèmes de condensation de l’air par « réfrigération active », est particulièrement intéressante, car sa production d’eau est plus élevée. Grâce à leur portabilité, des prototypes de ce type de générateurs d’eau atmosphérique ont déjà été développés pour des applications en cas de sinistre ou dans des navires, c’est-à-dire des situations où les sources d’eau conventionnelles ne sont pas accessibles. Plusieurs modèles sont également commercialisés pour des utilisations domestiques pour des familles, des bureaux ou écoles.

Mais sous quelles conditions climatiques peut-on collecter de l’eau de l’atmosphère grâce à cette technique ? Qu’en est-il réellement de sa capacité de production d’eau ? Quels sont les coûts financier, énergétique et écologique ?

Comment fonctionne un générateur d’eau atmosphérique par réfrigération

Un générateur d’eau atmosphérique par réfrigération fonctionne sur le même principe que la buée d’eau qui se forme sur une canette de boisson froide sortie du réfrigérateur en plein été.

Au contact d’une surface froide (en dessous de sa température de rosée), l’humidité de l’air se condense et se transforme en eau liquide. C’est le cas de la canette très fraîche qui sort à l’air libre en été : des gouttelettes d’eau apparaissent sur sa surface.

De la même façon, un générateur d’eau atmosphérique par réfrigération active fait baisser la température de l’air ambiant au-dessous de sa température de rosée, ce qui condense l’humidité de l’air (qui n’est autre que de l’eau sous forme de vapeur) en l’eau liquide.

Pour cela, l’appareil aspire l’air ambiant à l’aide d’un ventilateur et le fait d’abord passer à travers un filtre à air pour éliminer les poussières et les particules. L’air chargé en humidité est ensuite mis au contact d’un serpentin métallique extrêmement froid, refroidi par un fluide réfrigérant (comme dans un climatiseur ou un réfrigérateur classique). Au contact de cette surface très froide, l’air refroidit brutalement et ne peut plus retenir toute sa vapeur d’eau : l’humidité sous forme de gaz se transforme alors en gouttelettes d’eau liquide. Ces gouttes glissent le long des parois froides pour être récoltées dans un réservoir. L’eau récupérée est enfin filtrée pour éliminer les éventuelles bactéries et la rendre propre et potable.

La production d’eau dépend du climat et des conditions météo locales

Mes travaux de recherche de thèse concernent l’étude expérimentale et numérique d’un générateur d’eau atmosphérique, afin d’en déterminer la production d’eau et la consommation d’énergie pour des applications en pays tropical, notamment à Madagascar.

Des expérimentations menées en conditions de laboratoire à l’Institut de recherche Dupuy-De-Lôme (IRDL) à Lorient, dans le Morbihan, ont montrées qu’un générateur d’eau atmosphérique d’une puissance nominale de 765 watts pouvait produire jusqu’à 1,16 litre d’eau par heure dans des conditions de climat chaud et humide (30 °C et 62 % d’humidité relative), avec une consommation énergétique de 0,92 kilowatt-heure par litre. Cette consommation est environ équivalente à une heure d’utilisation d’un four domestique standard.

Pour un climat tempéré (25 °C et 50 % d’humidité relative), la production atteint 0,67 litre d’eau par heure, avec une consommation énergétique de 0,78 kilowatt-heure par litre.

Durant des expérimentations à Antananarivo (Madagascar) avec le même dispositif au mois de février (période chaude et humide), une production de 23 litres d’eau potable par jour a été enregistrée le 25 février (température moyenne : 26 °C, humidité relative moyenne : 54 % en intérieur), ce qui permettrait d’approvisionner confortablement une famille.

Les principales limites pour le déploiement de cette technologie seraient des conditions climatiques trop sèches ou trop froides pour permettre la condensation de l’air (température inférieure à 20 °C et humidité relative inférieure à 40 %).

Les coûts de la génération d’eau atmosphérique

L’aspect financier joue aussi en faveur de cette technologie. Hormis le coût d’acquisition du dispositif, il n’y a plus que le coût énergétique (et le coût d’entretien, mais mineur) qui sera à régler pour l’utilisateur.

Si l’on se tient au coût énergétique, pour un particulier en tarif bleu chez EDF, où le coût du kilowatt-heure avoisine 0,20 euro : produire un litre d’eau atmosphérique reviendrait à 0,17 euro en moyenne… ce qui est relativement plus intéressant que le prix de l’eau en bouteille, et sans la pollution et les déchets plastiques qui viennent avec ! Il est même possible de lisser le coût énergétique en alimentant le dispositif avec l’énergie solaire photovoltaïque.

À terme, nous pourrions disposer d’eau potable presque partout dans le monde… tant qu’on aura de l’air et du soleil à disposition. Néanmoins, il faut garder à l’esprit, en reprenant la formule d’Antoine Lavoisier (1789) « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme », que les générateurs d’eau atmosphériques ne « créent » donc pas d’eau, mais transforment l’humidité déjà disponible dans l’air pour être liquide.

Ainsi, de la même façon qu’on puise de l’eau dans un cours d’eau, il faut un certain temps à la nature pour régénérer l’humidité de l’atmosphère… et il sera important d’exploiter cette eau atmosphérique à bon escient et avec parcimonie pour ne pas bousculer l’équilibre de l’écologie et du climat local.

Les travaux de recherche présentés dans cet article sont le fruit de la collaboration entre l'Université Bretagne Sud et l'Institut Supérieur de Technologie d'Antananarivo, financés par le projet ANR TRANGA.

Graisses saturées, produits ultratransformés… quelles sont les différences chimiques entre le beurre et la margarine ? Comment se comportent-ils pour la cuisson et la pâtisserie ?

Ma mère adore le beurre. C’est la principale source de matières grasses que je consommais quand j’étais enfant. Elle en tartinait toutes sortes de pains, des pommes de terre, des roulés aux noix ou des gâteaux. Sa pâtisserie était beurrée.

Puis, alors que j’étudiais la nutrition à l’université, un assistant recommanda la margarine. J’étais stupéfaite, et je me suis interrogée sur la différence entre les deux. C’est une des questions qui ont éveillé mon intérêt pour les sciences de la nourriture. Aujourd’hui, je suis chercheuse en science des aliments et j’étudie la façon dont des aliments comme le beurre et la margarine peuvent présenter des différences chimiques subtiles qui ont un impact considérable sur leur comportement en cuisine.

Structures chimiques

Le beurre et la margarine sont tous deux des émulsions, c’est-à-dire des mélanges de minuscules gouttelettes d’eau dispersées dans une matrice lipidique (de gras) continue. Cette matrice est composée principalement de triglycérides, la principale forme de graisse présente dans notre alimentation.

Les acides gras sont de longues chaînes d’atomes de carbone entourées d’atomes d’hydrogène. Dans un triglycéride, on trouve trois acides gras, chacun étant lié à la même molécule de glycérol (qui contient trois atomes de carbone). Celle-ci sert de squelette à la molécule. Alors que le squelette est toujours le même, le nombre d’atomes de carbone dans les acides gras peut varier.

Dans la crème, les triglycérides sont regroupés en globules ou en cristaux.

Le beurre et la margarine contiennent tous deux une combinaison d’acides gras saturés et insaturés. Cependant, ceux du beurre sont principalement saturés, c’est-à-dire que chaque carbone porte le maximum d’hydrogènes possible (on ne peut pas en ajouter). Ceci leur permet de s’assembler et de s’empiler de manière compacte pour former une belle chaîne linéaire, car ils ne possèdent pas de doubles liaisons entre les atomes de carbone.

Les acides gras de la margarine sont principalement insaturés, issus d’un mélange d’huiles végétales. Les graisses insaturées leur confèrent une forme irrégulière au niveau moléculaire. Les doubles liaisons entre les atomes de carbone font se tordre la molécule, de sorte qu’elles ne peuvent pas s’agencer aussi proprement.

Cette différence influe sur leur comportement à la fusion.

Les cristaux de graisse dans le beurre sont de formes variées, et ils présentent des points de fusion différents. Ces cristaux rendent le beurre très ferme à basse température et lui permettent de ramollir progressivement à température ambiante ou à la température du corps. Ils retiennent également facilement l’air lorsqu’ils sont battus avec du sucre cristallisé, ce qui confère légèreté et porosité aux produits cuits.

Le beurre et la margarine contiennent tous deux au moins 80 % de matières grasses (certains beurres approchent les 85 % de matières grasses). Leur teneur en eau avoisine les 16 %. De son côté, le beurre contient entre 1 et 4 % de vitamines, de minéraux, de lactose et de protéines.

Le beurre fait l’objet d’une définition normée officielle établie par le gouvernement, ce qui signifie que les fabricants doivent respecter des directives spécifiques pour que leur produit soit considéré comme du beurre.

La fabrication du beurre

Lorsque l’on secoue ou que l’on baratte la crème, les globules de matière grasse se rompent. La matière grasse s’échappe et forme des grains de beurre partiellement solides. En continuant à secouer ou à baratter, ces grains grossissent et se séparent du babeurre, un liquide naturellement pauvre en matières grasses.

Il suffit ensuite de récupérer, pétrir et presser cette masse, et voilà ! Vous obtenez du beurre. Certains beurres sont fermentés en y ajoutant des bactéries lactiques. Ces bactéries fermentent le lactose (sucre principal du lait), pour le transformer en composés aromatiques et en acides organiques, ce qui confère au beurre une légère acidité et une saveur complexe.

Le beurre doux est facile à réaliser chez soi : il suffit d’ajouter de la crème épaisse froide, d’une teneur en matière grasse d’au moins 36 %, dans un batteur sur socle muni d’un fouet. Mettez-le en marche et laissez-le tourner un moment ; lorsque vous entendrez le clapotis du babeurre liquide, vous saurez que votre beurre est prêt à être pressé.

Fabrication de la margarine

Les blocs de margarine sont fabriqués à partir d’huiles végétales liquides qui sont transformées en un produit solide. Les fabricants réorganisent chimiquement les acides gras sur la molécule de glycérol au cours d’un processus de modification appelé « interestérification », ce qui rend l’huile solide et permet une répartition plus homogène des graisses.

Ce processus réorganise les triglycérides présents dans la margarine sans ajouter d’acide gras saturé ni d’acide gras trans (le terme « trans » se réfère à la forme géométrique de la molécule et s’oppose à la forme géométrique « cis »).

En effet, les acides gras trans ont été interdits dans de nombreux pays en raison de leur lien avec les maladies cardiovasculaires et de leur effet sur l’augmentation du cholestérol.

L’interestérification permet à la margarine de rester solide plus longtemps lors de la cuisson, avec un point de fusion plus précis.

En revanche, les margarines à tartiner ou en tube ne subissent pas ce processus et reposent plutôt sur des proportions plus élevées d’eau et d’air par rapport aux huiles solides, ce qui leur permet de rester molles et tartinables. Ces types de margarines sont plus pauvres en matières grasses et ne conviennent donc pas bien à la pâtisserie. La plupart des recettes de pâtisserie sont élaborées en partant du principe d’un pourcentage de matières grasses plus élevé. La teneur en eau plus élevée altère la texture.

Saveur et couleur

Le beurre tire sa couleur dorée du bêta-carotène, un pigment orange présent dans l’herbe. Les vaches mangent de l’herbe, mais ne métabolisent pas efficacement le bêta-carotène, qui se retrouve donc dans leur lait.

La margarine est, elle, naturellement incolore, mais les fabricants y ajoutent du bêta-carotène synthétique pour imiter la couleur du beurre.

Les fabricants de margarine ajoutent également des arômes, tels que le diacétyle, une molécule à la saveur caractéristique du beurre, ainsi que des mélanges de conservateurs et de composants du lactosérum pour reproduire la saveur du beurre. Ils peuvent ajouter des émulsifiants, tels que la lécithine, ou des monoglycérides pour empêcher l’eau et la matière grasse de se séparer. Les proportions exactes des ingrédients varient d’un fabricant à l’autre.

Les différences chimiques peuvent se traduire par de subtiles différences sur le plan de la santé. Bien que les deux soient principalement composés de triglycérides, les graisses du beurre sont d’origine naturelle, tandis que celles de la margarine sont modifiées industriellement. Cette différence fait de la margarine un aliment ultratransformé, mais cela signifie également qu’elle contient moins de graisses saturées. Vous pouvez avoir des raisons de santé de privilégier l’un plutôt que l’autre, mais il faut savoir que la composition chimique de ces graisses peut également influencer leur comportement en cuisine.

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Différences en pâtisserie

Lorsque vous faites chauffer du beurre, les protéines et le lactose qu’il contient se combinent, créant cette couleur brune caractéristique et une délicieuse saveur de noisette, de pain grillé et de caramel. Comme la margarine ne contient pas de lactose, elle ne dore pas aussi bien que le beurre et ne dégage pas le même niveau d’arômes.

Lorsqu’il est cuit dans un four très chaud, le beurre contient suffisamment d’eau pour former de la vapeur, ce qui permet à la pâte de se séparer en couches feuilletées. La teneur en eau de la margarine varie et, bien qu’elle produise un peu de vapeur, elle n’offre pas les mêmes résultats que le beurre.

Cependant, la margarine présente certains avantages par rapport au beurre. Elle est très homogène et fond de manière contrôlée. Elle se conserve également plus longtemps. On peut certes utiliser beurre et margarine de manière interchangeable, mais connaître les différences fonctionnelles entre les deux aide à savoir quand utiliser l’une ou l’autre.

Rosemary Trout 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.

L’ESSENTIEL

• Plonger dans son histoire permet de mettre en perspective les avancées de l’IA, ses promesses et sa rhétorique. Déjà en 1970, Marvin Minsky, mathématicien, annonçait : « D’ici trois à huit ans, nous disposerons d’une machine dotée d’une intelligence générale équivalente à celle d’un être humain moyen. » Ça vous rappelle quelque chose ?

• L’« effet IA », expliqué par Rodney Brooks, un roboticien, dès 1987 : « Tant qu’on ne sait pas faire, c’est de l’IA. Dès qu’on sait faire, c’est du calcul. » Tiens, tiens.

• Sans oublier la « loi d’Amara », énoncée en 1978 : « Nous avons tendance à surestimer l’effet d’une technologie à court terme et à le sous-estimer à long terme. » Oups.

Il est difficile aujourd’hui d’ignorer l’expression « intelligence artificielle » (IA) tant elle est présente dans les médias, sur les réseaux sociaux et, dans une moindre mesure, dans le monde industriel. Ce phénomène d’hypermédiatisation (hype) n’est pas nouveau pour l’intelligence artificielle, car on a déjà connu de telles périodes d’emballement médiatique, même si l’épisode actuel est particulièrement sévère.

Cette hypermédiatisation s’accompagne, aujourd’hui comme hier, d’une promesse de révolution technologique dont les effets se font pourtant attendre, menant certains à douter de son « avènement ». Dans le même temps, les investissements faramineux ne semblent pas soutenables sur le court terme selon des économistes, faisant craindre un éclatement de la bulle qui pourrait avoir des conséquences dévastatrices sur l’économie mondiale.

Pour comprendre cette situation, il faut se replonger brièvement dans la longue histoire de l’IA.

Une définition ambiguë par choix délibéré

Les termes d’« intelligence artificielle » naissent officiellement en 1955 sous la main de John McCarthy (un des pères fondateurs de l’IA), en préparation de la conférence de Dartmouth aux États-Unis en 1956, qui est considérée par beaucoup comme l’instant zéro de l’IA – quand bien même elle n’aurait pu exister sans les travaux précurseurs d’Alan Turing (père fondateur de l’informatique moderne), de Norbert Wiener (père fondateur de la cybernétique) et de bien d’autres encore.

La formulation, « intelligence artificielle », se voulait explicitement très vendeuse, au grand dam des collègues de McCarthy, qui la trouvaient déjà trop connotée.

Si les premiers résultats furent très encourageants, les pères fondateurs ont rapidement fait des promesses irréalisables à l’époque et, pour certaines, irréalisables encore aujourd’hui. Ainsi, Marvin Minsky écrivait déjà en 1970 dans le magazine Life :

« D’ici trois à huit ans, nous disposerons d’une machine dotée d’une intelligence générale équivalente à celle d’un être humain moyen. »

Un demi-siècle plus tard, nous n’avons toujours pas cette intelligence artificielle générale qui serait équivalente à notre propre intelligence, ce qui n’empêche pourtant pas les nouveaux apôtres de l’IA de la promettre pour très bientôt.

Sam Altman (le PDG d’OpenAI) l’a, par exemple, annoncée en 2024 pour 2025, Elon Musk (xAI) en 2025 pour la fin 2026, Dario Amodei (le PDG d’Anthropic) en 2026 pour 2027-2030 et Demis Hassabis (le DG de Google DeepMind) en 2026 pour 2029.

La toute-puissance de la force brute

Pour autant, les progrès et les avancées de la bonne vieille IA (dite « GOFAI » pour Good old fashioned artificial intelligence) sont avérés, et il y a aujourd’hui un ensemble des techniques issues de l’IA qui sont désormais entrées dans notre quotidien sans même que l’on y fasse encore attention. Vous souhaitez :

• aller d’un point A à un point B ? C’est un vieux problème de l’IA résolu partiellement en 1956 (algorithme de Djikstra) ;

• jouer aux échecs avec un ordinateur ? Le programme Kotok-McCarthy a été conçu en 1959 ;

• discuter avec un chatbot ? Eliza (Weizenbaum) permettait déjà de le faire en 1966 ;

• prouver des théorèmes mathématiques ? Le logic theorist de Newell, Simon et Shaw, en 1956, a pu prouver 38 des 52 théorèmes des Principia Mathematica ;

• reconnaître un visage dans la foule ? Takeo Kanade en fit la première démonstration en 1973.

Ces résultats, majeurs à leur époque, ne nous impressionnent plus guère aujourd’hui. Cela explique peut-être pourquoi, pour le grand public, l’IA commence avec les IA génératives (texte, image, son) et, en particulier, avec ChatGPT, qui est un grand modèle de langage (LLM) mis en ligne en 2022 par OpenAI.

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Cette révolution de l’IA s’est véritablement faite en deux temps

En 2012, durant la conférence Neural Information Processing Systems (NIPS), Geoffrey Hinton (lauréat du prix Turing en 2018 et du prix Nobel de physique en 2024) et ses collègues présentent les résultats d’une architecture neuronale pour la reconnaissance d’images.

Les performances de ce modèle sont tout simplement époustouflantes comparées aux techniques standards de l’époque. Là où la communauté pensait qu’il fallait des modèles spécifiques, astucieux, incluant des connaissances fines sur la reconnaissance d’images, Hinton montre au contraire que la force brute marche bien mieux.

Ce qu’il faut donc retenir de ce modèle, ce n’est pas tant son originalité, car son architecture avait été imaginée quelques décennies auparavant par d’autres chercheurs, mais bien l’énorme puissance de calcul qui a été mise en œuvre pour le faire tourner et obtenir ce résultat majeur.

C’est sur ce même principe de « force brute » que Google fera, lui aussi, une avancée majeure dans la traduction automatique au cours de l’année 2016. Là où les linguistes s’acharnaient depuis longtemps à tenter d’introduire les grammaires de nombreux langages, Google a mis en œuvre un véritable rouleau compresseur fondé sur d’immenses volumes de données.

C’est encore ce même principe de force brute qui amènera à ChatGPT et d’autres grands modèles de langage. En exploitant ces mêmes principes de réseaux de neurones profonds, de volumes de données gigantesques et d’une puissance de calcul hors norme, OpenAI a, en quelque sorte, libéré le kraken, aidé en cela par une avancée majeure sur le plan architectural : les transformers, dont l’article original est l’un des plus cités de toute l’histoire de la recherche, toutes disciplines confondues.

Les mêmes causes produiront-elles les mêmes effets ?

Tout en reconnaissant ces avancées majeures, on ne peut s’empêcher de faire le parallèle entre la situation actuelle et ce que l’on appelle « les deux hivers de l’IA ».

Le premier hiver de l’IA, que l’on situe entre 1974 et 1980, est une conséquence directe des promesses non tenues (traduction automatique, reconnaissance vocale, etc.), soulignées par le rapport (assassin) du mathématicien britannique James Lighthill en 1973, et des limites de la puissance de calcul de l’époque. Cela se concrétisa par des coupes budgétaires sévères.

Au début des années 1990, l’IA renaît de ses cendres avec l’idée des systèmes experts (raisonnement à partir de règles), avec, là aussi, des attentes démesurées qui conduiront à un deuxième hiver de l’IA, et ce, jusqu’au début des années 2010.

Pour autant, la recherche en IA ne s’est pas complètement arrêtée durant cette période et de nombreux résultats ont été intégrés dans différentes technologies de la vie courante (reconnaissance automatique de caractères, correction automatique, aide à la décision, navigation routière, etc.), mais ont souffert de l’« effet IA » , comme expliqué par Rodney Brooks dans un article qui a marqué la communauté… à la fin des années 1980 :

« Tant qu’on ne sait pas faire, c’est de l’IA. Dès qu’on sait faire, c’est du calcul. »

Pour qui a travaillé dans le monde académique au début des années 2000, la période actuelle est assez savoureuse. Imaginez un instant qu’il y a un quart de siècle, les mots « intelligence artificielle » étaient bannis des conversations et surtout (auto)censurés de toutes les demandes de subvention, tant les deux hivers de l’IA avaient marqué les esprits. Aujourd’hui, la simple mention du terme IA suffit à faire pétiller les yeux des financeurs et du grand public, même si cet « effet waouh » tend à s’estomper, voire à devenir contre-productif.

Le futur de l’IA reste donc à écrire, mais comme nous l’explique la loi d’Amara, formulée en 1978 :

« Nous avons tendance à surestimer l’effet d’une technologie à court terme et à le sous-estimer à long terme. »

Nul doute que les nouvelles technologies d’IA modifient et modifieront notre quotidien (pour le meilleur ou pour le pire), mais nous ne sommes pas à l’abri d’un troisième hiver de l’IA qui pourrait engendrer des réajustements assez drastiques. C’est en partie ce qui est en train de se passer avec des entreprises qui réembauchent des salariés licenciés auparavant au nom de l’IA.

Quant à l’idée d’une intelligence artificielle générale, elle est pour le moment hors de portée.

Nicolas P. Rougier a reçu des financements de l'ANR.

L’ESSENTIEL

• Architecture, battement d’ailes, déplacements des individus les plus fragiles… les insectes sociaux, tels que les termites, les abeilles et les fourmis, adoptent diverses stratégies pour limiter la surchauffe de leurs nids lors des épisodes de surchauffes extrêmes.

• La ventilation naturelle à l’œuvre dans les termitières est souvent mentionnée comme source d’inspiration dans la conception de bâtiments mieux adaptés au changement climatique.

• En réalité, c’est moins la forme architecturale des termitières que nous devrions imiter que la façon dont les insectes tirent parti des conditions climatiques extérieures.

Lorsque la température extérieure dépasse 35 ou 40 °C, nous cherchons l’ombre, ouvrons les fenêtres pour ventiler ou mettons en marche ventilateurs et climatiseurs. Les insectes, dont la température corporelle dépend de celle de leur environnement, ne disposent évidemment d’aucune de ces technologies.

Pourtant, certaines espèces maintiennent dans leur nid des conditions beaucoup plus stables que celles qui règnent à l’extérieur et s’adaptent aux variations climatiques saisonnières, notamment sous les tropiques. Cette maîtrise est particulièrement spectaculaire chez les termites, les fourmis, les abeilles et certaines guêpes sociales. Le nid n’est pas seulement un abri contre les prédateurs ou les intempéries : il constitue une structure collective qui agit sur la température, l’humidité et la composition de l’air à l’intérieur.

Dans la colonie, les insectes construisent un véritable microclimat protégeant la reine, les ouvrières/ouvriers, les œufs et les larves, les réserves alimentaires (comme le miel), mais aussi, chez certaines espèces de termites ou de fourmis, les champignons cultivés à l’intérieur de la colonie. Cette « climatisation » naturelle associe l’architecture du nid aux comportements coordonnés de centaines, de milliers, voire de millions d’individus.

Le défi thermique des sociétés d’insectes

Contrairement aux oiseaux et aux mammifères, les insectes sont ectothermes, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas maintenir individuellement une température interne constante. Leur activité, leur développement et leur survie sont donc étroitement liés aux conditions extérieures.

Une chaleur excessive augmente leurs pertes en eau et peut perturber le fonctionnement de certaines protéines, des membranes cellulaires et du système nerveux. Les œufs, les larves et les nymphes, incapables de se déplacer librement, sont particulièrement vulnérables. Chez les insectes sociaux, cette difficulté est accentuée par la concentration d’un grand nombre d’individus dans un espace fermé. Leur respiration consomme de l’oxygène et produit de la chaleur, du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau.

La colonie doit donc résoudre plusieurs problèmes simultanément : évacuer l’excès de chaleur, renouveler l’air, conserver suffisamment d’humidité et empêcher le dessèchement des jeunes, tout en se protégeant de l’extérieur, maintenir un accès vers l’extérieur pour se nourrir. Chez les termites et les fourmis qui cultivent des champignons, elle doit également maintenir les conditions nécessaires au développement de leur partenaire symbiotique.

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La termitière, une architecture complexe et respirante

Les grandes termitières d’Afrique, d’Asie ou d’Australie, totalement ou partiellement souterraines, sont souvent présentées comme des systèmes de climatisation naturelle. L’image est séduisante, mais doit être nuancée : toutes les termitières ne fonctionnent pas selon le même principe. Leur architecture et leur ventilation varient selon les espèces, la nature du sol et le climat.

Chez Macrotermes michaelseni, un termite africain qui cultive des champignons du genre Termitomyces, le nid souterrain est associé à un monticule parcouru par un réseau complexe de conduits.

La colonie et le champignon produisent continuellement de la chaleur et du dioxyde de carbone. Les échanges gazeux sont notamment favorisés par les variations de température entre la périphérie et le centre de la termitière.

Une étude sur cette espèce, réalisée en Namibie, a montré que les oscillations thermiques quotidiennes provoquent une inversion régulière des courants d’air. Pendant la journée, la périphérie du monticule se réchauffe plus vite que son centre ; la nuit, elle se refroidit également plus rapidement. Ces différences de température et de densité de l’air alimentent une circulation cyclique qui contribue à évacuer le dioxyde de carbone et l’excédent de chaleur accumulé dans le nid.

La termitière n’impose donc pas nécessairement une température parfaitement constante. Elle tire parti de l’alternance entre le jour et la nuit comme moteur d’une ventilation passive. Le vent peut aussi créer des différences de pression entre plusieurs parties du monticule et favoriser les échanges d’air à travers les ouvertures et les parois poreuses.

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Des termitières poreuses et autoréparatrices

Chez le termite asiatique Odontotermes obesus, également cultivateur de champignons, la termitière possède une organisation en deux couches.

Son cœur est relativement dense et résistant tandis que sa périphérie est plus poreuse et plus perméable à l’air. Cette disposition concilie deux contraintes apparemment opposées : construire un édifice mécaniquement stable tout en permettant sa ventilation.

Les pores et les capillaires de la paroi contribuent aussi à retenir l’eau. L’intérieur des termitières peut ainsi conserver une humidité très élevée, indispensable aux termites comme à leurs jardins fongiques, tout en maintenant des températures plus modérées que celles de la surface.

Ces propriétés ne résultent pas seulement de la forme générale du monticule. Elles dépendent de la taille des particules de terre, de la porosité, de l’épaisseur des parois et de la manière dont les ouvriers mélangent le sol avec de l’eau et des sécrétions.

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À noter aussi qu’une termitière n’est jamais achevée. Les ouvriers construisent, bouchent ou rouvrent des galeries en fonction des courants d’air, de l’humidité et des concentrations en gaz qu’ils rencontrent. On s’en aperçoit en égratignant l’édifice pour vérifier s’il est habité : en général, les soldats sortent les premiers pour sécuriser le périmètre agressé, les ouvriers suivent pour colmater la brèche, en quelques minutes selon son ampleur. Aucun termite ne possède pourtant un plan général de l’édifice.

La construction repose sur la stigmergie : le résultat d’une première action devient le signal qui déclenche les suivantes. Une accumulation de terre, une irrégularité de la paroi ou un courant d’air modifié incitent d’autres ouvriers à déposer de nouveaux matériaux au même endroit. De même qu’un organisme utilise ses organes pour réguler son milieu intérieur, la société de termites régule son environnement grâce aux parois, aux galeries et à l’activité coordonnée de ses membres.

Les abeilles battent des ailes pour ventiler la ruche

L’abeille domestique, Apis mellifera, emploie une stratégie beaucoup plus active. Pour que le couvain se développe normalement, la zone centrale de la colonie est généralement maintenue dans une plage thermique étroite, entre 33 à 36 °C.

Lorsque la ruche chauffe, certaines ouvrières se placent près de son entrée et battent rapidement des ailes. Elles créent ainsi un courant d’air qui renouvelle l’atmosphère du nid et évacue une partie de la chaleur et du dioxyde de carbone.

L’organisation spatiale des ventileuses est collective :

• celles-ci se répartissent autour des ouvertures et orientent leur corps de manière à produire un flux d’air cohérent ;

• d’autres abeilles collectent de l’eau, qu’elles distribuent sous forme de fines gouttelettes sur les rayons ou dans les cellules. L’évaporation de cette eau absorbe de l’énergie et refroidit l’intérieur de la ruche selon un principe comparable à celui de la transpiration.

• Lors des épisodes très chauds, une partie des ouvrières peut également quitter temporairement l’intérieur et former une « barbe » d’abeilles à l’extérieur. Cette évacuation réduit la densité d’individus et la production de chaleur dans le nid.

Des expériences récentes montrent cependant que ces mécanismes ont des limites : lorsque la température extérieure augmente fortement, toutes les zones de la ruche peuvent s’approcher de 40 °C, malgré l’intensification de la ventilation et de la collecte d’eau.

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Plutôt que de refroidir tout le nid, les fourmis déplacent leur couvain

Les fourmis exploitent souvent les différences de température entre les différentes chambres de la fourmilière. Plus celles-ci sont proches du sol, plus les variations thermiques quotidiennes sont atténuées. Les ouvrières peuvent donc transporter les œufs, les larves et les nymphes vers les secteurs offrant les conditions les plus favorables. Chez la fourmi Camponotus rufipes, par exemple, les ouvrières chargées du couvain détectent l’élévation des températures et déplacent les jeunes vers des chambres plus fraîches.

Les fourmis champignonnistes doivent aussi protéger le champignon dont elles se nourrissent. Chez Acromyrmex heyeri, les ouvrières déplacent le couvain et les jardins fongiques le long des gradients thermiques pour les placer dans la gamme de température la plus favorable à la croissance du champignon. Chez Atta sexdens rubropilosa, elles recherchent également les zones les plus humides.

Plutôt que de maintenir toutes les chambres à une température uniforme, ces fourmis exploitent ainsi l’hétérogénéité du nid. Le contrôle thermique repose sur la mobilité : les individus, le couvain et les cultures fongiques sont transportés vers le microclimat approprié.

Des climatiseurs naturels, mais pas infaillibles : les limites de la bio-inspiration

Les insectes sociaux nous montrent ainsi qu’un habitat peut être conçu non comme une enceinte isolée du climat, mais comme une interface dynamique utilisant l’air, l’eau, le sol et leurs variations thermiques pour limiter la surchauffe. Pourrait-on s’inspirer des fourmilières, ruches et autres termitières ?

Les termitières, par exemple, sont régulièrement citées comme modèles pour concevoir des bâtiments nécessitant moins de climatisation mécanique. Leur ventilation passive, leur inertie thermique, leur porosité et la façon dont elles tirent parti des variations circadiennes offrent effectivement des pistes pour l’architecture biomimétique.

Mais une termitière n’est pas un immeuble miniature. Sa structure fonctionne parce qu’elle est en permanence réparée et modifiée par ses habitants. Copier sa seule architecture ne suffit donc pas à reproduire son fonctionnement. De plus, une ventilation fondée sur l’alternance thermique entre le jour et la nuit perd en efficacité lorsque les nuits restent très chaudes. Le refroidissement par évaporation devient plus difficile en période de sécheresse, tandis que les déplacements vers les profondeurs sont limités par l’oxygène disponible, l’humidité du sol et l’accumulation de dioxyde de carbone.

L’intensification des canicules pourrait pousser ces systèmes, perfectionnés par des millions d’années d’évolution, au-delà des conditions dans lesquelles ils peuvent encore protéger efficacement leurs habitants. Lorsque les températures extrêmes se prolongent et que les nuits restent chaudes, même des architectures sélectionnées pendant des millions d’années ou des millénaires d’adaptations traditionnelles peuvent atteindre leurs limites.

La principale leçon offerte par les insectes sociaux est peut-être moins une forme architecturale à répliquer de façon précise qu’un principe : au lieu de lutter contre les variations du climat extérieur par des moyens purement technologiques tels que la climatisation, leurs constructions utilisent les conditions climatiques. Vent, alternance entre le jour et la nuit, inertie du sol, circulation de l’eau et évaporation deviennent les leviers d’un système de régulation low-tech.

C’est peut-être ce principe dont il nous faut, aussi et surtout, nous inspirer dans toutes les étapes de la transition écologique pour lutter contre le réchauffement climatique.

Romain Garrouste a reçu des financements du MNHN, CNRS, Sorbonne Université et Alliance Sorbonne Université, ANR, MRES, METE, MRAE, IPEV, LABEX BCDiv et CEBA, MITI CNRS, National Geographic, WWF ; Romain Garrouste est membre de la Société des Explorateurs Français (SEF).

Quelle est l’expérience qui permet aux novices d’appréhender les mystères de la mécanique quantique et qui continue de faire vibrer les physiciens ? Partons à la découverte de l’expérience de la « double fente » !

Le physicien américain Richard Feynman (1918-1988) disait de la « double fente » que c’était l’expérience qui contenait tout le mystère de la quantique. L’eau a coulé sous les ponts depuis ses cours des années 1960, mais, conceptuellement, les choses n’ont pas changé : on peut toujours expliquer les dernières expériences de la physique quantique en revenant à la double fente et à son formalisme.

Embarquons pour un tour du propriétaire, remontant aux anciens – bien avant Feynman – aux modernes… puisque la dernière instance en date de l’expérience de la double fente date de… 2026.

L’étude de la nature de la lumière, avant la physique quantique

La double fente démarre comme une expérience totalement classique.

En 1801, le physicien Thomas Young éclaire deux petits trous percés dans un carton. Ces deux trous deviennent à leur tour des sources lumineuses secondaires. Sur le mur de sa chambre, au-delà des trous, Young constate l’apparition de franges d’interférences. Donc, les deux trous, en tant que sources lumineuses, interfèrent l’un avec l’autre : en fonction de la position sur le mur, Young observe des interférences soit constructives (on a une bande claire), soit destructives (on a une bande sombre).

Si vous voulez essayer à la maison, on peut facilement obtenir des franges d’interférence par diffraction avec un laser de poche et un cheveu, le cheveu jouant le rôle des deux fentes, car il sépare le faisceau en deux de part et d’autre.

Cette expérience réalisée un peu par hasard et avec les moyens du bord sera reprise dans ses Lectures en 1807. Elle deviendra la preuve expérimentale canonique que la lumière se comporte comme une onde. En effet, si la lumière se comportait comme des particules, on trouverait deux taches lumineuses sur le mur en regard des deux fentes.

Fin du premier acte.

La double fente de Feynman, ou la nature des électrons

Puis, au début du XXᵉ siècle, est apparue la « nouvelle physique », qu’on a depuis appelée « mécanique quantique ». C’est la théorie qui décrit la matière aux plus petites échelles. En 1924, le Français Louis de Broglie ose l’hypothèse décisive : toute particule de matière possède aussi un comportement d’onde.

Pour illustrer ce comportement, Richard Feynman utilise la double fente dans son article fondateur sur les intégrales de chemin (1948), mais la version la plus célèbre arrivera dans ses cours à Caltech donnés de 1961 à 1963 aux premières et deuxièmes années. Pour Feynman, la double fente est l’expérience qui recèle tout le mystère de la physique quantique (ou « mécanique quantique », comme on disait à l’époque).

Feynman réalise cette expérience comme une expérience de pensée, sans vérification expérimentale, mais le formalisme de la quantique étant tellement puissant et tellement précis, nul doute que, si on devait faire cette expérience en vrai, on trouverait le résultat prévu.

Pour ne pas porter à confusion avec les fentes de Young et la nature de la lumière, Feynman décrit une expérience avec des électrons. C’est le premier point qui perturbe souvent mes étudiants. Si ce point vous gêne, vous pouvez imaginer que les électrons sont des photons sans aucun souci, car cette expérience montre en fait que les électrons se comportent comme des photons, et les photons comme des électrons.

Imaginez un écran percé de deux ouvertures en forme de fentes. Derrière cet écran se trouve un second écran, qui sert simplement à enregistrer les impacts des particules. Imaginez aussi que vous disposez d’un canon capable d’envoyer des électrons. Que devrait-il se passer ? Si l’on tire des électrons vers l’écran, la plupart seront arrêtés par le premier écran, sauf ceux qui passent par les fentes. On s’attend donc à voir apparaître sur le second écran deux zones d’impact, alignées avec les deux fentes.

Mais ce n’est pas ce qui se produit. À la place, on observe sur le deuxième écran un motif appelé « franges d’interférence » : une alternance régulière de bandes claires et de bandes sombres.

Pourquoi ? Parce que les électrons ne se comportent pas comme des particules, mais comme des ondes. Et les ondes peuvent se combiner entre elles. Lorsque deux ondes s’additionnent, elles produisent une interférence constructive, qui donne une zone claire. Lorsqu’elles s’annulent partiellement, elles produisent une interférence destructive, qui donne une zone sombre. L’interférence constructive ou destructive dépend de la différence de chemin parcouru par les deux ondes depuis chaque fente jusqu’à un point de l’écran (exactement comme dans l’expérience de Young).

Jusqu’ici, cela peut encore sembler compréhensible. Mais imaginons maintenant que l’on envoie les électrons un par un avec notre canon à électrons, sans viser une fente en particulier. Dans ce cas, chaque électron est seul. Intuitivement, il devrait donc passer par une seule fente, et on ne devrait plus observer de franges d’interférence. Pourtant, ce n’est toujours pas ce qui se produit. Au fur et à mesure que les électrons arrivent un par un sur l’écran, le motif d’interférence finit malgré tout par apparaître.

Comment l’expliquer ? En mécanique quantique, on décrit l’électron par une fonction d’onde, c’est-à-dire une description probabiliste de son comportement. Cette fonction d’onde peut passer simultanément par les deux fentes, se superposer à elle-même et produire les interférences observées sur l’écran. Attention, on ne dit pas que l’électron passe par les deux fentes à la fois. L’électron n’est pas aux deux endroits à la fois, c’est sa fonction d’onde (c’est-à-dire sa description de probabilité quantique) qui se propage à travers les deux fentes et interfère avec elle-même.

Mais allons encore plus loin. Imaginons que l’on place un détecteur après une des fentes afin de savoir par quelle fente l’électron passe réellement. Parfois, on entend un clic : cela signifie que l’électron est passé par cette fente. S’il n’y a pas de clic, on en déduit qu’il est passé par l’autre fente. Que se passe-t-il alors sur l’écran ? Les franges d’interférence disparaissent. Le simple fait de mesurer le passage de l’électron force le système quantique à interagir avec l’appareil de mesure. Cette interaction détruit la superposition des états et empêche la formation des interférences. Les physiciens ont appelé ce phénomène l’« effondrement de la fonction d’onde ». Le mécanisme à l’œuvre, l’interaction avec le détecteur qui brouille la superposition, porte le nom de « décohérence quantique ».

Bref, tant qu’on ne regarde pas, le monde quantique se permet des comportements bizarres. Dès qu’on l’observe, il rentre dans le rang.

Fin du deuxième acte.

Mais, pour l’anecdote, et la correction historique, notons que si, pour Feynman, l’expérience était vraiment une expérience de pensée, le physicien Claus Jönsson avait déjà réalisé à Tübingen (Allemagne) l’expérience avec une vraie double fente et de vrais électrons en 1961 ! Ses résultats avaient été publiés dans Zeitschrift für Physik. Feynman l’ignorait, car l’article n’a été traduit en anglais qu’en 1974 dans l’American Journal of Physics. C’était une époque – tout à fait révolue – où les publications de physique ne se faisaient pas forcément en anglais.

Une avancée spectaculaire

La double fente connaîtra une avancée spectaculaire en 1974 lorsque les Italiens Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli et Giulio Pozzi vont envoyer les électrons un par un à travers un biprisme, qui est une sorte de paire de fentes virtuelles créée par un champ électrique. C’était à Bologne et ils vont même en tirer un film, qui sera primé au festival du film scientifique et technique de Bruxelles en 1976. La différence avec l’expérience de Claus Jönsson en 1961 est capitale. Jönsson envoyait un flot d’électrons, les Italiens les envoient un par un et le motif d’interférence se construit impact après impact. C’est bluffant.

Ensuite, en 1989, les Japonais Akira Tonomura, Junji Endo, Tsuyoshi Matsuda, Takeshi Kawasaki et Hiroshi Ezawa, chez Hitachi, vont réaliser la même opération, toujours avec un biprisme.

Malheureusement, la prouesse italienne des électrons un par un passera par pertes et profits. Dans les manuels, on retient l’expérience japonaise alors que l’expérience italienne a eu lieu quinze ans avant… juste parce qu’un « concours » lancé en 2002 par le philosophe des sciences Robert P. Crease dans la revue Physics World a désigné l’expérience de la double fente avec les électrons un par un comme « la plus belle expérience de physique de tous les temps »… mais, pas de bol, la revue a attribué l’expérience aux Japonais au lieu des Italiens. Malgré un rectificatif publié plus tard, le mal était fait et bien fait, d’autant que Crease surfera sur la vague du concours avec un livre à succès.

Fin du troisième acte.

Au XXIᵉ siècle, l’épopée de la double fente continue

Pour avoir une vraie double fente et des électrons un par un, comme l’avait décrit Feynman, il faudra attendre 2013 avec Roger Bach, Damian Pope, Sy-Hwang Liou and Herman Batelaan, à l’Université du Nebraska à Lincoln. Ici, on a littéralement le dispositif décrit par Feynman soixante-cinq ans auparavant : un canon à électrons qui les envoie un par un, de vraies fentes découpées dans de la vraie matière et même un dispositif qui ferme une des deux fentes à la demande.

Mais l’histoire de la double fente ne s’arrête pas là…

Début 2026, le groupe de Markus Arndt à l’Université de Vienne (Autriche) vient de publier le résultat d’interférences avec des agrégats de sodium d’environ 8 nanomètres et 170 000 unités de masse atomique, soit l’équivalent de 170 000 atomes d’hydrogène. C’est totalement bluffant, car la taille des amas métalliques envoyés dans le dispositif est comparable aux plus petites échelles de la microélectronique actuelle !

La double fente continue de nous épater.

Cet exposé suit le déroulé de la conférence donnée aux lycéens du Lycée français de Rabat (Maroc), dont la vidéo est en ligne.

Fabrizio Bucella 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.

Les abeilles sociales, les espèces solitaires, celles qui nichent dans le sol ou dans des cavités : toutes ou presque présentent des traces de magnétisme. Cette découverte remet en cause les idées reçues sur l’origine de la magnétoréception chez les insectes.

Un nombre étonnamment élevé d’espèces d’abeilles – 74 des 96 espèces testées – présentent des propriétés magnétiques, selon une étude que mes collègues et moi avons récemment publiée dans la revue Science Advances.

Certains animaux sont capables d’utiliser des composés magnétiques à base de fer, comme la magnétite, pour détecter le champ magnétique terrestre et s’orienter grâce à lui. Cette capacité est appelée magnétoréception. Dans notre étude, nous avons considéré le magnétisme observé chez les insectes testés comme un indicateur permettant d’identifier les espèces susceptibles de posséder cette faculté.

Depuis des décennies, les biologistes savent que les abeilles domestiques sociales, qui nichent dans des cavités, sont capables de magnétoréception. La plupart des chercheurs pensaient que cette sorte de boussole interne était liée à la vie en colonie. Les abeilles domestiques indiquent en effet à leurs congénères l’emplacement des ressources florales grâce à une danse qui renseigne sur la direction à suivre en fonction de la position du soleil et du champ géomagnétique.

Notre étude poursuivait deux objectifs : comparer la présence de matériaux magnétiques chez les espèces d’abeilles vivant en groupe et chez les espèces solitaires, puis retracer l’origine évolutive de la magnétoréception chez les abeilles.

Du magnétisme partout où nous avons regardé

Pour mesurer les réponses magnétiques, nous avons collecté des spécimens appartenant à différentes espèces de la famille des Apidés (Apidae), qui comprend des espèces sociales comme les abeilles domestiques, mais aussi des espèces solitaires. Nous avons réduit en poudre des abeilles mortes et séchées, puis mesuré le magnétisme de cette poudre à l’aide d’un magnétomètre.

À notre surprise, nous avons constaté que la réponse magnétique était forte aussi bien chez les abeilles vivant en groupe que chez les espèces solitaires. Ce résultat nous a conduits à rejeter notre hypothèse initiale, selon laquelle la présence de matériaux magnétiques n’était nécessaire que chez les espèces d’abeilles sociales.

Plus surprenant encore, une petite abeille sociale de la famille des Halictidae présentait elle aussi un fort magnétisme. Nous avons alors élargi notre étude à des espèces représentant l’ensemble de l’arbre évolutif des abeilles, en partant de l’hypothèse que l’origine évolutive de ce magnétisme se trouvait peut-être chez des lignées plus anciennes.

Notre étude a également mis en évidence plusieurs tendances concernant l’intensité du magnétisme observé chez les abeilles. Les espèces de grande taille présentaient un magnétisme plus marqué. Les abeilles sociales étaient, en moyenne, plus magnétiques que les espèces solitaires. Enfin, les abeilles qui nichent dans des cavités avaient tendance à être plus magnétiques que celles qui construisent leur nid dans le sol.

Dans l’ensemble, nous avons détecté la présence de matériaux magnétiques dans toutes les familles d’abeilles étudiées : chez les espèces sociales comme chez les espèces solitaires, chez les abeilles nocturnes, ainsi que chez celles qui nichent dans le sol comme chez celles qui vivent au-dessus du sol, dans des cavités ou des ruches. Les insectes d’autres groupes que nous avons examinés à titre de comparaison, notamment des coléoptères, des guêpes et des mouches, présentaient eux aussi du magnétisme.

Nous avons donc dû rejeter une nouvelle fois notre hypothèse. Nos résultats montrent que le magnétisme est probablement apparu avant même l’origine évolutive des abeilles. Nous en concluons qu’il s’agit vraisemblablement d’un caractère ancestral, conservé au cours de l’évolution.

Ce que nous ignorons encore

Notre étude laisse de nombreuses questions en suspens. D’abord, même si nous considérons que le magnétisme constitue un indicateur de la magnétoréception, il est notoirement difficile de le démontrer. Cela nécessite en effet des expériences sur des organismes vivants, retirés de leur environnement naturel.

La magnétoréception est l’un des sens animaux les plus controversés. Il existe de solides preuves que certains organismes sont capables de détecter le champ magnétique terrestre et de s’y orienter. Mais il ne s’agit probablement pas de leur sens principal, même chez les espèces qui possèdent cette capacité. Cette caractéristique rend son étude particulièrement difficile.

Même chez les bourdons, que les biologistes considèrent comme capables de magnétoréception, de nombreuses questions et incertitudes subsistent quant à la manière dont ils utilisent ce sens.

Les scientifiques sont en revanche plus convaincus que les abeilles domestiques sont capables de magnétoréception. Des chercheurs sont même parvenus à les entraîner à distinguer des anomalies locales du champ magnétique. Nous avons donc fait l’hypothèse que les insectes de notre étude présentant un magnétisme plus marqué que celui des abeilles domestiques possèdent eux aussi cette capacité. Mais nous ne pouvons pas le démontrer. De plus, nos travaux n’expliquent ni la fonction de ce magnétisme ni le mécanisme biologique de la magnétoréception.

Enfin, si l’intensité du signal magnétique variait selon les différentes parties du corps, elle n’était jamais limitée à une seule région chez les abeilles que nous avons étudiées. Ce résultat ne soutient donc guère certaines hypothèses sur le fonctionnement de la magnétoréception, notamment celle selon laquelle elle reposerait sur des cryptochromes sensibles à la lumière présents dans les yeux.

Laura Russo 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.

De nombreux projets de data centers sont lancés ou en phase de construction en France. Étant donné leurs impacts sur l’environnement et les populations locales, leur localisation mérite d’être débattue, d’autant que certains projets pourraient être intégrés dans des réseaux préexistants ou en développement : ils participeraient ainsi à la mise en commun et à la réutilisation des ressources que sont la chaleur, l’eau et l’électricité.

Les projets de construction de data centers, infrastructures critiques du numérique et de l’intelligence artificielle (IA), se multiplient en France. De telles infrastructures ont de nombreux impacts : artificialisation des sols, bruit, création d’îlots de chaleur, pollutions atmosphériques (groupes électrogènes diesel, gaz réfrigérants). Mais aussi des impacts économiques et sociaux : un data center crée peu d’emplois directs localement, mais contribue à l’attractivité et à l’innovation du pays plus globalement.

Malheureusement, les projets actuels ignorent trop souvent les débats avec les populations impactées, ce qui conduit à des conflits d’usages au niveau des ressources en eau, en énergie et sur le foncier. La localisation d’un centre de données mérite donc d’être débattue en toute transparence.

D’autant que la question n’est plus seulement de construire des data centers plus sobres. Elle est aussi de savoir comment les intégrer dans une économie circulaire capable de valoriser les rejets de centres de données, et de les transformer en ressources utiles pour les territoires afin de gérer aux mieux les biens communs. À l’instar d’un centre de calcul national basé à Montpellier (Hérault), qui sera connecté au réseau de chaleur de la ville, un data center pourrait devenir une infrastructure hybride où les données, la chaleur, l’eau et l’énergie circulent ensemble au service d’un même écosystème.

Dans ce cas, le véritable défi ne sera plus seulement numérique : il sera territorial, énergétique et industriel, tout en questionnant aussi la régulation de nos usages utiles et futiles.

S’inspirer de l’expertise des centres de données publics

Depuis un demi-siècle, les scientifiques utilisent des centres de calcul intensif mutualisés. Le Centre informatique national de l’enseignement supérieur (Cines), à Montpellier, est un data center de service public d’intérêt national. Il abrite des serveurs et des supercalculateurs refroidis par eau tiède et expérimente toutes les techniques d’optimisation des calculs et des ressources nécessaires.

Avec une puissance électrique installée de 2 mégawatts, sa consommation d’électricité annuelle est de 17 gigawatts-heures. Plus des deux tiers de cette consommation sont destinés aux infrastructures numériques elles-mêmes ainsi qu’aux systèmes de refroidissement.

Pour évacuer la chaleur produite par les équipements, le Cines consomme annuellement de l’ordre de 7 000 mètres cubes d’eau, ce qui correspond au remplissage de deux piscines olympiques de trois mètres de profondeur. L’eau est nécessaire pour le refroidissement de salles machines par des tours adiabatiques : elle circule dans des circuits fermés sans être polluée, et pourrait être recyclée.

Si on extrapole ces données aux impacts d’un data center de puissance 1 gigawatt (par exemple, le projet Campus IA, en Île-de-France, de 1,4 gigawatt), soit 500 fois le Cines, alors la consommation d’électricité sera de l’ordre de 9 térawatts-heures par an, ce qui correspond à la consommation annuelle de plusieurs millions d’habitants et l’équivalent en eau de plusieurs centaines de piscines olympiques. Bien sûr, ici, ce ne sont que des ordres de grandeur, car les impacts dépendront des équipements installés, de leurs temps de fonctionnement, des services offerts et de la localisation – mais ils donnent une idée de l’ampleur du problème.

Au-delà de ces ordres de grandeur, le Cines passe en ce moment une nouvelle étape. Il va être connecté au réseau de chaleur au nord de Montpellier (le Réseau de chaleur Nord Alco, RCNA), ce qui réduit les ressources en énergie et en eau nécessaires au refroidissement des serveurs et permettra de produire de l’eau chaude et de chauffer plusieurs dizaines de logements.

En encadrant la construction des data centers, on pourrait transformer ces installations en acteurs inattendus de la transition écologique et d’une économie circulaire. Ils fournissent de la chaleur et de l’eau, qui peuvent être réemployées. Même leur consommation électrique pourrait jouer un rôle dans l’équilibre des réseaux électriques connectés à des sources de production d’énergies renouvelables.

Se chauffer au data center

L’énergie thermique issue de la transformation de l’énergie électrique peut alimenter des réseaux de chaleur urbains, chauffer des piscines ou des bâtiments. Pour cela cependant, les data centers doivent être conçus dès l’origine comme des producteurs de chaleur et être intégrés au tissu urbain.

Le véritable enjeu consiste à construire les infrastructures capables de récupérer la chaleur plutôt que de la disperser dans l’atmosphère, puis de la distribuer. En raison des pertes de chaleur lors de son transport, le plus facile est d’être à proximité d’un réseau de chaleur urbain et de s’y rattacher. Ce genre d’intégration a déjà été réalisée : c’est le cas par exemple de la piscine olympique des Jeux olympiques de Paris 2024 (Saint-Denis, Seine-Saint-Denis), qui a été chauffée pour partie par la chaleur d’un data center voisin.

Pour d’autres usages de chaleur, industriels ou agricoles, il faudrait être à proximité et surtout associer le projet de data center au projet agricole ou industriel dès sa conception. Par exemple, les usages industriels requièrent une certaine température.

Un fournisseur d’eau (chaude)

La gestion de l’eau dépend des systèmes de refroidissement installés et de l’environnement. Les serveurs récents ont des systèmes de refroidissement liquide directement au contact des composants électroniques, plus efficaces que les méthodes traditionnelles de climatisation des salles machines.

L’objectif est de diminuer fortement les prélèvements dans les ressources en eau potable et d’intégrer les data centers dans des boucles locales de réutilisation. Plutôt qu’un concurrent direct des usages domestiques ou agricoles, le data center pourrait devenir un maillon d’écosystèmes industriels où l’eau circule entre plusieurs utilisateurs avant de retourner dans l’environnement.

Pour ce type de co-utilisation, chaque boucle peut avoir ses spécificités. Dans le cas d’une boucle fermée data center-réseau de chaleur urbain, l’eau reviendrait refroidie depuis le réseau de chaleur. Si, au bout de quelques cycles, sa qualité est trop détériorée pour le centre de données (la qualité de l’eau y est contrôlée), elle peut être évacuée, ou idéalement réutilisée pour un autre usage d’eau non potable (arrosage, irrigation, industrie de fabrication, couplage avec une station d’épuration) – une stratégie développée notamment par Google.

Stabiliser le réseau électrique

Pour accompagner la transition énergétique, les traitements de données au sein d’un data center peuvent être adaptés à de la production d’énergies renouvelables intermittentes.

Certains calculs pourraient ainsi être accélérés à un moment donné afin de consommer une électricité disponible en excès en opérant à la vitesse de calcul maximum de l’ensemble des processeurs. À l’inverse, lors des périodes de tension sur le réseau, une partie des activités pourrait être ralentie en baissant les fréquences de fonctionnement, voire en interrompant certains services.

Un data center deviendrait ainsi un outil de régulation de la consommation électrique, capable d’accompagner le développement des énergies renouvelables dont la production est par nature variable.

C’est pour cela que Google déploie une approche avec des fournisseurs d’électricité américains avec des data centers capables d’adapter temporairement leur consommation électrique (approche dite de « demand response ») afin de soulager le réseau lors des pics de demande. Cette flexibilité repose notamment sur le report ou la réduction de certaines charges de calcul IA non urgentes, sans impacter les services critiques. L’objectif est d’accélérer le raccordement de nouveaux data centers, de limiter les investissements dans de nouvelles infrastructures électriques et d’améliorer la stabilité du réseau.

Il existe également des approches innovantes à l’interface de l’informatique, des systèmes embarqués et de l’électronique de puissance, pour réaliser des data centers modulaires, alimentés par des systèmes de panneaux photovoltaïques. L’originalité réside dans la gestion de l’énergie comme une ressource finie, au même titre que les capacités de stockage ou de calcul. L’énergie est allouée et acheminée entre les modules en fonction des besoins de traitement, comme pour les données.

Pour les plus grosses installations, il faudra trouver des alternatives avec des data centers adaptés aux possibilités énergétiques. C’est ce qu’essaye de faire le Réseau de transport d’électricité (RTE) en ce moment.

À ce stade, l’intégration des projets de data centers dans une économie circulaire, associant les territoires et valorisant énergie, chaleur fatale et eau, n’est plus une option : c’est l’impératif d’un numérique durable.

Michel Robert 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.

L’ESSENTIEL

• En avril 2026, plusieurs institutions publiques marocaines ont validé le lancement d’un projet de data center à Dakhla, dans le sud du pays, qui sera exclusivement alimenté par des énergies renouvelables.

• Ce projet s’inscrit dans les nombreux efforts du Maroc pour s’imposer comme leader régional, voire continental, dans le secteur du numérique.

• En investissant dans de telles infrastructures, le Royaume entend mieux maîtriser l’hébergement de ses données afin de servir ses intérêts économiques et ses ambitions géopolitiques.

À Nouaceur, en périphérie de Casablanca, un consortium emmené par le Sud-Coréen Naver Cloud, l’Américain Nvidia et l’opérateur Nexus Core Systems prépare un centre de données consacré à l’intelligence artificielle (IA) évalué à 1,2 milliard de dollars (1,04 milliard d’euros). Visant à terme 500 mégawatts de capacité, soit davantage que la puissance cumulée aujourd’hui installée dans les cinq premiers pays africains du secteur, le projet résume à lui seul le pari que fait le Maroc sur les infrastructures numériques.

Le pari marocain des data centers

Le pays ne domine pas encore le classement continental. Selon le rapport « Africa’s Digital Leap », publié par Heirs Technologies, l’Afrique comptait fin 2025 environ 211 data centers actifs, très concentrés, notamment en Afrique du Sud – avec 49 centres. Le Maroc, avec huit infrastructures recensées à Casablanca, occupe la cinquième place du classement continental en 2025, derrière l’Afrique du Sud, le Nigeria, le Kenya, l’Égypte, mais devant le Ghana, la Côte d’Ivoire et la Tunisie.

Sur la prochaine génération de projets, le royaume joue sa place de leader régional. Le pari se double d’un second chantier à Dakhla, où les ministères de la transition énergétique et de la transition numérique ont validé en janvier 2026 un centre de données vert de 500 mégawatts. Ce centre sera alimenté exclusivement par l’éolien et le solaire et adossé à l’institut Al Jazari, consacré à l’intelligence artificielle et à la transition énergétique en partenariat avec l’université de Dakhla. Le site Jeune Afrique évoquait en janvier jusqu’à quatre projets de cette nature pour une capacité combinée proche de deux gigawatts, à comparer au 0,500 gigawatt à peine que cumulent aujourd’hui les cinq pays africains les plus avancés du secteur.

Les fondements d’un leadership numérique régional

Cette ambition s’appuie sur des atouts géographiques dont peu de pays africains disposent. Le Maroc est le seul du continent à disposer à la fois d’une façade atlantique et méditerranéenne, raccordé à une dizaine de câbles sous-marins, dont Africa-1 et 2Africa. Ce dernier est porté par Meta, avec des temps de latence vers le sud de l’Europe inférieurs à 20 millisecondes. Cette proximité a pris une dimension réglementaire en 2023 lorsque Rabat a modifié sa loi 09-08 sur la protection des données personnelles pour la rapprocher du RGPD européen. Cela a permis à des entreprises françaises, espagnoles ou belges d’y héberger leurs données sans enfreindre leurs propres obligations.

Le marché existant reste pour l’instant concentré : Maroc Télécom, Inwi, Medasys et N+one se partagent plus de 84 % des parts selon une monographie du Conseil de la concurrence, tandis qu’Oracle multiplie ses implantations à Casablanca, qu’Orange Maroc s’associe à AWS et que Maroc Télécom a signé avec Google Cloud une convention de partenariat évalué à environ 3 milliards de dollars (soit 2,6 milliards d’euros).

Cette accélération n’efface pas certains enjeux. Le taux d’utilisation moyen des centres de données africains plafonne autour de 40 %, contre 70 à 80 % en Europe ou au Moyen-Orient, ce qui met en avant le défi du rythme d’absorption d’une telle capacité.

Des infrastructures au service de la souveraineté et d’une stratégie d’influence

Au-delà des chantiers eux-mêmes, le pari marocain ouvre des perspectives concrètes pour l’économie locale. Une part croissante des données africaines reste aujourd’hui hébergée hors du continent, privant les économies locales d’une partie de la valeur qu’elles génèrent. Rapatrier ce traitement à Casablanca ou à Dakhla permettrait de capter emplois qualifiés, recettes fiscales et savoir-faire technique sur place.

L’adossement systématique des nouveaux projets aux énergies renouvelables, à travers TAQA Morocco à Nouaceur ou l’éolien et le solaire à Dakhla, crée par ailleurs un effet d’entraînement sur la filière électrique nationale, déjà engagée dans la diversification de son mix énergétique. L’institut Al Jazari, en associant recherche en intelligence artificielle et formation universitaire, offre enfin une réponse directe au déficit de compétences cloud identifié par Heirs Technologies, et pourrait transformer une faiblesse en relais de croissance pour les ingénieurs marocains et africains formés sur place.

Les ambitions géopolitiques du Maroc s’appuient aussi sur une vision stratégique de long terme, en cohérence avec les rééquilibrages et le multilatéralisme ambiant. Le principal défi du Maroc est celui de la souveraineté et de la montée en performance. C’est aussi le défi du « trouver sa place » entre les grands acteurs-attracteurs américains et chinois. Une vision stratégique ne peut être déployée sans les efforts, sans la pugnacité, sans l’intelligence humaine. L’IA et la robotique n’ont pas encore remplacé la composante humaine dans la construction d’une stratégie à l’échelle continentale…

Cette vision stratégique du Maroc a su s’incarner par des hommes et des femmes capables d’anticiper les grands mouvements à la vitesse du progrès de l’IA et de la robotique. Une femme en particulier a choisi de consacrer son action au service de l’IA, de relever le défi de souveraineté au nom du Maroc et au nom du continent africain tout entier : il s’agit de la chargée de la transition numérique et de la réforme de l’administration, madame Amal El Fallah Seghrouchni, dont on trouvera le parcours détaillé sur ce lien. Elle porte aujourd’hui la stratégie data IA du Maroc, et notamment celle du déploiement stratégique des nouveaux data centers.

C’est sur cette convergence globale entre volontés de développement de l’innovation et esprit de compétition et de souveraineté exprimé par la jeunesse marocaine, que se construira l’IA africaine, primordiale à la stratégie marocaine.

Thierry Berthier 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.

Alors que nous célébrons le bicentenaire de la photographie, un patrimoine scientifique et visuel exceptionnel est menacé de disparition silencieuse. Dans les réserves des laboratoires de recherche fondamentale dorment des millions de négatifs qui furent, pendant plusieurs décennies, la matière première de la physique des hautes énergies.

Dans les sous-sols de mon laboratoire, le Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies (LPNHE, IN2P3/CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité), une soixantaine de rouleaux de pellicule argentique dorment depuis des décennies. Certains mesurent plusieurs centaines de mètres. Ensemble, ils représentent des milliers d’images produites entre la fin des années 1960 et le début des années 1980.

Ce ne sont pas des photographies ordinaires : chaque cliché a enregistré le passage de particules subatomiques – ces constituants élémentaires de la matière, plus petits que l’atome – à travers un détecteur, matérialisant sur pellicule argentique des traces issues de phénomènes qui échappent à la perception humaine. En analysant la courbure et la longueur de ces trajectoires, les scientifiques pouvaient déterminer certaines propriétés des particules, comme leur charge, leur masse ou leur vitesse, et ainsi en identifier de nouvelles ou mesurer les propriétés de certaines déjà connues.

Aujourd’hui, cette quête se poursuit au CERN avec le LHC – le Grand Collisionneur de hadrons – dont les détecteurs entièrement numériques ont permis en 2012 la découverte du boson de Higgs, la dernière pièce manquante du modèle standard de la physique des particules.

Certains négatifs montrent des trajectoires élégantes, presque calligraphiques ; d’autres, des gerbes complexes de collisions où des particules divergent depuis un même point. Ces images ont été produites non pour être regardées, mais pour être mesurées – et c’est précisément ce qui en fait aujourd’hui des objets si singuliers.

Un effacement silencieux

Le LPNHE n’est pas un cas isolé : en France, en Europe et dans le monde, d’autres laboratoires – au CERN (Genève, Suisse), à DESY (Hambourg, Allemagne), ou Fermilab (Chicago, États-unis) – conservent eux aussi, parfois dans des conditions précaires, des millions de clichés similaires. Un patrimoine scientifique mondial dont très peu de personnes, jusqu’à présent, ont véritablement pris la mesure. Leur support se dégrade lentement et irrémédiablement.

Cette disparition annoncée passe inaperçue. Pourtant, ce qui s’efface constitue un patrimoine doublement précieux : scientifique d’abord, pour ce qu’il dit de l’histoire de la recherche fondamentale ; photographique ensuite, pour ce qu’il révèle d’une époque où l’image était la seule empreinte tangible laissée par des événements se jouant à des échelles infinitésimales.

En 2026, alors que la France célèbre le bicentenaire de la photographie, une attention particulière devrait être portée à la photographie vernaculaire – ce vaste ensemble d’images souvent anonymes : photographies de famille, clichés documentaires, cartes postales. Cette reconnaissance s’inscrit dans une dynamique déjà perceptible, comme en témoigne la très belle exposition « Éloge de la photographie anonyme » présentée à Arles à l’été 2025 autour de la collection réunie par Marion et Philippe Jacquier, fondateurs de la galerie Lumière des Roses – collection acquise par la fondation Antoine de Galbert et récemment donnée au musée de Grenoble.

Dans ce contexte, les archives photographiques des laboratoires de physique des particules constituent un angle mort remarquable. Ni pensées pour être exposées ni conçues pour circuler hors du champ scientifique, elles sont pourtant l’une des productions photographiques les plus singulières du XX^e siècle.

Quand l’image était la donnée

Aujourd’hui, la physique des particules repose sur des détecteurs de très grande envergure – comme ceux du CERN ou du LNGS, le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie – dont les données sont traitées dans des centres de calcul et restituées sous forme de courbes et d’histogrammes, des représentations souvent abstraites et difficilement intelligibles pour le plus grand nombre. Mais il n’en a pas toujours été ainsi. Jusqu’à la fin des années 1980, la discipline reposait sur des « détecteurs visuels » : la chambre à brouillard, inventée en 1911, la chambre à bulles, qui lui succède dans les années 1950, ou la chambre à étincelles. Ces dispositifs avaient en commun de matérialiser le passage de particules subatomiques sous une forme visible.

Ainsi, lorsqu’une particule traversait le milieu sensible du détecteur, elle laissait une trace tangible : une traînée de microbulles dans un liquide surchauffé, une ligne d’étincelles dans un gaz, un nuage de gouttelettes dans de la vapeur saturée. Ces traces éphémères étaient immédiatement photographiées. L’image ne représentait pas la donnée : elle était la donnée.

Le cas des chambres à bulles

Parmi ces détecteurs analogiques, la chambre à bulles est sans doute celui qui a le plus marqué l’histoire de la physique des particules – et produit les images les plus saisissantes. Son principe repose sur une cuve remplie d’un liquide – souvent de l’hydrogène ou du propane – maintenu sous pression à une température proche de son point d’ébullition.

Au moment où un faisceau de particules est envoyé dans le détecteur, la pression est brusquement abaissée : le liquide se retrouve en état de surchauffe instable. Le passage d’une particule chargée (protons, pions, électrons…) suffit alors à déclencher une ébullition le long de sa trajectoire, formant une fine traînée de microbulles.

Cette trace, fugace, est immédiatement photographiée sous plusieurs angles par des caméras synchronisées à un rythme de plusieurs fois par seconde. Placées dans un champ magnétique intense, les particules chargées voient leurs trajectoires se courber : les sens de courbure révèlent les signes de leurs charges, tandis que les rayons de courbure renseignent sur leurs énergies. Le liquide est ensuite remis sous pression pour le cycle suivant. Le rythme de production est vertigineux : chaque jour, plusieurs dizaines de rouleaux de plusieurs centaines de mètres sont exposés. Sur la durée d’une seule expérience, ce sont plusieurs millions de clichés qui s’accumulent. La BEBC – pour Big European Bubble Chamber –, dernière grande chambre à bulles à avoir fonctionné au CERN de 1973 à 1984, a fourni à elle seule 6,4 millions de clichés, soit près de 3 000 kilomètres de pellicule !

Le LPNHE a participé à plusieurs expériences utilisant ce type de détecteurs, notamment avec la chambre à bulles de 2 mètres (entre les années 1960 et 1970) et la BEBC, et conserve à ce titre un ensemble de clichés d’une valeur historique et scientifique considérable (crédités LPNHE, IN2P3/CNRS & CERN).

Les chambres à bulles ont permis la découverte de nombreuses particules élémentaires et ont contribué à l’étude des neutrinos (particules élémentaires du modèle standard de la physique des particules), dont on célébrera en 2030 le centenaire de l’hypothèse formulée par Wolfgang Pauli. Une contribution couronnée par plusieurs prix Nobel, qui a également produit, sans le savoir, l’un des corpus photographiques les plus singuliers du XX^e siècle.

Les « scanning girls » : le maillon invisible

L’image produite par la chambre à bulles n’est pas exploitable en l’état. Elle doit être lue, annotée, mesurée. Cette tâche incombe à des équipes d’opératrices
– désignées dans la littérature scientifique sous le nom de scanning girls – qui constituent le véritable système nerveux des laboratoires. Assises devant des tables de projection spécialisées – des appareils qui agrandissent et projettent les clichés sur une surface éclairée –, ces femmes examinent les images une à une, repèrent les traces de particules parmi le bruit visuel du cliché, mesurent la courbure et la longueur des trajectoires, et consignent ces mesures dans des registres qui alimentent les premières bases de données de la physique des hautes énergies. Pour garantir la fiabilité des données, les clichés sont analysés indépendamment par des opératrices différentes. Un travail d’une précision et d’une patience extraordinaires, effectué en équipes se relayant jour et nuit, et qui exige une formation rigoureuse.

Ces tâches exigeaient un niveau de concentration et de précision tel que les opératrices travaillaient généralement par sessions de quatre heures seulement. Cette organisation en faisait un emploi particulièrement adapté aux mères de jeunes enfants recherchant une activité compatible avec les contraintes de la vie familiale. Pamela Delaney, ancienne scanning girl au laboratoire Rutherford au Royaume-Uni à la fin des années 1960, souligne qu’à cette époque les possibilités d’emploi à temps partiel offrant une rémunération correcte aux femmes étaient relativement rares.

Elle rapporte une anecdote qui illustre également les raisons de ce choix de recrutement. Un laboratoire tenta de constituer une équipe de nuit composée de jeunes hommes. L’expérience fut rapidement abandonnée. Selon Delaney, ces derniers se révélèrent moins fiables : ils fumaient de l’herbe pendant leur service et, une nuit, se mirent même à se balancer aux passerelles des machines, provoquant le dérèglement des équipements. À la suite de cet incident, le laboratoire revint au recrutement de mères de famille locales.

Sans ce travail, l’image reste muette. C’est grâce à leur lecture patiente que la donnée brute devient connaissance scientifique. Pourtant, ces femmes ont été invisibilisées dans l’histoire officielle des sciences. Il existe une ironie douloureuse à constater que les archives qu’elles ont constituées, cliché après cliché, sont aujourd’hui, elles aussi menacées d’oubli.

Un patrimoine à double titre

Ces photographies occupent une position singulière dans le système de classement des images. Ce ne sont pas des photographies artistiques : elles ont été produites en série, collectivement, anonymement. Ce ne sont pas non plus des photographies documentaires ordinaires : elles ne montrent pas le monde visible, mais des phénomènes qui échappent entièrement à la perception humaine directe.

Regarder une photographie de chambre à bulles, c’est voir les interactions fondamentales de la matière rendues visibles pour un bref instant. Ces images possèdent une dimension esthétique et poétique indéniable. C’est précisément leur ambiguïté qui fait leur richesse : données obsolètes ou archives vivantes ? Documents techniques ou photographies à part entière ? La réponse ne se trouve peut-être pas dans les réserves des laboratoires, mais dans les espaces où on les donne à voir…

Numériser, réactiver, restituer

Les espaces dédiés à l’art contemporain se prêtent remarquablement bien à la restitution de ce patrimoine oublié. En 2023, j’ai organisé l’exposition « Chambre à brouillard » à L’ahah (Paris XI^e), en plaçant au cœur de l’espace d’exposition une chambre à brouillard – le tout premier détecteur de particules jamais conçu, dont le LPNHE a le privilège de posséder un exemplaire fonctionnel. Six artistes, Juliette Agnel, Clément Bagot, Nicolas Darrot, Youcef Korichi, Alyssa Verbizh et Anne-Charlotte Yver, ont créé des œuvres en résonance avec ce détecteur et les imaginaires qu’il suscite.

L’exposition a également permis de donner à voir des plaques photographiques scientifiques qui n’avaient jamais été pensées pour un public – confirmant que sortir ce patrimoine des réserves pour l’exposer dans un lieu d’art, c’est aussi atteindre un public qui ne franchit pas spontanément les portes des institutions de recherche.

C’est à cette occasion que j’ai invité l'artiste Hugo Deverchère à projeter son film Cosmorama – une œuvre qui explore les frontières entre image scientifique et création artistique. Cette rencontre a été décisive, donnant naissance à une collaboration qui se poursuit aujourd’hui autour des archives du LPNHE. Le travail d’Hugo explore les croisements entre dimensions géologiques, humaines et cosmiques, interrogeant le rapport entre matériel et virtuel, entre science et fiction, à travers la construction de nouveaux langages et récits visuels. Cette question de la persistance des traces – comment préserver une mémoire au-delà des supports qui la portent, qu’ils soient analogiques ou numériques – est précisément au cœur du travail d’Hugo, et de notre collaboration.

Ensemble, nous menons un travail de numérisation et de restauration des archives du LPNHE, afin d’extraire ces images de leur réserve et de les rendre accessibles – à la recherche historique comme au regard contemporain. Mais la numérisation ouvre aussi une perspective scientifique inattendue : à l’ère de l’intelligence artificielle, réanalyser ces millions de clichés avec les outils et les connaissances acquises depuis pourrait réserver des surprises. Ces archives, considérées comme obsolètes, ne sont peut-être pas si épuisées scientifiquement qu’on ne le croit.

Ces clichés s’inscrivent par ailleurs dans une histoire plus large de la photographie scientifique du siècle dernier, dont les archives d’astrophysique ou de biologie constituent d’autres exemples trop peu reconnus comme patrimoine à part entière. C’est précisément ce que l’exposition peut contribuer à changer. Je travaille aujourd’hui à deux nouveaux projets dans cette perspective : une exposition pluridisciplinaire autour du célèbre physicien français Louis Leprince-Ringuet, pour laquelle j’espère réaliser un film artistique, et une exposition exclusivement photographique réunissant plusieurs photographes contemporains à partir de ces clichés issus de détecteurs visuels.

De son côté, Hugo a continué à faire circuler ce travail dans le monde de l’art contemporain : Orbital Verses a été présentée au printemps 2025 à la galerie Sator (Romainville), à l’automne à la galerie Dumonteil (Shanghai), puis à l’hiver à La Capsule (Le Bourget) – confirmant que ces images, extraites de leur contexte scientifique, trouvent un écho immédiat auprès d’un public non spécialisé.

Ce que le bicentenaire devrait célébrer aussi

Le bicentenaire de la photographie offre une occasion rare de repenser ce que nous considérons comme patrimoine photographique. Les photographies de chambres à bulles, les émulsions nucléaires, les clichés scientifiques de toutes sortes forment un continent encore mal cartographié. Pourtant, ces images ont une histoire, une matérialité, une puissance visuelle. Les exclure du champ photographique, c’est oublier que la photographie a aussi été, dès ses origines, un instrument de connaissance – un moyen de fixer ce que l’œil seul ne peut pas voir. Préserver ces archives et les donner à voir, c’est sauver une double mémoire : celle d’une science et de ses pratiques, et la mémoire de celles et ceux et qui l’ont rendue possible.

Dans les années 1930, Jean Painlevé, scientifique et cinéaste, avait déjà exploré ces frontières entre art et science, révélant des mondes jusqu’alors inobservés. Un siècle après lui, le bicentenaire de la photographie est peut-être le bon moment pour recommencer à les déplacer.

Olivier Dadoun 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.