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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Quelle taille font ces membranes ?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Et pour l’ordinateur quantique ?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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Une fragmentation qui aggrave la contamination

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

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

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

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

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Une pollution omniprésente et invisible

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

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

Recycler, est-ce suffisant ?

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

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

Quelles solutions pour freiner cette pollution invisible ?

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

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

À lire aussi : Recyclage et valorisation des déchets plastiques : comment ça marche ?

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

À lire aussi : Pollution plastique : pourquoi ne rien faire nous coûterait bien plus cher que d’agir

Aicha El Kharraf a reçu des financements de CNRS.

Les marques épigénétiques sont des modifications chimiques de l’ADN qui vont permettre d’activer ou d’éteindre certains gènes. Elles sont reproduites lorsque les cellules se divisent mais peuvent-elles l’être entre deux générations ?

À la base de l’information génétique, l’ADN est la molécule fondatrice de la vie terrestre. Cependant, elle ne peut pas fonctionner seule, car son information doit être interprétée par des protéines présentes dans le noyau des cellules, rajoutant une information supplémentaire que l’on nomme information épigénétique (« épi » provenant du préfixe grec qui signifie « au-dessus »).

À chaque génération, nous héritons de l’ADN contenu dans les chromosomes de nos deux parents, sous la forme de 23 chromosomes de la mère et 23 chromosomes du père, pour aboutir aux 46 chromosomes de l’espèce humaine (ce nombre varie selon les espèces) dans chacune de nos cellules. Au cours du développement, nos cellules se divisent un très grand nombre de fois pour former des individus adultes (constitués de plus de 30 000 milliards de cellules !).

L’équation paraît relativement simple, car la séquence d’ADN des 46 chromosomes se recopie à l’identique (durant la « réplication de l’ADN ») avant de se partager équitablement dans deux cellules « filles » lors de chaque division cellulaire (appelée « mitose »). Malgré cette information génétique identique, nos cellules ne sont pas toutes pareilles. Chacune d’entre elles se différencie pour produire la variété de tissus et d’organes qui constituent notre corps. C’est justement l’information épigénétique qui permet cette différenciation.

Des « marque-pages » dans notre génome

Que sait-on de ces mécanismes épigénétiques qui font l’objet d’intenses recherches depuis le début du siècle ? Ils impliquent un grand nombre de facteurs cellulaires, dont on commence à comprendre la fonction. Au sein des chromosomes, l’ADN, chargé négativement, s’enroule autour de protéines chargées positivement, les histones. Des centaines de facteurs se lient, directement à l’ADN ou aux histones, pour former ce que l’on pourrait qualifier de « gaine épigénétique ».

À lire aussi : Épigénétique, inactivation du chromosome X et santé des femmes : conversation avec Edith Heard

Cette gaine est loin d’être homogène. Elle contient des facteurs qui peuvent déposer, sur la molécule d’ADN ou les histones, des petites molécules qui agissent comme des « marque-pages » que l’on pourrait mettre dans un livre à des endroits précis. Ce sont les fameuses « marques épigénétiques » (méthylations, acétylations…) et un grand nombre d’entre elles se retrouve au niveau des gènes qui sont situés tout le long de nos chromosomes. Ces marques sont indispensables, elles diffèrent dans les différents types cellulaires que composent un organisme et contribuent directement à la régulation de l’expression des gènes (par exemple, des gènes importants pour la fonction du foie s’exprimeront dans les cellules du foie, tandis que les gènes spécifiques des neurones ou des cellules musculaires y seront éteints). La question est désormais de savoir si ces mécanismes épigénétiques influencent aussi la transmission de l’information génétique.

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Prenons tout d’abord le cas le plus simple de la mitose (division cellulaire). La plupart des cellules doivent transmettre leur fonction, c’est-à-dire reproduire l’expression de la panoplie de gènes qui leur sont propres dans leurs cellules filles. Un grand bouleversement se produit lors de la mitose avec un regroupement et une condensation importante des chromosomes et donc de l’ADN qui les composent. Lors de cette étape, l’ADN reste enroulé autour des histones, mais de nombreuses protéines de la gaine s’en trouvent dissociées. En revanche, la plupart des marques sur l’ADN et les histones sont conservées. Ainsi, des repères épigénétiques vont subsister sur et autour de l’ADN. Une fois la mitose terminée, ces marques vont permettre aux cellules filles de reconstruire rapidement l’architecture des gènes le long des chromosomes, qui porteront encore les marques épigénétiques indispensables et pourront à nouveau recruter les facteurs associés à leur fonction. Les mécanismes épigénétiques participent donc directement à l’héritage de la fonction cellulaire.

Est-ce que cette information épigénétique pourrait aussi être transmise aux générations futures ? Dans ce cas, le challenge est bien plus important. L’information doit être transmise aux gamètes mâle et femelle qui fusionnent lors de la fécondation pour former la première cellule de l’embryon. Cette cellule se divisera afin de constituer les différents types cellulaires du futur organisme. Les étapes de réorganisation et de condensation des chromosomes sont ici encore plus drastiques que lors de la mitose. La méthylation de l’ADN, les marques des histones et l’organisation 3D des chromosomes sont largement reprogrammées, comme si l’organisme s’efforçait d’effacer le bagage épigénétique accumulé dans la génération précédente.

Des transmissions épigénétiques chez certaines espèces

Est-ce que l’épigénétique peut néanmoins influencer l’héritage génétique de la descendance ? Aujourd’hui, cette question fait l’objet de recherches intensives, et parfois controversées. Ces recherches visent notamment à comprendre si des facteurs environnementaux, nutritionnels, liés aux stress ou à l’exposition à des facteurs chimiques ou physiques pourraient exercer une influence sur les générations futures.

On a pu décrire des exemples précis de l’effet de l’environnement sur la régulation épigénétique dans de nombreuses espèces animales et végétales.

Chez des reptiles, la température est un déterminant majeur du type sexuel, via le dépôt de marques épigénétiques spécifiques (méthylation des histones). Chez les insectes, de nombreux traits phénotypiques sont liés à des régimes alimentaires qui entraînent des variations épigénétiques, par exemple la distinction entre la reine et les abeilles ouvrières ou la distinction de castes d’ouvrières chez certaines fourmis (via la méthylation de l’ADN et l’acétylation des histones, respectivement).

L’exposition à des facteurs chimiques, tels que l’arsenic ou le bisphénol A peut également être à l’origine de modifications épigénétiques. On essaye aujourd’hui de comprendre les mécanismes par lesquels ces stimuli agissent et s’ils peuvent générer un héritage stable au fil des générations dans l’espèce humaine. Des études épidémiologiques ont bien tenté de faire des liens entre régime alimentaire et influence sur la progéniture, mais ces études se confrontent souvent à des aspects multi-factoriels difficiles à contrôler et souffrent d’un manque de preuves moléculaires.

Des études au niveau d’organismes modèles sont donc nécessaires pour étudier l’influence de modifications épigénétiques sur la transmission de l’information génétique. Des exemples de transmission des états épigénétiques à travers les générations sont actuellement bien décrits chez le ver C.elegans et les plantes, des organismes où il y a moins de reprogrammation de l’état épigénétique lors de la fécondation. Notre équipe travaille sur l’organisme modèle Drosophila melanogaster ou mouche du vinaigre. À la suite de perturbations de l’organisation 3D des chromosomes, nous avons pu mettre en évidence des cas d’héritage de modifications épigénétiques sur un gène responsable de la couleur de l’œil au fil de nombreuses générations.

Dans le modèle souris, des études ont également montré que l’insertion d’éléments génétiques permettait d’induire des modifications épigénétiques, notamment la méthylation d’ADN. Ces modifications conduisent à la répression d’un gène responsable de la couleur du pelage ou de gènes importants du métabolisme qui, lorsqu’ils sont supprimés, provoquent l’obésité ou l’hypercholestérolémie, et ce, de manière héritable sur plusieurs générations.

Dans ces exemples d’héritage transgénérationnel, le premier signal qui induit un changement épigénétique implique la modification d’une petite séquence d’ADN. Même si cette séquence est rétablie à la normale, le changement se maintient. Bien que probablement rares et possiblement influencés par le patrimoine génétique, ces phénomènes pourraient exister dans la nature. Des recherches futures seront nécessaires pour comprendre si d’autres mécanismes épigénétiques pourraient être hérités.

Bien que ces données ne changent pas les lois génétiques actuelles, elles indiquent qu’au-delà de la simple duplication et transmission de la séquence d’ADN aux gamètes mâles et femelles, des informations épigénétiques pourraient contribuer à l’héritage de certains traits chez de nombreuses espèces. Ces recherches pourraient donc servir à mieux comprendre l’évolution et l’adaptation des espèces, ainsi que les mécanismes à la base de certaines pathologies humaines, comme les cancers.

Les recherches au sein du laboratoire Cavalli sont financées par des subventions du Conseil Européen de la Recherche (ERC AdG WaddingtonMemory), de l'Agence Nationale pour la Recherche (PLASMADIFF3D, subvention N. ANR-18-CE15-0010, LIVCHROM, subvention N. ANR-21-CE45-0011), de la Fondation ARC (EpiMM3D), de la Fondation pour la Recherche Médicale (EQU202303016280) et de la Fondation MSD Avenir (Projet EpiMuM3D).

Bantignies Frédéric 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.

La pomme est le fruit préféré des Français et le plus cultivé en France. Mais la pomme ne se distingue pas uniquement par sa popularité, elle figure également en tête des cultures les plus traitées en France, notamment en raison du champignon Venturia inaequalis, qui est responsable de la maladie de la tavelure. Comment réduire cette dépendance aux traitements ?

Un pommier malade va produire des pommes tachées. Les fruits tachés ne sont pas nocifs pour la santé humaine, mais ne peuvent être ni vendus ni exportés. C’est la raison pour laquelle les arboriculteurs utilisent des fongicides entre 15 et 20 fois par an, un chiffre qui peut grimper jusqu’à 40 traitements sur les variétés les plus sensibles lors de printemps particulièrement pluvieux. À titre de comparaison, les producteurs de blé appliquent au maximum trois traitements fongicides par an.

Les vergers menés en agriculture biologique ne sont pas épargnés par cette maladie. Ils sont souvent autant traités voire plus que les vergers conventionnels, car les fongicides utilisés en agriculture biologique, comme le cuivre et la bouillie sulfocalcique, sont plus facilement lessivés par les pluies que les fongicides de synthèse. C’est ainsi qu’au cours de sa carrière, un arboriculteur parcourra en moyenne une distance équivalente à un tour du monde avec son pulvérisateur pour protéger son verger de 20 hectares ! Éliminer ce champignon est particulièrement difficile, car il est présent non seulement dans les vergers, mais aussi sur les pommiers dans les habitats sauvages qui, nous le verrons, servent de réservoir de virulence.

De plus, ce champignon s’adapte rapidement aux diverses méthodes de lutte déployées. Pour tenter de pallier ces difficultés, notre équipe à l’IRHS d’Angers développe actuellement une stratégie tout à fait inédite chez les champignons qui, au lieu de tuer l’agent pathogène, l’empêche de se reproduire.

Le pommier et la tavelure, de vieux compagnons de route

La tavelure du pommier sévit partout dans le monde. Afin de localiser son origine, nous avons réalisé un échantillonnage de souches de V. inaequalis à l’échelle mondiale, à la fois sur des variétés en vergers et sur des espèces de pommiers sauvages présentes dans les habitats non cultivés.

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Nos travaux de génétique des populations ont révélé que la tavelure partage avec l’espèce asiatique sauvage, Malus sieversii, le même centre de diversité génétique situé dans les montagnes du Tian Shan, à la frontière du Kazakhstan et de la Chine. Dans ce site majestueux classé au patrimoine universel de l’Unesco pour la valeur de ses ressources génétiques, ce Malus, ancêtre du pommier domestiqué, continue de coévoluer avec son agent pathogène.

Les analyses historiques et génétiques menées sur le pommier montrent que sa domestication a commencé en Asie centrale, il y a 7 000 ans, à partir de Malus sieversii, pour se poursuivre jusqu’en Europe avec des hybridations successives entre différentes espèces de Malus; par exemple, Malus orientalis dans le Caucase et Malus sylvestris en Europe. Tout au long de ce processus de domestication, le champignon a dû gagner en virulence pour s’adapter aux gènes de résistance du pommier introduits par hybridations successives.

À partir du XVI^e siècle, au moment de la découverte des nouveaux continents, l’Europe a servi de tête de pont à la diffusion ensemble du pommier domestiqué et de la tavelure, ce qui fait que la maladie provoque aujourd’hui des dégâts sur tous les continents.

De quelle façon les voyages de la tavelure des habitats sauvages vers les vergers ruinent-ils les efforts des sélectionneurs ?

Au cours des quarante dernières années, l’activité humaine a facilité, de manière totalement fortuite, l’introduction dans les vergers d’une population de tavelure provenant de l’habitat sauvage selon un scénario comparable à celui du « cheval de Troie ». L’histoire débute en 1914, aux États-Unis, avec des travaux de sélectionneurs qui cherchaient à introduire par hybridation dans le pommier le gène de résistance Rvi6, qui confère une résistance totale à la tavelure.

Issu de l’espèce ornementale Malus floribunda, le gène Rvi6 est rapidement devenu la principale source de résistance introduite dans les programmes de sélection à travers le monde. Après plusieurs décennies de croisements, les premières variétés portant le gène Rvi6 issues de ces travaux de sélection ont été plantées en Europe dans les années 1980. Cependant, quelques années après leur plantation, des symptômes de tavelure ont commencé à apparaître dans les vergers.

Une analyse génétique des souches virulentes du champignon a révélé que la résistance du gène Rvi6 était contournée par une population du champignon, présente de manière insoupçonnée en Europe, non pas dans les vergers, mais sur des pommiers sauvages. En plantant des variétés nouvelles porteuses du gène Rvi6, l’activité humaine a ainsi involontairement facilité l’installation de cette population virulente dans des vergers non protégés par des fongicides. Cette étude met en lumière, une fois de plus, le rôle crucial de l’habitat sauvage en tant que réservoir potentiel de virulence et de maladies susceptibles d’affecter les agrosystèmes.

Des vergers sans fongicide ? Un changement de paradigme s’impose

Le plan EcoPhyto, qui ambitionne de diminuer de 50 % l’usage des pesticides, voire de les éliminer complètement, suscite des inquiétudes quant à sa faisabilité parmi les producteurs et représente un véritable défi pour les scientifiques.

En effet, les variétés de pommes les plus cultivées en France sont particulièrement sensibles à la tavelure, et non seulement la présence de tâches sur les fruits est inacceptable dans les circuits de distribution, mais toute possibilité d’exportation est également interdite.

À moins de convertir l’ensemble des vergers de pommiers en agriculture biologique et d’assouplir sensiblement la réglementation stricte sur la présence de taches sur fruits, imaginer se passer des fongicides de synthèse paraît aujourd’hui illusoire. La situation est similaire à l’étranger dans les grands pays producteurs et exportateurs de pommes, où les mêmes variétés sensibles à la tavelure dominent le marché.

Face à ce constat, comment changer la donne ? Faudrait-il envisager de réglementer voire d’interdire la plantation de variétés très sensibles à la tavelure ? Dans un contexte de sortie des pesticides, cette mesure radicale pourrait s’avérer nécessaire sous réserve que les producteurs soient accompagnés financièrement dans cette période de transition.

En l’absence de contraintes imposées par les politiques publiques, telles que des amendes sur l’application excessive de fongicides, les mêmes variétés gourmandes en traitements chimiques continueront de dominer le marché. Il serait également possible d’envisager la création d’un « pesti-score », une telle information portant sur la quantité de traitements appliqués sur les vergers pourrait participer au changement de paradigme attendu.

Sur le plan international, la recherche académique et les filières horticoles consacrent également beaucoup d’efforts pour lutter contre cette maladie. Toutefois, le long délai incompressible nécessaire pour amener de nouvelles variétés sur le marché reste un défi majeur en cultures pérennes. Substituer les variétés les plus sensibles par de nouvelles variétés porteuses de gènes de résistance provenant de pommiers sauvages reste réaliste, mais prendra du temps.

À court terme, une solution envisageable pour assurer cette transition pourrait résider dans la relance de campagnes de promotion et de sensibilisation auprès du grand public en faveur de variétés de pommes peu sensibles à la tavelure telles que la reine des reinettes ou la Chanteclerc, mais qui n’avaient pas rencontré à leur sortie le succès escompté face aux variétés dominantes. Une telle stratégie permettrait de diversifier les plantations en verger et de réduire ainsi l’usage des fongicides.

Combinaison de stratégies et de moyens

L’histoire récente nous enseigne toutefois l’humilité face à la complexité du problème : la tavelure présente une telle diversité qu’elle est capable de s’adapter aux résistances naturelles du pommier. Dès lors, l’enjeu va consister à protéger ces variétés en mettant en œuvre au verger une combinaison de stratégies visant à réduire la taille des populations de tavelure et ainsi prolonger l’efficacité des résistances, par différents moyens depuis l’utilisation de stimulateurs de défense des plantes à une diversification optimale des variétés dans le verger, en s’appuyant sur la modélisation mathématique.

Parmi les pistes alternatives aux pesticides étudiées dans notre laboratoire, nous évaluons la possibilité de perturber la reproduction sexuée du champignon, une étape indispensable à sa survie hivernale. L’objectif visé n’est pas de tuer le champignon, mais bien de l’empêcher de survivre durant l’hiver. Si nous réussissons à inhiber sa reproduction sexuée indispensable à sa survie hivernale, alors nous aurons franchi une étape importante vers la réduction de la dépendance aux fongicides.

Le changement de paradigme de substitution des variétés particulièrement sensibles aux différents bioagresseurs du pommier nécessitera un renforcement conséquent des investissements publics et privés pour mettre en place un plan ambitieux de développement de variétés résistantes aux maladies et aux ravageurs, impliquant tous les acteurs de la filière (arboriculteurs, techniciens de terrain, metteurs en marché, consommateurs, scientifiques).

Cet investissement lourd, mais indispensable pour atteindre les objectifs fixés, devra dépasser la lutte contre la tavelure en intégrant la résistance à bien d’autres maladies et ravageurs du pommier. Le défi sera de développer des variétés résilientes moins gourmandes en pesticides adaptées à des systèmes durables de gestion des résistances. Une telle transition demandera une refonte profonde des méthodes de production ainsi qu’un changement des habitudes des consommateurs.

Baudin Maël a reçu des financements de l'ANR, l'INRAE et Horizon-europe.

LE CAM a reçu des financements de ANR, de INRAE et de la Région Pays de La Loire

Dans un monde où l’efficacité et la sécurité des infrastructures critiques sont essentielles, les algorithmes mathématiques apportent des solutions innovantes pour répondre à des défis complexes. En particulier, trois domaines clés où ils se révèlent indispensables : la réduction de la fraude par évasion tarifaire dans les transports en commun, l’optimisation de l’autoconsommation dans les communautés énergétiques et la protection des réseaux informatiques contre les attaques ciblées malveillantes.

Réduction de la fraude dans les transports en commun

L’évasion tarifaire dans les transports en commun, notamment dans les systèmes sans barrières physiques où les contrôles sont aléatoires, constitue un problème économique majeur pour les opérateurs. Les pertes engendrées par les passagers frauduleux peuvent être considérables, rendant nécessaire l’optimisation des stratégies de contrôle.

Une étude récente propose d’utiliser le jeu de Stackelberg pour modéliser l’interaction entre les opérateurs de transport, qui planifient les contrôles, et les passagers opportunistes qui cherchent à les éviter. Cette approche permet d’élaborer des stratégies d’inspection plus efficaces en planifiant les patrouilles de manière imprévisible, ce qui complique la tâche des fraudeurs.

Selon cette étude, la méthode améliore la gestion des contrôles en intégrant les comportements des passagers dans la planification. Le modèle utilise des stratégies mixtes pour établir des probabilités d’inspection, et des heuristiques ont été développées pour améliorer la qualité des solutions, même si l’optimalité n’est pas toujours garantie. Cette méthodologie peut être appliquée à différents systèmes de transport (métro, bus, tram, train…), permettant une réduction significative de l’évasion tarifaire.

Optimisation de l’autoconsommation dans les communautés d’énergie

Les communautés d’énergie, où les membres partagent l’énergie qu’ils produisent, stockent et consomment, représentent une voie prometteuse vers une transition énergétique plus durable. Ces communautés restent connectées au réseau public, mais visent à maximiser leur taux d’autoconsommation collective, réduisant ainsi leur dépendance à l’égard du réseau et leurs coûts énergétiques.

Un projet pilote, baptisé Smart Lou Quila a été développé par la start-up de Montpellier Beoga. Il permet aux sept membres de la communauté de se partager une électricité 100 % renouvelable et locale, produite par des panneaux photovoltaïques posés sur les toits des maisons et sur celui du stade municipal.

En collaboration avec ce projet pilote, un modèle de programmation linéaire en nombres entiers mixtes a été développé pour optimiser l’autoconsommation d’une communauté d’énergie. Un modèle linéaire en nombres entiers est une méthode d’optimisation mathématique où l’objectif est de maximiser ou minimiser une fonction linéaire, soumise à des contraintes également linéaires. Ce qui distingue ce modèle est que certaines ou toutes les variables de décision doivent prendre des valeurs entières (et non continues). Il est largement utilisé pour résoudre des problèmes impliquant des choix discrets, comme la planification, l’affectation ou les horaires, mais il est souvent plus complexe à résoudre qu’un modèle linéaire classique à cause de la contrainte d’intégralité.

Le modèle que nous avons développé gère l’utilisation des appareils électriques, le stockage d’énergie, ainsi que les échanges entre les membres de la communauté. Grâce à ce modèle, il a été démontré qu’une adhésion à une communauté énergétique peut réduire la consommation d’énergie provenant du réseau public d’au moins 15 %, avec des économies substantielles sur les factures. L’utilisation des outils de la recherche opérationnelle pour une meilleure gestion des communautés d’énergie était également l’objet de recherche du projet européen SEC-OREA (Supporting Energy Communities–Operational Research and Energy Analytics) auquel j’ai participé.

Protection des réseaux contre les attaques ciblées

Les réseaux de services, qu’ils soient de communication, de logistique ou d’infrastructures critiques, sont particulièrement vulnérables aux cyberattaques. Ces attaques cherchent à désactiver des nœuds spécifiques du réseau, provoquant des dysfonctionnements graves et perturbant le service.

Pour contrer ces menaces, une nouvelle approche fondée sur la théorie des jeux a été développée. La théorie des jeux est une branche des mathématiques qui étudie les interactions stratégiques entre des acteurs rationnels, appelés « joueurs ». Elle modélise les situations où les décisions de chaque joueur influencent les résultats des autres, qu’il s’agisse de coopération ou de compétition.

Notre approche modélise l’interaction entre un opérateur de réseau, qui tente de protéger ses infrastructures, et un attaquant cherchant à maximiser les dommages.

Les chercheurs présentent des formulations mathématiques pour optimiser la protection des nœuds critiques du réseau. Les nouvelles formulations mathématiques proposées surpassent les méthodes existantes, offrant une meilleure anticipation des attaques et une réduction des dégâts potentiels. Ces modèles sont applicables non seulement aux réseaux de communication, mais aussi à d’autres secteurs critiques tels que les infrastructures publiques et les systèmes médicaux.

Les défis auxquels sont confrontés les opérateurs de transport, les communautés énergétiques et les gestionnaires de réseaux sont variés, mais les algorithmes mathématiques offrent des solutions efficaces et adaptables. Qu’il s’agisse de maximiser les revenus des transports en commun, d’optimiser l’autoconsommation énergétique ou de protéger des réseaux contre des cyberattaques, les avancées en matière de modélisation et d’optimisation mathématique jouent un rôle central dans la sécurisation et l’optimisation de nos infrastructures critiques, en renforçant la résilience et la durabilité de nos systèmes face aux défis actuels et futurs.

Cet article a été écrit en collaboration avec le Dr Arnaud Stiepen, expert en vulgarisation scientifique.

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

L’édition 2025 du baromètre de l’esprit critique révèle des différences notables dans le rapport aux sciences selon les générations et les disciplines. Les jeunes font, par exemple, davantage confiance aux sciences que leurs aînés, mais leur tendance à privilégier les informations provenant de leur entourage et des réseaux sociaux les expose davantage à la désinformation, notamment en ce qui concerne les bonnes pratiques nutritionnelles.

Décryptage par Michel Dubois, sociologue et membre du comité scientifique du baromètre de l’esprit critique.

Comment évolue le rapport des Français aux sciences ? Se dirige-t-on vers une défiance comme aux États-Unis ?

Michel Dubois : En France, comme aux États-Unis, la défiance à l’égard des sciences reste un phénomène heureusement minoritaire. Ce que l’on observe aux États-Unis, depuis le retour de Donald Trump à la Maison Blanche, ce n’est pas tant un rejet de la science par l’opinion publique, qu’une volonté politique de faire des universités et des organismes de recherche des adversaires idéologiques. Il s’agit de couper les budgets, de licencier le personnel des agences fédérales, d’interdire la recherche sur un certain nombre de sujets jugés inutiles ou « déconseillés », mais plus fondamentalement de contester la légitimité des scientifiques à définir ce qui est un fait et ce qui ne l’est pas. Ce degré de politisation de la science est inédit dans l’histoire contemporaine des États-Unis et ses conséquences sont déjà perceptibles à travers la gestion chaotique de l’épidémie de rougeole au Texas.

En France, la situation est encore heureusement différente. L’édition 2025 du Baromètre de l’esprit critique confirme certaines des tendances positives mises en évidence lors de la dernière vague de l’enquête Les Français et la science. Par exemple, entre 7 et 8 enquêtés sur 10 considèrent que la science permet de comprendre qui nous sommes, et le monde dans lequel nous vivons. Ils sont autant à considérer qu’une affirmation a plus de valeur si elle a été validée scientifiquement ou que la science permet de développer de nouvelles technologies utiles à tous.

Quelles différences existe-t-il entre les générations concernant la confiance envers les institutions scientifiques ?

M. D. : L’édition 2025 du baromètre introduit un échantillon 15-24 ans qui peut être comparé à l’échantillon standard des 18-65 ans et plus. C’est l’occasion de souligner quelques résultats inattendus ou contre-intuitifs. Les études inutilement alarmistes ne manquent pas pour prétendre que les plus jeunes affichent une posture toujours plus critique à l’égard des sciences.

Or, nos résultats montrent le contraire : comparés aux 18 ans et plus, les 15-24 ans manifestent un plus grand intérêt pour les sciences. Les 15-24 ans manifestent également une plus grande confiance dans la communauté scientifique : ils sont plus nombreux que leurs aînés à considérer que la communauté scientifique est indépendante pour valider ses résultats (+13 points), ou que les scientifiques suivent des règles éthiques strictes (+9 points). Ce sont également les jeunes qui sont les plus impliqués dans des activités à caractère scientifique : la visite d’expositions scientifiques, la collaboration à des expériences de science participative ou la rencontre avec des chercheurs.

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Constate-t-on des différences dans le rapport aux sciences humaines et aux sciences dites dures ?

M. D. : D’une façon générale, même si cela peut surprendre, l’esprit critique est davantage associé par nos répondants aux humanités qu’aux sciences exactes. Trois quarts d’entre eux considèrent faire preuve d’esprit critique et quand on leur demande de nommer les disciplines qui ont contribué à forger cet esprit durant leur scolarité, ils citent prioritairement le français, l’histoire-géographie, la philosophie et seulement ensuite arrivent les sciences de la vie et de la terre, les mathématiques, la physique ou la chimie. Ce résultat peut donner l’impression que les sciences exactes sont perçues comme des disciplines relativement dépourvues de questionnement réflexif. Cela doit sans doute nous inciter à revoir la manière dont on enseigne les sciences au collège et au lycée, afin de mieux mettre en valeur leur dimension critique.

Interrogés sur la façon dont ils perçoivent la scientificité des disciplines, nos deux échantillons se retrouvent pour voir dans la médecine, la biologie, la chimie et l’astrophysique, des sciences exemplaires. Tout comme ils convergent pour douter très majoritairement du caractère scientifique des horoscopes, de la naturopathie ou de l’homéopathie. Mais, entre ces extrêmes, les 15-24 ans se démarquent de leurs aînés par une attitude plus positive à l’égard de l’économie (+3 points), de l’histoire (+4 points), de l’écologie (+5 points), de la psychanalyse (5 points) et plus encore de la sociologie (+12 points).

Qu’est-ce qui fait que, dans la population générale, on accorde plus de valeur ou d’intérêt à certaines sciences ?

M. D. : En France comme ailleurs, l’attention accordée à une discipline dépend souvent des répercussions, positives et négatives, qu’on lui prête sur notre environnement ou sur nos conditions de vie. C’est relativement évident pour la médecine, la biologie ou plus généralement pour la recherche sur le vivant. Toutefois, cet intérêt ne signifie pas que les scientifiques bénéficient d’une légitimité de principe leur permettant de mener leurs travaux sans tenir compte des contraintes sociales et culturelles qui les entourent. Comme l’ont montré les enquêtes Les Français et la science, une écrasante majorité de Français estime nécessaire d’instaurer des règles encadrant le développement des sciences du vivant.

Y a-t-il un avant et un après-Covid en matière de confiance envers les sciences ?

M. D. : Si l’on s’en tient à une mesure générale de la confiance, les résultats que nous obtenons aujourd’hui ne sont pas très différents de ceux dont on disposait avant la période Covid. Toutefois, cette crise a mis en lumière de nouveaux enjeux pour le grand public : d’une part l’importance de l’indépendance de la recherche scientifique et, de l’autre, la nécessaire vigilance concernant les manquements à l’intégrité scientifique. On se souvient notamment des soupçons qui ont pesé pendant la crise Covid sur certains experts en raison de leurs liens d’intérêts avec de grands groupes pharmaceutiques ; ces liens étant souvent interprétés comme étant autant de conflits d’intérêts. Dans notre échantillon 18-65 ans et plus, il n’y a qu’un répondant sur deux à considérer que la communauté scientifique est indépendante pour valider ses résultats.

Par ailleurs, le nombre croissant de rétractations d’articles de l’équipe de l’Institut Méditerranée infection à Marseille – plus de 40 aujourd’hui – illustre les préoccupations liées à la fiabilité des publications scientifiques pendant la crise Covid. Et ils ne sont aujourd’hui que 6 répondants sur 10 à considérer que les scientifiques suivent des règles éthiques strictes. Plus qu’une remise en cause de la science, cette double tendance souligne une attente croissante de transparence et de régulation dans la production du savoir qui n’est pas très différente de celle que l’on peut mesurer, par ailleurs, dans la communauté scientifique.

L’édition 2025 du baromètre contient une section consacrée à nos croyances en matière d’alimentation. Quels en sont les enseignements généraux ?

M. D. : Cette année, le baromètre de l’esprit critique a voulu en savoir plus sur les pratiques et les croyances alimentaires. Est-il vrai par exemple qu’après un excès alimentaire, une cure détox est efficace pour nettoyer l’organisme ? Est-il vrai que les compléments alimentaires permettent de corriger une mauvaise alimentation ? Ou encore : est-il vrai que les hommes ont besoin de plus de viande rouge que les femmes ? Toutes ces propositions sont fausses, mais qu’en est-il de leur diffusion dans l’espace public ? Les résultats suggèrent que les opinions erronées au sujet de l’alimentation sont relativement courantes : 8 répondants sur 10 adhèrent à au moins une proposition fausse en matière d’alimentation.

La maîtrise des savoirs varie selon plusieurs facteurs, notamment le genre, avec une meilleure connaissance observée chez les femmes par rapport aux hommes, mais plus encore en fonction de l’âge. En matière d’alimentation, plus on est âgé et plus on a de chances de faire la différence entre une proposition vraie et une proposition fausse. Les 15-24 ans semblent manquer de repères.

Ce n’est sans doute pas sans rapport avec la façon dont ils s’informent en général. Ils se distinguent de leurs aînés par l’importance qu’ils accordent à leur entourage et aux réseaux sociaux. Et pour les informations liées à l’alimentation, ils sont près de 7 sur 10 à faire confiance aux professionnels de la médecine douce et alternative, 1 sur 2 aux influenceurs sportifs ou aux youtubeurs. Des constats ciblés qui devraient faire réfléchir celles et ceux qui travaillent sur la communication des messages de santé publique.

Entretien réalisé par Aurélie Louchart.

Cet article est publié dans le cadre de la série « Regards croisés : culture, recherche et société », publiée avec le soutien de la Délégation générale à la transmission, aux territoires et à la démocratie culturelle du ministère de la culture.

Michel Dubois a reçu des financements de l'Agence Nationale de la Recherche et du programme cadre Horizon Europe de l'Union Européenne