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3 Éditorial

n° 482 décembre 2013 La Recherche est publiée par Sophia publications, filiale d’Artémis. En couverture : © Connie Zhou/Google J. Haywood et N. Bellouin

6 Courrier

8

Recherche

Des bulles d’eau révèlent l’atmosphère de la Terre primitive 12 Cognition

Disparition de petits mammifères en un temps record Épidémiologie Pas de lien entre dépression et cancer Astronomie Au cœur d’un berceau d’étoiles

20 Obstétrique

L’événement

L’accouchement naturel aussi sûr que la césarienne Géologie Un forage à 3 600 mètres sous le plancher marin Web du mois Des maths partout et pour tous Cosmologie Une histoire de l’Univers sans Big Bang

À la maternelle, sieste rime avec mémorisation

Paléoanthropologie

22 Physique

Une seule espèce d’Homo ancien

14 Technologie Des lunettes

Recherche A

A

A

qui traduisent en temps réel Archéologie Les premiers habitants des îles Mariannes venaient du sud Éthologie « Les orangs-outans planifient leurs déplacements un jour à l’avance » 16 Géophysique Un volcan indonésien responsable de l’« année sans été » de 1258 Électricité La dépendance à l’énergie nucléaire dans le monde

Des photons liés par paires Médecine Contre la scoliose, le port du corset évite la chirurgie

24 Hydrodynamique

Le sillage des bateaux provoque des remous chez les physiciens

Développement

Des cellules souches « de réserve » dans l’estomac

25 Politiques

Lucy l’australopithèque bientôt en tournée en France ? Planète : extrême pauvreté à éradiquer

www.larecherche.fr

Offre d’abonnement : p. 83 Ce numéro comporte deux encarts La Recherche sur les ventes France et export (hors Belgique et Suisse) ; un encart Edigroup sur les ventes Belgique et Suisse ; un encart Le Point posé sur les abonnés ; une enveloppe F & S (RSD) posée sur les abonnés.

18 Biodiversité 

Recherche

Recherche A

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4 • La Recherche | décembre 2013 • nº 482


savoirs 26 Dossier

Les promesses du Big Data

idées 70 L’entretien

du mois avec Martine Bungener

« Les petits arrangements avec l’intégrité scientifique sont préoccupants »

Les milliers de milliards de données numériques que nous produisons en permanence permettront notamment d’améliorer les systèmes de transport, d’éducation et de santé. Mais cette masse de données présente aussi le risque d’une surveillance permanente de tous et de chacun.

Vincent Blondel : « Nous étudions de nouveaux objets scientiques »

28 

propos recueillis par Nicolas Chevassus-au-Louis

propos recueillis par Luc Allemand

Un réseau d’autobus redessiné grâce au téléphone mobile par Francesco Calabrese 36 Les flux de données visualisés en temps réel par Samuel Huron, Romain Vuillemot et Jean-Daniel Fekete 38 Une vie privée est-elle encore possible ? 32 

par Adeline Decuyper et Vincent Blondel

74 Déchiffrage

37,1 € l’heure de travail industriel en France par Hervé Le Bras

75 Le grand débat

F aut-il dépister le cancer de la prostate ?

44 Climatologie

Manipuler le climat : un pari risqué

par Jim Haywood et Nicolas Bellouin

47 Paléontologie

Scénario pour une incroyable explosion de vie par Paul Smith et David Harper

50 Technologies

Une énergie en osmose avec l’avenir

avec Abdel-Rahmène Azzouzi et Paul Perrin

84 Histoire de science

L e calorique, ou l’erreur de Lavoisier

par Alessandro Siria, Anne-Laure Biance et Lydéric Bocquet

56 Biologie

Les chauves-souris représentent-elles une menace ? par Kai Kupferschmidt

59 Chimie

Un système artificiel imite la dynamique des écosystèmes par Dominique Padirac

62 Archéologie

L’énigme des illustrations médicales antiques par Stavros Lazaris

66 Portrait Jill Tarter

« La recherche de signaux extraterrestres est une question scientifique » par Philippe Pajot

par Marie-Christine de La Souchère

79 Les livres 88 L’agenda 90 Curiosités

91

Cahier spécial

Emploi scientifique réalisé avec l’ADEME, l’INSTN et Subsea 7

nº 482 • décembre 2013 | La Recherche • 5


L’événement

Des bulles d’eau révèlent l’atmosphère de la Terre primitive

Par Lise

Barnéoud,

journaliste.

Accéder directement à l’atmosphère terrestre d’il y a plus de 3 milliards d’années ? On imagine mal une telle remontée dans le temps. Des chercheurs français y sont pourtant parvenus, en étudiant de microscopiques bulles d’eau retenues dans des roches de cette époque.

D

écouvrir de microscopiques gouttes d’eau de plus de 3 milliards d’années paraît déjà incroyable. Les analyser pour connaître la composition de l’atmosphère à cette époque reculée, l’Archéen (voir « La Terre à ses débuts », ci-dessous), encore plus. Pourtant, c’est désormais une réalité !

LA TERRE À SES DÉBUTS HADÉEN 4,56 4,4 Formation Premiers de la Terre continents par accrétion Eau à l’état liquide

ARCHÉEN

NÉOPROTÉROZOÏQUE

4,1 3,8 3,9

3,5

2,7

2,5

Bombardement météoritique intense

Traces de vie probable

Communautés bactériennes diversifiées

Milliards d‘années


© Photos : Bernard Marty, Laurent Zimmermann, Magali Pujol, Ray Burgess, Pascal Philippot.

Après dix ans de recherches, l’équipe de Bernard Marty, du centre de recherches pétrographiques et géochimiques du CNRS, à l’université de Lorraine, et Pascal Philippot, de l’Institut de physique du globe de Paris, sont parvenus à mesurer la concentration de l’un des principaux constituants de l’atmosphère archéenne, l’azote. Résultat : elle était du même ordre de grandeur que dans l’atmosphère actuelle [1]. Voilà qui, du coup, permet de faire un tri entre les principaux modèles d’atmosphère archéenne. Tout commence en 2001, lors d’une mission de terrain de Pascal Philippot dans le secteur de North Pole, à Pilbara, en Australie, l’un des quelques sites au monde connu pour ses affleurements rocheux datant de l’Archéen. Là, des basaltes à l’apparence caractéristique, « en ­coussin », attirent l’attention du géologue. « J’ai tout de suite pensé que les poches de quartz et de carbonate qu’on y trouve contenaient peut-être des traces d’eau primitive », se rappelle Pascal Philippot. En effet, ces basaltes sont formés par refroidissement soudain, au contact de l’eau de mer, du magma remontant des profondeurs terrestres. À ce moment-là, le quartz et le carbonate contenus dans le magma précipitent, et piègent les petites bulles de liquide situées à proximité. Généralement, il s’agit d’un mélange de fluide hydrothermal, ayant circulé dans

Les collines de la formation de Dresser (à gauche), dans le secteur de North Pole à Pilbara, en Australie, sont constituées de basaltes formés il y 3 à 3,5 milliards d’années. Ces basaltes renferment des poches de quartz et de carbonates (en gros plan, à gauche). Le quartz emprisonne des microgouttes liquides de quelques micromètres de diamètre (ci-contre), qui contiennent des gaz dissous.

la croûte terrestre, et d’eau de mer, autrement dit d’eau de surface. Or, dans cette eau, il y a toujours de l’air dissous. Le géologue recourt alors à un appareil mis au point en partenariat avec le synchrotron européen, à Grenoble : un microfaisceau à particules, grâce auquel il peut analyser les microbulles sur place. Il découvre qu’elles contiennent des traces de chlore, de calcium et de sodium. Surtout, environ une inclusion sur dix a une composition en ions différente des autres, très proche de l’eau de mer actuelle. Ces microgouttes-là pourraient donc être des vestiges d’eau de surface. Pascal Philippot, lui, en est certain. Mais nombre de géologues ne sont pas convaincus. Son article, d’abord proposé à Science puis à Nature, sera finalement publié deux ans plus tard, en 2004, dans un journal plus spécialisé [2].

Air en solution. À contre-courant du scepticisme ambiant, Bernard Marty remarque l’article et décide de poursuivre les analyses. « Si ces bulles étaient réellement piégées depuis plus de 3 milliards d’années et contenaient de l’eau de surface, nous avions alors la possibilité inédite d’y découvrir de l’air de l’époque, en solution », précise le géochimiste qui dirige une équipe spécialisée dans l’analyse des gaz rares en très faible quantité. La première étape consiste à dater ces inclusions de fluides afin de vérifier leur âge. Les scientifiques utilisent une méthode fondée sur la désintégration naturelle du potassium-40, qui donne au fil du temps de l’argon-40. En mesurant le potassium-40 qu’il reste et l’argon-40 formé, on peut obtenir l’âge d’un échantillon. En 2011, Magali Pujol, alors en thèse codirigée par Bernard Marty et Pascal Philippot, confirme que les gouttes d’eau ont au moins 3 milliards d’années [3]. Puisque les gaz de l’air se

dissolvent dans l’eau, une fenêtre sur l’atmosphère archéenne s’ouvre enfin. Cependant, étudier la composition gazeuse de gouttes mesurant moins de 20 micromètres cubes représente une gageure technique, d’autant que les gouttes d’eau de surface sont minoritaires par rapport aux gouttes de fluide hydro­thermal. Après plusieurs années infructueuses, l’équipe de Bernard Marty trouve une solution pour distinguer les deux types de gouttes : broyer quelques milligrammes de quartz dans une chambre sous ultravide, récupérer les gaz qui s’échappent et les faire directement passer dans un spectromètre de masse pour analyser leur teneur en deux isotopes stables de l’argon, l’argon-40 et l’argon-36. Pourquoi ? Parce que le rapport entre argon-40 et l’argon-36 permet de différencier un fluide hydrothermal de l’eau de surface, car il est plusieurs milliers de fois supérieur dans le premier. L’argon-40 provient en effet du potassium-40, qui se >>>

L’essentiel >>Des fragments de roche

 ieux de 3 milliards d’années v renferment de microscopiques gouttes d’eau datant de la même période.

>>La teneur de ces micro­

gouttes en gaz dissous reflète la composition de l’atmosphère de l’époque.

>>Pour la première fois,

 ne équipe française a mesuré u directement la concentration d’un de ces gaz, l’azote. Elle était équivalente, voire légèrement inférieure, à celle d’aujourd’hui.

nº 482 • décembre 2013 | La Recherche • 9


Actualités Technologie 

Des lunettes qui traduisent en temps réel

U

n panneau en japonais immédiatement traduit en anglais : c’est la magie des « lunettes intelligentes » présentées par la société NTT Docomo, le premier opérateur de télécommunications mobiles au Japon, lors du dernier Salon de l’électronique Ceatec à Tokyo. Munies d’une caméra, d’un petit écran de visualisation et d’un ordinateur intégré, ces lunettes nippones à réalité augmentée pourraient guider les étrangers lors des Jeux olympiques d’été de Tokyo en 2020. Et, au-delà, sérieusement concurrencer les « Google Glass » américaines. Traduire un texte japonais dans la langue choisie par l’utilisateur,

grâce à un logiciel qui s’appuie sur la reconnaissance optique de caractère, n’est en effet qu’une de leurs multiples fonctions. Elles peuvent aussi, grâce à un système d’identification faciale, donner des informations sur les personnes croisées et préalablement enregistrées dans un répertoire. À côté du visage, apparaissent ainsi un nom ou une entreprise. Autre application, leur porteur peut les utiliser comme un écran de smartphone un peu spécial, qu’il n’aurait pas besoin de toucher. N’importe quelle surface plane située à proximité est en effet transformée en un pavé tactile. Les mouvements des doigts sur cette surface sont

Ces lunettes  à réalité augmentée sont munies d’une caméra et d’un petit écran de visualisation (devant l’œil droit), ainsi que d’un ordinateur intégré dans les branches. Elles sont, entre autres, capables de traduire le japonais. © NTT Docomo

transmis à l’écran grâce à une bague portée par l’utilisateur, ce qui permet à ce dernier de naviguer comme il l’entend.

Actuellement à l’état de prototype, ces lunettes doivent encore gagner en rapidité et en ergonomie.  Rafaële Brillaud n

Les premiers habitants des îles Mariannes venaient du sud Archéologie 

L

Le taux de succès d’une navigation dirigée vers les Mariannes était maximal au mois d’août depuis l’archipel Bismarck. Il était nul toute l’année depuis Taïwan ou les Philippines.

14 • La Recherche | décembre 2013 • nº 482

es îles Mariannes, dans le Pacifique ouest, ont été peuplées il y a au moins 3 200 ans. Par qui ? Des simulations des trajets maritimes possibles apportent un nouvel élément au débat sur l’origine des premiers colons : rallier les Mariannes à la voile depuis les Philippines ou Taïwan, à l’ouest, est impossible ; on ne peut le faire que depuis les îles méridionales, telles la Nouvelle-Guinée ou les îles de l’archipel Bismarck [1]. Deux anthropologues ont calculé, en se fondant sur les vents et les courants, la

probabilité d’atteindre les Mariannes à partir de huit zones proposées précédemment sur la base d’indices archéologiques et linguistiques. Ils ont limité les voyages à deux cents jours, durée compatible avec la survie d’un équipage. Ils ont considéré des départs chaque mois, et deux stratégies de navigation : au gré des vents ou dirigée vers les Mariannes. Résultat : outre que seuls les trajets au départ du sud ont une chance d’aboutir, il est impératif de s’embarquer entre juillet et octobre. n Luc Allemand [1] S. Fitzpatrick et R. Callaghan, Antiquity, 87, 840, 2013.


➜ Bref

Éthologie 

« Les orangs-outans planifient leurs déplacements un jour à l’avance »

➜ Astronomie

Les marais salants de Titan De quoi sont faits les lacs asséchés dont l’existence, à la surface gelée de Titan, satellite de Saturne, avait été révélée par les images infrarouges et radars ? Selon de nouvelles simulations numériques, ils seraient couverts d’une couche riche en butane et en acétylène, tous les deux à l’état solide.

Odile Petit dirige le département écologie, physiologie et étho­ logie de l’institut pluri­disciplinaire HubertCurien, à Strasbourg.

D. Cordier et al., Icarus, 226, 1431, 2013.

➜ Médecine

Pansements biologiques Des pansements de peau humaine ont permis de guérir des ulcères réfractaires aux traitements. Ils ont été obtenus à partir de cellules cutanées des patients, cultivées puis superposées pour obtenir un derme et un épiderme. Ils protègent contre les infections et améliorent la cicatrisation. O. Boa et al., Adv. Skin Wound Care, 26,

400, 2013.

➜Archéologie Les restes en bois de cinq flèches et d’un arc datés de 1800 à 3500 av. J.-C. ont été découverts en Norvège dans des plaques de neige éternelle. L’une des flèches (ci-dessus) ­possède encore sa pointe en ardoise emmanchée dans la hampe. Les traces des ligatures qui consolidaient l’attache sont également visibles. M. Callanan, Antiquity, 87, 728, 2013.

© dr

© Martin Callanan, Åge Hojem/NTNU Museum of Natural History and Archaeology

Armes néolithiques

Les orangs-outans sont-ils capables de planifier des actions en milieu naturel ? Odile Petit : Nous en avons aujourd’hui la preuve. Différentes études menées avec des animaux en captivité avaient révélé que les orangs-outans sont particulièrement doués en termes de planification. Mais très récemment, une équipe de l’université de Zurich, en Suisse, a démontré qu’ils utilisent cette capacité en milieu naturel [1] : les mâles sexuellement matures planifient le soir pour le lendemain la direction globale qu’ils ont l’intention de prendre dans leur quête de nourriture, et l’indiquent aux femelles grâce à des cris qu’ils poussent lorsque les animaux s’installent pour la nuit. Ces cris sont orientés dans la direction du déplacement futur. De leur côté, les femelles sont non seulement capables de comprendre le contenu sémantique de ces cris, mais aussi de le mémoriser et de

l’utiliser après toute une nuit de sommeil. Il s’agit vraiment d’un résultat exceptionnel. Est-on sûr que ces indications ne passent que par les cris ? O.P. Oui, car les orangs-outans vivent dans un milieu forestier dense, et les individus qui vivent dans la même zone n’ont la plupart du temps pas de contact visuel les uns avec les autres. Seulement des contacts auditifs. Où et comment cette étude a-t-elle été menée ? O.P. Dans la forêt du parc naturel de Gunung Leuser, au nord de l’île indonésienne de Sumatra, sur un site où il y a environ 7 orangsoutans par kilomètre carré. Tous les mâles sexuellement matures que les observateurs rencontraient ont été suivis pendant leurs déplacements entre les différents nids où ils dorment. Cela, pendant 10 à 12 heures par jour, plusieurs jours de suite. Leur localisation était notée toutes les 30 minutes. En parallèle, les observateurs ont relevé différents paramètres relatifs aux cris de quelque 80 secondes que ces mâles poussent à quatre reprises environ au cours de la journée, et le soir, environ 30 minutes avant d’arriver au nid. En particulier, ils ont

noté quelle était l’orientation du mâle lorsqu’il poussait son long cri. Il a fallu 320 jours d’observation pour récupérer ces données, répartis sur cinq années. En tout, 1 169 cris poussés par 15 mâles sexuellement matures ont été analysés, et leur orientation comparée à la direction globale adoptée par les autres individus après l’émission de ce cri. Ces longs cris indiquent la direction envisagée, non seulement pour le lendemain, mais aussi au fil de la journée ? O.P. Il semble que oui. Les quelques cris poussés durant la journée serviraient à affiner l’indication globale donnée la veille. Mais de mon point de vue, le résultat le plus marquant concerne les cris poussés avant la nuit. Car étant donné le mode de vie de ces animaux, je ne vois vraiment pas ce qui aurait pu biaiser les observations à ce moment-là de la journée, ou le matin, puisque les données montrent que les animaux suivent la direction indiquée la veille sans que le mâle ait à pousser un cri de rappel au réveil. La conclusion selon laquelle ces animaux planifient la veille au soir la direction qu’ils prendront le lendemain me semble indubitable. n Propos recueillis par Cécile Klingler [1] C. P. van Schaik et al., PLoS One, 8, e74896, 2013.

nº 482 • décembre 2013 | La Recherche • 15


Actualités

➜ Bref

Biodiversité 

Disparition de petits mammifères en un temps record

P

eu de forêts tropi­ cales échappent au morcellement en parcelles de plus en plus p ­ etites sous l’effet de l’exploi­ tation humaine. Cette fragmen­tation condamne les espèces animales endémiques qui, par exemple, ne trou­ vent plus suffisamment de nourriture. Et cette biodiversité décline très vite, selon une étude internationale menée en Thaïlande [1]. En 1987, la création d’un barrage sur la rivière Khlong Saeng a trans­

formé une forêt de 165 kilomètres carrés, située en amont, en un lac couvert de quelque cent îlots de jungle. Pour seize d’entre eux, une équipe internationale, conduite par William Laurance, de l’université James-Cook, en Australie, a suivi l’évolution des populations de petits mammifères grâce à des données enregistrées pendant plus de vingt ans. Ces biologistes ont mis en évidence que plus le territoire est petit, plus les animaux qui y vivent sont vulnérables.

➜ Nobel (suite)

Économie Le prix de la Banque royale de Suède en mémoire ­d’Alfred Nobel va cette année aux Américains Eugene Fama, Lars Peter Hansen et Robert Shiller « pour leur analyse empirique des prix des actifs ». Ils ont développé et analysé l’idée que les fluctuations des cours, imprévisibles à court terme, le sont à long terme.

Ainsi dans les îlots de moins de 10 ­hectares, les petits mammifères avaient presque tous disparu en cinq ans. Dans les îlots plus vas­ tes, entre 10 à 56 ­hectares, en moyenne une seule espèce avait survécu après vingt-cinq ans d’isole­ment. En outre, il s­ emble que l’invasion des îlots par le rat com­ mun ait augmenté l’effet de la fragmentation du territoire qui avait déjà fragilisé les mammifères endémiques. n Marine Cygler

http://bit.ly/Nobel-economie-2013

Paix Le prix Nobel de la paix est attribué à l’­Organisation pour l’interdiction des armes chimiques, organisme chargé de faire appliquer la Convention internationale du même nom, en vigueur depuis 1997. Les temps changent : en 1918, le prix de chimie était allé à l’inventeur du gaz moutarde.

[1] L. Gibson et al., Science, 341, 1508, 2013.

Pas de lien entre dépression et cancer Épidémiologie 

données médicales ont été recueillies pendant quinze ans (de 1994 à 2009) et sont exploitées pour différentes études épidémiologiques. Parmi ces 14 203 person­ nes, 1 119 ont développé un cancer ­diagnostiqué par un médecin. La ­survenue des épisodes dépressifs a été ­mesurée d’après les diagnostics de dépression établis entre 1989 et 1993 par des médecins, à l’occasion d’arrêts de travail, et d’après les réponses des participants à un questionnaire rempli tous les trois ans ­pendant les quinze ans ­d’observation de la cohorte.

18 • La Recherche | décembre 2013 • nº 482

En comparant tous ces éléments, les épidémio­ logistes n’ont retrouvé aucune association entre la survenue d’une dépression et celle des cinq types de cancers suivis dans cette étude, dont ceux du sein, de la prostate et du colon. Reste que, soulignent les auteurs de l’étude, les personnes souffrant de dépression sont menacées par un autre problème : une prise en charge trop tardive de leur cancer parce qu’elles négligent leur santé. n Marie-Laure Théodule [1] C. Lemogne et al., Am. J. Epidemiol., doi:10.1093/aje/ kwt217, 2013.

© Biosphoto/ Roger Tidman / Photoshot

C

ontrairement à une idée fortement ancrée depuis que le médecin grec Claude Galien l’avait formulée au IIe siècle, souffrir d’une dépression n’expose pas à un risque accru de développer un cancer. C’est ce que vient de montrer une étude coordonnée par Cédric Lemogne, psychiatre à l’Hôpital européen Georges-Pompidou. L’analyse a porté sur 14 203 ­personnes (10 506 hommes et 3 697 femmes) apparte­ nant à la cohorte Gazel. Ce groupe est constitué par d’anciens employés d’EDF-GDF, dont les

http://bit.ly/Nobel-Paix-2013

Physiologie

Vol non-stop lors d’une migration Trois martinets à ventre blanc Tachymarptis melba ont été suivis lors de leur migration en Afrique de l’Ouest, puis durant leur retour à leur site de nidification, en Suisse. Résultat : ces oiseaux ­peuvent rester dans les airs pendant 200 jours. La prouesse physiologique constatée reste à expliquer. F. Liechti et al., Nat. Commun., 4, 2554, 2013.


© ArTeMiS team/Ph. André, M. Hennemann, V. Revéret et al./ ESO/J. Emerson/VISTA Acknowledgment : Cambridge Astronomical Survey Unit

Astronomie 

C’

Au cœur d’un berceau d’étoiles

est sur l’une des régions de formation d’étoiles les plus actives de la Voie lactée, la nébuleuse de la Patte de Chat (ci-dessus), que s’est braquée la nouvelle caméra ArTéMiS. Récemment installée sur le télescope APEX, à 5 100 mètres d’altitude dans le désert d’Atacama, au nord du Chili, elle scrute les rayonnements à la longueur d’onde de 0,35 millimètre. Les premières images qu’elle a prises révèlent la lumière émise par les zones denses de grains de poussières interstellaires. Cette lumière apparaît en rouge orangé sur ce cliché,

où une image d’ArTéMiS est superposée à celle observée dans le domaine du proche infrarouge par le télescope Vista du mont Paranal, toujours au Chili. Officiellement dénommée NGC 6334, la nébuleuse de la Patte de Chat est localisée dans la constellation australe du Scorpion, à 5 500 années-lumière vers le centre de la Galaxie. Quelque 3 600 étoiles s’y forment chaque million d’années. Jusqu’ici, les observations réalisées dans le domaine infrarouge ne permettaient pas de détecter les émissions provenant de l’intérieur du nuage. n Hélène Le Meur nº 482 • décembre 2013 | La Recherche • 19


savoirs

Dossier

© Connie Zhou / Google

Les promesses

Ces serveurs du centre de données Google de Council Bluffs, dans l’Iowa, aux États-Unis, sont reliés à d’autres sites du groupe par un réseau de fibres optiques (câbles jaunes) 200 000 fois plus rapide qu’une connexion internet domestique. 26 • La Recherche | décembre 2013 • nº 482


du Big Data

E

■■Dossier préparé par Luc Allemand

n 2013, l’humanité a stocké plus de 2 000 milliards de gigaoctets de données numériques nouvelles. Et les trois quarts de ces données ont été créées par les consommateurs que nous sommes. Mises en réseau et exploitées par des ordinateurs, ces Big Data contiennent la promesse de services nouveaux qui amélioreront nos vies : éviter les embouteillages, adapter l’enseignement à chaque élève, personnaliser nos traitements médicaux, etc. Mais l’ère des Big Data porte aussi le risque d’une surveillance permanente. Connaître les possibilités et les limites des technologies est indispensable pour en réglementer l’usage sans en entraver les développements utiles, et pour que chacun, individuellement, puisse mieux les maîtriser.

1 Vincent Blondel : « Nous étudions de nouveaux objets scientifiques »  ropos recueillis par Luc Allemand p 2 Un réseau d’autobus redessiné grâce au téléphone mobile par Francesco Calabrese 3 Les flux de données visualisés en temps réel 4 Une vie privée est-elle encore possible ? par Adeline Decuyper et Vincent Blondel nº 482 • décembre 2013 | La Recherche • 27


savoirs

>>Big Data • 1

1 • Vincent blondel : « N de nouveaux objets scien  incent Blondel V est professeur à l’université catholique de Louvain, en Belgique, et professeur invité au Massachusetts Institute of Technology, aux états-Unis.

*le bitest une unité de mesure en informatique désignant la quantité élémentaire d’information ; 1 gigabit = 109 bits 1 térabit = 1012 bits.

La recherche : Comment définissez-vous les Big Data? Vincent Blondel : Le premier critère est le volume, sous-entendu par le mot « big ». Le  domaine des Big Data s’intéresse à des ensembles de données digitales qui, de par leur taille, ne peuvent être traitées avec des méthodes traditionnelles ; en fonction des applications, ce peut-être de l’ordre du gigabit*, du térabit* ou plus encore. Ensuite, ce volume ne cesse de croître à grande vitesse. On estime que le volume de données stockées dans le monde double tous les ­quatre ans. On a ainsi stocké plus de données depuis 2010 qu’on ne l’avait fait depuis les débuts de l’humanité ! Le troisième critère, c’est la grande diversité des données auxquelles on s’intéresse. Ce peut être la consommation d’électricité dans tous les quartiers de France à tout moment, les 30  milliards de « j’aime » journaliers sur Facebook ou les 5 000 photographies déposées chaque minute sur le site de partage Flickr [1]. Enfin, on s’attache à la « véracité » : les données recueillies sont souvent bruitées et imprécises et doivent être traitées pour en extraire de l’information utile.

L’essentiel >>Les Big Data sont caractérisées par le volume, la vitesse

d’accumulation, la variété et la véracité des données numériques.

>>Il faut mettre au point des méthodes de traitement dont le nombre d’opérations n’augmente pas trop vite avec la quantité de données.

>>Ce domaine fournit aussi de nouveau outils pour faire de la science, notamment des sciences sociales.

28 • La Recherche | décembre 2013 • nº 482

En quoi ces traitements diffèrent-ils de ceux que l’on réalise déjà en informatique ? V.B. Ce qui nous a fait entrer dans l’ère des Big Data, c’est l’explosion des capacités de stockage. Un petit disque dur de l’épaisseur d’un livre ­suffit par exemple à stocker les informations sur les communications téléphoniques belges d’une année. Et cela pour un prix très modeste. Il devient alors possible de s’interroger sur la façon de traiter ces données afin d’en tirer des informations utiles : cette capacité de stockage crée de nouveaux objets à étudier, et il nous faut imaginer comment le faire. Même si nous arrêtions aujourd’hui de recueillir des données, nous aurions besoin de plusieurs années de travail pour comprendre comment analyser tout ce que nous avons déjà enregistré. Mais les données ­continuent d’arriver, toujours plus vite ! Donc vous recherchez de nouvelles méthodes d’analyse ? V.B. Exactement. Prenons l’exemple d’un réseau dans lequel des entités sont connectées les unes aux autres. Un problème classique et très général consiste à rechercher des « ­communautés » : des zones plus densément connectées que d’autres. C’est un problème bien défini mathématiquement, et nous avions depuis longtemps des méthodes pour le résoudre. Mais elles n’étaient pas assez efficaces : il aurait fallu des années pour traiter les énormes réseaux d’aujourd’hui, formés par les utilisateurs de Facebook, qui sont 1  milliard, ou les pages web reliées par des hyperliens, que l’on compte par dizaines de milliards. Désormais, de nouvelles méthodes permettent de résoudre rapidement ces problèmes à l’aide d’un simple ordinateur de bureau. L’efficacité, c’est-à-dire la vitesse de traitement, est aussi l’un des obstacles à surmonter quand il s’agit de détecter des corrélations dans des ensembles très grands ou d’identifier des événements anormaux dans des séries.

© Vincent blondel

Entretien L’accroissement rapide du volume des données numériques enregistrées promet une compréhension inédite des comportements sociaux. Mais il nécessite de nouvelles méthodes d’analyse.


ous étudions tifiques » Comment rendre ces méthodes plus efficaces ? V.B. Il faut que le nombre d’opérations à réaliser, donc le temps nécessaire, n’augmente pas trop vite quand le volume des données s’amplifie [fig. 1]. Pour la détection de communautés, par exemple, ce nombre d’opérations croissait comme le carré de la quantité de données : pour un réseau 10 fois plus gros, il fallait 100 fois plus de temps. Par exemple, imaginons qu’une heure de calcul suffise pour mener une analyse sur les communications téléphoniques d’une seule journée à Bruxelles. Pour traiter les communications de toute la Belgique, cela prendra 100 heures. Et pour les communications de toute ­l’Europe, il faudra environ 250 000 ­heures, soit plus de vingt-huit ans. Ce n’est pas possible. Nous devons donc trouver des méthodes dont le temps de calcul croît moins vite avec la taille des données. Linéairement par exemple : le temps augmente seulement proportionnellement à la quantité de données. C’est le minimum si l’on veut lire toutes les données. Peut-on néanmoins faire mieux ? V.B. Oui, nous savons aujourd’hui analyser un ensemble de données sans les consulter toutes, en donnant néanmoins des garanties sur la fiabilité de la réponse. Voilà une problématique scientifique récente et typiquement Big Data. Par exemple, il y a quotidiennement des milliards de transactions avec des cartes de crédit. Un algorithme qui n’en analyse que 10 ou 100 millions pourra tout de même indiquer qu’aucune carte n’a eu un parcours correspondant à une usurpation d’identité. La réponse ne sera pas garantie à 100 %, parce que des comportements anormaux pourraient exister dans les données qui n’ont pas été analysées. Mais la probabilité qu’elle soit vraie sera quantifiée rigoureusement. Cela ressemble à des sondages ? V.B. En quelque sorte, mais ce type de méthode permet de répondre à des questions plus ­complexes que celles posées lors de sondages d’opinion.

Par exemple, l’évolution au cours du temps des communautés qui structurent un réseau, ou la détermination qu’une entité a eu un parcours différent des autres. La théorie nous permet de déterminer la distribution de probabilités suivant laquelle il faut choisir les données à analyser pour optimiser la précision de la réponse. Elle nous permet aussi de donner des bornes mathématiques pour l’écart entre cette réponse et celle que l’on aurait obtenue si l’on avait examiné toutes les données. Bien entendu, tout cela repose sur des hypothèses en lien avec la structure de l’ensemble de données et dépend du problème particulier que l’on souhaite résoudre. Deux auteurs ont affirmé récemment que les Big Data sont porteuses d’une révolution scientifique comparable à celle entraînée par l’invention du microscope [2]. Qu’en pensez-vous? V.B. Les Big Data permettent effectivement de faire de la science de façon totalement >>> nº 482 • décembre 2013 | La Recherche • 29


savoirs

Technologies

Une énergie en osmose Transformer le mélange d’eau de mer et d’eau douce en source d’énergie renouvelable demande la mise au point de membranes ultrasélectives. Des physiciens travaillent à l’échelle du nanomètre pour y parvenir.

par Alessandro

Anne-Laure

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osmose, au sens commun du mot, évoque la fusion sympathique de plusieurs éléments. Mais si l’on revient à son sens premier, il désigne un phénomène de physique qui se manifeste un peu partout dans notre vie quotidienne. Par exemple en cuisine, lorsqu’on ajoute du sel dans le jambon ou du sucre dans la confiture, pour vider les bactéries de leur eau. Il intervient également dans une multitude de processus vitaux en biologie, où les membranes sont omniprésentes, par exemple lors des procédés de filtration du plasma au niveau du rein. L’osmose, c’est peut-être aussi une des énergies renouvelables de demain. Elle pourrait venir abonder le mix énergétique de manière continue, en plus des énergies intermittentes que sont l’éolien, le solaire, la géothermie et l’énergie marémotrice. La piste est explorée très sérieusement depuis une dizaine années. Et elle est très prometteuse. Songez : selon diverses études, le potentiel de cette source d’énergie à l’échelle mondiale est de l’ordre de 1 térawatt d’électricité produite, soit l’équivalent de 1 000 réacteurs nucléaires [1] !

Siria,

Biance

© dr

et Lydéric Bocquet, physiciens à l’Institut lumière-matière de l’université Lyon-I. lbocquet@mit.edu

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Jusqu’à présent, cette voie est limitée par la faible efficacité des procédés utilisés pour récupérer l’énergie d’origine osmotique. Mais plusieurs découvertes récentes, dont celles que nous avons faites dans notre laboratoire à l’université de Lyon, offrent des perspectives nouvelles pour rendre ces procédés plus performants. Elles s’appuient entre autres sur l’étude du transport des fluides aux échelles nanométriques, qui mettent en évidence l’émergence de propriétés nouvelles à ces échelles, et sur l’utilisation de matériaux nouveaux.

Solutions salines. C’est un physicien britannique, Richard Pattle, qui, dès les années 1950, a eu l’idée d’utiliser le mélange d’eau de mer et d’eau de rivière pour en faire une source d’énergie renouvelable [2]. Sa proposition reposait sur un constat simple : lorsque l’on mélange un volume d’eau salée avec un volume d’eau douce, on peut récupérer l’énergie issue de la dilution du sel dans le volume d’eau pure, avec une efficacité qui peut aller jusqu’à 0,8 kilowatt heure d’énergie par mètre cube d’eau. On peut donc, en principe, générer plusieurs mégawatts à partir d’un flux de 1 000 litres d’eau

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Le nanotube (en blanc), placé sur une pointe, est inséré dans la membrane à travers un trou prépercé (1), que l’on scelle avec du carbone (2). On fait se rétracter la pointe sur laquelle se trouvait le nanotube (3) : le dispositif est prêt (4). 50 • La Recherche | décembre 2013 • nº 482


avec l’avenir pure par seconde, qui se mélange avec le même volume d’eau salée. Une façon d’extraire cette énergie est justement le phénomène d’osmose et son corollaire, la pression osmotique. Alors, comment fonctionne l’osmose ? En physique, elle se produit lorsque l’on met en contact des solutions de salinités différentes, à travers une membrane dite semi-perméable, qui laisse passer l’eau, mais pas le sel des ions sodium et chlorure pour l’eau de mer. Ce que l’on observe alors, c’est que la solution la plus salée aspire l’eau issue de la solution la moins salée à travers la membrane, phénomène que l’on quantifie en termes de pression osmotique. La pression osmotique est à l’origine de ce mouvement d’aspiration de

L’essentiel >>L’osmose produit une force

l’eau à travers la membrane semi-perméable. Comme l’a montré le chimiste néerlandais Jacobus van ’t Hoff il y a plus d’un siècle, elle est proportionnelle à la différence de concentration entre les espèces dissoutes de part et d’autre de la membrane. Dans le cas de l’association d’eau de mer et d’eau de rivière, cette pression osmotique est considérable : elle s’élève à 28  atmo­ sphères, soit l’équivalent de la pression qui s’exerce au pied d’un barrage de 280 mètres de haut !

Différence de pression. La manière

la plus aboutie pour extraire l’énergie osmotique est d’utiliser directement cette différence de pression osmotique pour pressuriser l’eau de mer et faire

lorsque l’on met en contact des solutions de salinités différentes, à travers une membrane dite semi-perméable.

>>Depuis une dizaine

d’années, cette piste est étudiée pour produire de l’énergie à grande échelle.

>>Pour atteindre cet objectif, les physiciens cherchent à mettre au point les membranes les plus sélectives possible.

tourner une turbine mécanique qui génère de l’électricité : c’est l’approche dite de pression retardée (plus connue sous l’acronyme anglais « PRO »). Dans ce procédé, la membrane laisse passer l’eau tandis que le sel est bloqué. >>>

Fig.1  Convertir un courant ionique en électricité Charges de surface

Membrane imperméable

Eau très salée

Nanotube

Électrode

Ions potassium Eau peu salée

Réaction d’oxydo-réduction

Un nano­ tube  traverse une Courant électrique membrane non poreuse, qui relie deux réservoirs. L’un de ces réservoirs contient de l’eau très salée (à gauche), l’autre est rempli d’eau peu salée (à droite). Cette différence de salinité, alliée à l’écoulement de l’eau (flèches bleues), crée un courant ionique à l’intérieur du nanotube (en bleu) : les électrons, de charge négative (en rouge), situés à la surface intérieure du ­nanotube, attirent les ions positifs contenus dans l’eau (en médaillon). Ce courant est ensuite transformé en courant électrique par des réactions chimiques d’oxydoréduction, qui se produisent sur les électrodes dans chaque réservoir. © infographie bruno bourgeois

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La Recherche n°482 - Big Data Traitement massif des doonées des données  

Big Data Traitement massif des doonées des données. Que peut-on en attendre ? Faut-il le redouter ? > Paléontogolgie : Il y a 540 millions d...