La turbulence est un phénomène qui intrigue les physiciens depuis longtemps, et une des raisons pour lesquelles certains phénomènes météo sont encore aujourd’hui difficiles à prévoir.

On attribue à Werner Heinsenberg, physicien connu pour ses travaux en physique quantique et popularisé par la série Breaking Bad, la citation suivante :

« Quand je rencontrerai Dieu, je lui poserai deux questions : pourquoi la relativité ? Et pourquoi la turbulence ? Je crois vraiment qu’il aura une réponse à la première. » Werner Heisenber, vers 1946

Nombreux sont les esprits hantés par la question de la turbulence… et depuis bien longtemps. Si l’histoire de la compréhension de ce phénomène sur des bases scientifiques est le fruit d’un très long processus, ce sont surtout les observations qui ont permis d’en comprendre quelques caractéristiques.

De Vinci, qui avait l’œil de l’artiste et les talents d’observation du scientifique, s’est attelé à représenter ce que l’on nommera au XX^e siècle « turbulence » (le terme fut introduit par Taylor et Von Karman). Hiroshige, en voulant représenter le tourbillon de Naruto, fait apparaître les structures complexes du phénomène.

Ce qui se dégage de ces visions d’artiste, c’est que le phénomène fait apparaître du mouvement en forme d’agitation capricieuse et de désordre esthétique représenté sous la forme d’insaisissables tourbillons de différentes tailles.

Ces turbulences jouent un rôle crucial dans nombre de phénomènes, par exemple les phénomènes météorologiques et océanographiques (formation des nuages et dynamique des courants océaniques), impactant ainsi les climats terrestres et les événements météorologiques extrêmes. Elles sont aussi importantes en météorologie solaire, qui étudie notamment les éruptions solaires et leurs impacts sur Terre.

Les premières contributions

Au XVIII^e siècle, Daniel Bernoulli et Leonhard Euler, sont les premiers scientifiques à avoir posé les premières bases de la mécanique des fluides avec leurs équations décrivant l’écoulement idéal des fluides, c’est-à-dire sans viscosité. La viscosité représente toute la résistance interne que réalise le fluide pour lui-même. Elle a pour effet de diminuer la liberté d’écoulement du fluide et dissipe son énergie.

Cela parait contre-intuitif, pourtant, la viscosité va jouer un rôle important pour une description réaliste de la turbulence. Au XIX^e siècle, les travaux de George Stokes et Hermann von Helmholtz ont permis d’inclure les effets de la viscosité dans les équations des fluides, ce qui a ouvert la voie à une compréhension plus subtile du phénomène avec le nombre de Reynolds.

Les travaux d’Osborne Reynolds et l’invention du « nombre de Reynolds »

C’est aussi à cette époque qu’ont eut lieu les premières tentatives pour comprendre la transition entre écoulements laminaires (réguliers) et turbulents émergèrent, notamment à travers les études sur les instabilités hydrodynamiques, un phénomène où un écoulement fluide stable devient instable et évolue vers la turbulence sous l’effet de petites perturbations ou fluctuations.

On comprend que le comportement des fluides est contrôlé par un nombre issu d’un rapport entre la dynamique de son « mouvement » et sa viscosité : ce rapport s’appelle le nombre de Reynolds. Cette découverte a jeté les bases pour une classification des régimes d’écoulement en fonction de ce nombre, permettant ainsi de prédire la transition vers la turbulence. On parle d’écoulement faiblement turbulent et de turbulence développé.

Des ailes d’avion à la turbulence…

Au début du XX^e siècle, inspiré par les problèmes d’aérodynamique notamment sur le lien entre la forme géométrique d’une aile et sa performance en vol (portance et traînée), Ludwig Prandtl, développe la théorie des « couches limites ».

Cette théorie se focalise sur une mince région de fluide située près d’une surface solide, appelée « couche limite », où la vitesse du fluide passe de zéro (à la surface solide) à celle de l’écoulement principal (loin du solide). Elle permet d’analyser séparément les effets de frottement visqueux, facilitant ainsi l’étude des portance et traînée et de la manière dont la turbulence se développe près des surfaces solides et dans les écoulements à grande vitesse.

La révolution de l’approche statistique

Dès 1895, Reynolds avait ouvert la voie à une approche statistique de la turbulence en émettant l’hypothèse que les écoulements turbulents peuvent être décrits en une somme d’un « comportement moyen » et de fluctuations.

Puis, dans les années 1920, Geoffrey Ingram Taylor et Lewis Fry Richardson proposent indépendamment de considérer les écoulements turbulents comme étant constitués de plusieurs échelles, tant spatiales que temporelles. En effet, les écoulements turbulents sont caractérisés par des tourbillons de tailles et de durées de vie variées, qui sont à l’origine de mouvements complexes à différentes échelles spatiales et temporelles.

À leur suite, Kolmogorov développe une approche basée sur des probabilités — un peu comme la physique quantique, qui s’est développée via la probabilité.

Cette approche statistique reste encore aujourd’hui un cadre essentiel pour comprendre les écoulements turbulents. En effet, elle permet de modéliser un comportement « imprévisible » en se concentrant sur des grandeurs moyennes et les fluctuations autour de ces valeurs, plutôt que de chercher à prévoir chaque mouvement individuel. Par ailleurs, les concepts clés de la théorie du chaos, tels que les attracteurs étranges et la sensibilité aux conditions initiales, sont aussi un ensemble d’outils mathématiques très utilisés pour caractériser l’apparition de phénomènes complexes.

D’ailleurs, Heisenberg, lors de sa résidence surveillée à Cambridge en 1945 comme prisonnier de guerre, s’attaqua au problème de la turbulence et retrouva les prédictions de Kolmogorov… alors qu’il ignorait tout de ses travaux publiés en russe.

Clairement, la description statistique de Kolmogorov a introduit une nouvelle conception des choses (en plus d’expliquer les observations expérimentales) : la turbulence ne serait qu’une manifestation d’un phénomène de cascade d’énergie, où l’énergie injectée à grande échelle est transférée aux petites échelles avant d’être dissipée par l’intermédiaire de tourbillons de différentes échelles. En d’autres termes, cette approche révèle les mécanismes physiques sous-jacents à la turbulence.

La turbulence aujourd’hui

Encore aujourd’hui, une meilleure compréhension de cette cascade d’énergie permettrait de réaliser des prédictions, offrant ainsi des applications cruciales, telles que l’amélioration de la performance des éoliennes, une meilleure gestion des catastrophes naturelles, une meilleure prévention d’évacuation pendant les saisons des ouragans et la sécurisation des trajets aériens. Ces avancées offriraient des bénéfices considérables en termes de performance et de sécurité dans divers domaines.

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Bien que des progrès significatifs aient été réalisés, notamment grâce aux simulations numériques, le comportement turbulent reste un phénomène difficile à prédire et à contrôler en raison de sa nature chaotique et multiéchelle. Il n’y a toujours pas de théorie explicative universellement acceptée.

Pour étudier les turbulences, deux approches sont couramment utilisées aujourd’hui : d’une part l’analyse statistique d’un grand nombre de réalisations d’un même écoulement pour en extraire les comportements moyens et dominants (par exemple, certains radars d’aéroport sont utilisés pour repérer la turbulence atmosphérique), et l’examen détaillé d’une seule réalisation pour identifier les structures dynamiques fondamentales responsables des mouvements observés.

Waleed Mouhali 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 agences de sécurité du monde entier sont en train s’armer pour que les communications sécurisées sur Internet le restent quand les ordinateurs quantiques débarqueront.

Pour trouver des algorithmes résistants aux futurs ordinateurs quantiques, un organisme américain a lancé un grand concours, auquel participent de nombreuses équipes de recherche. La France est en pointe dans le domaine — explications par un des chercheurs impliqués.

La cryptographie est au cœur de la sécurité des systèmes d’information, dont Internet, et en particulier de la sécurité des paiements en ligne. Pour utiliser l’image simple d’une effraction dans un appartement : la cryptographie s’occupe d’assurer la solidité de la porte et qu’on ne puisse l’ouvrir qu’avec la clef. Pour cela, on code les informations, et seule la clef permet de les décoder.

La cryptographie repose sur des problèmes mathématiques suffisamment complexes pour que les ordinateurs actuels ne puissent pas les résoudre en un temps raisonnable, par exemple le problème de la factorisation des grands nombres. Mais quantité de ces problèmes seront vulnérables aux attaques de futurs ordinateurs quantiques, plus puissants que les ordinateurs actuels.

En 2015, devant le risque que faisait peser sur la cryptographie le développement d’un ordinateur quantique suffisamment puissant, la National Security Agency (NSA) a enjoint l’administration américaine à changer de paradigme pour passer à une cryptographie résistante aux ordinateurs quantiques, dite « cryptographie post-quantique ».

Suite à ce communiqué, l’Institut des standards américains (NIST) a lancé un concours international : pour gagner, il faut proposer de nouveaux algorithmes cryptographiques résistants aux attaques quantiques. Les gagnants deviendront les standards du domaine : ils auront vocation à être utilisés pour sécuriser toutes les communications dans le monde.

Les enjeux traversent les frontières. S’il est difficile d’évaluer précisément le moment où les systèmes cryptographiques actuels pourront être cassés par un ordinateur quantique, on est sûrs que la transition technique vers un nouveau système prendra du temps, et il faut commencer à la préparer dès maintenant.

Les futurs ordinateurs quantiques, une menace pour les systèmes cryptographiques actuels

Bien que le premier algorithme destiné à être exécuté sur un ordinateur quantique ait été décrit en 1994, le développement d’ordinateurs quantiques réels se fait très lentement. En effet, ils posent des problèmes techniques physiques particulièrement compliqués à résoudre : la puissance d’un ordinateur quantique dépend du nombre de « bits quantiques » (ou qubits) qu’il contient, mais ceux-ci sont difficiles à assembler en grand nombre… à tel point que les premiers ordinateurs quantiques ne possédaient que quelques qubits opérationnels, et ne servaient pas à grand-chose pour calculer.

Ainsi, pendant les années 2000, la puissance des ordinateurs quantique augmentait très lentement, ce qui poussait certains à penser qu’un ordinateur quantique suffisamment puissant pour poser des problèmes de sécurité ne verrait jamais le jour.

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Les choses ont changé au début des années 2010 lorsque les grands groupes américains du GAFAM se sont mis à s’intéresser à l’ordinateur quantique et à financer de manière très importante de tels projets, qualifiés par certains de « projet Manhattan du XXI^e siècle ».

En quelques années, on est passé de quelques bits, à quelques dizaines de qubits, à plus de 1000 qubits aujourd’hui. Si la situation a considérablement évolué en 20 ans, la réalisation d’un ordinateur quantique suffisamment efficace pour casser un système de cryptographie n’est probablement pas pour demain, tant il reste de nombreux défis physiques à résoudre… mais le sujet est aujourd’hui au premier plan au niveau international, et des start-up font de nouvelles avancées chaque jour. En France, on peut citer en particulier Pasqal et Candela.

Et même s’il reste probablement une bonne dizaine d’années avant de pouvoir éventuellement arriver à casser concrètement un système de type RSA (un système cryptographique très utilisé aujourd’hui), la « menace quantique » a déjà commencé : avec des attaques de type « harvest now and decrypt later », on peut envisager qu’un attaquant collecte des données aujourd’hui et les déchiffre lors de l’avènement de l’ordinateur quantique.

Des problèmes mathématiques difficiles, même pour un ordinateur surpuissant

Une cryptographie résistante aux attaques d’ordinateurs quantiques reposera sur une catégorie particulière de problèmes mathématiques : celle des problèmes réputés « difficiles », qui résisteront a priori aux ordinateurs quantiques.

De tels problèmes difficiles sont connus depuis des années : le premier, dit « système de McEliece » a été introduit en 1978. Mais ces problèmes difficiles ont souvent l’inconvénient d’être plus gros en taille que les systèmes classiques.

Il est important de bien comprendre qu’un ordinateur quantique ne sera pas capable de casser facilement n’importe quel type de problème difficile (en fait, on connaît très peu d’algorithmes quantiques qui cassent des problèmes efficacement), mais la catégorie des problèmes résolus beaucoup plus efficacement par un ordinateur quantique englobe tous les problèmes utilisés pour les systèmes de cryptographie à clef publique actuels.

En pratique, on utilise aujourd’hui un processus de cryptographie en deux étapes, le « chiffrement hybride » : les ordinateurs quantiques ne devraient a priori pas mettre en danger la première étape (dite « partie symétrique ») car il suffira de doubler la taille des clefs pour que même un ordinateur quantique ne puisse pas les attaquer. En revanche, la seconde étape (dite de « partage de secret ») est rendue inutilisable par le premier algorithme quantique inventé en 1994, l’algorithme de Shor. C’est pour cette seconde partie qu’il convient de trouver des systèmes alternatifs résistants aux attaques quantiques.

Un grand concours pour trouver de nouveaux algorithmes

Des concours publics internationaux ont déjà été organisés avec succès par le NIST pour définir les précédents standards de la cryptographie en 1996 et en 2008.

Le concours post-quantique a débuté en novembre 2017 et a pour objet de trouver des algorithmes de chiffrement, de partage de secret et de signature, les trois principaux types d’algorithmes de la cryptographie à clef publique moderne.

Soixante-quatre algorithmes de chiffrement ont été soumis. Au fur et à mesure d’un processus transparent qui s’est déroulé sur plusieurs années et à travers plusieurs tours qui filtraient les candidats. Il s’agit d’un processus complexe où l’on cherche des algorithmes à la fois efficaces et sécurisés et où les chercheurs sont invités à tester la robustesse des algorithmes pressentis, ainsi certains concurrents ont même été éliminés très tard dans le processus parce qu’ils ont été attaqués efficacement et donc démontrés non robustes (par exemple le système SIKE à l’été 2022).

En 2022, le NIST a choisi un premier groupe d’algorithmes pour la standardisation : KYBER pour le chiffrement ainsi que trois algorithmes (Di Lithium, Falcon et Sphincs) pour la signature.

Il espère aussi annoncer cet automne (2024) un ou deux nouveaux standards pour le chiffrement, choisis parmi les algorithmes encore en course : McEliece, HQC and BIKE.

En parallèle, le NIST a commencé un nouveau concours en juin 2023 spécialement pour les signatures post-quantiques pour augmenter la diversité des algorithmes. Le concours vient juste de commencer et a accueilli 40 candidats. Les résultats du premier tour sont arrivés en octobre 2024 et 14 candidats passent au second tour.

Durant tout le processus, la France a été très représentée dans de nombreuses soumissions sur tout type de problèmes difficiles. Le pays est très en pointe pour la cryptographie post-quantique, notamment grâce aux financements France 2030 et grâce aux efforts dans la durée de la part d’organismes de recherche nationaux comme le CNRS et l’INRIA.

Concrètement, que changent les nouveaux algorithmes post-quantiques par rapport aux systèmes de cybersécurité actuels ?

D’une manière générale, les nouveaux algorithmes post-quantiques sont plus gros en termes de taille de paramètres. Dans certains cas, la taille des données cryptographiques envoyées (petite à la base) peut être multipliée par 10 ou 20, ce qui oblige à faire évoluer aussi une partie de la chaîne globale de la sécurité et un travail d’adaptation général sur un certain de protocoles de sécurité existants qui utilisent la cryptographie en boite noire. Les chercheurs et les industriels travaillent sur le sujet depuis des années pour rendre la transition vers ces nouveaux algorithmes cryptographiques la plus efficace et sécurisée possible.

D’un point de vue plus concret, il existe des groupes de travail dans divers campus de cybersécurité à la fois au niveau national et en régions et l’ANSSI (l’agence de sécurité française qui régule l’utilisation de la sécurité et de la cryptographie en France) est en train de mettre en place des procédures de certification pour des produits utilisant la cryptographie post-quantique, avec pour but que les entreprises aient pu faire une transition d’ici 2030, c’est-à-dire… demain.

Le projet CBCRYPT a été soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. Elle a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Philippe Gaborit a reçu des financements de France 2030 (PEPR Quantique) et de l'ANR (projet CBCRYPT https://anr.fr/Projet-ANR-17-CE39-0007).

Les oursins se révèlent être de précieux bioindicateurs pour suivre la contamination des environnements marins par les éléments traces (longtemps appelés métaux lourds). Un exemple en Corse, lieu privilégié d’étude des écosystèmes côtiers, à proximité d’une mine fermée depuis plus de 50 ans.

Interfaces fragiles entre les milieux terrestres et marins, les écosystèmes côtiers sont soumis à une pression croissante due aux activités anthropiques. L’expansion des secteurs industriel, agricole et urbain entraîne l’introduction d’une quantité considérable de produits chimiques dans ces écosystèmes.

Ces substances présentent souvent des propriétés toxiques susceptibles de causer des dommages multiples à l’échelle des organismes, des populations et des écosystèmes, menaçant non seulement la biodiversité marine mais aussi les services écosystémiques qu’ils fournissent.

Les éléments traces : une menace invisible

Les éléments traces, autrefois appelés métaux lourds, font partie des contaminants les plus répandus dans l’écosystème marin. En raison de leur toxicité, leur persistance et leur capacité à s’accumuler dans les organismes marins, ces derniers sont considérés comme de sérieux polluants dans l’environnement marin.

Bien que naturellement présents dans l’environnement à faible concentration, les éléments traces peuvent rester en solution, s’adsorber sur des particules sédimentaires, précipiter au fond ou encore s’accumuler et connaître « une bioamplification » dans les chaînes alimentaires atteignant ainsi des niveaux toxiques. Une surveillance constante de leur présence et leur concentration est donc essentielle face à ces menaces.

Le cas de l’oursin violet comme bioindicateur de contamination

Afin d’évaluer les niveaux de contaminants dans l’écosystème, des organismes peuvent être utilisés comme bioindicateurs. Ces organismes ont la capacité d’accumuler des polluants dans leurs tissus permettant ainsi d’évaluer la qualité de leur environnement.

De par sa large distribution, son abondance dans les écosystèmes côtiers, sa facilité de collecte, sa longévité, sa relative sédentarité et sa bonne tolérance aux polluants, l’oursin violet Paracentrotus lividus (décrit par Lamarck en 1816) est un organisme reconnu pour son rôle de bioindicateur.

L’utilisation de biomarqueurs représente également une approche clé dans la biosurveillance marine permettant d’évaluer les liens entre l’exposition aux polluants environnementaux et leurs impacts sur les individus et les populations. Les effets des polluants dans les écosystèmes marins peuvent être mesurés à travers des paramètres biochimiques.

De nombreuses études suggèrent que l’exposition à divers éléments traces est susceptible d’entraîner des dommages irréversibles chez les organismes marins via la production de molécules oxydantes. Dans ce contexte, il est essentiel d’évaluer, au sein de ces organismes, les activités d’enzymes antioxydantes qui jouent un rôle clé dans la défense contre le stress oxydant. Les teneurs de certains marqueurs d’oxydation dans les tissus des organismes constituent également des indicateurs précieux pour évaluer l’intensité du stress oxydant.

La Corse, un site d’étude privilégié

En raison de ses côtes fortement peuplées, la mer Méditerranée est soumise à de nombreuses pressions anthropiques. Située au nord-ouest de ce bassin, la Corse constitue un site d’étude privilégié pour les écosystèmes côtiers. Ses eaux, souvent considérées comme peu affectées par des sources anthropiques majeures, permettent d’identifier plus facilement les sources de contamination.

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Afin d’obtenir des informations sur la qualité environnementale des eaux marines autour de l’île et d’identifier les zones de contamination locale, des prélèvements ont été réalisés. Ces travaux avaient pour objectif de suivre la dynamique spatio-temporelle de 22 éléments traces dans des oursins prélevés sur le littoral corse et d’estimer les effets de cette contamination sur le stress oxydant de P. lividus.

Des indices de pollution, calculés à partir de données issues de la littérature, ont permis de comparer les niveaux de contamination de la Corse à ceux d’autres régions méditerranéennes, comme l’Algérie, la Grèce, l’Italie et l’Espagne. Bien qu’il existe quelques cas de contamination élevée en Corse, les niveaux demeurent faibles en raison de la faible pression anthropique dans la région.

Des éléments traces présents naturellement ou liés aux activités humaines

La plupart des contaminations significatives qui ont été relevées sont attribuées à des sources localisées ou à des caractéristiques spécifiques des sites étudiés. Ainsi, de fortes teneurs en cobalt, chrome et nickel ont été mesurées dans les organes reproducteurs (les gonades) d’oursins à proximité de l’ancienne mine d’amiante à Canari en Haute-Corse. Ces niveaux résultent de déblais non traités rejetés en mer pendant la période d’activité de la mine d’amiante entre 1948 et 1965.

Malgré la fermeture de la mine depuis plus de 50 ans, le procédé utilisé pour récolter des résidus miniers le long du littoral ainsi que la composition géologique du sous-sol (constitué de roches dénommées serpentinites naturellement riches en éléments traces) contribuent encore à la dispersion de ces éléments dans l’environnement marin.

L’évaluation de la qualité des écosystèmes nécessite donc une bonne connaissance du contexte géochimique naturel afin de distinguer les éléments traces naturellement présents dans l’environnement de ceux résultant des activités anthropiques. Cet exemple illustre également comment les activités humaines, même anciennes, peuvent encore avoir un impact sur les écosystèmes.

Le calcul d’un indicateur appelé « Trace Element Pollution Index » – basé sur les concentrations en éléments traces dans les gonades et les tubes digestifs de l’oursin – a permis de déterminer un gradient de contamination avec des teneurs plus élevées au sud de l’ancienne mine d’amiante. Ce phénomène résulte de la migration des déchets miniers vers le Sud, entraînés par la houle et les courants marins dominants.

Cette observation souligne le rôle du milieu marin dans la diffusion et la distribution des contaminants dans l’environnement. Par conséquent, les éléments traces peuvent être largement diffusés à partir des sites sources rendant leur surveillance plus complexe.

Plusieurs études suggèrent que l’exposition à la contamination par les éléments traces peut induire une cascade d’événements qui stimulent des activités d’enzymes antioxydantes chez les oursins.

Dans le cadre de notre recherche, les activités spécifiques les plus élevées des enzymes antioxydantes ont été observées dans la zone sud de l’ancienne mine d’amiante, là où justement la contamination est la plus importante. Toutefois, aucune différence significative entre les sites n’a été mise en évidence. Ces données suggèrent que le système enzymatique antioxydant de P. lividus a protégé son organisme de manière efficace contre les dommages oxydants.

Intégrer aussi les caractéristiques de l’eau (température, acidité, oxygène, etc.)

La contamination en éléments traces varie selon les saisons, avec des concentrations généralement plus élevées en automne et en hiver et plus faibles en été. Cette variation s’explique par des changements physiologiques chez l’oursin. Lors de la production des cellules sexuelles ou gamètes (spermatozoïdes et ovocytes), un phénomène de dilution des concentrations en éléments traces est constaté dans les organes reproducteurs tandis qu’en dehors de cette période la concentration augmente.

Par ailleurs, certains éléments sont essentiels et leur concentration élevée durant la production des cellules sexuelles est considérée comme normale. C’est notamment le cas du zinc étroitement lié au processus de maturation des ovocytes ou cellules sexuelles féminines (l’ovogenèse) et dont les niveaux sont particulièrement élevés chez les femelles.

En conséquence, pour une utilisation optimale des oursins en tant que bioindicateurs, il est crucial de considérer divers facteurs dits « biotiques » et « abiotiques ». Les facteurs biotiques incluent la reproduction et le sexe des oursins qui influencent les concentrations d’éléments traces dans les gonades. Les facteurs abiotiques tels que la température de l’eau, le pH, la teneur en oxygène et la salinité influencent la biodisponibilité des polluants et la capacité des oursins à les accumuler.

Prendre également en compte d’autres bioindicateurs comme les moules et les algues

Par ailleurs, nos résultats ont démontré que les macroalgues et les tubes digestifs d’oursins bioaccumulent plus d’éléments traces que les gonades ce qui les rend particulièrement utiles pour identifier les contaminations locales. Le tube digestif des oursins, en particulier, pourrait être un outil plus précis pour les études écotoxicologiques car il présente généralement des concentrations d’éléments traces plus élevées et est moins affecté par les facteurs liés à la reproduction.

Ainsi, bien que les oursins soient d’excellents bioindicateurs, une approche intégrée avec d’autres organismes tels que des bivalves (les moules notamment) ou macroalgues permet d’obtenir une vision plus globale de la contamination dans les écosystèmes côtiers.

Ces recherches sont cruciales pour comprendre les pressions anthropiques exercées sur les écosystèmes marins et développer des stratégies de gestion environnementale efficaces visant à préserver la biodiversité ainsi que les services écosystémiques essentiels fournis par ces milieux.

Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (qui a lieu du 4 au 14 octobre 2024), et dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition porte sur la thématique « océan de savoirs ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.

Ouafa El Idrissi a bénéficié de la bourse de la Fondation de la Mer, un financement dans le cadre du programme MISTRALS (Mediterranean Integrated STudies at Regional And Local Scales).

Sonia Ternengo a reçu un financement dans le cadre du programme MISTRALS (Mediterranean Integrated STudies at Regional And Local Scales).

Nos aînés jouent parfois le rôle de station météo ! Grâce à leurs douleurs articulaires, ils peuvent prédire le temps qu’il fera dans la journée. Mais qu’en est-il vraiment ?

Les rhumatismes regroupent environ 200 maladies qui touchent les composantes des articulations, soit l’os et le cartilage articulaire. Ils affectent aussi leurs parties molles, comme les ligaments sur les os ou les tendons reliant les muscles aux os. Ils sont classés selon leur origine, en rhumatismes non inflammatoires et inflammatoires. Les premiers comprennent l’arthrose et l’ostéoporose, concernant surtout les personnes âgées, les troubles musculosquelettiques ou la fibromyalgie. Les rhumatismes inflammatoires englobent notamment les formes d’arthrite, telles que la spondylarthrite ankylosante et la polyarthrite rhumatoïde, deux maladies auto-immunes. Aujourd’hui, plus de 16 millions de Français souffrent de rhumatismes.

Pluie ou humidité ?

En 2019, une équipe de l’Université de Manchester a étudié les symptômes de plus de 2500 malades pendant 15 mois. Plusieurs pathologies étaient représentées, comme l’arthrose, la polyarthrite rhumatoïde et la fibromyalgie. Les symptômes ont été recueillis via une application sur smartphone, avec des informations incluant météo, humeur ou activité physique. C’est l’une des premières expériences de science participative à utiliser une application.

Les auteurs suggèrent que ce type de dispositif peut être proposé aux patients pour prévoir leurs douleurs. Ils ont trouvé que ce sont l’humidité relative, c’est-à-dire la saturation de l’air en vapeur d’eau, et la pression atmosphérique, qui corrèlent le plus avec les douleurs articulaires.

Cette corrélation, bien que significative, reste modeste. Par exemple, la modification simultanée des deux variables météorologiques n’entraîne qu’une faible augmentation de la douleur. Trois ans après, une équipe de la même université a décidé de réanalyser les mêmes données. Ils ont déterminé qu’il y a bel et bien un lien entre climat et douleur articulaire, mais qu’il concerne environ 4 % des volontaires. Ces chercheurs expliquent que la douleur est subjective et codée par le cerveau. La réaction varie donc selon les malades, et dépend des différences interindividuelles de l’activation nerveuse.

L’articulation est un baromètre

Le lien entre douleurs articulaires et météo fait l’objet de débats houleux entre scientifiques ! En 2017, une collaboration internationale, menée par le Dr Jena, permit l’analyse des symptômes d’environ 1,5 million d’Américains de plus de 65 ans. Leur conclusion est qu’il n’y a aucune corrélation entre douleurs articulaires et jours de pluie. Quatre jours après, la réponse à cet article scientifique ne s’est pas fait attendre ! Voici comment le Dr Bamji, rhumatologue retraité, débute sa réponse : « La raison pour laquelle le Dr Jena et ses collègues n’ont pas réussi à trouver un lien entre les douleurs articulaires et la pluie est simple. Ils se sont trompés de variable – et à ma connaissance, personne n’a pris en compte la bonne. »

Comment la pluie ou l’humidité relative pourrait influer la douleur des patients… Alors que notre organisme n’a aucun moyen de détecter les fluctuations du taux d’humidité ? Le Dr Bamji précise que l’articulation est une structure permettant la proprioception ou sensibilité profonde. Il s’agit de la capacité, consciente ou inconsciente, à percevoir la position des parties du corps sans utiliser la vision. Dans les tendons sont logés des « propriocepteurs », des récepteurs sensibles à la pression induite par la contraction musculaire. Les propriocepteurs sont également sensibles aux changements de pression atmosphérique.

La pression atmosphérique suit en fait les variations de l’humidité relative. Quant aux propriocepteurs, ils transmettent leurs signaux à des nerfs sensitifs qui transitent vers le cerveau.

Les douleurs articulaires sont liées directement à la pression atmosphérique, et indirectement à l’humidité relative. Chaque patient a un ressenti dépendant de son propre système nerveux central. Le plus important est d’écouter sa douleur, par exemple en tenant un journal quotidien des symptômes !

Valérie Lannoy 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.

Ce mardi 5 novembre, le tout premier satellite en bois a été lancé dans l’espace. Il a été développé par des scientifiques de l’Université de Kyoto. Une preuve que le bois peut être envisagé comme un matériau de construction du futur.

Depuis l’invention de la roue, estimée à 4 000 ans av. J.-C., le bois a été utilisé par l’humanité pour ses déplacements terrestres. Hormis dans le nautisme, il est peu connu que son usage était encore fréquent à la fin du XX^e siècle. Parmi les nombreux exemples documentés dans nos articles l’un des meilleurs avions de la Deuxième Guerre mondiale était le Mosquito, produit par De Havilland à 7 781 exemplaires, capable de voler à 680 km/h et dont la structure était faite de bouleau, douglas et balsa.

Jusqu’à aujourd’hui la société Robin Aircraft, établie à Dijon a produit le DR 400 en construction bois et toile à 2 700 exemplaires. Côté automobile, la société anglaise Morgan utilise encore le frêne pour une partie de ses châssis. Mais un des plus beaux exemples était la Costin Nathan Le Mans 1967 dont la structure était en contreplaqué pour un poids de seulement 400 kg, c’est la moitié de la Ferrari P4 de la même année.

Ces exemples montrent à la fois la légèreté et la résistance du bois mais aussi un savoir-faire en partie perdu. En effet, seule la marque anglaise Morgan utilise encore le bois pour ses voitures en petite série aujourd’hui.

La question de son utilisation est intimement liée à la ressource disponible. Si dans l’hémisphère Sud, la couverture forestière disparaît majoritairement à cause de son utilisation comme bois de chauffe, dans l’hémisphère Nord elle continue à augmenter. Pour l’Union européenne, l’augmentation du stock de bois sur pied a été de 30 % sur la période 2000-2020 et la couverture forestière représente 39 % de la surface des états membres. En France la couverture forestière a doublé en 100 ans. Malheureusement, ce sont essentiellement les résineux qui sont exploités alors qu’une utilisation structurale pour des véhicules nécessiterait des feuillus comme le peuplier ou le bouleau qui sont des essences locales et abondantes.

Le bois, un matériau résistant mais complexe

Nos recherches ont d’abord porté sur la caractérisation mécanique du contreplaqué seul ou pris en sandwich avec d’autres matériaux comme l’aluminium ; les fibres de carbone, de verre mais aussi de lin. Si les résistances trouvées sont satisfaisantes, le contreplaqué s’avère un matériau très complexe du fait de son mode d’obtention. On va trouver des caractéristiques différentes en fonction de la position du bois dans l’arbre (bois juvénile ou adulte, de printemps ou d’été). À cette complexité s’ajoute aussi une forte sensibilité du bois à son environnement en termes d’humidité et de chaleur.

Toutes ces complexités influent sur les caractéristiques mécaniques des plis qui constituent le contreplaqué et pour y remédier nous avons développé des méthodes d’identification grâce aux thèses de John Susainathan et d’Axel Peignon, du postdoctorat d’Hajer Hadiji et de l’ANR BOOST.

Des applications concrètes dans l’automobile

Les véhicules d’aujourd’hui doivent permettre d’absorber les chocs lors d’accidents. Ce sont le plus souvent des tubes en acier ou aluminium qui servent d’absorbeur d’énergie. Il était donc important de connaître la réponse du bois à des crashs. Lors de la thèse de Romain Guélou, nous avons testé des tubes fabriqués avec plusieurs essences (peuplier, bouleau et chêne) avec ou sans des peaux intérieures ou extérieures, en tissus de fibres de verre ou de carbone. Le comportement au crash du bois est très bon. Un tube avec des peaux en carbone et une âme en plis de bouleau a pu absorber l’énergie d’une masse de 170 kg lâchée à 4,2 m de hauteur. On a aussi pu montrer la contribution significative du bois puisqu’en passant de 2 à 6 plis de bouleau, l’énergie absorbée est multipliée par 2.

Récemment un groupe d’étudiants du département de génie mécanique de l’INSA Toulouse a montré que sur un véhicule léger, librement inspiré de l’Africar (une voiture avec un châssis bois extrêmement robuste conçue dans les années 1980 pour l’Afrique), les contraintes sont faibles et parfaitement supportables par un contreplaqué de bouleau ou de peuplier.

Les études menées à l’INSA Toulouse et à l’Institut Clément Ader depuis 12 ans montrent les possibilités de ce matériau historique que la nature a rendu très avancé pour une mobilité durable. Ces études s’inscrivent dans un mouvement de redécouverte et de réemploi. En France, la société Aura Aéro, basée à Toulouse a développé l’Integral R, avion d’acrobatie bois-carbone en cours de certification. À Belfort, les avions Mauboussin, avec qui nous collaborons, développent un avion dont la structure est en bois en s’inspirant du Mosquito.

À travers plusieurs programmes de recherches, le professeur Ulrich Müller et son équipe autrichienne ont démontré que le remplacement et le calcul de pièces de véhicules par du bois étaient avantageux économiquement et permettaient d’alléger les structures.

Du bois dans l’espace

Mais le plus surprenant est l’utilisation du bois dans l’espace. Deux études sont actuellement en cours, au Japon et en Europe (Finlande), pour utiliser le bois comme matériau de structure de petits satellites.

L’étude japonaise LignoSat Space Wood vient de lancer un satellite en bois de magnolia sur une orbite terrestre basse. En plus d’être respectueux de l’environnement lors de sa fabrication et de brûler complètement dans l’atmosphère terrestre une fois désorbité, un satellite en bois sera largement transparent aux ondes radio. Les antennes de communication et de recherche pourraient ainsi être internes car le bois est transparent aux ondes radio, évitant ainsi des opérations de déploiement hasardeuses. Les tests effectués sur des échantillons de bois à la Station spatiale internationale (ISS) par des chercheurs de l’Université de Kyoto ont confirmé la détérioration minime et la bonne stabilité du bois dans l’espace. Le satellite européen est fabriqué en contreplaqué de bouleau finlandais, mais dopé pour l’aider à résister aux conditions spatiales.

Il existe donc un intérêt croissant pour le bois dans des domaines des transports parmi les plus variés. Si de nombreuses recherches ont été effectuées sur le bois en utilisation génie civil, il reste un domaine quasi vierge pour le contreplaqué dans le domaine des transports malgré un énorme potentiel en termes de développement durable. Des applications aéronautiques et spatiales ont déjà vu le jour mais pour les transports, hormis quelques réalisations d’amateurs éclairés, il n’y a pour l’instant aucune application industrielle.

Castanié Bruno a reçu des financements de l'ANR sur ce sujet.

Arthur Cantarel a reçu des financements de l'ANR.

Florent Eyma et Joel Serra 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 poste universitaire.

Il y a tout juste 50 ans, un groupe de physiciens découvrait un nouveau quark, « brique » de base des protons et des neutrons. Récit par l’un de ses découvreurs.

Au début des années 1970, les physiciens des particules disposaient de deux imposants centres d’accélérateurs pour étudier l’infiniment petit : l’européen CERN à Genève et l’américain Brookhaven près de New York. Chacun abritait un accélérateur de protons de 620 m de circonférence pouvant atteindre l’énergie alors faramineuse de 25 GeV. L’unité d’énergie est ici l’électron-volt (eV), 1eV étant l’énergie d’un électron traversant une tension de 1V. On emploie les multiples : keV (10³), MeV (10⁶) et GeV (10⁹). Cela reste infinitésimal rapporté au monde ordinaire. 1 GeV, équivalent de la masse du proton, correspond à une énergie qui élèverait d’un milliardième de degré la température d’un gramme d’eau !

Grâce à ces machines, la physique multipliait le nombre de particules élémentaires en suivant une recette simple : bombardant une cible avec un faisceau de protons accélérés, on analysait les particules qui sortaient. On accumula ainsi environ 200 types d’objets élémentaires, en particulier de nombreuses résonances.

Qu’est-ce qu’une résonance ? Alors que les particules telles que protons, électrons, pions, kaons… peuvent être suivies sur des distances macroscopiques, les résonances se désintègrent dès leur création en donnant deux ou trois particules qu’il s’agit d’associer pour retrouver la résonance originelle. Empiriquement, on remarqua que plus leur masse était élevée, plus leur temps de vie était court jusqu’à atteindre 10^-23 s. La discipline languissait depuis plusieurs années sans direction bien assurée devant un zoo hétéroclite à l’aspect assez brouillon.

Le jeu de Lego des quarks

200 objets élémentaires pour construire le monde, ce ne pouvait pas être le mot de la fin. Heureusement, les physiciens Murray Gell-Mann d’une part, et George Zweig d’autre part suggérèrent l’existence de constituants plus élémentaires à la base des particules répertoriées. Gell-Mann les appela quarks et montra que les 200 espèces connues pouvaient se comprendre comme assemblages de trois quarks différents qu’on nomme u, d et s. Zweig les appela « as » mais « quark », qui vient du roman de James Joyce Finnegans Wake, s’imposa.

Les quarks portent des charges électriques qui sont une fraction de la charge élémentaire de l’électron, respectivement +2/3 pour u et -1/3 pour d et s. Avec ces trois objets de base et trois antiquarks associés portant la charge opposée, on reconstruit deux familles de particules :

• les baryons qui sont des triplets de quarks, par exemple uud et udd forment respectivement les protons et les neutrons ; les charges +1 et 0 sont bien restituées.

• les mésons qui sont des paires associant un quark et un antiquark,

Avec les trois seuls dés à disposition, la nature construisait toutes les particules connues. Une association manquait, celle du baryon correspondant au triplet sss. C’était la prédiction du modèle. Une recherche fut menée et le « grand Ω » fut découvert à Brookhaven en 1964 à la masse prédite. Gell-Mann reçut le prix Nobel en 1969.

Toutes les particules connues ont une charge électrique +1, 0, -1 celle de l’électron. Des charges non entières supposées caractériser les quarks n’ont jamais été observées librement. Pourtant les quarks existent dans la mesure où ils opèrent au moment des interactions entre particules. Mais, dès qu’ils sont créés, ils « s’habillent » avec d’autres quarks ou antiquarks pour former les particules « réelles », baryons ou mésons. À notre niveau, les quarks restent des objets virtuels, nécessaires pour interpréter les observations.

Les quarks constituent le niveau le plus élémentaire de la matière explorée à ce jour. Leur « taille » est inférieure à 10^-18 m alors que les particules qu’ils composent possèdent une taille mille fois supérieure.

La révolution du 10 novembre 1974

En sus des deux laboratoires majeurs cités, il existait des centres plus modestes. En France, une machine à protons fonctionnait à Saclay et une à électrons à Orsay. Il y avait aussi un dispositif en développement sur le campus de Stanford, cœur de la Silicon Valley, au sud de San Francisco. Le laboratoire, appelé SLAC, avait construit un accélérateur « dans le parking », c’est-à-dire entièrement financé sur les frais de fonctionnement, sans demande spécifique de budget, ce qui mérite aujourd’hui d’être souligné ! C’était un dispositif accélérant en sens inverse des électrons et des positrons dans un collisionneur de 80 m de diamètre, d’énergie maximale 4 GeV par faisceau. Il prit le nom de SPEAR, « Stanford Positron Electron Accelerator Ring ».

Autour d’un point d’interaction entre positrons et électrons, un détecteur de conception nouvelle fut construit pour mesurer au mieux tous les produits de la collision. C’était le premier détecteur hermétique qui couvrait tout l’espace pour ne rien laisser s’échapper. On l’appela Mark1.

L’expérience commença à prendre des données dès 1973 et elles étaient embarrassantes. L’ordinateur qui gérait la prise de données enregistrait environ une collision toutes les deux à trois minutes qu’il signalait en émettant un bref son. Ce taux était plusieurs fois supérieur à ce que prédisait la théorie.

On variait l’énergie en un balayage relativement grossier, en pas de 50 MeV : ainsi, on mesurait le taux de collisions à 2,550 GeV puis 2,600 GeV puis 2,650 GeV… Deux problèmes apparaissaient. Tout d’abord, comme déjà mentionné, le taux d’interaction s’avérait nettement plus élevé que prédit. De plus, les données prises à l’énergie nominale de 3,100 GeV en trois périodes différentes n’étaient pas en accord entre elles, deux périodes donnant des taux beaucoup plus élevés que la troisième. La reproductibilité de la physique semblait violée.

Le signal magique

Et alors, quelqu’un eut l’idée de faire un balayage beaucoup plus fin en énergie. Au lieu d’augmenter de 50 MeV en 50 MeV, on varierait l’énergie en pas plus serré de 2 MeV en 2 MeV. Et là, le miracle se révéla le 10 novembre 1974, c’était un dimanche. Nous étions trois ou quatre dans la salle de contrôle quand l’ordinateur, qui émettait son petit son à chaque nouvelle collision, au lieu de crépiter toutes les deux ou trois minutes, commença à accélérer le rythme. Ce fut le signal magique que tous nous espérions : entre les énergies de 3100 et 3120 MeV, le taux d’interactions, et donc le signal sonore de l’ordinateur, augmenta soudain d’un facteur 100. La « fusillade » dura quelques minutes. Puis, le pic découvert étant dépassé, l’ordinateur reprit son train-train de un coup en deux minutes.

Une structure manifeste s’était révélée, on venait de révéler une « résonance étroite » de masse 3096 MeV et de largeur 87 keV. Cette largeur indiquait un temps de vie 100 fois supérieur à l’attendu. On cherchait un profil de colline jurassienne et on découvrait un pic alpestre. Un phénomène totalement nouveau apparaissait.

Une publication fut vite écrite, signée par un groupe d’une trentaine de physiciens, contingent qui à l’époque semblait monstrueux et qui aujourd’hui s’avère bien modeste. Elle renouvela la vision du monde de l’infiniment petit et l’événement fut appelé la « révolution de novembre 74 »

Il fallait donner un nom. Quelques lettres grecques restaient libres et on choisit Ψ. Pourquoi cette particule possédait-elle une vie aussi longue ? L’interprétation n’était pas évidente. Deux écoles se disputèrent pendant une fébrile semaine au troisième étage du laboratoire où bivouaquaient les théoriciens, entre les tenants de la libération des couleurs, nouvelle « charge » imaginée pour associer les quarks entre eux, et ceux prônant l’apparition d’un nouveau quark. Le verdict tomba : l’expérience venait de découvrir le quatrième quark, appelé c pour charmé. Ceci complétait la liste des constituants élémentaires au-delà des trois quarks u, d et s introduits par Gell-Mann.

Et si un nouveau quark existe, il annonce toute une famille de particules charmées correspondant à toutes les combinaisons permises entre quatre quarks. Déjà, le 17 novembre, on trouvait le méson Ψ’ de masse 3700 MeV, autre avatar de ce qu’on a appelé le charmonium, qui associait un quark c à son anti-c.

Pourquoi « charme » ?

Comme pour les nouveau-nés, le nom charme vient de la facétie d’un parrain. En astronomie, les planètes portent les noms de dieux antiques. Pour les particules, on aurait pu les numéroter, on choisit de les classer selon l’alphabet, grec de préférence. Ainsi Δ, μ, Φ, Σ, Λ… presque toutes les lettres furent mises à contribution. Le grec était favorisé pour que la physique égale en respectabilité sa sœur, la philosophie. Mais, vers les années 1960, le langage évolua. Les nouveaux scientifiques, moins imprégnés de culture classique, passèrent à des noms plus prosaïques. Les particules étranges avec leur quark s (strange) avaient balisé la voie. Charm fut adopté pour le c, et l’histoire se répétera avec le quark b beau (ou bottom) et le quark t vrai (truth ou top). On sait aujourd’hui qu’avec ces six objets la liste des quarks est au complet, il n’y a plus rien à découvrir sur ce front.

Pour clore l’histoire, la même résonance fut découverte indépendamment en collisions de protons à Brookhaven, et là le groupe choisit le nom J. Cette lettre, étrangère au grec, ressemble à un caractère chinois qui s’épelle comme le patronyme de son découvreur. Et pour ne froisser personne, les physiciens continuent à appeler le méson charmé du nom un peu baroque de J/Ψ.

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

Le ralentissement spectaculaire de la croissance démographique il y a 74 000 ans, la chute de la civilisation minoenne, la Révolution française, la migration d’Européens vers les États-Unis au XIX^e siècle… Derrière chacun de ces événements, l’influence possible d’une éruption volcanique.

Les grandes éruptions volcaniques sont des phénomènes spectaculaires qui peuvent de fait avoir des répercussions sur l’activité humaine, de façon locale ou globale, et ainsi avoir une influence sur l’histoire des civilisations et des arts. D’un point de vue géologique, une éruption consiste en l’émission de magma incandescent (sous forme de coulées ou d’éjectas) de cendres, de poussières et de gaz (vapeur d’eau, dioxyde de carbone ou gaz soufrés) le tout en proportions variables. Le dioxyde de carbone s’il est émis en grande quantité sur une courte période peut avoir un effet direct sur le climat via l’effet de serre.

Les gaz soufrés forment, eux, des aérosols, c’est-à-dire des particules dans l’atmosphère qui occultent une partie du rayonnement solaire. Ces aérosols peuvent ainsi contribuer à ce qu’on appelle un « hiver volcanique » avec une chute brutale des températures. S’ils sont émis en quantité, ces gaz peuvent changer significativement la composition globale de l’atmosphère et ses propriétés optiques. Enfin, après une éruption, le réservoir souterrain d’où provient le magma, « la chambre magmatique », peut se vider entièrement et provoquer ainsi un effondrement du sol en surface qu’on nomme caldeira.

Tâchons de revenir sur quelques éruptions qui ont, de par ces processus d’émission ou d’effondrement, marqué l’histoire, les arts, et peuvent également éclairer quelques enjeux du changement climatique actuel.

Avant l’histoire – une préhistoire volcanique

Si certaines éruptions n’ont pas laissé de traces écrites, elles ont pourtant considérablement impacté l’humanité.

L’éruption de Toba en Indonésie (environ 74 000 ans avant notre ère) a ainsi provoqué un hiver volcanique d’une durée de plusieurs années. Certains auteurs suggèrent qu’elle aurait de ce fait déclenché un goulot d’étranglement démographique chez les premiers Homo sapiens, réduisant la population humaine mondiale à quelques milliers d’individus et ralentissant l’expansion de l’humanité.

Les premiers témoignages de phénomènes éruptifs connus du paléolithique prennent ensuite la forme de peintures rupestres. Dans la grotte Chauvet en Ardèche, par exemple, en plus des représentations d’animaux généralement dangereux et puissants (lions, ours, mammouths, rhinocéros réalisées avec des pigments d’ocre rouge et de charbon), on trouve des gravures figurant le plus ancien témoignage d’éruption volcanique. Un dessin distinctif en gerbes paraboliques a été assimilé à une représentation de fontaines de laves typiques des éruptions dites « stromboliennes ».

Ces dernières sont caractérisées par des explosions d’intensité modérée éjectant à quelques dizaines de mètres de hauteur des particules de lave incandescentes de tailles variées (cendres, lapilli et bombes). La comparaison de l’âge d’occupation de ce site (37 000 à 33 500 ans) avec l’âge des plus jeunes volcans d’Ardèche (entre 19000 ans et 41000 ans) montre qu’il est possible que les habitants aient vécu et témoigné à travers ce dessin d’une éruption volcanique.

Cet exemple ne laisse cependant pas présager des conséquences humaines et matérielles des éruptions et il faut attendre le néolithique et la fresque de Çatal Höyük en Turquie pour avoir un témoignage probable des effets d’une éruption. Cette fresque dans une maison néolithique (6 600 avant J.-C.) montre ce qui semble être un volcan en éruption (vraisemblablement le mont Hasan), projetant des cendres ou de la lave vers une série de motifs en damier pouvant être interprétés comme les habitations de cette ancienne ville d’Anatolie centrale en proie à une éruption.

Ces deux exemples témoignent de l’influence des éruptions volcaniques, à minima sur l’imaginaire et sur l’histoire des prémices de l’art dans ces temps très reculés. Mais au-delà du spectacle local d’une éruption telle qu’elle peut être observée à proximité d’un volcan, les « grandes » éruptions volcaniques ont parfois eu un impact reconnu sur les populations de l’antiquité.

À lire aussi : Changement climatique : quel est le rôle des éruptions volcaniques ?

La vulnérabilité des civilisations aux catastrophes naturelles, illustrée par les éruptions volcaniques

L’éruption de Théra (Santorin, Grèce) vers 1600 av. J.-C. a été l’une des plus puissantes de l’histoire. Elle a eu un impact majeur sur la florissante civilisation minoenne et des répercussions sur la proche civilisation mycénienne, commercialement liée aux Minoens. Une quantité massive de cendres a recouvert l’île de Santorin et lors de la formation d’une caldeira, une partie de l’île a été submergée dont la ville antique d’Akrotiri. Cette éruption pourrait d’ailleurs avoir inspiré le mythe de l’Atlantide, raconté par Platon dans ses Dialogues.

Au-delà de ces impacts majeurs mais locaux, l’éruption de Théra a projeté une immense quantité de cendres et d’aérosols dans l’atmosphère, provoquant des changements climatiques temporaires. L’« hiver volcanique » lié aux aérosols a pu modifier le cycle des moussons et sécheresses contribuant à de mauvaises récoltes dont témoigne le Papyrus égyptien d’Ipou-Our, décrivant de telles famines, ainsi que diverses catastrophes naturelles sous le règne d’Ahmôsis Iᵉʳ (vers 1550-1525 avant J.-C.).

Une éruption comme moteur des révolutions sociétales à la fin du XVIIIème

Par la suite, d’autres éruptions majeures ont marqué l’histoire et notamment à la fin du XVIII^e siècle (1783-1784), lorsque le volcan Laki (Lakagigar) entra en éruption en Islande : 12 km³ de lave s’échappèrent alors d’une fissure de 30 km de long libérant de grandes quantités de fluorures dans l’atmosphère. Ces composés, une fois retombés sur les pâturages, provoquèrent une contamination massive intoxiquant le bétail (maladies osseuses, dentaires et mort de nombreuses bêtes). Près de 50 % du bétail islandais aurait péri et 20 % de la population islandaise (soit environ 10 000 personnes) aurait succombé à la famine créée par cet évènement causant l’une des plus grandes catastrophes démographiques dans l’histoire de l’île.

Au-delà de l’Islande, les émissions de gaz soufrés du Laki ont été suffisamment massives pour entrainer un refroidissement global (hiver volcanique) et un hiver particulièrement froid en Europe, affectant les récoltes, notamment en France, et contribuant à des pénuries alimentaires qui ont exacerbé les tensions économiques et sociales. Ces conditions ont été le terreau de la Révolution française (1789) qui elle-même a inspiré multiples soulèvements en Europe et dans le monde. L’histoire politique a ainsi été mise en mouvement par une éruption volcanique pourtant très peu explosive, et dont les volumes émis peuvent paraître dérisoires, notamment s’ils sont comparés à d’autres évènements éruptifs documentés aux échelles de temps géologiques comme la mise en place des grandes provinces magmatiques (Deccan, Sibérie, etc.).

À lire aussi : Quand les éruptions volcaniques provoquent des tsunamis

Les éruptions du XIXᵉ siècle, impressionnisme et expressionnisme

Au contraire, l’éruption du Tambora en Indonésie en 1815, a été extrêmement explosive. Elle a entrainé « l’année sans été » de 1816 qui a vu les températures mondiales chuter de plusieurs degrés, provoquant des récoltes désastreuses en Europe et en Amérique du Nord, et entrainant famines et troubles sociaux, cette fois-ci moteur de migrations massives, notamment aux États-Unis. Cette éruption, projetant d’énormes quantités de cendres et de particules dans l’atmosphère, a engendré des couchers de soleil spectaculaires et un « ciel strié » pendant plusieurs mois.

Selon certains auteurs, ils ont pu inspirer des peintres comme William Turner (Le Dernier Voyage du Téméraire ; Le bateau négrier) et Caspar David Friedrich, dont des paysages romantiques, tels que dans le célèbre Voyageur au-dessus de la mer de nuages (1818), pourraient également refléter un ciel teinté par les cendres et les particules résultant de l’éruption.

L’éruption cataclysmique du Krakatoa, à la fin du XIX^e (1883), en plus des tsunamis dévastateurs qui ont tué des dizaines de milliers de personnes en Indonésie et ses environs, a également entrainé des phénomènes lumineux mondiaux remarquables liés aux particules dispersées dans l’atmosphère. Une étude a ainsi établi un lien entre l’éruption du Krakatoa et le spectaculaire crépuscule qui a inspiré l’une des peintures les plus célèbres du mouvement expressionniste : le Cri. Ce lien entre l’éruption du Krakatoa et l’œuvre de Munch reste débattu, certains auteurs préférant voir dans ce ciel inquiétant une figuration du phénomène purement météorologique des « nuages nacrés ».

Outre l’expressionnisme de Munch, certains auteurs estiment que l’impressionnisme de Claude Monet a pu être également influencé par le ciel chargé en aérosols volcaniques du Krakatoa. S’ils inspirent les volcanologues, les grands peintres inspirent également les géochimistes de l’environnement, qui préfèrent eux voir dans certaines de leurs toiles une représentation de phénomènes optiques liés à la pollution atmosphérique croissante en pleine révolution industrielle.

Diminuer la vulnérabilité aux éruptions

Le XX^e siècle n’a pas été exempt d’éruptions, mais il a vu apparaître toute une série de mesures destinées à minimiser leurs impacts sur les populations. L’éruption de la montagne Pelée en 1902, dévastant la ville de Saint-Pierre en Martinique, a fait plus de 30000 victimes et engendré un déplacement massif de populations, modifiant la perception des risques volcaniques : les systèmes d’alerte ont été réévalués et des mesures de sécurité se sont développées et déployées dans les régions volcaniques.

De ce fait, l’éruption du Pinatubo (1991), aux Philippines, même si elle a été l’une des plus violentes du XX^e siècle, a fait relativement peu de victimes (moins de 100) malgré la synchronicité de cet événement avec le passage du typhon Yunya. La surveillance volcanique couplée à des évacuations massives, a probablement sauvé des milliers de vies. Les systèmes actuels de surveillance des volcans combinent plusieurs techniques : des sismomètres mesurant les vibrations causées par les mouvements de magma, divers capteurs inspectant un éventuel bombement de la surface préalable à une éruption, des satellites de télédétection, des webcams et drones, ainsi que des dispositifs mesurant les émissions de gaz volcaniques. Des campagnes de sensibilisation et d’information et des procédures d’évacuation sont également préparées, limitant l’impact de possibles futures éruptions.

Les éruptions comme laboratoire d’étude

Très récemment, l’éruption sous-marine du Hunga Tonga, survenue le 15 janvier 2022 dans l’océan Pacifique Sud, a été d’une intensité extraordinaire, propulsant des cendres jusqu’à 58 km dans l’atmosphère et déclenchant des tsunamis dans plusieurs régions (l’Océanie mais également le Pérou ou la Californie).

Elle est considérée comme l’une des plus puissantes de l’histoire moderne, déployant une énergie cent fois supérieure à celle de la bombe nucléaire d’Hiroshima. Cette éruption a injecté environ 150 mégatonnes de vapeur d’eau dans la stratosphère, augmentant de 10 % la teneur stratosphérique en vapeur d’eau. Les températures dans la stratosphère tropicale ont de ce fait diminué d’environ 4 °C en mars et avril 2022. Les immenses quantités de vapeur d’eau injectées dans l’atmosphère par ce volcan ont, d’une certaine façon, permis de réaliser une expérience naturelle de géo-ingénierie, cette solution étant parfois envisagée comme une lutte de dernier recours contre le changement climatique.

Les éruptions volcaniques et leur étude n’ont sans doute pas fini d’influencer notre histoire.

Clément Ganino a reçu des financements de l'ANR et du CNRS.

The ongoing transition to a digital economy has already had one observable consequence: a sharp rise in the need for connectivity enabling rapid data transmission. In a global market where connectivity offers are evolving quickly, satellites are now achieving technical and economic performances close to those of terrestrial solutions. The enormous advantage is their steady deployment cost, whatever the geographical area, and particularly in “white” zones not covered by terrestrial infrastructures.

The European IRIS² satellite constellation (is part of this transition, which requires more and more data-sharing infrastructure – currently dominated by US players. A satellite constellation enables different users to be connected via multiple satellites, providing a continuous and complete coverage of the planet.

Telecommunications: a strategic challenge for Europe

With several public (China, US) and private (Oneweb, Starlink and Kuiper) constellation initiatives being developed and put into service to meet data processing and connectivity needs, the telecommunications sector is more strategic than ever for France and Europe. The IRIS² programme is designed to meet this challenge.

After some attempts in the early 2000s, constellations have finally emerged, and projects are now credible and largely financed by public and private funds. Several factors have contributed to this emergence: advances in electronic miniaturisation, the performance of integrated digital components, the drastic reduction in launch costs and the industrial capacity to produce satellites in small series at lower cost.

Faced with the development of satellite telecommunications in low earth orbit (an area of the earth’s orbit up to 2,000 kilometres above sea level), the European Commission has adopted an approach, involving both the public and private sectors, that aims to strengthen Europe’s position in the constellation race to benefit European citizens and their institutions.

Some 300 satellites

The European Union’s secure connectivity satellite constellation programme was decided on in March 2023. IRIS² (Infrastructure for Resilience, Interconnectivity and Security by Satellite) will be the first multi-orbital satellite network in Europe. Some 300 satellites will be designed, manufactured and deployed in the first phase.

The constellation will provide a secure communications infrastructure for EU government bodies and agencies. The various communication links between users and the satellite command and control links will be protected, and the ground infrastructure will be secured.

The system will guarantee the EU’s strategic autonomy in the field of secure government communications. IRIS² will also provide commercial services and seek to maximise synergies between government and commercial infrastructures. The constellation will strengthen the position of Europe, its industries and its operators in the world.

IRIS² is associated with the EU’s existing GOVSATCOM programme, which provides secure government communications based on capacity from licensed operators or member states.

The EU funds IRIS² with €2.4 billion under the Multiannual Financial Framework (MFF) 2021-2027; additional funding is being considered under the MFF 2028-2035. The funding is complemented by the European Space Agency (ESA) with €600 million (subscribed to in the ESA’s ministerial conference of November 2022), and by private commercial players under a concession contract.

Following validation of the EU’s regulation on the secure connectivity constellation programme in March 2023, the European Commission launched a call for tenders for the main IRIS² development contract in May 2023. The tender was finalised by a consortium of three operators (Eutelsat, SES and Hispasat) associated with industrial subcontracting partners (Airbus, Thales, OHB, Deutsche Telekom and Orange) for a bid submission on September 2, 2024. The European Commission has examined the offer and just confirmed the contract award, with a view to sign the 12-year IRIS² concession contract before the end of 2024.

An accessible service

In summer 2023, the European Commission launched a call for tenders to host the constellation’s ground infrastructure, and in April 2024 selected France (Toulouse) Italy (Fucino) and Luxembourg (Bettembourg) to host the IRIS² control centres.

France’s former prime minister Elisabeth Borne decided to set up a French interministerial coordination for IRIS² and GOVSATCOM, for which I have been tasked as coordinator, with the participation of representatives from the various ministries and agencies. The main objectives are to coordinate all French activities contributing to the development and operation of these programmes, to ensure a continuous relationship with European contacts (EU, ESA and the European Union Agency for the Space Programme) and to lead the French community of users of the connectivity provided by these programmes.

The aim of IRIS² is to provide an autonomous and sovereign digital service to every member state of the European Union. Nowadays, space connectivity is indispensable, as it is the most reliable option when terrestrial telecommunication systems do not exist or have been damaged by a conflict or natural disaster, for example.

The programme will provide a wide variety of services to European governments and citizens. The system enables surveillance of borders and remote areas. The programme is indispensable for civil protection, particularly in the event of crises or natural disasters. It improves the delivery of humanitarian aid and the management of maritime emergencies, whether for search or rescue. Numerous smart connected networks – energy, finance, healthcare, data centres, etc. – will be monitored thanks to the connectivity provided by IRIS². The system will also enable the management of various infrastructures: air, rail, road and vehicle traffic. Added to this are institutional telecoms services for embassies, for example, and new telemedicine services for intervention in isolated areas. Finally, IRIS² will improve connectivity in areas of strategic interest for foreign security and defence policy: Europe, the Middle East, Africa, the Arctic, the Atlantic and Baltic regions, the Black Sea and the Mediterranean Sea.

The constellation’s satellites will be placed in two different orbits: low (up to 2,000 kilometres) and medium (between 2,000 and 35,786 km). By covering this range, IRIS² will be able to provide low-latency communications services – i.e., ultra-fast information transmission comparable to the performance of terrestrial networks – and to complement other European space programmes.

IRIS² is based on advanced technologies, with a relatively limited number of satellites compared with mega-constellations, which consist of many thousands. Its satellites will be designed to meet the environmental and regulatory standards of Europe’s future space law.

DIRIS Jean-Pierre 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.

En analysant les mouvements de certains objets du système solaire situés au-delà de Pluton, on note que les observations ne collent pas avec la théorie et que l’explication la plus simple serait la présence d’une neuvième planète. Les astronomes mènent l’enquête.

Notre système solaire est un endroit particulièrement encombré. Des millions d’objets s’y déplacent, qu’il s’agisse de planètes, de lunes, de comètes ou d’astéroïdes. Et chaque année, nous découvrons de plus en plus d’objets (généralement de petits astéroïdes ou des comètes) qui élisent domicile dans le système solaire.

En 1846, les astronomes avaient déjà trouvé les huit planètes principales. Mais cela n’a pas empêché les scientifiques d’en chercher d’autres. Au cours des 100 dernières années, nous avons découvert des corps lointains plus petits que nous appelons planètes naines, ce qui correspond à la classification actuelle de Pluton.

Chaque semaine, nos scientifiques répondent à vos questions.

N’hésitez pas à nous écrire pour poser la vôtre et nous trouverons la meilleure personne pour vous répondre.

Et bien sûr, les questions bêtes, ça n’existe pas !

La découverte de certaines de ces planètes naines nous a donné des raisons de penser que quelque chose d’autre pourrait se cacher à la périphérie du système solaire.

Un neuvième planète ?

Ce n’est pas pour rien que les astronomes passent des centaines d’heures à essayer de localiser une neuvième planète, ou « planète X ». En effet, le système solaire tel que nous le connaissons n’a pas vraiment de sens sans elle.

Tous les objets du système solaire tournent autour du Soleil. Certains se déplacent rapidement, d’autres lentement, mais tous obéissent aux lois de la gravité. Tout ce qui a une masse est soumis à la gravité, y compris vous et moi. Plus un objet est lourd, plus il est soumis à la gravité.

La gravité d’une planète est si importante qu’elle influe sur la façon dont les choses se déplacent autour d’elle. C’est ce que nous appelons son « attraction gravitationnelle ». L’attraction gravitationnelle de la Terre est ce qui maintient tout sur le sol.

Par ailleurs, notre Soleil exerce la plus forte attraction gravitationnelle de tous les objets du système solaire, et c’est essentiellement pour cette raison que les planètes gravitent autour de lui.

C’est grâce à notre compréhension de l’attraction gravitationnelle que nous obtenons notre plus grand indice sur la possibilité d’une Planète X.

Des comportements inattendus

Lorsque l’on observe des objets très éloignés, tels que les planètes naines situées au-delà de Pluton, on constate que leurs orbites sont quelque peu inattendues. Elles se déplacent sur de très grandes orbites elliptiques (en forme d’ovale) et sont groupées.

Lorsque les astronomes utilisent des ordinateurs pour modéliser les forces gravitationnelles nécessaires pour que ces objets se déplacent ainsi, ils découvrent qu’il aurait fallu une planète d’une masse au moins dix fois supérieure à celle de la Terre pour provoquer ce phénomène.

C’est fascinant, mais la question qui se pose alors est la suivante : où se trouve cette planète ?

Le problème qui se pose aujourd’hui est d’essayer de confirmer que ces prédictions et ces modèles sont corrects. Le seul moyen d’y parvenir est de trouver la planète X, ce qui est certainement plus facile à dire qu’à faire.

La chasse continue

Les scientifiques du monde entier sont à la recherche de preuves visibles de la présence de la planète X depuis de nombreuses années.

D’après les modèles informatiques, on pense que la planète X est au moins 20 fois plus éloignée du Soleil que Neptune. On essaie de la détecter en recherchant la lumière solaire qu’elle peut refléter, tout comme la Lune brille grâce à la lumière solaire réfléchie la nuit.

Cependant, comme la planète X se trouve très loin du Soleil, on s’attend à ce qu’elle soit très peu lumineuse et difficile à repérer, même pour les meilleurs télescopes de la Terre. De plus, on ne peut pas la chercher à n’importe quel moment de l’année.

On ne dispose que de petites fenêtres nocturnes où les conditions doivent être parfaitement réunies. Plus précisément, il faut attendre une nuit sans Lune et où l’endroit d’où nous observons est orienté vers la bonne partie du ciel.

Mais ne perdez pas espoir pour autant. Au cours de la prochaine décennie, de nouveaux télescopes seront construits et de nouvelles études du ciel seront lancées. Ils nous donneront peut-être l’occasion de prouver ou d’infirmer l’existence de la planète X.

Sara Webb 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 données utilisées pour entraîner les IA reflètent les stéréotypes et les préjugés de la société, par exemple envers des groupes sous-représentés. Pour conserver la confidentialité de données sensibles, comme les données de santé, tout en garantissant qu’elles ne sont pas biaisées, il faut adapter les méthodes d’apprentissage.

Plusieurs scandales ont éclaté ces dernières années, mettant en cause des systèmes d’aide à la décision basés sur l’intelligence artificielle (IA) qui produisent des résultats racistes ou sexistes.

C’était le cas, par exemple, de l’outil de recrutement d’Amazon qui exhibait des biais à l’encontre des femmes, ou encore du système guidant les soins hospitaliers dans un hôpital américain qui privilégiait systématiquement les patients de couleur blanche par rapport aux patients noirs. En réponse au problème de biais dans l’IA et les algorithmes d’apprentissage automatique, des législations ont été proposées, telles que le AI Act dans l’Union européenne, ou le National AI Initiative Act aux États-Unis.

Un argument largement repris concernant la présence de biais dans l’IA et les modèles d’apprentissage automatique est que ces derniers ne font que refléter une vérité de terrain : les biais sont présents dans les données réelles. Par exemple, des données de patients ayant une maladie touchant spécifiquement les hommes résultent en une IA biaisée envers les femmes, sans que cette IA soit pour autant incorrecte.

Si cet argument est valide dans certains cas, il existe de nombreux cas où les données ont été collectées de manière incomplète et ne reflètent pas la diversité de la réalité terrain, ou encore des données qui incluent des cas statistiquement rares et qui vont être sous-représentés, voire non représentés dans les modèles d’apprentissage automatique. C’est le cas, par exemple, de l’outil de recrutement d’Amazon qui exhibait un biais envers les femmes : parce que les femmes travaillant dans un secteur sont statistiquement peu nombreuses, l’IA qui en résulte rejette tout simplement les candidatures féminines.

À lire aussi : Le cruel dilemme des données de santé à l’ère de l’IA : vie privée ou équité ?

Et si plutôt que refléter, voire exacerber une réalité actuelle dysfonctionnelle, l’IA pouvait être vertueuse et servir à corriger les biais dans la société, pour une société plus inclusive ? C’est ce que proposent les chercheurs avec une nouvelle approche : l’« apprentissage fédéré ».

Vers une IA décentralisée

Les systèmes d’aide à la décision basés sur l’IA se basent sur des données. En effet, dans les approches classiques d’apprentissage automatique, les données provenant de plusieurs sources doivent tout d’abord être transmises à un dépôt (par exemple, un serveur sur le cloud) qui les centralise, avant d’exécuter un algorithme d’apprentissage automatique sur ces données centralisées.

Or ceci soulève des questions de protection des données. En effet, conformément à la législation en vigueur, un hôpital n’a pas le droit d’externaliser les données médicales sensibles de ses patients, une banque n’a pas le droit d’externaliser les informations privées des transactions bancaires de ses clients.

À lire aussi : Emploi, sécurité, justice : d’où viennent les « biais » des IA et peut-on les éviter ?

Par conséquent, pour mieux préserver la confidentialité des données dans les systèmes d’IA, les chercheurs développent des approches basées sur une IA dite « distribuée », où les données restent sur les sites possesseurs de données, et où les algorithmes d’apprentissage automatique s’exécutent de manière distribuée sur ces différents sites — on parle également d’« apprentissage fédéré ».

Concrètement, chaque possesseur de données (participant à l’apprentissage fédéré) entraîne un modèle local sur la base de ses propres données, puis transmet les paramètres de son modèle local à une entité tierce qui effectue l’agrégation des paramètres de l’ensemble des modèles locaux (par exemple, via une moyenne pondérée selon le volume de données de chaque participant). Cette dernière entité produit alors un modèle global qui sera utilisé par les différents participants pour effectuer leurs prédictions.

Ainsi, il est possible de construire une connaissance globale à partir des données des uns et des autres, sans pour autant révéler ses propres données et sans accéder aux données des autres. Par exemple, les données médicales des patients restent dans chaque centre hospitalier les possédant, et ce sont les algorithmes d’apprentissage fédéré qui s’exécutent et se coordonnent entre ces différents sites.

Avec une telle approche, il sera possible pour un petit centre hospitalier dans une zone géographique moins peuplée que les grandes métropoles — et donc possédant moins de données médicales que dans les grands centres hospitaliers, et par conséquent, possédant a priori une IA moins bien entraînée — de bénéficier d’une IA reflétant une connaissance globale, entraînée de manière décentralisée sur les données des différents centres hospitaliers.

D’autres cas d’applications similaires peuvent être mentionnés, impliquant plusieurs banques pour construire une IA globale de détection de fraudes, plusieurs bâtiments intelligents pour déterminer une gestion énergétique appropriée, etc.

Les biais dans l’IA décentralisée sont plus complexes à appréhender

Comparée à l’approche classique d’apprentissage automatique centralisé, l’IA décentralisée et ses algorithmes d’apprentissage fédéré peuvent, d’une part, exacerber encore plus le biais, et d’autre part, rendre le traitement du biais plus difficile.

En effet, les données locales des participants à un système d’apprentissage fédéré peuvent avoir des distributions statistiques très hétérogènes (des volumes de données différents, des représentativités différentes de certains groupes démographiques, etc.). Un participant contribuant à l’apprentissage fédéré avec un grand volume de données aura plus d’influence sur le modèle global qu’un participant avec un faible volume de données. Si ce dernier est dans d’une certaine zone géographique qui représente un groupe social en particulier, celui-ci ne sera malheureusement pas, ou très peu, reflété dans le modèle global.

Par ailleurs, la présence de biais dans les données d’un des participants à un système d’apprentissage fédéré peut entraîner la propagation de ce biais vers les autres participants via le modèle global. En effet, même si un participant a veillé à avoir des données locales non biaisées, il héritera du biais présent chez d’autres.

Et plus difficiles à corriger

De plus, les techniques classiquement utilisées pour prévenir et corriger le biais dans le cas centralisé ne peuvent pas s’appliquer directement à l’apprentissage fédéré. En effet, l’approche classique de correction du biais consiste principalement à prétraiter les données avant l’apprentissage automatique pour que les données aient certaines propriétés statistiques et ne soient donc plus biaisées ?

À lire aussi : Apprendre à désapprendre : le nouveau défi de l’intelligence artificielle

Or dans le cas d’une IA décentralisée et d’apprentissage fédéré, il n’est pas possible d’accéder aux données des participants, ni d’avoir une connaissance des statistiques globales des données décentralisées.

Dans ce cas, comment traiter le biais dans les systèmes d’IA décentralisée ?

Mesurer le biais de l’IA sans avoir accès aux données décentralisées

Une première étape est de pouvoir mesurer les biais des données décentralisées chez les participants à l’apprentissage fédéré, sans avoir directement accès à leurs données.

Avec mes collègues, nous avons conçu une nouvelle méthode pour mesurer et quantifier les biais dans les systèmes d’apprentissage fédéré, sur la base de l’analyse des paramètres des modèles locaux des participants à l’apprentissage fédéré. Cette méthode a l’avantage d’être compatible avec la protection des données des participants, tout en permettant la mesure de plusieurs métriques de biais.

Capturer l’interdépendance entre plusieurs types de biais, et les corriger dans l’IA décentralisée

Mais il peut aussi y avoir plusieurs types de biais démographiques, qui se déclinent selon différents attributs sensibles (le genre, la race, l’âge, etc.), et nous avons démontré qu’atténuer un seul type de biais peut avoir pour effet collatéral l’augmentation d’un autre type de biais. Il serait alors dommage qu’une solution d’atténuation du biais lié à la race, par exemple, provoque une exacerbation du biais lié au genre.

Nous avons alors proposé une méthode multi-objectifs pour la mesure complète des biais et le traitement conjoint et cohérent de plusieurs types de biais survenant dans les systèmes d’apprentissage fédéré.

Ces travaux sont le fruit d’une collaboration avec des collègues chercheurs, doctorants et stagiaires : Pascal Felber, (Université de Neuchâtel), Valerio Schiavoni (Université de Neuchâtel), Angela Bonifati (Université Lyon 1), Vania Marangozova (Université Grenoble Alpes), Nawel Benarba (INSA Lyon), Yasmine Djebrouni (Université Grenoble Alpes), Ousmane Touat (INSA Lyon).

Le projet CITADEL est soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui finance en France la recherche sur projets. Elle a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société. Pour en savoir plus, consultez le site de l’ANR.

Le projet ANR CITADEL (ANR-24-CE25-6501) soutient en partie ces travaux.

Le programme IRIS² (Infrastructure de résilience, d’interconnectivité et de sécurité par satellite) constituera le premier réseau de satellites multi-orbitaux en Europe. Cette constellation sera constituée d’environ 300 satellites et devrait voir le jour en 2030.

La transition de plus en plus forte vers l’économie numérique a une conséquence déjà observable : une augmentation forte du besoin de connectivité permettant la transmission rapide des données. Sur un marché mondial où les offres de connectivité évoluent rapidement, le satellite atteint désormais aujourd’hui des performances techniques (débit, latence en orbite basse) et économiques proches des solutions terrestres (fibre optique). L’énorme avantage est son coût de déploiement constant, quelle que soit la zone géographique, et notamment pour les zones « blanches » non couvertes par les infrastructures terrestres.

La constellation européenne IRIS² s’inscrit dans cette transition, qui nécessite de plus en plus d’infrastructures de partage de données, dominées actuellement par des acteurs américains. Une constellation de satellites permet de connecter différents utilisateurs au travers de multiples satellites offrant ainsi une couverture instantanée permanente de la planète.

Les télécommunications : enjeu stratégique pour l’Europe

Dans le contexte actuel de développement et de mise en service de plusieurs initiatives de constellations tant publiques (Chine et États-Unis) que privées (Oneweb, Starlink, Kuiper) répondant aux besoins actuels de traitement de données et de connectivité découlant de la transition numérique, le secteur des télécommunications est plus que jamais stratégique pour la France et l’Europe. Le programme IRIS² vise à répondre à cet enjeu.

Après des tentatives au début des années 2000, les constellations ont enfin émergé et les projets sont désormais crédibles et largement financés par des fonds publics et privés. Plusieurs facteurs ont permis leur émergence, les progrès en matière de miniaturisation électronique, les performances des composants numériques intégrés, la diminution drastique des coûts de lancement et la capacité industrielle de produire en petite série des satellites à moindre coût.

Face au développement des télécommunications par satellites en orbite basse (zone de l’orbite terrestre allant jusqu’à 2 000 kilomètres d’altitude), l’approche adoptée par la Commission européenne associant le secteur public et le secteur privé a pour objectif de renforcer l’Europe dans la course aux constellations au bénéfice des usages du citoyen européen et de ses institutions.

Une constellation de 300 satellites

Le programme de l’Union européenne (UE) de constellation satellitaire de connectivité sécurisée a été décidé en mars 2023. Ce programme, appelé IRIS² (Infrastructure de résilience, d’interconnectivité et de sécurité par satellite) constituera le premier réseau de satellites multi-orbitaux en Europe. Cette constellation sera constituée d’environ 300 satellites.

Cette constellation fournira une infrastructure de communication sécurisée aux organismes et agences gouvernementales de l’UE. Les différents liens de communication entre utilisateurs et les liens de commande et contrôle des satellites seront protégés, les infrastructures sol sécurisées.

Le dispositif garantira l’autonomie stratégique de l’UE dans le domaine des communications gouvernementales sécurisées. La constellation devra également fournir des services commerciaux et cherchera à maximiser les synergies entre les infrastructures gouvernementales et commerciales. Enfin, la constellation devra permettre le renforcement du positionnement de l’Europe, de son industrie et de ses opérateurs dans le monde.

IRIS² est associé au programme existant GOVSATCOM de l’UE qui consiste à fournir des communications gouvernementales sécurisées sur la base de capacités provenant d’opérateurs agréés ou des États membres.

IRIS² est un programme financé par l’UE à hauteur de 2,4 milliards d’euros sur le Cadre financier pluriannuel (CFP) 2021-2027 ; des financements additionnels sont envisagés sur le CFP suivant 2028-2035. Ce financement est abondé par l’ESA à hauteur de 600M€ (souscription au Conseil ministériel de novembre 2022) et des acteurs privés commerciaux dans le cadre d’un contrat de concession.

Après validation du règlement de l’Union européenne sur l’initiative de constellation de connectivité sécurisée dès mars 2023, la Commission européenne a lancé l’appel d’offres relatif au contrat principal de développement de la constellation IRIS² en mai 2023. L’appel d’offres a été finalisé avec un consortium de 3 opérateurs (Eutelsat, SES, Hispasat) associé à des partenaires industriels sous-traitants (Airbus, Thales, OHB, Deutsche Telekom, Orange) pour une remise d’offre le 2 septembre 2024. Cette offre est en cours d’examen par la Commission européenne dans l’objectif de signer le contrat de concession IRIS² d’une durée de 12 ans, avant la fin 2024.

Un service de télécommunications toujours accessible

La Commission européenne a lancé à l’été 2023 un appel à candidatures pour l’hébergement d’infrastructures sol de la constellation et a retenu en Avril 2024 pour les centres de contrôle d’IRIS² la France (Toulouse), l’Italie (Fucino) et le Luxembourg (Bettembourg).

La Première ministre, Elisabeth Borne, a décidé d’établir en France une coordination interministérielle sur IRIS² et GOVSATCOM, dont il m’a été confié la mission avec la participation des représentants des différents ministères et agences.

Ce point focal national a pour objectifs principaux de coordonner l’ensemble des activités françaises contribuant au développement et à l’exploitation de ces programmes, d’assurer une relation permanente avec les interlocuteurs européens (UE, ESA, EUSPA), d’animer la communauté française des utilisateurs de la connectivité sécurisée fournie par ces programmes.

En termes d’usages l’objectif d’IRIS² est de fournir un service digital autonome et souverain à chaque État membre de l’Union européenne. De nos jours, la connectivité spatiale est indispensable, celle-ci étant l’option la plus fiable en l’absence de systèmes de télécommunication terrestres (lorsqu’ils n’existent pas ou ont été endommagés par un conflit ou une catastrophe naturelle par exemple).

Le programme fournira une large variété de services aux gouvernements et citoyens européens. Le système permet la surveillance des frontières et des zones reculées. Le programme est indispensable à la protection civile, notamment en cas de crise ou de catastrophe naturelle. Il améliore l’envoi d’aide humanitaire et la gestion des urgences maritimes, que ce soit pour la recherche ou le sauvetage. De nombreux réseaux intelligents connectés – énergie, finance, santé, centres de données, etc. – seront contrôlés grâce à la connectivité fournie par IRIS².

Le système permettra également de gérer différentes infrastructures : air, rail, route, trafic automobile. À cela s’ajoutent des services de télécommunications institutionnels par exemple pour les ambassades, et de nouveaux services de télémédecine pour l’intervention dans des zones isolées. Enfin IRIS² améliorera la connectivité de zones d’intérêt stratégique dans le cadre de la politique étrangère de sécurité et de défense : Europe, Moyen-Orient, Afrique, Arctique, Atlantique et les régions de la Baltique, la mer Noire et Méditerranée.

Du côté architecture environ 300 satellites pourraient être conçus, fabriqués et déployés dans un premier temps. Les satellites seront placés sur deux orbites différentes : basse (jusqu’à 2 000 km) et moyenne (entre 2 000 et 35 786 km). En couvrant cette large gamme, la constellation sera en mesure de fournir des services de communication à faible latence – soit une transmission ultra-rapide des informations comparable aux performances des réseaux terrestres – et de compléter les autres programmes spatiaux européens.

DIRIS Jean-Pierre 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 grands modèles de langue, comme celui derrière ChatGPT, sont « fermés » : on ne sait pas comment ils sont mis au point, sur quelles données et avec quels paramètres. Même les modèles dits ouverts ne le sont que très partiellement, ce qui pose des problèmes de transparence et de souveraineté évidents. Développer des modèles ouverts est une alternative réaliste et souhaitable à moyen terme.

De la traduction automatique à la génération de contenu, les modèles de langue (ou modèles de langage) reposent sur des ensembles massifs de données et des algorithmes complexes. L’une des grandes questions pour la communauté de l’Intelligence artificielle est de savoir si ces modèles doivent rester fermés – contrôlés uniquement par quelques grandes entreprises – ou être ouverts et accessibles au public – en particulier aux chercheurs, développeurs et institutions publiques.

Un modèle ouvert présente plusieurs avantages. Premièrement, il permet une plus grande transparence. Les utilisateurs peuvent voir comment le modèle a été formé, quelles données ont été utilisées et quelles décisions algorithmiques sous-tendent ses prédictions. Cela favorise la confiance dans les résultats produits et permet à la communauté scientifique de vérifier et de corriger les biais qui pourraient être présents. Deuxièmement, un modèle ouvert encourage l’innovation. En permettant à d’autres chercheurs, développeurs et entreprises de travailler avec ces modèles, on peut accélérer le développement de nouvelles applications et résoudre des problèmes complexes de manière plus collaborative.

Les modèles fermés quant à eux posent des problèmes importants. Leur opacité rend difficile l’identification des responsabilités juridiques, car il est presque impossible de déterminer quelles données ont été utilisées lors de l’entraînement ou comment les décisions du système ont été prises. Cette opacité crée donc des risques potentiels de discrimination algorithmique, de désinformation et d’utilisation abusive des données personnelles. En outre, ces modèles fermés renforcent les monopoles technologiques, laissant peu de place à la concurrence et limitant ainsi les possibilités de mise au point de solutions concurrentes.

Si, aujourd’hui, les modèles de langue réellement ouverts (open source) sont encore relativement marginaux, ils restent une option envisageable à moyen terme. Pour qu’ils se développent, il faudra non seulement surmonter des obstacles techniques, mais aussi repenser les modèles de financement et de régulation, afin de garantir que l’innovation ne soit pas réservée à une poignée de géants technologiques. Il en va de l’avenir de l’intelligence artificielle ouverte et de son potentiel à bénéficier à l’ensemble de la société.

Lobbying et stratégies d’entreprises

Un lobbying intensif est mené auprès des gouvernements et des instances de régulation pour avancer l’argument selon lequel l’ouverture complète des LLM pourrait mener à des dérives. La crainte d’un mauvais usage, qu’il s’agisse de diffusion massive de fausses informations ou de cyberattaques – voire le fantasme d’une prise de pouvoir par des machines supra-intelligentes, est mise en avant pour justifier la fermeture de ces modèles.

OpenAI, avec d’autres, proclame qu’ouvrir les modèles serait source de danger pour l’humanité. Le débat est en fait souvent difficile à suivre : certains parlent de danger, voire demandent un moratoire sur ce type de recherche, mais continuent d’investir massivement dans le secteur en parallèle.

Par exemple, Elon Musk a signé en mars 2023 la lettre du Future of Life Institute demandant une pause de six mois des recherches en IA, tout en lançant en juillet 2023 xAI, un concurrent d’OpenAI ; Sam Altman, qui dirige OpenAI, parle aussi fréquemment de danger tout en visant des levées de fonds de plusieurs milliards de dollars pour développer des modèles toujours plus puissants.

Si certains croient sans doute vraiment qu’il y a là un danger (mais il faudrait définir lequel exactement), d’autres semblent manœuvrer en fonction de leurs intérêts et des immenses sommes investies.

Des modèles dits « ouverts » qui ne le sont pas tant que ça

Face à cela, d’autres sociétés, comme Méta avec ses modèles Llama, ou Mistral en France, proposent des modèles dits « ouverts ». Mais ces modèles sont-ils réellement ouverts ?

L’ouverture se limite en effet le plus souvent à l’accès aux « poids » du modèle, c’est-à-dire aux milliards de paramètres qui se voient ajustés lors de son entraînement grâce à des données. Mais le code utilisé pour entraîner ces modèles, et les données d’entraînement (ces masses de données cruciales qui permettent au modèle d’analyser et de produire du texte) restent généralement des secrets bien gardés, hors de portée des utilisateurs et même des chercheurs, limitant ainsi la transparence de ces modèles. À ce titre, peut-on vraiment parler de modèle ouvert si seuls les poids sont disponibles et non les autres composantes essentielles ?

L’ouverture des poids offre toutefois des avantages certains. Les développeurs peuvent adapter le modèle sur des données particulières (à travers le « fine tuning ») et surtout, ces modèles offrent une meilleure maîtrise que des modèles complètement fermés. Ils peuvent être intégrés dans d’autres applications, sans qu’il s’agisse de boîte noire uniquement accessible par « prompt engineering », où la façon de formuler une requête peut influer sur les résultats, sans qu’on sache très bien pourquoi.

L’accès aux poids favorise également l’optimisation des modèles, notamment à travers des techniques comme la « quantisation », qui réduit la taille des modèles tout en préservant leur performance. Cela permet de les exécuter sur des machines plus modestes, des ordinateurs portables voire des téléphones.

En rendant les modèles partiellement ouverts, les sociétés propriétaires bénéficient ainsi de l’intérêt de milliers de développeurs, ce qui permet des progrès potentiellement plus rapides que pour les modèles fermés, mis au point par des équipes forcément plus réduites.

Vers des modèles réellement open source ?

Mais peut-on envisager demain la création de modèles de langage réellement open source, où non seulement les poids, mais aussi les données d’entraînement et les codes d’apprentissage seraient accessibles à tous ? Une telle approche soulève des défis techniques et économiques importants.

Le principal obstacle reste la puissance de calcul nécessaire pour entraîner ces modèles, qui est actuellement l’apanage des entreprises dotées de ressources colossales (Google, Meta, Microsoft, etc.) ; OpenAI, ou Mistral en France, ont recours à de la puissance de calcul proposée par différents acteurs, dont les géants de l’informatique suscités. C’est en partie pour couvrir ces coûts – l’accès la puissance de calcul – que ces entreprises doivent régulièrement lever des fonds importants. Le coût énergétique, matériel, et en ressources humaines est prohibitif pour la plupart des acteurs.

Pourtant, des initiatives existent. Des communautés de chercheurs et des organisations à but non lucratif cherchent à développer des modèles ouverts et éthiques, basés sur des jeux de données accessibles, ou du moins transparents.

Ainsi, Allen AI (centre de recherche privé à but non lucratif, financé à l’origine par Paul Allen, le cofondateur de Microsoft décédé en 2018) a mis au point les modèles Olmo et Molmo (modèle de langue et modèle multimodal), qui sont complètement ouverts.

SiloAI, une entreprise finlandaise, en collaboration avec l’Université de Turku a mis au point un modèle multilingue complètement ouvert, Poro, performant pour les langues scandinaves.

En France, Linagora et d’autres travaillent aussi à mettre au point des systèmes ouverts, dans la continuité de Bloom (un modèle complètement ouvert, mis au point par un collectif de chercheurs sous l’impulsion de la société Hugging Face en 2022).

Le modèle économique de ces initiatives reste à déterminer, de même que le retour sur investissement à terme des sommes colossales actuellement en jeu sur ce thème au niveau international.

En pratique, ces modèles sont souvent entraînés sur des infrastructures publiques (Lumi en Finlande pour Poro, Genci en France pour Bloom) : il s’agit souvent de collaborations entre universitaires et entreprises privées pouvant ensuite commercialiser les solutions développées, puisqu’un modèle ouvert n’est pas synonyme de complètement gratuit, et des services annexes comme l’adaptation des modèles pour des besoins particuliers peuvent contribuer au financement de telles initiatives.

Une autre piste se situe dans le développement de modèles de langue spécialisés, moins coûteux en termes de données et d’infrastructure, mais qui pourraient répondre à des besoins spécifiques, ce qui permettrait à des entreprises ou des acteurs plus modestes de tirer leur épingle du jeu.

Thierry Poibeau est membre de l'Institut Prairie-PSAI (Paris AI Research Institute - Paris School of Artificial Intelligence) et a reçu des financements à ce titre.

Il est difficile de faire nos courses sans qu’il ne nous soit proposé des produits pour protéger notre microflore ! Notre corps hébergerait dix fois plus de bactéries que de cellules. Vraiment ?

La microflore ou microbiote est l’ensemble des micro-organismes qui résident normalement dans notre corps. Ses secrets ont été vulgarisés par la Dre Giulia Enders dans son livre « Le charme discret de l’intestin ». Ce best-seller a largement contribué à l’engouement autour du sujet ! Pourtant, la découverte de la microflore intestinale a plus d’un siècle. Nous la devons au microbiologiste Élie Metchnikoff, prix Nobel de médecine en 1908. Avec le temps, les avancées technologiques ont facilité l’étude du microbiote, et c’est en 1977 que le célèbre ratio d’une cellule humaine pour dix bactéries est publié par le microbiologiste américain Dwayne Savage.

Des quantités de microbes et de cellules difficilement mesurables

En 1972, le biochimiste Thomas Luckey a évalué que chaque gramme de selles humaines renfermait cent milliards de bactéries et que l’appareil digestif en contenait un kilo. En multipliant, et en considérant que la majorité des bactéries se loge dans les fèces, l’estimation de la quantité dans le corps était donc de 100 000 milliards de bactéries. En 1977, l’équipe du Pr Savage a ramené ce nombre sur le nombre de cellules humaines (10 000 milliards), d’où le fameux ratio. Ce rapport d’un sur dix s’est vite répandu dans la communauté scientifique, car il est facile à retenir et rend concrète la notion de microflore intestinale. Le ratio est encore diffusé dans les cours de biologie ou activités de vulgarisation.

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Près de quarante ans après, en 2014, le microbiologiste Judah Rosner a publié une lettre dans l’ancien journal scientifique « Microbe » pour questionner l’intangible proportion d’un sur dix. Le début de son texte est d’ailleurs intéressant et révèle un paradoxe : « La science se régit par une réanalyse critique de faits. […] Mais une fois qu’un fait entre dans la littérature scientifique, au bout d’un moment, il devient difficile à effacer. » Le Pr Rosner souligne que l’estimation de 10 000 milliards de cellules est d’abord sortie dans un livre en 1970, mais que l’information n’y est pas référencée. Il avertit aussi que l’appréciation de la quantité de cellules humaines représente en fait un défi. Il conclut que, même si le ratio devait être contredit, cela ne remettrait pas en cause l’implication du microbiote dans la santé humaine.

Une question de méthode

Deux ans après la lettre mentionnée, des travaux israéliens ont démenti l’inébranlable ratio. L’équipe du Professeur Ron Milo a sélectionné l’organe dont le nombre de bactéries était représentatif des bactéries dans l’organisme. La microflore de la bouche, des poumons ou de la peau n’a pas été comptabilisée, car la quantité de bactéries y est cent fois moins riche que dans le gros intestin. Ils ont pris en compte que le côlon contient 400 grammes et non un kilo de selles fraîches. Ensuite, l’équipe s’est inspirée d’un article scientifique italien, qui évaluait le nombre de cellules humaines, non pas de manière globale, mais organe par organe puisque les tailles et masses des cellules sont très variables à travers le corps.

Le nombre de cellules humaines devient alors trois fois plus élevé, soit 30 000 milliards. La proportion de bactéries par cellule est ainsi affinée à 1,3. Bien qu’inférieur à 10, le rapport est supérieur à 1, donc les bactéries restent supérieures en nombre.

Néanmoins, chaque fois vous déféquez aux toilettes, il se rééquilibre et ce sont les cellules humaines qui deviennent supérieures en nombre !

Virus, bactéries et protozoaires peuplent notre corps

Nous parlons de bactéries, composante du microbiote intestinal la plus analysée aujourd’hui. Cependant, elle n’exprime pas toute la complexité de votre microflore. Bactéries, levures, protozoaires (animal microscopique à une seule cellule) et virus, voici le petit monde inoffensif que vous hébergez ! Notre « virobiote » a longtemps été considéré comme représentant l’écrasante majorité de l’organisme. En 2021, des études revoient cette donnée à la baisse, et rapprochent le nombre de virus dans notre corps à celui des bactéries. Par conséquent, ces effectifs sont semblables aux cellules humaines.

Mais n’oubliez pas qu’en les additionnant, bactéries et virus groupés ensemble sont majoritaires !

Valérie Lannoy 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.

Beaucoup d’additifs utilisés pour lutter contre les incendies se sont révélés être très nocifs pour l’environnement, il est donc nécessaire d’étudier de nouvelles pistes. Aussi surprenant que cela puisse paraître, les alcools pourraient se révéler être de bons candidats.

Contrairement à ce qui est souvent montré au cinéma, un véhicule endommagé n’explose pas. En revanche, les incendies sont tristement courants. Nos voitures et autres véhicules de transport à roues sont des machines très complexes qui possèdent de nombreux points de défaillances. En 2022, les sapeurs-pompiers comptabilisaient 45 588 interventions pour des feux de véhicules.

Le compartiment moteur d’un véhicule est une zone sensible. C’est un endroit très chaud (jusqu’à plusieurs centaines de degrés Celsius), rempli de substances combustibles diverses (carburant, huiles de synthèse, graisses, flexibles, plastiques) et soumis à un apport d’air régulier grâce au ventilateur du circuit de refroidissement. Le compartiment moteur réunit donc les trois composantes du triangle du feu qui sont la carburant, l’oxygène de l’air et une source de chaleur.

Les dernières réglementations en vigueur posent des défis pour la protection incendie. Les normes permissibles d’émissions de polluants ont généralisé le déploiement de filtres à particules qui doivent se régénérer, c’est-à-dire éliminer ces particules, à une température comprise entre 550 °C et 650 °C.

Les constructeurs capitonnent les compartiments moteurs avec de l’isolant pour diminuer le bruit perçu par les usagers mais cela a pour effet secondaire de piéger l’air chaud dans le compartiment moteur et d’en augmenter la température ambiante.

Alors que des réglementations sur les moyens d’extinction automatique des incendies pour les véhicules de transport public se mettent en place, intéressons-nous aux nouveaux défis de ce domaine.

Des molécules efficaces contre les incendies mais nuisibles pour l’environnement

Au cours du XX^e siècle, on découvre que les halons, des gaz à base de brome, sont des agents extincteurs très efficaces. Dès le début des années 1980, il est cependant reconnu qu’ils participent à la dégradation de la couche d’ozone et leur utilisation est progressivement éliminée depuis l’adoption du protocole de Montréal en 1987.

Les hydrofluorocarbures (HFC) ont depuis lors été utilisés comme des alternatives. Ces gaz ne dégradent pas la couche d’ozone mais leur pouvoir de réchauffement global est plusieurs milliers de fois plus important que le CO₂. L’amendement Kigali, signé en 2016, a ajouté les HFC à la liste du protocole de Montréal.

De manière générale, l’ensemble des molécules contenant des halogènes comme le fluor sont progressivement marginalisées. La réglementation européenne prévoit l’interdiction prochaine des PFAS, ces « polluants éternels ». Ils sont utilisés dans la formulation des mousses anti-incendie employées par les sapeurs-pompiers pour lutter contre certaines classes de feux. On constate donc que toute la filière de l’extinction incendie doit se réinventer, dans un contexte de changement climatique global et alors que les normes sont des plus en plus restrictives.

Pour éviter de rejouer un scénario tel que celui qui a conduit à l’adoption des HFC, il convient d’étudier soigneusement chaque solution alternative potentielle, de se plonger dans la littérature scientifique passée et présente et d’identifier les impacts de ces technologies du point de vue de la performance anti-incendie mais également sur l’environnement et la santé humaine. C’est cet écueil que nous cherchons à éviter au sein de notre unité P2CFE du laboratoire PRISME et qui fonde mon travail de thèse, en menant la recherche sur une technologie propre : le brouillard d’eau.

Petites gouttes, grands défis

Les gouttes d’un brouillard d’eau sont très petites. Cela permet d’attaquer la flamme de trois manières. Premièrement, elles permettent de refroidir la flamme et la surface du combustible. Deuxièmement, les gouttes d’eau qui se vaporisent prennent beaucoup de place et chassent l’oxygène. Enfin, la densité du brouillard lui permet d’atténuer le rayonnement thermique de l’incendie et l’empêche ainsi de se propager en réchauffant à distance du combustible environnant. Le brouillard d’eau agit alors comme un écran de protection.

Dans notre laboratoire, le brouillard est composé de gouttes d’un diamètre d’une centaine de micromètres. Nous avons pu montrer que c’est le mécanisme de refroidissement de la flamme qui est privilégié lors de l’aspersion. Ce mécanisme est accentué lorsque le brouillard est pulvérisé avec une grande vitesse sur l’incendie. Cela engendre beaucoup de turbulence, ce qui brise la structure de la flamme, comme lorsqu’on souffle sur une bougie.

L’utilisation du brouillard d’eau pour la protection incendie d’un compartiment moteur ne coule pas de source car il est nécessaire d’intégrer sur le véhicule un réservoir d’eau d’une capacité de quelques dizaines de litres.

Un autre défi est le moteur lui-même, qui est un obstacle potentiel entre la buse du brouillard et la flamme. Il faut donc privilégier une forte vitesse initiale des gouttes et un faible diamètre afin de favoriser la distribution des gouttes dans l’ensemble du compartiment.

Le ventilateur de refroidissement est à même de souffler les petites gouttes du brouillard d’eau. Nous avons donc étudié l’influence de cette ventilation sur les performances du brouillard d’eau. Une faible ventilation transversale permet d’améliorer le temps d’extinction (de 14 secondes sans ventilation à 7 secondes pour une vitesse de ventilation de 3 mètres par seconde) en ramenant une partie du brouillard vers la flamme tandis qu’une forte ventilation transversale balaie systématiquement le spray et décroît fortement les capacités de refroidissement et d’extinction du brouillard (la flamme n’est pas éteinte en moins de 30 secondes). Pour contourner ce problème, il faut privilégier les cônes d’aspersion avec un angle élevé et orienter la projection dans le sens de la ventilation.

Éteindre le feu avec du vin ?

L’amélioration de la performance peut également passer par la modification de la solution pulvérisée. Afin d’innover, nous avons mené un travail exhaustif de revue de la littérature scientifique sur ce sujet.

Nous avons notamment pu mettre en évidence une nouvelle classe d’additifs pour le brouillard d’eau : les solvants. Parmi ces solvants, on trouve de nombreuses espèces hautement inflammables, comme l’éthanol.

Ajouter de l’éthanol dans l’eau pour améliorer la performance du brouillard d’eau peut sembler paradoxal. C’est pourtant l’effet que nous avons pu tester et confirmer au sein de notre laboratoire, sur une catégorie d’alcools allant du méthanol à l’heptanol.

L’augmentation du taux de refroidissement par rapport à l’eau seule est indéniable mais son origine est encore mal comprise. Les hypothèses privilégiées concernent une diminution du diamètre des gouttes par l’ajout d’alcool dans l’eau ou une accélération du processus d’évaporation des gouttes grâce à la présence d’alcool.

L’utilisation potentielle d’alcools comme additifs répond également à un impératif environnemental. La revue a mis en évidence un manque d’intérêt des scientifiques pour l’impact sur la santé et l’environnement des additifs pour le brouillard d’eau, alors même que la recherche sur ce brouillard d’eau ne peut pas se décorréler de l’interdiction progressive d’autres technologies d’extinction incendie. Dans cette optique, les alcools sont des additifs intéressants car ils sont biodégradables et possèdent de bonnes propriétés antigel et anticorrosion. Le brouillard d’eau additivée en est encore au stade d’études au laboratoire mais il ne fait aucun doute que le besoin réglementaire va fortement accélérer son développement dans les prochaines années.

Antonin Robinet a reçu des financements publics de l'Agence Innovation Défense et de la Région Centre-Val de Loire pour ses travaux de thèse

Khaled Chetehouna 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 missions spatiales coûtent trop cher pour laisser quoi que ce soit au hasard. Alors, les agences spatiales les préparent minutieusement sur Terre, notamment via des répliques d’environnements lunaires ou martiens, avec des volontaires prêts à s’isoler pendant de longs mois pour tester leur résistance psychologique et les scaphandres. Un de nos auteurs, qui a vécu l’expérience, fait le rapprochement avec les rites initiatiques traditionnels.

Le 25 septembre dernier une installation tout à fait particulière a été inaugurée par l’Agence spatiale européenne (ESA) et le Centre aérospatial allemand à Cologne : elle s’appelle LUNA et a pour objectif d’aider dans la préparation des prochaines missions lunaires, en permettant de reconstituer un environnement similaire, pour certains aspects, à celui du satellite naturel de notre planète.

Avec une surface de 700 mètres carrés, LUNA reconstitue au mieux l’ambiance lunaire, notamment grâce aux 750 tonnes de « sable » spécifiquement altéré pour simuler le régolithe (le sol lunaire), d’un « simulateur solaire » pour reproduire l’alternance de lumière et ténèbres sur la Lune, et d’autres stratagèmes pour effectuer des tâches comme les prélèvements. Autrement dit, cette installation fait partie de ce que l’on appelle les « analogues ».

Ce projet s’inscrit dans le contexte d’une accélération des efforts des acteurs majeurs du spatial pour atteindre le niveau scientifique nécessaire afin de réaliser de nouvelles missions ambitieuses, notamment retourner sur la Lune, comme prévu par les accords Artemis — la Lune représentant une étape intermédiaire pour ensuite se diriger vers Mars.

Au niveau européen, LUNA illustre aussi la volonté de l’ESA de soutenir le développement de l’industrie spatiale européenne, et y apporte ses valeurs de coopération et d’ouverture.

Missions spatiales simulées pour vraies avancées scientifiques

Les analogues sont des structures qui ont été développées dès les premières missions spatiales, surtout à l'occasion du programme Apollo, mais avec une recrudescence ces dernières années avec déjà au moins une vingtaine d’analogues présentés par la NASA. Ils servent à tester des équipements, des robots, des technologies et les interactions humaines dans des conditions particulières sur Terre.

Dans la plupart des cas, les participants ne sont pas de futurs astronautes, mais ils répondent à des critères précis en lien avec l’objectif de chaque analogue.

Les missions spatiales étant à haut risque, il est essentiel d’effectuer sur Terre et dans des environnements spécifiques des tests pour anticiper les possibles problèmes que l’on pourrait rencontrer. Les analogues sont donc situés dans des environnements isolés, confinés et extrêmes, qui reproduisent en partie les conditions que les astronautes retrouvent au-delà de l’atmosphère terrestre — par exemple en Antarctique.

Les tests réalisés lors des missions fictives dans les analogues peuvent concerner les équipements, tels que les combinaisons des astronautes, mais aussi des conditions de travail inhabituelles comme l’apesanteur en exploitant l’environnement sous-marin, et le « facteur humain » (c’est-à-dire comment un groupe de personnes arrive à travailler ensemble en bonne entente), quels types de qualités humaines sont nécessaires à la réussite d’une mission — par exemple la résistance au stress et au confinement prolongé, la concentration, la résilience…

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Pour cette raison, il est intéressant de solliciter des profils très différents, des artistes aux ingénieurs, des militaires aux anthropologues, comme dans le cas de Benjamin Pothier (l'un des auteurs de cet article), ayant à son actif des expériences de recherche universitaire en anthropologie, de créations artistiques dans le domaine de la photographie, de la cinématographie et du space art, et enfin des expériences d’explorations géographiques en milieux extrêmes, un « plus » pour ce type de projet.

Du rituel initiatique à l’analogue lunaire

Ayant participé sur le terrain à plusieurs missions dans des analogues spatiaux, Benjamin peut apporter son témoignage de première main sur ce que cela signifie d'endurer la vie dans ces conditions extrêmes où il faut parfois cohabiter avec des inconnus, dans des espaces limités, pour une période qui peut être relativement longue, sans ou avec très peu de contacts avec l’extérieur.

Dans son essai, il explique les similitudes frappantes, ainsi que les différences, entre les missions au sein d’analogues spatiaux et les rituels d’initiation.

Il cite, parmi les exemples d’analogues célèbres, l’habitat HI-SEAS, installé par la NASA dans un environnement volcanique hostile à Hawaï pour simuler des missions sur Mars. La simulation incluant ici des contraintes, par exemple des réserves d’eau limitées, une nourriture préparée comme pour les missions dans l’espace, l’utilisation de reproductions des combinaisons des astronautes, etc.

Cet ensemble de contraintes « psychophysiologiques » trouvent un écho dans la manière dont sont structurés les rituels initiatiques.

En effet, de nombreux rites de passage, et notamment ceux de passage à l’âge adulte, montrent dans leur phase liminaire une propension à l’enfermement, à l’exposition à des épreuves d’endurance physique et psychologique : « privation de sommeil, jeûne, exposition au froid ou au soleil), à la douleur (coups, flagellations, piqûres d’insectes) » (selon Julien Bohomme), voire à des interdits alimentaires et des situations vexatoires qui trouvent un écho indéniable dans les processus à l’œuvre dans les missions analogues pour les besoins de la simulation de la dure réalité de la vie dans l’espace : privation de sommeil, confinement, régimes alimentaires spécifiques, accès réduit à l’eau courante pour la toilette quotidienne et relative promiscuité, épreuves d’endurance physique et exposition au froid, au danger, au stress et à la fatigue sont autant de facteurs propres aux missions analogues.

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Il convient également de noter que de nombreux sites d’essais analogues tels que les grottes souterraines, les volcans et les montagnes sont aussi, oserait-on dire « depuis la nuit des temps », des lieux dédiés à des rites de passage et autres expériences mystiques ou religieuses, comme des environnements propices à l’isolement, au dépassement de soi, à la confrontation au danger, etc.

Le niveau de réalisme peut être cependant très différent d’un analogue spatial à l’autre : selon l’objectif spécifique pour lequel ils ont été créés, les analogues peuvent viser à isoler à l’intérieur d’un espace sécurisé mais très limité un groupe de personnes pour tester les réactions et le défi psychologique, ou à les éloigner dans des environnements hostiles pour permettre des tests d’équipement lors des sorties extravéhiculaires, par exemple.

L’analogue LUNA, installé à Cologne, en Allemagne, où se trouve le centre de formation des astronautes de l’ESA est pour sa part plus similaire à des bases analogues telles que le projet MARS500 de l’Institut des problèmes biomédicaux de Moscou et construit dans les années 2010 pour simuler un voyage et une mission martienne, ou encore le projet HERA de la NASA, situé dans un bâtiment du Johnson Space Center et utilisé pour simuler des missions spatiales de longue durée.

Un analogue lunaire volontairement ouvert

Parmi les différents atouts de cette installation, nous voulons souligner sa nature ouverte, car accessible aux agences spatiales, aux universitaires ainsi qu’à l’industrie spatiale du monde entier.

Cette approche s’inscrit dans la tendance toute européenne d’«accès libre», que nous retrouvons aussi dans d’autres projets de l’Union européenne comme Copernicus, le programme d’observation européen de la Terre qui permet la collecte de données rendues disponibles pour tous.

Par sa nature même, l’espace est considéré comme la prochaine frontière pour l’humanité. Les progrès technologiques accélérés de ces dernières années nous amènent à nous interroger sur les prochaines étapes de son exploration et d’un séjour plus long des êtres humains dans l’espace.

La commercialisation de l’espace, avec des acteurs du secteur privé en première ligne tels que SpaceX, pose des questions de gouvernance et réglementation. Dans ce contexte, l’Europe est porteuse d’une approche plutôt coopérative que de rivalité avec les autres acteurs de la communauté internationale, et de valeurs d’ouverture aux autres plutôt que d’exclusion, comme l’accessibilité de l’analogue LUNA nous le démontre.

Benjamin Pothier est membre de l'Explorers Club, il était expert au sein du comité des vols spatiaux habités de la fédération internationale d'astronautique de 2019 à 2022.

Forganni Antonella 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.

Envisagez-vous d’acheter moins de bouteilles d’eau en plastique à l’avenir ? Peut-être pas, mais maintenant que la question vous a été posée, vous allez forcément y penser. Cet effet psychologique pourrait être utilisé pour inciter à diminuer à la consommation de plastique.

Avec un taux de croissance de 73 % au cours de la dernière décennie, le marché de l’eau en bouteille est l’un de ceux qui connaissent la plus forte augmentation au niveau mondial. Malheureusement, cette consommation a des conséquences environnementales néfastes : augmentation des déchets plastiques, émissions de gaz à effet de serre liées à la production, le transport et la distribution des bouteilles ou encore surexploitation des ressources en eau pour produire de l’eau en bouteille. Ces impacts ne font qu’aggraver la crise écologique actuelle. Face à cette situation, la réduction de notre dépendance à l’eau embouteillée émerge comme un enjeu environnemental crucial.

En 2020, une étude de Futerra et OnePulse révèle que 80 % des sondés se disent prêts à changer leurs habitudes pour lutter contre le changement climatique et 50 % d’entre eux envisagent de limiter leur usage de plastique. Cependant, peu de recherches ont été dédiées aux stratégies de communication qui permettraient de diminuer la consommation d’eau en bouteille.

Les autoprophéties : une question pour favoriser le changement

Nos recherches explorent l’impact de ce que nous appelons les autoprophéties sur la réduction de l’achat d’eau en bouteille plastique aux États-Unis, en nous appuyant sur un échantillon de 269 personnes. Les autoprophéties désignent un phénomène psychologique selon lequel le simple fait de poser des questions aux individus sur leurs comportements futurs (par exemple : « Allez-vous recycler vos emballages ? ») peut accroître la probabilité qu’ils adoptent ces comportements. Notre étude analyse ce processus et examine comment des facteurs individuels peuvent en moduler les effets.

Des chercheurs ont montré que l’on peut expliquer les effets des autoprophéties grâce à la théorie de la dissonance cognitive. Lorsqu’une personne est invitée à prédire son comportement futur, elle peut prendre conscience d’un écart entre ses croyances normatives (ce qu’elle considère comme socialement désirable ou acceptable) et ses comportements. Cette incohérence suscite une dissonance, c’est-à-dire une contradiction, qui motive souvent les individus à modifier leurs actions pour mieux les aligner avec leurs valeurs.

Ressentir à l’avance la culpabilité d’une action contraire à nos valeurs

Dans notre étude, nous montrons le mécanisme émotionnel par lequel la demande d’autoprophétie influence les comportements pro-environnementaux, par l’intermédiaire de la culpabilité anticipée. Dans son ouvrage intitulé Une théorie de la dissonance cognitive, le psychosociologue américain Leon Festinger décrit la dissonance comme un état caractérisé par un inconfort psychologique, provoquant ainsi une aversion et une motivation à changer de comportement. Toutefois, il ne précise pas explicitement la nature de cet inconfort. Des théoriciens ultérieurs de la dissonance ont identifié la culpabilité comme une émotion provoquée par la dissonance dans certaines situations.

Nous avons exploré cette idée en nous concentrant spécifiquement sur la culpabilité, en formulant l’hypothèse que les individus anticipent ce sentiment lorsqu’ils envisagent de ne pas adopter un comportement écologique. C’est notamment le cas lorsque ce comportement est en accord avec leurs croyances normatives (c’est-à-dire les attentes sociales ou culturelles auxquelles se conformer dans certaines situations). Ainsi, cette anticipation de la culpabilité conduit à répondre à des demandes de comportements alignés sur des valeurs écologiques, pour éviter ce sentiment négatif.

Pour tester cette hypothèse, nous avons mesuré la culpabilité chez des participants exposés à une publicité contenant une question de prédiction dont le but était de réduire leurs achats d’eau en bouteille plastique. Ces participants ressentaient à l’avance davantage de culpabilité que ceux du groupe de contrôle, exposés à une publicité sans question de prédiction. Cette culpabilité anticipée réduit, à son tour, leur intention d’acheter de l’eau en bouteille.

Des effets qui varient selon les individus

Nous avons exploré deux facteurs pouvant influencer l’efficacité de la technique des autoprophéties : les croyances normatives et les motivations qui poussent les personnes à s’engager dans une action.

Des recherches antérieures ont souligné l’importance des croyances normatives. Les individus fortement attachés à leurs croyances sont plus enclins à prédire qu’ils adopteront des comportements en accord avec celles-ci et à les mettre réellement en place. Nous avons examiné comment différents types de normes influencent les intentions. En effet, certaines normes sont descriptives (ce que la majorité des gens font), d’autres sont injonctives (ce que nous pensons qu’il est attendu de nous) et enfin certaines sont personnelles (nos propres standards moraux internes).

Les résultats montrent que ces trois types de normes influencent directement le sentiment de culpabilité anticipée. Les participants pensent que la plupart des gens achètent moins de bouteilles, qu’il est socialement attendu de le faire, et que cela correspond à leurs convictions personnelles. Plus ces normes sont fortes, plus la culpabilité anticipée en cas de non-conformité augmente. Cependant, nous n’avons observé aucune interaction entre les normes et la question de prédiction. Cela suggère qu’une question de prédiction ne rend pas les croyances normatives plus saillantes au moment de la prédiction, et qu’elles ne guident donc pas les participants dans leur prise de décision.

Par ailleurs, nous avons étudié la motivation d’approche, c’est-à-dire le désir de s’engager dans des actions qui procurent des expériences positives ou des récompenses. Ainsi, nous pouvons mesurer un score dit de BAS (pour behavioral approach system, ou système d’approche comportementale) : les individus avec les plus forts scores ont plus tendance à essayer de remplir leurs objectifs, qu’ils soient concrets (par exemple atteindre ou saisir un objet), ou plus abstraits (par exemple l’altruisme ou la productivité). Ces individus fournissent des efforts accrus pour atteindre les buts qui leur procurent du plaisir, réduisant ainsi l’écart entre les objectifs qu’ils se sont fixés et ce qu’ils font en réalité.

Les plus enclins à la dissonance sont ceux qui remplissent le moins leurs objectifs

Contrairement à notre hypothèse, les individus qui ont une faible sensibilité aux récompenses et à la recherche d’expériences positives ressentent davantage de culpabilité que ceux avec un fort score. Notre interprétation est que bien que les individus qui ont un score faible à ce test soient moins motivés à agir pour atteindre leurs objectifs, ils prennent d’autant plus conscience de l’écart entre leurs comportements actuels et leurs normes personnelles lorsqu’on leur pose une question à ce propos. Cette conscience accrue de l’inadéquation entre leurs actions et leurs normes, même en l’absence d’une forte motivation, génère un sentiment de culpabilité anticipée plus fort. Par conséquent, bien qu’ils aient moins d’impulsion à agir, cette anticipation de la culpabilité accroît leur intention de réduire leur consommation de bouteilles en plastique.

À l’inverse, les individus avec un score élevé semblent intrinsèquement disposés à aligner leurs actions avec leurs normes, ce qui réduit leur dissonance cognitive. Ils semblent agir de manière proactive pour combler l’écart entre leurs comportements et leurs objectifs, diminuant ainsi la culpabilité anticipée.

Utiliser les autoprophéties dans les campagnes environnementales

Les résultats de notre étude ouvrent des perspectives pour les campagnes de sensibilisation environnementale. Les agences gouvernementales et les ONG peuvent aisément intégrer des questions de prédiction dans leurs communications pour favoriser des comportements écologiques.

Contrairement à de précédents résultats, nos résultats n’ont pas mis en évidence l’effet des croyances normatives sur l’efficacité des autoprophéties. Si un tel effet avait été observé, nous aurions constaté que plus les participants adhéraient à des croyances normatives fortes, plus leur comportement aurait été influencé par l’autoprédiction, en particulier en adaptant leurs actions pour correspondre à ces normes. Toutefois, la littérature montre que les normes personnelles influencent la façon dont les individus forment leurs intentions et adoptent des comportements écologiques. Nous recommandons donc d’avoir recours aux normes personnelles dans les campagnes utilisant des autoprophéties, par exemple en créant des messages qui mettent en avant la nécessité d’actions pro-environnementales et les conséquences de l’inaction.

Il convient également de noter que cette étude se concentre sur les intentions comportementales. Des recherches antérieures ont cependant montré les effets des autoprophéties sur les comportements réels (et non anticipés) et répétés dans le temps. Par exemple, certaines études ont documenté des améliorations dans le recyclage sur des périodes de quatre semaines après le protocole, ou encore une augmentation de la fréquentation des clubs de sport sur des périodes allant jusqu’à six mois après la prédiction. Ces différents résultats nous permettent de constater qu’une simple question, en exploitant un levier émotionnel, peut réellement inciter le public à changer ses pratiques.

Bing Bai a reçu des financements de la chaire Marketing responsable et bien-être de l'Université de Montpellier.

Laurie Balbo et Marie-Christine Lichtlé 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 poste universitaire.

En cette « année électorale » 2024, où vote la moitié de la planète, la présidentielle américaine est cruciale pour l’avenir des nouvelles technologies. En particulier, nombre des géants du numérique sont américains.

Ainsi, le ou la prochain président américain aura une influence sur les lois qui chercheront, ou pas, à équilibrer les contributions des systèmes d’intelligence artificielle, à protéger la vie privée des citoyens, ou à ajuster les situations de monopoles commerciaux. Quels sont les bilans des deux candidats sur ces sujets ?

Il n’est pas surprenant que la réglementation des technologies soit un thème important de la campagne présidentielle américaine de 2024.

Les technologies numériques — des algorithmes des médias sociaux aux systèmes d’intelligence artificielle basés sur de grands modèles de langage — ont profondément affecté la société ces dix dernières années. Ces changements se sont étalés sur les administrations Trump et Biden-Harris et ont suscité une forte demande auprès du gouvernement fédéral pour qu’il réglemente les technologies et les puissantes entreprises qui les manient.

Je suis chercheuse en systèmes d’information et en IA et j’ai examiné le bilan des deux candidats à l’élection présidentielle américaine de ce 5 novembre en matière de réglementation des technologies.

Voici les principales différences.

Des algorithmes préjudiciables

Les outils d’intelligence artificielle étant désormais très répandus, les gouvernements du monde entier doivent aborder la difficile question de la régulation de ces technologies aux multiples facettes.

À lire aussi : L’échiquier mondial de l’IA : entre régulations et soft power

Les candidats à la présidentielle américaine proposent des visions différentes de la politique américaine en matière d’intelligence artificielle. Une des différences notables tient à la reconnaissance des risques liés à l’utilisation généralisée de l’IA.

En effet, l’IA affecte tous les pans de la société de façons qui passent parfois inaperçues mais peuvent avoir des conséquences importantes. Ainsi, les biais dans les algorithmes utilisés pour les prêts et les décisions d’embauche pourraient finir par renforcer un cercle vicieux de discrimination. Par exemple, un étudiant qui ne peut pas obtenir de prêt pour l’université aurait moins de chances d’obtenir l’éducation nécessaire pour sortir de la pauvreté.

À lire aussi : Emploi, sécurité, justice : d’où viennent les « biais » des IA et peut-on les éviter ?

Lors du sommet sur la sécurité de l’IA (AI Safety Summit) qui s’est tenu au Royaume-Uni en novembre 2023, Kamala Harris a évoqué les promesses de l’IA, mais aussi les dangers que représentent les biais algorithmiques, les « deepfakes » et les arrestations abusives.

Joe Biden a signé un décret sur l’IA le 30 octobre 2023, qui reconnaît que les systèmes d’IA peuvent présenter des risques inacceptables d’atteinte aux droits civils et humains et au bien-être des individus. Parallèlement, des agences fédérales telles que la Federal Trade Commission ont pris des mesures d’applications de lois existantes pour protéger les utilisateurs contre les préjudices algorithmiques.

En revanche, l’administration Trump n’a pas pris position publiquement sur la limitation de ces mêmes risques algorithmiques, et Donald Trump a déclaré qu’il voulait abroger le décret sur l’IA du président Biden. Toutefois, il a récemment évoqué lors d’interviews les dangers liés à des technologies telles que les deepfakes, ainsi que les défis posés par les systèmes d’IA en termes de sécurité, suggérant une volonté de s’attaquer aux risques croissants liés à l’IA.

Normes et standards technologiques

L’administration Trump a signé le décret sur l’initiative américaine en matière d’IA (American AI Initiative) le 11 février 2019. Ce décret promet de doubler les investissements dans la recherche sur l’IA et établit la première série d’instituts nationaux américains de recherche sur l’IA. Le décret comprend également un plan pour standardiser et établir des normes techniques pour l’IA et établit des orientations pour l’utilisation de l’IA par le gouvernement fédéral.

Le 3 décembre 2020, M. Trump a également signé un décret promouvant l’utilisation d’une IA digne de confiance au sein du gouvernement fédéral.

L’administration Biden-Harris a tenté d’aller plus loin. Harris a convoqué les dirigeants de Google, de Microsoft et d’autres entreprises technologiques à la Maison-Blanche le 4 mai 2023, pour prendre une série d’engagements volontaires afin de protéger les droits des individus.

De plus, le décret de l’administration Biden contient une initiative importante visant à sonder la vulnérabilité de modèles d’IA de très grande taille et à usage général entraînés sur des quantités massives de données : le but est de déterminer les risques que des modèles comme ChatGPT d’OpenAi ou DALL-E se fassent pirater par des hackers.

Droit de la concurrence

L’application de la législation antitrust — qui restreint ou conditionne les fusions et acquisitions d’entreprises pour limiter les monopoles — est un autre moyen pour le gouvernement fédéral de réglementer l’industrie technologique.

En termes de droit de la concurrence, l’administration Trump a tenté de bloquer l’acquisition de Time Warner par AT&T — mais la fusion a finalement été autorisée par un juge fédéral après que la FTC, sous l’égide de l’administration Trump, a intenté une action en justice pour bloquer l’opération. L’administration Trump a également intenté une action antitrust contre Google en raison de sa position dominante dans le domaine de la recherche sur Internet.

Côté démocrate, le 9 juillet 2021, Joe Biden a signé un décret visant à faire appliquer les lois antitrust découlant des effets anticoncurrentiels des plates-formes Internet dominantes. Le décret vise également l’acquisition de concurrents naissants, l’agrégation de données, la concurrence déloyale sur les marchés de l’attention et la surveillance des utilisateurs. L’administration Biden-Harris a engagé des procédures antitrust contre Apple et Google. Les lignes directrices sur les fusions en 2023 de l’administration Biden-Harris ont défini des règles pour déterminer quand les fusions peuvent être considérées comme anticoncurrentielles.

Ainsi, bien que les deux administrations aient engagé des procédures antitrust, la pression de l’administration Biden semble plus forte en termes d’impact sur la réorganisation potentielle ou même l’orchestration d’un démantèlement d’entreprises dominantes telles que Google.

Cryptomonnaies

Les candidats ont des approches différentes de la réglementation des cryptomonnaies.

Vers la fin de du mandat de l’administration Trump, ce dernier a tweeté en faveur d’une réglementation des cryptomonnaies et le réseau fédéral Financial Crimes Enforcement Network a proposé une réglementation qui aurait obligé les sociétés financières à collecter l’identité de tout portefeuille de cryptomonnaie auquel un utilisateur a envoyé des fonds. Cette réglementation n’a pas été promulguée.

Depuis, Trump a modifié sa position sur les cryptomonnaies. Il a critiqué les lois américaines existantes et appelé les États-Unis à devenir une superpuissance du bitcoin. La campagne de Trump est la première campagne présidentielle à accepter des paiements en cryptomonnaies.

À lire aussi : Donald Trump, défenseur des cryptomonnaies aux États-Unis

L’administration Biden-Harris, en revanche, a défini des restrictions réglementaires sur les cryptomonnaies avec la Securities and Exchange Commission, ce qui a donné lieu à une série de mesures d’application. La Maison-Blanche a opposé son veto à la loi sur l’innovation financière et la technologie pour le XXI^e siècle (Financial Innovation and Technology for the 21st Century Act) qui visait à clarifier la comptabilité des cryptomonnaies, un projet de loi favorisé par le secteur des cryptomonnaies.

Confidentialité des données et vie privée

Le décret sur l’IA de Joe Biden invite le Congrès à adopter une législation sur la protection de la vie privée, mais ne fournit pas de cadre législatif à cet effet.

L’initiative américaine sur l’IA de la Maison-Blanche de Trump ne mentionne la protection de la vie privée qu’en termes généraux, appelant les technologies d’IA à respecter « les libertés civiles, la vie privée et les valeurs américaines ». Le décret ne mentionne pas la manière dont les protections existantes de la vie privée seront mises en œuvre.

Aux États-Unis, plusieurs États ont tenté d’adopter une législation portant sur certains aspects de la confidentialité des données : à l’heure actuelle, il existe une mosaïque d’initiatives au niveau des États et une absence de législation globale sur la confidentialité des données au niveau fédéral.

La rareté de ces mesures fédérales visant à protéger les données et la vie privée indique clairement que, si les deux candidats à l’élection présidentielle américaine s’attaquent bien à certains des défis posés par l’évolution de l’IA et des technologies numériques plus généralement, il reste encore beaucoup à faire pour réguler ces secteurs dans l’intérêt du public.

Globalement, les efforts de l’administration Biden pour réguler les technologies et la concurrence afférente semblent alignés sur l’objectif de maîtriser les entreprises technologiques et de protéger les consommateurs. Il s’agit également de réimaginer les protections monopolistiques pour le XXI^e siècle. Il semble que ce soit là la principale différence entre les deux administrations.

Anjana Susarla a reçu des financements du National Institute of Health.

La Déclaration de Barcelone marque un tournant dans la manière dont sont produites, partagées et utilisées les informations relatives au pilotage de la recherche scientifique. Elle a été signée par douze institutions françaises.

Des crises telles que les pandémies et les changements climatiques, ainsi que des avancées technologiques comme l’automatisation et le big data, posent des défis importants au XXI^e siècle. Pour y faire face, il est essentiel que la science soit accessible à tous. Il est crucial que les citoyens aient le même accès à l’information que les chercheurs, et que les scientifiques disposent de référentiels de connaissances interconnectés et de haute qualité pour faire progresser notre compréhension du monde et démocratiser le savoir.

Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de revoir et de réformer les méthodes d’évaluation de la recherche. Actuellement, les critères d’évaluation favorisent souvent les publications dans des revues prestigieuses, ce qui peut limiter l’accessibilité et l’impact des recherches, surtout pour les scientifiques des pays moins favorisés. Il est nécessaire de privilégier des systèmes d’évaluation qui tiennent compte de la valeur intrinsèque de la recherche et de son impact réel sur la société, indépendamment du lieu ou de la langue de publication, afin de soutenir une science plus inclusive, équitable et ouverte.

Actuellement, les évaluations reposent souvent sur des données inaccessibles et des indicateurs opaques (facteur d’impact des journaux, nombre de citations…), ce qui nuit à la qualité et à l’équité des décisions concernant les carrières des chercheurs et le financement des projets. En adoptant des systèmes d’évaluation qui privilégient l’accès libre aux données et la reproductibilité des analyses, nous pouvons garantir que les évaluations soient basées sur des preuves complètes et transparentes. Cela permettra de corriger les erreurs et biais potentiellement présents dans les bases de données propriétaires sur abonnement (comme Web of Science ou Scopus), d’améliorer la confiance dans les résultats de la recherche et de renforcer l’efficacité globale du système de recherche scientifique.

Plus d’ouverture sur la conduite des recherches

Les presque 100 signataires de la Déclaration de Barcelone, dont douze institutions universitaires ou de recherche françaises, sur l’information ouverte des données de la recherche s’engagent à transformer la manière dont l’information sur la recherche est produite et utilisée, en prônant une nouvelle norme d’ouverture des informations sur la conduite et la communication de la recherche.

Actuellement, de nombreuses décisions stratégiques dans le domaine de la recherche reposent sur des informations non accessibles au public (nombre de citations), souvent enfermées dans des infrastructures propriétaires. Web of Science et Scopus sont deux composants essentiels de l’écosystème de recherche actuel, fournissant la base des classements universitaires mondiaux ainsi que de la recherche bibliométrique. Cependant, les deux plates-formes seraient structurellement biaisées et ne considèrent pas une partie de la recherche produite dans des pays non occidentaux, la recherche en langues autres que l’anglais et la recherche dans les domaines des arts, des sciences humaines et sociales.

Les indicateurs et analyses issus de ces informations manquent de transparence et de reproductibilité, affectant les décisions relatives aux carrières des chercheurs et aux orientations des organismes de recherche, lorsqu’elles ne sont pas directement manipulées. Aussi les indicateurs se focalisent principalement sur des mesures telles que le nombre de citations des articles et le facteur d’impact des journaux (un indicateur qui estime indirectement la visibilité d’une revue scientifique. Pour une année donnée, le FI d’une revue est égal à la moyenne des nombres de citations des articles de cette revue publiés durant les deux années précédentes) dont on sait qu’elles sont souvent manipulables par plusieurs acteurs du système de recherche (de certains auteurs à certains éditeurs), tout en faisant l’impasse sur d’autres indicateurs bien plus importants pour la conduite d’une recherche éthique et reproductible.

Des indicateurs possibles sont, par exemple, la disponibilité des données produite par un essai clinique, le protocole d’étude complet, le code d’analyse des données, ou la présence d’un accord éthique (ainsi que son numéro et ses modalités d’acceptation), malheureusement souvent problématiques ou questionnables.

Les informations de recherche, ou métadonnées, englobent les détails relatifs à la mise en œuvre et à la communication de la recherche, incluant les données bibliographiques (titres, résumés, auteurs, affiliations, lieux de publication), les métadonnées sur les logiciels et instruments de recherche, les informations sur le financement et les contributeurs. Elles se trouvent dans des bases de données bibliographiques, des archives de logiciels, des entrepôts de données et des systèmes d’information de recherche. Les informations de recherche ouvertes sont des métadonnées accessibles librement et sans restrictions de réutilisation, suivant idéalement les principes FAIR (trouvable, accessible, interopérable et reproductible). Cela implique des protocoles standardisés, l’utilisation de licences Creative Commons CC0, et des infrastructures transparentes avec des normes ouvertes. Les métadonnées jouent un rôle crucial dans l’évaluation des chercheurs et des institutions et la définition des priorités des organisations. Cependant, de nombreuses données restent enfermées dans des infrastructures propriétaires, souvent biaisées géographiquement et linguistiquement. Assurer l’ouverture des informations de recherche permet à toutes les parties prenantes d’accéder pleinement aux données, enrichissant ainsi la prise de décision, l’évaluation scientifique, et la correction de la littérature scientifique lorsque c’est nécessaire.

Par exemple, un chercheur en biologie publie un article, et ses métadonnées incluent le titre, les auteurs, leur affiliation universitaire, et le résumé. Ces données sont accessibles librement dans des bases comme PubMed, facilitant la recherche pour d’autres scientifiques. Un deuxième exemple, les détails d’une subvention octroyée par une institution comme le National Institutes of Health (NIH) sont rendus publics. Cela inclut le montant, la durée, et l’objectif du financement, permettant une transparence et une collaboration accrue au sein de la communauté scientifique.

Les engagements et objectifs de la déclaration de Barcelone

Les organisations signataires (12 en France) se sont engagées à :

• Favoriser l’ouverture des informations de recherche : les informations utilisées pour évaluer les chercheurs, les institutions ou pour prendre des décisions stratégiques seront ouvertes par défaut, sauf si cela n’est pas approprié. Cela concerne aussi les informations sur les activités et résultats de recherche.

• Travailler avec des systèmes qui soutiennent cette ouverture : les plates-formes de publication et de gestion des informations de recherche doivent rendre ces données librement accessibles via des infrastructures ouvertes, en utilisant des standards existants quand ils sont disponibles (e.g., Crossref).

• Soutenir les infrastructures ouvertes : les signataires aideront à maintenir et financer les systèmes qui facilitent l’ouverture des informations de recherche, tout en veillant à une bonne gouvernance et à leur durabilité.

• Promouvoir la collaboration pour accélérer cette transition : Il est important de partager les expériences et de coordonner les actions pour passer des systèmes fermés à des systèmes ouverts.

Ainsi, le ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche a mis en place en France un partenariat pluriannuel avec OpenAlex en décembre dernier. Sorbonne Université s’est désabonnée de l’outil propriétaire et sur abonnement « Web of Science » et projette de s’appuyer désormais sur des bases bibliographiques libres telles que OpenAlex pour analyser la production de sa recherche. La déclaration a également été signée par des organismes de financement (par exemple la fondation Bill & Melinda Gates ou l’Agence Nationale de la Recherche).

La Déclaration de Barcelone s’aligne avec les conclusions du Conseil de l’Union européenne de 2021, ou de l’Unesco qui recommandent l’accès libre aux données et bases de données bibliographiques utilisées pour évaluer la recherche. Elle est aussi en accord avec la loi française de 2016 pour une République numérique, qui promeut l’ouverture par défaut des données administratives. De plus, la déclaration respecte les principes de la CoARA (Coalition for Advancing Research Assessment), qui préconisent l’indépendance et la transparence des données nécessaires à l’évaluation de la recherche.

Ces engagements visent à garantir que les politiques scientifiques soient basées sur des preuves transparentes et des données accessibles et vérifiables, soutenant ainsi le mouvement mondial en faveur de la science ouverte.

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.

L’univers a-t-il une fin ou un bord ? Les scientifiques ne peuvent pas trancher cette fascinante question mais ont des idées, des théories et des mesures pour discuter.

Cette question sur les limites de l’univers fait partie des interrogations que les humains continueront, sans doute, à se poser jusqu’à la fin des temps.

Nous ne sommes pas sûrs, mais nous pouvons essayer d’imaginer ce que pourrait être la limite de l’univers, s’il y en a une.

Remonter le temps

Avant de commencer, nous devons remonter dans le temps. Le ciel nocturne a semblé avoir toujours eu la même apparence au cours de l’histoire de l’humanité. Il a été si stable que les humains du monde entier se sont inspirés des motifs qu’ils voyaient dans les étoiles pour s’orienter et explorer.

À nos yeux, le ciel semble infini. Avec l’invention des télescopes, il y a environ 400 ans, nous avons pu voir plus loin que nos yeux ne l’avaient jamais fait. Nous avons continué à découvrir de nouvelles choses dans le ciel et trouvé davantage d’étoiles, puis avons commencé à remarquer qu’il y avait beaucoup de nuages cosmiques à l’aspect étrange.

Les astronomes leur ont donné le nom de « nébuleuse », de mots latin signifiant « brume » ou « nuage ». Il y a moins de 100 ans, nous avons confirmé pour la première fois que ces nuages cosmiques ou nébuleuses étaient en fait des galaxies. Elles ressemblent à la Voie lactée, la galaxie dans laquelle se trouve notre planète, mais elles sont très éloignées.

Ce qui est étonnant, c’est que dans toutes les directions où nous regardons dans l’univers, nous voyons de plus en plus de galaxies. Sur cette image du télescope spatial James Webb, qui observe une partie du ciel équivalente à la zone que recouvre un grain de sable quand on le tient à bout de bras, on peut voir des milliers de galaxies.

Il est difficile d’imaginer qu’il existe une limite où tout cela s’arrête.

Le bord de l’univers

Cependant, il existe techniquement une limite à notre univers. Nous l’appelons l’univers « observable ». En effet, nous ne savons pas si notre univers est infini, c’est-à-dire s’il se poursuit à l’infini.

Malheureusement, nous ne le saurons peut-être jamais à cause d’un élément gênant : la vitesse de la lumière.

Nous ne pouvons voir que la lumière qui a eu le temps de voyager jusqu’à nous. La lumière se déplace à la vitesse exacte de 299 792 458 mètres par seconde. Même à cette vitesse, il lui faut beaucoup de temps pour traverser notre univers. Les scientifiques estiment que la taille de l’univers est d’au moins 96 milliards d’années-lumière, et probablement encore plus grande.

Que verrions-nous s’il y avait un bord ?

Si nous voyagions jusqu’à l’extrême limite de l’univers que nous pensons exister, qu’y aurait-il en réalité ?

De nombreux autres scientifiques (dont je fais partie) pensent qu’il y aurait simplement… plus d’univers !

Chaque semaine, nos scientifiques répondent à vos questions.

N’hésitez pas à nous écrire pour poser la vôtre et nous trouverons la meilleure personne pour vous répondre.

Et bien sûr, les questions bêtes, ça n’existe pas !

Comme je l’ai dit, il existe une théorie selon laquelle notre univers n’a pas de limite et pourrait continuer indéfiniment.

Mais il existe aussi d’autres théories. Si notre univers a une limite et que vous la franchissez, vous pourriez vous retrouver dans un univers complètement différent. (Pour l’instant, il vaut mieux garder cela pour la science-fiction).

Même s’il n’y a pas de réponse directe à cette question, ce sont précisément des questions comme celles-ci qui nous aident à continuer à explorer et à découvrir l’univers, et qui nous permettent de comprendre la place que nous y occupons.

Sara Webb 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.