[NOUVELLE FORMULE] Pour la Science n°579 - janvier 2026 - Temps et quantique

Le plastique, va-tout de l'industrie pétrolière

Courses-poursuites mathématiques

L’oiseau qui revisite le dimorphisme sexuel

en action Innovateurs

Je suis Yannael. Avec des partenaires européens, je teste de nouvelles solutions à l’aéroport Paris - Charles de Gaulle pour rendre l’aviation plus durable.

L’UE soutient la science Et vous?

Réinventions

L’accélération technologique, l’expansion du faux et de la désinformation, les tensions géopolitiques, les défis environnementaux et sociaux auxquels font face un nombre croissant de sociétés… Dans le mouvant, le complexe, l’inquiétant parfois, qu’apporte un média qui donne accès aux réflexions et aux résultats des scientifiques ? Sans doute pas des « solutions » (même si ce n’est pas exclu). Mais, assurément, une inspiration. Outre les faits scientifiques, toujours rapportés avec précision et clarté, Pour la Science propose, aujourd’hui comme hier, un certain regard sur le monde, emprunté à l’esprit scientifique : toujours curieux du réel, nécessairement humble, volontiers opiniâtre Ce regard, il nous semble plus que jamais judicieux de le préserver Avec cette nouvelle formule, l’apparence évolue, l’intention générale demeure, pour mieux s’affirmer Trois nouvelles chroniques viennent notamment la conforter La première, par Perig Pitrou (anthropologue au Collège de France), se saisit des mille et un fils que les humains tissent avec la vie ; la deuxième, par Thomas Gerbaud (physicien, spécialiste en science des données), décrypte avec un œil critique nos interactions avec l’IA ; la troisième, par Charlotte Bigg (historienne des sciences au centre Alexandre-Koyré), analyse les images qui marquent l’aventure scientifique

Pendant que nous réinventons Pour la Science, la physique quantique réinvente la causalité Hippolyte Dourdent, de l’institut des sciences photoniques de Barcelone, dévoile les ressorts étonnants d’une nouvelle approche du temps, objet d’intenses travaux théoriques et de déroutantes expériences en laboratoire

Ces nouveaux horizons sont le dernier rebond de cent ans d’édification de la théorie quantique, que le physicien raconte dans un entretien approfondi, en quatre épisodes, sur le site internet de Pour la Science Il éclaire le cheminement qui a conduit les spécialistes de la physique quantique à interroger jusqu’à la causalité, au gré des enrichissements conceptuels et de la créativité expérimentale

La science est, toujours, affaire d’invention. En parler au mieux implique de se réinventer parfois pour, nous l’espérons sincèrement, votre plus grande satisfaction n

Remerciements à

Hubert Branger, physicien (Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre), Romuald Housse, archéologue (laboratoire Archéologie des Amériques), Nicolas Leroy, physicien (laboratoire de Physique des 2 infinis Irène Joliot-Curie), Christine Rollard, arachnologue (Muséum national d’histoire naturelle), Viola Sordini, physicienne (Institut de physique des 2 infinis de Lyon)

François Lassagne rédacteur en chef

06 Sous-titrage mental : l’IA qui lit dans les pensées

07 Une bactérie synthétise un pigment des pieuvres

09 Un début d’arbre généalogique chez des trous noirs !

14 Les neurones communiquent aussi avec des nanotubes

15 L’influence complexe des parcs éoliens sur le vent

Cahier partenaire - pages I à III (après la p. 15)

Piscine d’entreposage : refroidir à tout prix

parrainé par

– Points de vue

–

60 La vie dans tous ses états

Quand la nature renaît

Perig Pitrou

62 Les sciences à la loupe

Qu’est-ce qu’une connaissance ?

Yves Gingras

64 Redresseur de code

IA : la force brute, tout sauf de l’intelligence

Thomas Gerbaud

66 Retour sur image

La création d’une nouvelle esthétique astronomique

Charlotte Bigg

68 Regards

Rendez-vous piégé avec Apollonius de Perge

Marie-Neige Cordonnier

ENVIRONNEMENT Plastique : le va-tout de l’industrie pétrolière

Beth Gardiner

Alors que la nécessaire limitation des émissions de gaz à effet de serre contraint le marché des combustibles fossiles, la production de plastique offre de nouveaux débouchés aux majors du pétrole et du gaz.

BIOLOGIE L’oiseau « aux quatre sexes »

Donna L. Maney

Les bruants à gorge blanche présentent des comportements et des traits que l’on associe habituellement au sexe. Or ceux-ci sont dus à des gènes qui ne se trouvent pas sur les chromosomes sexuels…

LETTRES D’INFORMATION

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PHYSIQUE QUANTIQUE

« Nous avons créé un chat de Schrödinger causal »

Entretien avec Hippolyte Dourdent

Comment la notion de temps se manifeste-t-elle en mécanique quantique ? Les chercheurs ont identifié des systèmes qui sèment le trouble sur la notion de causalité.

Comment

les physiciens ont « inversé » le temps

Charlie Wood

Grâce aux lois de la mécanique quantique, il semble possible de faire en sorte que des photons agissent comme si le temps s’écoulait dans deux directions opposées.

ARCHÉOLOGIE

Que reste-t-il d’« Effondrement » ?

Entretien avec Chloé Andrieu et Émilie Gauthier

Comment expliquer la disparition des sociétés anciennes ? Il y a vingt ans, le géographe et essayiste Jared Diamond insistait sur l’influence du climat et de l’environnement. Cette analyse reste-t-elle pertinente aujourd’hui ?

En couverture : © NeoLeo/GettyImages

Ce numéro comporte un courrier de réabonnement posé sur le magazine sur une sélection d’abonnés.

– Culture –

70 Logique et calcul

Courses-poursuites

mathématiques

Jean-Paul Delahaye

La théorie des « jeux des gendarmes et du voleur », où fugitif et poursuivants jouent à cache-cache sur les sommets d’un graphe, est un champ mathématique riche, toujours très actif.

76 Art & Science

Un herbier astrobotanique

Loïc Mangin

78 Livres du mois

80 Chroniques de l’évolution

Une domestication au triple galop

Hervé Le Guyader

84 Idées de physique

Du quantique toujours plus macroscopique

Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik

88 Science & gastronomie

Des lécithines partout jusqu’en cuisine (moléculaire)

Hervé This

90 L’équation

Pourquoi l’IA n’invente que des blagues nulles

Florian Freistetter

Act ual ités

Neurosciences

Sous-titrage mental : l’IA qui lit dans les pensées

En s’aidant de plusieurs modèles de langage, un chercheur japonais a réussi à traduire l’activité cérébrale de volontaires en « sous-titres » décrivant les scènes qui leur passaient par la tête.

Et si une intelligence artificielle (IA) lisait directement dans votre cerveau les souvenirs qui vous reviennent en mémoire, les événements que vous anticipez ou les proches auxquels vous pensez, puis les décrivait en quelques mots sur votre écran d’ordinateur ?

C’est le principe du « sous - titrage mental » (mind captioning), nouvelle

technique qui vient de rencontrer un succès spectaculaire Le dispositif développé par Tomoyasu Horikawa , des laboratoires de sciences de la communication de l’entreprise japonaise NTT, s’est ainsi révélé capable de traduire l’activité cérébrale de six volontaires en des phrases décrivant fidèlement ce qu’ils voyaient ou se remémoraient

personne saute par-dessus une cascade vertigineuse sur une crête montagneuse.

Trois films regardés par les participants avec les descriptions que le dispositif a reconstituées à partir des mesures de leur activité cérébrale.

Cela fait maintenant plus de dix ans que les chercheurs progressent vers la lecture dans les pensées. Des interfaces cerveau-machine sont par exemple explorées pour commander des exosquelettes, tandis que d’autres dispositifs sont parvenus à reconstituer les lettres de l’alphabet que des volontaires traçaient en imagination ou les catégories d’objets qu’ils voyaient , imaginaient ou rêvaient . Mais celui de Tomoyasu Horikawa est le premier à , d’une part , lire des « structures sémantiques » complexes (des scènes comprenant des objets et des actions) dans le cerveau et, d’autre part , à en proposer une description textuelle automatique

Pendant une première phase d’entraînement, le chercheur a élaboré de courtes légendes décrivant le contenu d’une série de vidéos, puis les a transformées en « matrices sémantiques », c’est-à-dire des matrices numériques où étaient codées séparément les caractéristiques décrites : personnages, actions, lieu… Il a utilisé pour cela un premier modèle de langage spécialisé dans ce type de transformation Puis un décodeur a été entraîné à mettre en correspondance ces matrices avec des mesures par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle  (IRMf ) effectuées pendant que les volontaires regardaient les vidéos, afin qu’il parvienne ensuite à reconstituer de telles matrices à partir de l’activité cérébrale

Une figure circulaire et rotative est formée avec des sections qui bougent subtilement.

Une

Trois jeunes hommes sourient tandis que deux femmes s’étreignent.

Dernier élément du dispositif : un second modèle de langage, capable de décrire précisément en quelques mots la scène codée par une matrice Ces modèles « off rent des connaissances préalables solides en sémantique et peuvent améliorer l’interprétabilité des représentations neuronales », appuie Tomoyasu Horikawa

Lors de la phase de test, les volontaires devaient regarder de nouvelles vidéos ou se remémorer celles qu’ils avaient déjà vues , tandis que leur activité cérébrale était enregistrée par IRMf. Le dispositif a alors deviné avec une bonne fiabilité (très supérieure au hasard) ce qu’ils regardaient ou imaginaient , puis en a élaboré une description textuelle fidèle. Une scène où quelqu’un sautait dans l’eau depuis une falaise était par exemple décrite par la phrase : « Une personne saute par- dessus une cascade profonde sur une crête montagneuse » Loin de se cantonner aux réseaux du langage, le dispositif exploitait pour cela l’activité de régions réparties à travers tout le cerveau

L’intérêt serait notamment d’aider les personnes dont les capacités de verbalisation sont atteintes , comme dans le cas d’une aphasie – une di fficulté pathologique à parler ou à comprendre le langage, souvent causée par une lésion cérébrale. Mais pour vraiment démocratiser ce type de dispositifs , il faudra obtenir des enregistrements neuronaux de haute précision à l’aide d’appareils bien plus simples et accessibles que l’IRMf Bien sûr, à mesure qu’ils progresseront, ces systèmes poseront de sérieux défis au respect de la vie privée… n

Guillaume Jacquemont T. Horikawa, Science Advances, 2025.

Biochimie

Une bactérie synthétise un pigment des pieuvres

Ce poulpe produit un pigment, la xanthommatine, qui lui permet de changer de couleur et de se camoufler sur les fonds marins. Les méthodes de synthèse connues jusqu’à présent avaient un rendement très faible.

«La xanthommatine est une molé cule magique : c’est elle qui fait des pieuvres les maîtresses du camou flage », explique Bradley Moore, de l’université de Californie à San Diego Ce pigment change de couleur en fonction de son environnement chimique, passant ainsi du jaune au rouge . « Elle était connue depuis longtemps, mais les méthodes de synthèse avaient des rendements trop limités pour en fournir en quantité suffisante », poursuit le chimiste. Avec son équipe, il a modifié le code génétique d’une bactérie, Pseudomonas putida, afin de reproduire les mêmes séries de réactions qui forment le pigment dans les cellules des poulpes Mais cela ne su ffit pas pour mettre en marche la synthèse Les chercheurs ont alors trouvé une façon d’associer la synthèse de la xanthommatine à la survie même de la bactérie

En temps normal, P putida produit de l’acide formique, une molécule très simple, mais cruciale pour son métabolisme notamment Or l’acide formique est un sous-produit de la fabrication de la xanthommatine Les chercheurs ont donc modifié

le génome de la bactérie grâce à la technique des ciseaux moléculaires CRISPR pour l’empêcher de produire normalement de l’acide formique Ce faisant, la voie de synthèse du pigment s’en trouve amplifiée par des boucles de rétroaction qui alimentent le métabolisme en acide formique Il su ffit alors de nourrir la bactérie avec du glucose et on obtient le pigment Le rendement est bien supérieur avec cette technique, de l’ordre de quelques grammes de xanthommatine par litre, alors qu’il n’atteignait que 5 milligrammes par litre pour les méthodes précédentes Ce pigment pourrait avoir de nombreuses applications, et les chercheurs travaillent déjà à transposer leur approche à d’autres molécules colorantes et des composés pharmaceutiques n

Edwyn Guérineau

L. B. Bushin et al., Nature Biotechnology, 2025.

Astrophysique

Un début d’arbre généalogique chez des trous noirs !

Les observatoires « Ligo », « Virgo » et « Kagra » ont détecté les ondes gravitationnelles émises lors de la fusion de deux trous noirs.

Les propriétés de l’un des deux suggèrent qu’il était lui-même issu d’une coalescence plus ancienne de trous noirs.

GW241 011 est bien étrange ! Ce signal en ondes gravitationnelles a été détecté le 11  octobre 2024 grâce aux interféromètres géants américains (Ligo), européen (Virgo) et japonais (Kagra) En modélisant le système binaire de trous noirs en coalescence à l’origine de cet événement, les astrophysiciens ont constaté que le mouvement de l’un des trous noirs était atypique… ce qui impliquerait que ce corps était probablement lui-même né de la fusion antérieure de deux trous noirs

Dans la version simple d’un tel ballet cosmique, lorsque deux trous noirs fusionnent, ils donnent naissance à un trou noir unique dont la masse est quasiment égale à la somme des masses des progéniteurs « Quasi », car une partie de la masse totale est convertie en énergie sous la forme d’ondes gravitationnelles. Celles-ci se propagent à travers tout l’Univers sur des distances vertigineuses, et peuvent être détectées jusqu’à plusieurs milliards d’années-lumière, en faisant vibrer la toile de l’espace-temps cosmique Ce sont ces vibrations que les interféromètres géants mesurent L’analyse de ces signaux révèle de nombreuses propriétés de la fusion , comme la masse des trous noirs impliqués , l’orientation de leur axe de rotation, leur sens de rotation, etc. Or l’événement GW241 011 sort de l’ordinaire… et il n’est pas le seul : à peine un mois

plus tard , le 10  novembre, un autre signal atypique, GW241 110, a également été enregistré !

Le premier, GW241 011, s’est produit à 700  millions d’années-lumière de la Terre et correspond à la fusion de trous noirs de masses égales à 20 et 6 masses solaires. Le plus gros des protagonistes avait une vitesse de rotation extrêmement élevée, de l’ordre de 69 à 87 % du maximum théorique autorisé. C’est l’une des rotations les plus rapides jamais observées pour un trou noir dans un système en coalescence. De façon générale, lorsqu’une étoile arrive en fin de vie et forme un trou noir, elle est dotée d’un mouvement de rotation qui est amplifié lors de son e ffondrement (par conservation du moment angulaire, de la même façon qu’un patineur tourne plus vite quand il ramène les bras le long de son corps). Mais une vitesse aussi élevée pour GW 241 011 laisse à penser qu’elle a été acquise autrement… lors de la fusion de deux trous noirs, ses parents. Les astrophysiciens ont estimé que ce trou noir serait donc né

de la rencontre de deux trous noirs de 13 et 8 masses solaires

L’événement GW241 110 est assez similaire, avec la fusion d’un trou noir de 8  masses solaires et d’un autre de 17  masses solaires Parce que ce dernier avait aussi une vitesse de rotation élevée (entre 21 et 94 % du maximum théorique), il était lui aussi , selon toute probabilité, le fruit d’une fusion de deux trous noirs, de 5 et 12 masses solaires . Autre particularité de GW 241 110, alors que les trous noirs tendent à tourner sur eux-mêmes dans le même sens que leur orbite (parce que les étoiles dont ils sont issus se sont formées dans le même nuage de gaz qui présentait un mouvement de rotation global dont chaque astre a hérité), ici le trou noir de 17  masses solaires tournait sur lui-même en sens opposé à la rotation du système, une anomalie jamais observée auparavant, qui renforce l’hypothèse qu’il est né d’une coalescence antérieure

La di fférence de masse dans les deux cas est encore un argument en faveur d’un processus de fusion

« hiérarchique » : l’arbre généalogique commence avec des trous noirs de masse stellaire, puis, par fusions successives, les objets cosmiques gagnent en masse C’est un des scénarios qui expliqueraient le mieux l’existence des trous noirs de masse intermédiaire, qui font plusieurs milliers de masses solaires Ces derniers sont trop massifs pour être produits lors de l’effondrement d’une étoile. Ils sont probablement nés de coalescences successives

Ces fusions de « seconde génération » ne peuvent pas se produire n’importe où dans l’Univers Il faut un environnement assez dense pour que la probabilité de plusieurs rencontres entre des trous noirs soit assez élevée. C’est typiquement le cas des amas stellaires jeunes ou des amas globulaires

Par ailleurs, le signal de GW241 011 était parmi les plus forts jamais enregistrés et a servi de « laboratoire » Par exemple, le trou noir de seconde

Vue d’artiste d’un système binaire composé de deux trous noirs. Le champ gravitationnel près de chaque objet est si intense qu’il dévie la lumière provenant d’objets en arrière-plan. Les deux corps se rapprochent progressivement. En spiralant jusqu’à la fusion, ils émettent des ondes gravitationnelles.

cet harmonique dans le signal de GW241 011.

La relativité générale n’est pas la seule théorie qui a été mise à l’épreuve

génération de ce système binaire tournait si vite qu’il a permis de tester certaines prédictions de la théorie de la relativité générale, et en particulier la « solution de Kerr », qui décrit un trou noir en rotation Celle-ci prévoit que lorsque le trou noir est en rotation rapide, il se déforme légèrement, ce qui laisse une empreinte dans le signal des ondes gravitationnelles Et cela a bien été mesuré dans le signal des interféromètres

Autre test , aussi bien dans GW 241 011 que dans GW 241 110, la di fférence de masse entre les deux corps était du simple au double, on peut alors s’attendre à une sorte de « bourdonnement » dans les ondes gravitationnelles : d’une certaine façon, le signal a une composante fondamentale due au mouvement orbital des deux corps sur laquelle s’ajoute une « harmonique supérieure » comme dans un instrument de musique Les interféromètres ont bien entendu

Les chercheurs ont aussi testé certains scénarios d’extension du modèle standard de la physique des particules. Par exemple, certains modèles suggèrent qu’il existe des particules ultralégères (de type bosons) dont l’existence reste à prouver. Par un mécanisme dit « de superradiance rotationnelle », un trou noir en rotation rapide pourrait convertir une partie de son énergie de rotation en de telles particules. Ce faisant, le trou noir ralentirait progressivement Or le temps pour que deux trous noirs se rapprochent assez pour fusionner se compte en millions, voire en milliards , d’années Que le trou noir de GW241 011 ait maintenu une vitesse de rotation aussi élevée pendant si longtemps permet d’éliminer un grand nombre de scénarios avec des bosons ultralégers (entre 10 –13 et 10 – 12 électronvolts). Ce qui met à mal notamment certains scénarios d’axions , des particules candidates pour la matière noire ! n

Sean Bailly

A. G. Abac et al., The Astrophysical Journal Letters, 2025.

Dans ces alvéoles de la « piscine d’entreposage » de la centrale de Saint-Laurent-des-Eaux, des assemblages de combustible usé sont immergés pour être refroidis.

Piscine d’entreposage : refroidir à tout prix

Lors de l’accident de Fukushima Daïchi, au Japon, en 2011, pour la première fois les systèmes de refroidissement et d’appoint en eau de certaines piscines ont été totalement perdus pendant huit jours. Grâce à des mesures improvisées, les assemblages n’ont pas été « dénoyés » et le pire a pu être évité. Mais cela a rappelé les risques majeurs associés à ces piscines et un besoin de recherches complémentaires.

[CONTEXTE]

Tout réacteur nucléaire comporte une piscine d’entreposage de combustible. Les assemblages usés y sont placés dans l’eau pendant plusieurs années et ceux qui sont déchargés du réacteur lors des arrêts de maintenance, temporairement. L’eau de ces piscines a deux missions : évacuer en continu la chaleur dégagée par le combustible et protéger les travailleurs de ses rayonnements ionisants. Pour cela, les assemblages doivent être noyés sous plusieurs mètres d’eau refroidie en permanence.

Les accidents de perte de refroidissement des piscines d’entreposage ont longtemps été considérés comme des événements hautement improbables du fait de la conception et de la redondance des systèmes de sûreté, laissant à l’opérateur un délai plus que suffisant pour réagir. L’accident de Fukushima a montré que ce n’était pas toujours le cas et que les moyens pour étudier ces accidents étaient insuffisants. Par exemple, les modèles utilisés pour simuler le dénoyage des assemblages de combustible étaient développés dans le cas d’un accident grave dans un réacteur. Ils n’étaient pas validés pour la configuration d’une piscine à pression atmosphérique. Or, contrairement à un réacteur qui comporte trois barrières de confinement (cas de Fukushima), la seule barrière physique en cas de dénoyage en piscine d’entreposage est la gaine métallique qui entoure les pastilles de combustible empilées (l’ensemble constitue un « crayon », un assemblage en comporte des centaines). L’intégrité de cette gaine doit impérativement être préservée.

Pour étudier ces sujets, dès 2012, plusieurs projets de recherche sont lancés dans le monde, aux EtatsUnis, puis au Japon et en Europe. Sous l’égide de

l’OCDE, les experts internationaux répertorient une centaine de phénomènes physiques importants pour la sûreté et en pointent dix-huit à examiner en priorité. La moitié impacte directement la capacité de refroidissement du combustible : ils concernent la thermohydraulique et les transferts de chaleur dans la piscine. L’autre moitié porte sur des phénomènes liés au combustible, tels que l’oxydation de sa gaine jusqu’à sa destruction et au relâchement de substances radioactives.

Comment se déroule un accident de perte de refroidissement ? « Les grandes séquences sont bien connues dans l’ensemble, mais elles sont à affiner dans le contexte d’une piscine », note Sandrine Morin, chercheuse en mécanique des fluides. Lorsque le refroidissement d’une piscine est accidentellement perdu, l’eau s’échauffe (à Fukushima, le maximum relevé était de 92 ° C) puis s’évapore. Cette vaporisation se produit selon trois mécanismes : l’évaporation qui a lieu en surface et sans production de bulles ; l’ébullition nucléée où des bulles se forment au contact des assemblages sous certaines conditions thermohydrauliques ; le flashing où l’eau s’autovaporise dans la piscine en remontant du fond à la surface selon les différences de pression dues à la profondeur.

La prédominance de chaque mécanisme varie en fonction du temps et de la complexité des écoulements. Ceux-ci sont pilotés par la convection naturelle entre les assemblages chauds et les parties froides (la surface de la piscine et ses parois). Le niveau de la piscine baisse et, après une dizaine d’heures à quelques jours selon la puissance thermique des assemblages entreposés, la surface de l’eau atteint le haut des assemblages.

Éviter le dénoyage

Si rien n’est fait, les assemblages commencent à être à découvert (on parle de « dénoyage partiel »). À Fukushima, on estime qu’ils auraient été dénoyés au bout de quelques jours. Cela a pu être évité grâce à des mesures improvisées (appoint par camion). Au pire de l’accident, les assemblages sont restés immergés sous 1 mètre et demi d’eau au lieu de 5 à 8 mètres normalement.

Les solutions techniques pour faire face à ces accidents varient selon les pays. En France, la sûreté des piscines repose tout d’abord sur des circuits principaux de refroidissement qui sont doublés et réalimentables. Ils sont complétés par des circuits de secours qui peuvent réintroduire de l’eau depuis l’extérieur du bâtiment. Le dénoyage est donc considéré comme hautement improbable. Dans d’autres pays, les solutions de secours reposent par exemple sur un système d’aspersion. Cela permet-il d’éviter le dénoyage ? En cas de défaillance temporaire du système de refroidissement, sa reprise ne risque-t-elle pas d’être entravée par des phénomènes d’ébullition massive perturbant le fonctionnement des pompes, de mélange thermique intense ou de coup de bélier (une différence de pression pouvant rompre les conduites) ?

En France, pour répondre à ces questions, ainsi que savoir s’il serait pertinent de modifier les modalités d’exploitation des piscines de réacteurs, un projet ANR a été mené par l’IRSN à Cadarache (Bouches-du-Rhône) entre 2013 et 2022. Il a réuni le CNRS, l’université de Perpignan, l’École des mines de Saint-Étienne et l’université d’Auvergne, rejoints par EDF et des partenaires internationaux américains et belges. Parmi ses différents volets, des études expérimentales ont porté sur les gaines de combustible en condition de dénoyage. Elles ont permis de détailler leurs cinétiques d’oxydation, accélérées par l’azote de l’air et l’influence des pressions partielles d’oxygène de l’air et de vapeur d’eau. Concrètement, avant de rejoindre la piscine, dans le coeur du réacteur, une couche de zircone se forme sur les gaines par corrosion sous eau, ce qui les protège. Mais si l’assemblage est à découvert à l’air, sous azote et oxygène donc, les crayons montent en température, les gaines gonflent et s’oxydent. En quelques heures, cette réaction exothermique s’emballe et la couche protectrice est soulevée puis fissurée, libérant la radioactivité jusqu’à la fusion de la gaine. Grâce à ces travaux, les marges de sûreté avant un rejet radioactif dans l’environnement ont pu être

ajustées. Ces résultats majeurs, finalisés en 2019, ont été intégrés dans les codes de calcul de l’ASNR. Deux équipements d’essai uniques ont également été construits dans le cadre de ce projet. L’un d’entre eux est une maquette de piscine d’entreposage de 4 mètres de hauteur et de près de 12 m3 comportant 21 alvéoles (à échelle 1/6 en surface de piscine et 1/3 en hauteur et en niveau d’eau). La puissance résiduelle des assemblages de combustible est simulée à l’aide de matériaux chauffés électriquement. Elle est contrôlée individuellement dans la maquette de piscine pour étudier l’influence sur la thermohydraulique du plan d’entreposage des assemblages. Les premiers essais sur cette maquette ont eu lieu en 2021. « Nous avons bien observé les phénomènes pressentis avec la compétition des trois modes de vaporisation, note Sandrine Morin, coordinatrice du projet. Nous avons clairement observé à quel point le flashing amplifiait la convection naturelle et l’évaporation d’eau en surface par transfert de chaleur. »

Prévoir et conseiller

« Ces nouvelles données ont permis d’affiner la carte des régimes de vaporisation et leurs corrélations en fonction de la puissance résiduelle dans la piscine et de la hauteur d’eau, poursuit-elle. Elles seront intégrées dans les modèles numériques d’accidents de dénoyage des piscines d’entreposage. » En attendant, elles ont servi à développer un outil de simulation de l’évolution de la température en situation accidentelle. Il a déjà été mobilisé en mars 2022 lors d’une coupure d’électricité de 48 heures dans la centrale de Tchernobyl, provoquée par une attaque russe. Grâce à l’analyse de l’évolution thermique de la piscine, il a été possible d’anticiper les éventuels scénarios d’action si la coupure s’était prolongée, ce qui n’a pas été le cas.

L’autre équipement d’essai a été construit pour étudier l’efficacité du refroidissement des assemblages par différents moyens après un dénoyage partiel ou total. Il comporte 289 (soit 17x17) crayons de 4 mètres de longueur chauffés électriquement, soit un assemblage dans son alvéole à taille réelle. Les premiers essais confirment l’efficacité de l’aspersion d’eau : elle permettrait de limiter la montée en température des assemblages. Par exemple, un débit d’eau de seulement 10 g/s (référence américaine lorsque l’aspersion est mise en œuvre) suffit à maintenir la température de l’assemblage en dessous de celle qui pourrait conduire à la dégradation des crayons de combustible.

« La base de données est encore insuffisante », tempère la chercheuse qui compte sur le nouveau projet lancé en 2024 par l’OCDE pour quatre ans pour apporter son lot de réponses, notamment sur les phénomènes de convection naturelle, l’initiation du flashing ou encore sur l’efficacité des différentes stratégies d’intervention (aspersion ou refroidissement par le bas de la piscine, comme en France). Il réunit onze organismes de neuf pays (France, Allemagne,

Cahier partenaire réalisé avec

Depuis le 1er janvier 2025, l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) et l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) se sont réunis pour devenir l’Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection (ASNR).

RÉFÉRENCES

- OECD Nuclear Energy Agency, Status report on spent fuel pools under loss-of-cooling and loss-ofcoolant accident conditions, 2015.

- B. Migot, J. Martin, An experimental study of the thermal-hydraulics of a spent nuclear fuel pool under loss-of-cooling accident conditions. Part I : The MIDI facility and its main experimental results, Nuclear Engineering and Design, 2024.

- C. Duriez et al., Zircaloy-4 high temperature oxidation in atmospheres representative of SFP-LOCA : Investigation of the influence of a low temperature pre-oxidation scale, Journal of Nuclear Materials, 2019.

- G. Brillant et al., Rod bundle cooling by a spray system in spent fuel pool accident conditions, Nuclear Engineering and Design, 2024.

Belgique, Canada, Émirats arabes unis, Espagne, États-Unis, République tchèque, Suède) qui pourront confronter les données expérimentales à leurs modélisations.

Saurait-on aujourd’hui gérer un accident de perte de refroidissement de piscine d’entreposage ?

« D’ores et déjà, les connaissances acquises permettraient de mieux réagir, note Sandrine Morin. Nous comprenons mieux les phénomènes en jeu. Leur modélisation en conditions «piscine » nous procure de mieux prédire le déroulement de l’accident, ses conséquences et l’efficacité des moyens de sureté. »

EN CAS DE PERTE DE REFROIDISSEMENT

Compartiment réacteur

Compartiment

Assemblages de combustible

Réacteur

Système d’aspersion

Circuit de refroidissement

Circuit de secours

Source d’eau externe

Circuit redondant

Échangeurs

Pompes

Système de refroidissement

Le système de refroidissement des piscines d’entreposage consiste à prélever de l’eau près de la surface (1) et à la réinjecter après refroidissement dans la partie basse (2). La sûreté de ce système repose sur des circuits de refroidissement redondants (3). En cas de panne, en France, un système de secours prend le relais pour réinjecter de l’eau provenant d’une source extérieure (4). Dans d’autres pays, c’est une aspersion d’eau par le haut qui est activée (5).

LES PREMIERS JOURS QUAND LES ASSEMBLAGES SONT DÉNOYÉS

Lorsque les assemblages sont immergés mais pas refroidis, l’eau s’échauffe puis bout à leur contact (1), elle s’évapore et le niveau baisse (2). L’eau chaude remonte à la surface sous forme de bulles de vapeur ou flashing (3). La différence de densité entre les zones chaudes et froides génère des mouvements d’eau par convection naturelle (4). Si les assemblages sont à découvert (5), leurs gaines s’oxydent rapidement au contact de l’air, gonflent et éclatent (6), libérant les substances radioactives (iode, césium, strontium, etc.).

Temps et quantique La causalité réinventée À la une

Il y a cent ans, Werner Heisenberg amorçait la construction mathématique d’un nouvel édifice, la mécanique quantique. Si en un siècle les physiciens ont progressé dans leur compréhension de cette nouvelle vision du monde, la place du temps dans cette théorie restait floue. Spécialiste de ces questions, Hippolyte Dourdent explique comment il est possible en mécanique quantique de jouer avec la causalité, une notion qui paraissait pourtant indiscutable pour construire une théorie physiquement raisonnable. Dans le même esprit, d’autres physiciens ont montré comment il est possible de simuler une inversion du sens de la flèche du temps. Des résultats fascinants !

« Nous avons créé un chat de Schrödinger causal »

Comment la notion de temps se manifeste-t-elle en mécanique quantique ? Dans la théorie standard, cette dimension ne pose pas de défi particulier. Mais depuis quelques années, les chercheurs ont identifié des systèmes qui sèment le trouble sur la notion de causalité. Spécialiste de ces questions, Hippolyte Dourdent évoque ce sujet d’une actualité brûlante qui se mêle à la théorie de l’information. Physique quantique

HIPPOLYTE DOURDENT est postdoctorant à l’Institut des sciences photoniques, près de Barcelone, et spécialiste des fondements de la mécanique quantique. Il a publié De l’autre côté du miroir quantique (Dunod, 2025).

La question du temps en physique, de manière générale, est toujours problématique. Qu’en est-il en mécanique quantique ?

Oui, le temps est une épine dans le pied des scientifiques et des philosophes depuis… qu’il a été conceptualisé, il y a des millénaires Sans remonter aussi loin, on peut dire que, dans la mécanique newtonienne, le temps est une grandeur universelle et objective. Il est le même pour tout le monde, il s’écoule de la même façon pour chacun Albert Einstein a bouleversé ce cadre avec la relativité restreinte Le temps devient subjectif, lié au référentiel de chaque observateur. Ainsi, deux personnes qui se déplacent l’une par rapport à l’autre voient leurs horloges respectives se désynchroniser inéluctablement

On pourrait s’attendre à ce qu’en physique quantique, du fait de ses étrangetés, de nouvelles anomalies temporelles apparaissent… Mais pas vraiment En mécanique quantique standard, non relativiste, la variable t, qui figure dans l’équation de Schrödinger, c’est le temps de Newton. On obtient donc une évolution dans le temps newtonien du système quantique étudié Mais le mot « temps » est polysémique, et peut être associé à différents concepts. On peut par exemple avoir un usage du formalisme quantique dépourvu de cadre spatiotemporel et qui se limite à un langage purement informationnel Dans ce cas-là, on va associer une forme de temporalité à l’ordre dans lequel des opérations sont effectuées sur de l’information quantique : une opération est exécutée, puis une autre, et encore une, etc On parle d’ailleurs plutôt de « causalité » ici, car il y a l’idée qu’une opération qui en précède une autre peut influencer le résultat de celle-ci

Et qu’en est-il de la flèche du temps ?

Encore une fois, « flèche du temps » peut désigner bien des choses ! Nous percevons nettement une forme de flèche du temps dans notre quotidien. Il y a une asymétrie entre le passé dont nous nous souvenons et sur lequel nous ne pouvons pas influer et le futur que nous ne connaissons pas mais sur lequel on peut a priori agir Mais cette perception semble difficilement conciliable avec les équations de la physique classique, qui sont symétriques par inversion du temps t En revanche, la thermodynamique, avec sa deuxième loi sur l’entropie et ses processus irréversibles, permet de définir une flèche du temps physique Cependant , quand on applique cette flèche du temps thermodynamique

à l’Univers dans sa globalité, on rencontre de nouveaux soucis. Parfois, la flèche du temps peut aussi désigner le « principe de causalité », où « la cause précède toujours l’effet », un principe très cher à la plupart des scientifiques et qui semble tout le temps vérifié de notre point de vue classique

Ce n’est pas le cas en mécanique quantique ?

Dès 1927, Werner Heisenberg déclarait que « la théorie quantique établit l’échec final de la causalité » Ce qu’il entendait par là, c’est que l’idée selon laquelle « en connaissant précisément le présent, on peut prédire le futur » ne tient plus, du fait de son principe d’indétermination (aussi nommé « principe d’incertitude »).

Les partisans de l’école de Copenhague , qui adoptent ce même point de vue, aiment dire qu’ils ont abandonné le principe de causalité, car ils ont mis de côté le but absolu de donner des relations de cause à effet aux phénomènes qu’ils observent. La philosophe néo-kantienne Grete Hermann, qui a grandement clarifié les points de vue des physiciens de l’école de Copenhague, écrivait qu’au fond ils souhaitent tuer le démon de Laplace – cette entité hypothétique qui, connaissant l’entièreté de l’état du monde actuel, serait capable de prédire avec précision le futur En revanche, selon Hermann, la mécanique quantique n’a pas transgressé le principe de causalité, mais l’a affiné, le purifiant de l’hypothèse selon laquelle nous pouvons connaître le présent avec précision

En outre, les résultats expérimentaux autour de la violation des inégalités de Bell montrent que certaines corrélations quantiques entre deux événements ne peuvent pas s’expliquer par le partage d’une cause commune classique (on parle de « non-localité quantique »). Si on voulait les expliquer de cette façon, on serait contraint de faire appel à des influences supplémentaires cachées très exotiques, qui iraient par exemple plus vite que la lumière. Il est important de bien préciser que ces résultats s’expriment dans un cadre informationnel Par « événement », je ne désigne pas, comme en relativité générale, un point de l’espace-temps, mais une expérience de physique, qui agit sur un système portant de l’information quantique, par exemple un photon, et qui produit un résultat que l’on peut enregistrer sous la forme d’une information classique. J’opte ici volontairement pour une description très opérationnelle et pragmatique sans ajouter davantage d’hypothèses

La causalité serait-elle absente en mécanique quantique dans ce cadre ?

Non Dans un cadre informationnel, une relation causale entre deux événements est définie par la façon dont ils peuvent s’influencer en communiquant de l’information Et en théorie de l’information quantique, cette forme de causalité semble a priori toujours préservée.

Je m’explique Prenons Alice qui fait une expérience dans son laboratoire et Bob qui en fait une autre dans le sien Ces deux expériences sont uniques, elles n’ont lieu qu’une seule fois, et on cherche à comprendre comment elles peuvent être liées causalement Dans la théorie quantique standard, il y a plusieurs cas de figure : il y a la situation dans laquelle leurs expériences ne sont pas reliées par une communication (c’est le cas dans les tests de Bell notamment). Mais il y a aussi le cas où après avoir fait sa mesure, Alice envoie un photon à Bob, qui effectue à son tour son expérience. Elle lui communique donc de l’information, qui peut l’influencer En revanche, dans ce cas-là, Bob ne peut pas envoyer d’information à Alice, qui influerait sur son expérience à elle, car elle est dans son passé. Cela reviendrait à une violation directe et naïve du principe de causalité, et engendrerait des paradoxes

Pour résumer, ou bien Alice et Bob sont causalement indépendants, ou bien Alice est dans le passé causal de Bob, ou Bob est dans le passé causal d’Alice En théorie quantique standard, l’ordre causal est donc toujours bien déterminé Mais des physiciens et des informaticiens se sont alors demandé s’il était possible de rendre ces relations causales… quantiques

C’est-à-dire ?

Nous avons inventé une sorte de chat de Schrödinger causal ! Dans l’expérience de pensée de

Le principe du quantum switch est illustré ici par un train dont le chemin dépend du panneau de signalisation. Si ce dernier est sur zéro, le train passe par la gare A puis la gare B. Dit autrement, A est causalement dans le passé de B. Si le panneau est sur 1, c’est l’inverse, B est dans le passé de A. Enfin, si le panneau est dans une superposition des deux états, le train suit les deux chemins en même temps. La causalité devient indéterminée.

Schrödinger, un chat est placé dans une boîte avec un dispositif qui libère un poison si, par exemple, un atome « excité » devient « au repos ». Ainsi, l’état de la particule quantique est intriqué avec l’état « vivant » ou « mort » du chat, si bien que tant qu’on n’en observe aucun des deux, l’état du couple formé par la particule et le chat est indéterminé et inséparable : « l’atome est toujours excité et le chat est vivant » plus « l’atome est au repos et le chat est mort »

Ici, c’est la même chose, mais on remplace « chat vivant » et « chat mort » par les ordres causaux « Alice est dans le passé de Bob » et « Bob est dans le passé d’Alice » On parle d’ailleurs plutôt de « contrôle

quantique » que d’« intrication » : l’état de l’atome, excité ou au repos, contrôle si Alice est dans le passé de Bob ou si c’est l’inverse. Et quand l’atome est dans un état de superposition « excité » plus « au repos », ces ordres causaux interfèrent, et on parle d’interrupteur quantique, ou quantum switch C’est l’exemple le plus simple d’un phénomène tout nouveau que l’on nomme la « causalité indéterminée » (ou « les ordres causaux indéfinis »).

L’idée de causalité indéterminée a vu le jour en 2005, lorsque le physicien Lucien Hardy s’est rendu compte qu’une théorie quantique de la gravité, capable de concilier la relativité générale, où les structures causales ne sont pas figées, et la physique quantique, où les propriétés physiques ne sont pas complètement déterminées, donnerait naissance, dans certains cas, à un nouveau phénomène qui mêlerait ces deux particularités Il a ensuite suggéré l’idée que des ordinateurs qui fonctionneraient sans structure causale déterminée pourraient surpasser les performances des ordinateurs conventionnels (classiques ou quantiques).

En  2009, trois chercheurs italiens , Giulio Chiribella, Giacomo Maura D’Ariano, Paolo Perinotti et le Français Benoît Valiron, aujourd’hui à l’université Paris-Saclay, se sont penchés sur cette question,

© Bruno Vacaro

du point de vue de l’informatique quantique Ils ont cherché à dépasser le cadre causal du calcul quantique standard, qui se limite à exécuter une succession d’opérations logiques sur des qubits Pour y parvenir, leur idée était de développer un calcul quantique « d’ordre supérieur » Dans ce paradigme, l’entrée du calcul n’est plus constituée de simples qubits, mais d’opérations elles-mêmes Le calcul consiste à appliquer une métaopération (ou superopération), c’està-dire une opération agissant directement sur d’autres opérations. Le quatuor de physiciens a alors imaginé un calcul impossible à effectuer de façon standard : au lieu de faire passer votre qubit par une porte logique A puis une porte logique B, ou par la porte B puis la porte A, les chercheurs ont découvert une métaopération, le quantum switch, consistant à mettre ces ordres de passage en superposition : l’état d’un qubit va contrôler de façon quantique l’ordre de passage d’un autre qubit « cible » à travers les portes A et B.

Comment un quantum switch peut-il fournir un avantage computationnel ?

Le principal avantage computationnel du quantum switch se formule ainsi Imaginez que l’on se trouve dans une des deux situations particulières suivantes : ou bien faire passer le qubit cible dans

les ordres « porte A puis porte B » et « porte B puis porte A » donne exactement le même résultat (on dit alors que « A et B commutent ») ; ou bien on obtient le même résultat mais avec un signe opposé (on dit alors que « A et B anticommutent »). Le but du jeu, c’est de pouvoir deviner à coup sûr dans laquelle de ces situations on se trouve, avec un minimum de requêtes des portes à disposition, c’est-à-dire en répétant le moins de fois possible une des deux portes En théorie quantique standard, avec un ordre causal bien déterminé, pour gagner ce jeu, on est

« Nous avons inventé un chat de Schrödinger

obligé de faire passer notre qubit cible au moins deux fois à travers une même porte : par exemple par A , puis B, puis à nouveau A . Avec un quantum switch, pas besoin ! En fonction de l’état superposé dans lequel on trouve le qubit de contrôle via une mesure après passage du qubit cible par A et B, on peut détermi-

Le « quantum switch » est bien un processus physique, qui a été effectué dans des expériences

ner avec certitude si A et B commutent ou anticommutent, en utilisant chacune de ces portes une seule fois ! Ça peut paraître très abstrait, mais ce simple avantage est susceptible d’être appliqué dans plusieurs protocoles plus complexes, en communication, métrologie et informatique quantiques

Peut-on opérer un quantum switch ?

Actuellement, nous sommes en pleine exploration de ce nouveau territoire Pour cela, un formalisme inédit a dû être développé, car il ne s’agit plus de la théorie quantique standard, mais d’une théorie quantique d’ordre supérieur Techniquement, cela s’appelle le « formalisme des matrices de processus » (process matrix formalism en anglais, qui a été introduit en 2011 par Ogynan Oreshkov, Fabio Costa et Časlav Brukner). On manipule toujours des matrices, des tableaux de nombres, mais elles sont beaucoup plus grosses qu’en mécanique quantique standard : elles correspondent aux métaopérations, les « processus » qui encodent la façon dont les opérations d’Alice et de Bob peuvent communiquer entre elles. Le formalisme contient aussi sa propre façon de calculer les probabilités, structurellement très similaire à celle de la mécanique quantique standard (la règle de Born). Et il y a plein d’autres analogies. Par exemple, les ordres causaux indéterminés y sont représentés par la notion de non-séparabilité causale, qui joue conceptuellement un rôle similaire à celui de l’intrication dans le formalisme habituel Malgré tous ces points communs, comme ce nouveau formalisme est d’ordre supérieur, nous n’avons pas les mêmes repères, les mêmes intuitions, entre ce formalisme d’ordre supérieur et la théorie quantique. Il est, par exemple, difficile de déterminer quels systèmes présentant une « non-séparabilité causale » sont physiques, c’est-à-dire que l’on pourrait tester

Intrication quantique et causalité indéterminée

Il existe de nombreuses analogies entre l’intrication quantique et la causalité indéterminée, sans pour autant qu'il y ait une équivalence formelle parfaite. Les physiciens sont amenés à adapter les outils mathématiques de l’intrication quantique pour le cas de la causalité indéterminée.

Dans l’expérience du chat de Schrödinger, l’état de l’atome (« au repos » ou « excité ») détermine l’état du chat (« vivant » ou « mort »).

Avant d’ouvrir la boîte pour constater dans quel état se trouve le chat, le système est décrit par la somme de deux phrases quantiques : « atome excité et chat vivant » plus « atome au repos et chat mort », où plus a un sens mathématique particulier. On constate qu’il n’est pas possible de séparer d’un côté les propriétés de l’atome et, de l’autre, celles du chat. Il y a donc des corrélations entre leurs propriétés. On parle d’intrication quantique.

Lorsque Alice et Bob mènent chacun une expérience dans son laboratoire, il y a trois possibilités : Alice est dans le passé de Bob (à la fin de son expérience, Alice peut envoyer un message et influer sur l’expérience de Bob) ; Bob est dans le passé d’Alice ; les deux événements ne sont pas causalement connectés (c’est le cas dans un test de Bell sur l’intrication quantique). Dans ces cas, la causalité est bien établie. Il est possible de créer un « chat de Schrödinger causal », une somme similaire de phrases quantiques où « chat vivant » et « chat mort » sont remplacés par « Alice est dans le passé de Bob » et « Bob est dans le passé d’Alice ». La causalité est alors indéterminée et il y a une nonséparabilité causale des deux événements.

Inégalités de Bell

Dans une expérience, dite « test de Bell », on mesure les propriétés de deux particules intriquées. On calcule alors des corrélations. Si celles-ci violent certaines inégalités, il faut conclure que ces corrélations ne peuvent pas être expliquées par une origine commune classique des deux particules. Les expériences d’Alain Aspect au début des années 1980 ont confirmé que la nature présente des corrélations qui ne peuvent être expliquées de façon classique.

Certains systèmes quantiques sont intriqués, c’est-à-dire que la phrase quantique qui les décrit ne peut pas être séparée pour les décrire indépendamment l’un de l’autre, mais insuffisamment pour violer les inégalités de Bell. C’est le cas, par exemple, de certains états intriqués imparfaits, mélanges d’intrication pure et d’aléatoire classique qui s’apparente à une perturbation, un bruit qui altère les corrélations.

Inégalités causales

Par analogie avec les inégalités de Bell, il est possible d’établir des inégalités causales de sorte qu’une structure de communications engendrant des corrélations qui violeraient ces inégalités serait non causale. Il serait possible alors d’influer sur le passé, sans nécessairement produire des paradoxes temporels. Ces structures sont néanmoins pour le moment hypothétiques ; leur physicalité reste une question ouverte.

Le quantum switch est l’exemple canonique de la non-séparabilité causale. Cependant, il ne viole pas les inégalités causales, même s’il n’est pas bruité. Il n’est pas indispensable d’avoir un système quantique pour exhiber de la non-causalité. Le modèle cosmologique de Gödel dans le cadre de la relativité générale présente des boucles causales qui permettent d’influer sur le passé. Le processus de Lugano est un autre exemple, particulièrement surprenant, car il s’apparente à deux boucles causales enchevêtrées de sorte qu’elles n’engendrent pas de paradoxes et ne contraignent pas le libre arbitre des observateurs.

dans une expérience, et ceux qui sont juste des abstractions mathématiques, qui ne correspondent à rien dans le monde réel. Un des axes de recherche en causalité indéterminée, c’est de définir des critères de physicalité pour savoir si un processus causalement non séparable est réalisable expérimentalement, ou non (les configurations qui seraient juste des abstractions mathématiques sont moins intéressantes pour nous). Dans mon travail, je développe des outils théoriques de certification L’idée est que des expérimentateurs puissent concevoir des expériences, prendre des données et ensuite appliquer mes outils pour prouver qu’il y a non-séparabilité causale Dans le cas du quantum switch, les spécialistes ont conclu qu’il s’agit bien d’un processus physique D’ailleurs, il a été accompli plusieurs fois dans des expériences avec des photons (notamment en 2014 et 2016 par une équipe à Vienne, et en 2018 à Brisbane). Celles-ci sont conceptuellement assez simples On choisit deux propriétés d’un photon : l’une sert de qubit cible, manipulé et mesuré par Alice et par Bob dans leurs laboratoires respectifs (par exemple la structure spatiale du photon, c’est-à-dire la forme que prend l’onde lumineuse dans l’espace), et l’autre joue le rôle de qubit de contrôle (par exemple sa polarisation). Grâce à un assemblage astucieux de miroirs et de polariseurs, l’état de contrôle guide le photon d’abord chez Alice puis chez Bob (si la polarisation est horizontale), ou chez Bob puis chez Alice (si la polarisation est « verticale »). Et bien sûr, les choses deviennent fascinantes lorsque le qubit de contrôle est en superposition (polarisation « diagonale », c’est-àdire « horizontale » plus « verticale ») : on obtient alors un quantum switch

Les outils pour tester la causalité d’un processus, sont-ils des sortes d’inégalités de Bell ?

Ils leur sont analogues. On fonctionne souvent par analogie avec la violation d’inégalités de Bell par certains états intriqués On développe donc des inégalités causales Puis on regarde si les résultats statistiques, les « corrélations », produites par certains processus causalement non séparables conduisent à leur violation Cependant, cette analogie n’est pas parfaite, il faut donc travailler pour l’adapter C’est un défi très stimulant. Et, comme pour l’intrication, il y a toute une zoologie de non-séparabilités causales, avec plein de subtilités

Prenons le quantum switch qui est l’exemple canonique de la causalité indéterminée. Or, lui, en l’occurrence, il est causalement non séparable (on ne peut pas l’interpréter comme correspondant à un ordre

causal bien déterminé où Alice est avant Bob ou Bob est avant Alice), mais il n’est pas assez fort, pas suffisamment bizarre, pour conduire à une violation d’inégalité causale Autrement dit, les corrélations qu’il engendre ont une interprétation causale C’est assez analogue à certains états intriqués, dans des systèmes bruités par exemple, qui ne peuvent pas conduire à la violation d’inégalités de Bell, car les corrélations qu’ils engendrent ont une explication classique (fondée sur l’existence d’une cause commune classique). On a donc dû concevoir des méthodes alternatives pour caractériser le quantum switch et le mettre en évidence expérimentalement

Avec mes collègues Julian Wechs, Alastair Abbott, et mon directeur de thèse Cyril Branciard, de l’institut Néel, à Grenoble, nous avons développé de tels outils et nous avons aussi généralisé le concept du quantum

Dans le processus de Lugano, il n’y a ni passé, ni futur, ni paradoxes !

switch et nous avons identifié une grande famille de processus causalement non séparables réalisables expérimentalement, les « circuits quantiques avec contrôle quantique d’ordres causaux » Nous avons alors découvert un processus encore plus bizarre, le processus de Grenoble, dans lequel la causalité indéterminée s’établit de façon dynamique (l’ordre causal des opérations n’est pas complètement contrôlé par un état quantique mais aussi par les résultats des opérations). Puis, pendant mon postdoc à Barcelone, je me suis intéressé à la non-causalité, le phénomène qui résulte de la violation d’inégalités causales Et là, on voit des choses vraiment très étranges… on peut avoir des processus classiques non causaux !

Qu’est-ce que cela signifie ?

On peut commencer par remarquer que la comparaison avec les inégalités de Bell ne marche pas vraiment ici Une inégalité de Bell fait la distinction entre des corrélations qui peuvent être expliquées par une cause commune classique et celles qui ne le peuvent pas, et qui sont établies dans des scénarios où il est interdit de communiquer Mais dans les scénarios que l’on étudie ici, il n’est pas question de cause commune, mais de relations de cause à effet directes. On a justement le droit de communiquer N’importe quelle ressource de communication classique, causale ou non,

va donc conduire à une violation d’inégalité de Bell, parce qu’elle sort des règles du scénario

Cela suggère que la non-séparabilité causale et la non-causalité ne constituent pas quelque chose de fondamentalement quantique Il pourrait bien exister des structures d’échanges d’information classique qui seraient incompatibles avec une causalité bien déterminée

Si on s’arrête un moment pour réfléchir à ces constatations, il y a de quoi être perturbé Dans le monde classique, la causalité semble être quelque chose de très fondamental, la cause précède a priori toujours l’effet Mais il faut tout de même rappeler qu’ici on ne regarde pas des (qu)bits et des opérations sur ces (qu)bits, mais des métaopérations, c’est-à-dire les connectivités entre les événements Il s’agit d’objets d’ordre supérieur, et l’intuition nous fait cruellement défaut pour les appréhender

A-t-on des exemples de non-causalité classique ?

La relativité générale conduit parfois à de telles situations. Par exemple, en 1949, Kurt Gödel a imaginé un modèle cosmologique, solution des équations d’Einstein, assez étonnant Dans cet univers théorique en rotation, on trouve des trajectoires spatiotemporelles qui permettent de retourner à son point de départ, des courbes temporelles fermées qui sont des boucles causales Cela signifie que l’on peut influer sur un événement du passé ! Le modèle de Gödel ne décrit pas notre Univers, mais il montre que les équations de la physique classique semblent autoriser en théorie d’envoyer de l’information dans le passé

Le problème ici c’est que généralement , qui dit « voyage dans le temps » dit aussi émergence de paradoxes, comme le « paradoxe du grand-père », dans lequel un effet supprime sa propre cause C’est l’histoire du voyageur qui remonte le temps, provoque accidentellement la mort de son grand-père jeune… et ne peut donc pas être né, et ne peut donc pas avoir tué son grand-père… Il y a aussi le « paradoxe de l’écrivain », où un effet est sa propre cause C’est l’histoire de l’autrice qui s’est vu remettre un livre à son nom, le publie puis remonte le temps pour le transmettre à sa version plus jeune… si bien que le livre existe sans avoir été écrit

Quand on joue avec la causalité, l’émergence de paradoxes est-elle inévitable ?

On pourrait croire que oui. C’est ce que pensait Stephen Hawking, qui conjecturait que les lois de l’Univers agiraient comme une sorte de police

temporelle qui empêcherait la présence de boucles causales, et permettraient ainsi aux historiens de dormir tranquille. Mais il existe un point de vue moins radical , le principe de cohérence d’Igor Novikov, qui postule simplement l’impossibilité de créer des paradoxes, sans pour autant impliquer que les boucles causales ne peuvent pas exister : vous auriez beau essayer d’assassiner votre ancêtre après être remonté dans le passé, l’Univers ferait tout pour vous en empêcher… Pas de paradoxes donc, mais une certaine privation de liberté.

Dans le même esprit , certains ont essayé de chercher une solution à ces paradoxes du côté de la théorie de l’information quantique Ils ont formulé des modèles de courbe temporelle fermée dans un langage opérationnel , sans référence à la notion d’espace-temps, dans lesquels les paradoxes seraient évités en se basant sur l’interprétation des mondes multiples d’Everett (notamment le modèle de David Deutsch, qui suggère que des mondes où le grandpère est tué et d’autres où il ne l’est pas peuvent coexister), ou sur une sorte de téléportation quantique dans le passé qui n’aurait lieu que si aucun paradoxe n’est produit (modèle de post-sélection). Mais ces modèles ne sont pas satisfaisants pour autant, car ils permettent, en général, d’effectuer des tâches interdites en physique quantique (par exemple cloner de l’information quantique ou faire parfaitement la différence en une seule mesure entre un état superposé et les états qui le composent).

Éviter les paradoxes implique donc toujours une privation de liberté ou l’émergence de tâches interdites ?

C’est là que vient la vraie surprise ! Il se trouve que le formalisme des matrices de processus peut être interprété comme un cas particulier du modèle de post-sélection. Et pas n’importe lequel. Toutes les métaopérations issues de ce formalisme sont, par construction, toujours parfaitement logiquement cohérentes, ne conduisent jamais à des tâches interdites… et le tout sans privation de liberté ! On peut donc avoir de la non-causalité, qui autoriserait des sortes de boucles causales, mais ces boucles ne produisent pas de paradoxe et ne contraignent pas le libre arbitre des personnes prises à l’intérieur. Je travaille actuellement sur l’une d’entre elles, le processus de Lugano , découvert en  2014 par Mateus Araújo , de l’université de Valladolid , en Espagne, Adrien Feix, qui était alors à l’université de Vienne, en Autriche, Ämin Baumeler et Stefan Wolf, de l’université des sciences informatiques, à

Lugano, en Suisse Il s’agit d’un entrelacs d’échanges d’information entre trois personnes (Alice, Bob et Charlie ), chacune libre de faire les expériences qu’elle veut dans son laboratoire Et ce qui est fascinant avec ce processus , c’est que malgré sa structure très simple, il n’y a ni passé, ni futur, ni paradoxes… le tout sans aucun effet quantique, car seule de l’information classique est communiquée C’est assez incroyable Essayez d’imaginer qu’il n’y a pas de passé global, Alice, Bob et Charlie sont imbriqués dans le passé des uns et des autres, et il n’y a jamais de paradoxe ! C’est du vrai pain bénit pour les auteurs et autrices de science-fiction

Quelles sont les perspectives dans ce domaine ?

Un des grands enjeux aujourd’hui c’est d’essayer de comprendre si de tels processus sont physiques ou justes des abstractions mathématiques. On ne sait pas, par exemple, si le processus de Lugano est réalisable physiquement Or, récemment, Ravi Kunjwal, du Laboratoire d’informatique et des systèmes, à Marseille, et Ämin Baumeler ont découvert que ce processus est intimement lié à un phénomène connu sous le nom de « non - localité sans intrication » Avec une doctorante de mon institut, Anna Steffinlongo, dans un article en cours d’évaluation par les pairs, nous avons exploité ce lien pour établir une relation entre le processus de Lugano et le quantum switch Nous avons montré qu’il est possible de réaliser le phénomène de non-localité sans intrication rattaché au processus de Lugano avec un quantum switch, ce qui suggère qu’il serait possible de simuler l’étrange boucle causale avec un quantum switch. Ces résultats pourraient suggérer l’émergence d’une nouvelle interprétation physique de ces communications non causales, mais de nombreuses questions restent encore sans réponse Depuis cinq ans environ, le nombre d’articles au sujet de la causalité indéterminée augmente rapidement Le sujet intéresse aussi bien des physiciens théoriciens que des expérimentateurs qui souhaitent mettre en œuvre des quantum switch et leurs variantes, mais aussi, et surtout, des informaticiens Ensemble, nous explorons comment cette nouvelle ressource peut être exploitée pour augmenter la puissance des algorithmes quantiques, et quels avantages inédits elle offre dans les domaines des communications, de la métrologie, et de la cryptographie quantiques n Propos recueillis par Sean Bailly

Cet entretien du physicien Hippolyte Dourdent est le quatrième volet d’une longue interview à l’occasion des cent ans de la mécanique quantique, où le chercheur revient sur l’histoire de sa discipline et sur les concepts fondamentaux, comme l’intrication, au cœur de la seconde révolution quantique. Retrouvez l’intégralité de l’entretien sur le site internet de Pour la Science.

BIBLIOGRAPHIE

A. Steffinlongo et H. Dourdent, Simulating noncausality with quantum control of causal orders, en ligne sur arXiv, 2025.

R. Kunjwal et Ä. Baumeler, Trading causal order for locality, Physical Review Letters, 2023.

J. Wechs et al., Quantum circuits with classical versus quantum control of causal order, PRX Quantum, 2021. Ä. Baumeler et S. Wolf, The space of logically consistent classical processes without causal order, New Journal of Physics, 2016.

G. Chiribella et al., Quantum computations without definite causal structure, Physical Review A , 2013.

L. Hardy, Probability theories with dynamic causal structure : A new framework for quantum gravity, en ligne sur arXiv, 2005.

La Fondation Bettencourt Schueller soutient les sciences de la vie

Impulscience ® Lauréats 2025

De gauche à droite : Filipe Pinto Teixeira Centre de Biologie Intégrative, Toulouse | Germán Sumbre Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure, Paris | Camille Berthelot Institut Pasteur, Paris | Raphaël Ceccaldi Institut Curie, Paris Sophie Polo Université Paris Cité | Sagar Bhogaraju Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire, Grenoble Gergő Gógl Institut de Biologie Valrose, Nice

Impulscience® attribue chaque année sept soutiens d’envergure à des chercheuses et chercheurs en France. Ce programme a pour objectif de soutenir le développement de projets de recherche fondamentale en sciences de la vie. La Fondation accompagne nancièrement chaque projet sur une durée de 5 ans à hauteur de 2,3 millions d’euros.

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© William Beaucardet

Ce bruant à gorge blanche arborant des raies blanches sur la tête est-il mâle ou femelle ? Impossible de le savoir uniquement en regardant son plumage.

L’oiseau

« aux quatre sexes »

Donna L. Maney

Les bruants à gorge blanche présentent des comportements et des traits que l’on associe habituellement au sexe. Or ceux-ci sont dus à des gènes qui ne se trouvent pas sur les chromosomes sexuels…

Chez de nombreuses espèces d’animaux, dont l’humain, les caractéristiques que l’on associe habituellement au sexe ne se répartissent pas selon deux catégories nettes.

Chez le bruant à gorge blanche, l’agressivité territoriale, le comportement parental et les couleurs du plumage sont indépendants des gonades.

Ces traits sont dus à un chromosome non sexuel qui coexiste sous deux versions incapables de se recombiner entre elles sur une vaste portion.

C’est dans cette portion que se situent plusieurs gènes dont l’activité module ces traits.

par une belle journée de printemps dans un jardin d’Amérique du Nord, vous observez un couple de petits oiseaux chanteurs bruns qui voltigent, leur gorge blanche scintillant au soleil. L’un d’eux arbore sur sa tête des rayures noir et blanc éclatantes et émet de temps en temps son chant, un sifflement clair et fort sur deux notes prolongées. Son partenaire est plus terne, avec des rayures fauve et gris sur la tête et la gorge striée de bandes brunes Vous inspirant de la sagesse populaire sur les oiseaux chanteurs –  selon laquelle les mâles sont souvent plus tapeà-l’œil et tapageurs et les femelles plus camouflées et silencieuses, vous décidez d’appeler Roméo le chanteur au plumage brillant et Juliette son discret compagnon. Mais plus tard dans la journée, vous remarquez que Juliette est accrochée à la clôture et qu’elle chante à tue-tête Son chant est encore plus puissant et démonstratif que celui de Roméo. Les femelles chantent-elles, vous interrogez-vous ? C’est alors que Roméo apporte une brindille au nid du couple,

L'essentiel

caché sous un arbuste Or votre guide des oiseaux indique que chez cette espèce, la femelle construit le nid toute seule. Que se passe-t-il donc ?

Il s’avère qu’en nommant ce couple Roméo et Juliette, vous avez commis la même erreur que Jean Audubon, artiste et naturaliste américain d’origine française qui, au XIXe siècle, dans l’aquarelle qu’il a exécutée de cette espèce, a qualifié de « mâle » l’individu coloré du couple et de « femelle » l’individu terne Roméo ressemble peut-être à un mâle, même pour un expert en oiseaux comme Audubon, mais il construit un nid et y pond Et Juliette a des testicules et défend le territoire du couple en chantant seule ou aux côtés de Roméo, qui chante également

Chromosomes clés

Juliette et Roméo sont des bruants à gorge blanche (Zonotrichia albicollis) À première vue, les membres de cette espèce parmi les oiseaux chanteurs – ou oscines – paraissent plutôt ordinaires Par exemple, comme chez beaucoup d’autres espèces de ce groupe, l’un des membres de chaque couple reproducteur a un plumage plus éclatant – son apparence est celle que, classiquement, on associe à un mâle chez les oscines, tandis qu’il est tentant d’assimiler l’autre, plus terne, à une femelle

Mais en y regardant de plus près, le bruant à gorge blanche est tout à fait remarquable Si on supposait que l’oiseau le plus éclatant de chaque couple reproducteur est le mâle, on n’aurait raison que dans

Couples reproducteurs typiques

MORPHE À RAIES BLANCHES

MORPHE À RAIES OCRE

Supergène

Supergène

Zonotrichia albicollis

la moitié des cas : dans environ 50 % des cas, l’oiseau au plumage le plus éclatant porte les ovaires et le plus terne, les testicules.

Les chercheurs savent depuis les années 1960 que le bruant à gorge blanche se présente sous deux formes colorées : un « morphe à raies blanches », plus éclatant, et un « morphe à raies ocre », plus sobre. Même si la morphologie n’a rien à voir avec le sexe – les individus de chaque morphe ont la même probabilité d’avoir des ovaires ou des testicules –, les oiseaux y prêtent tout de même attention lorsqu’ils choisissent leur partenaire Qu’ils soient mâles ou femelles, ceux qui portent des raies ocre choisissent presque toujours un compagnon à raies blanches,

L’AUTRICE

Donna L. Maney neuroscientifique à l’université Emory, à Atlanta, aux États-Unis. Ses recherches actuelles portent sur la manière dont le sexe et le genre sont traités en tant que variables dans la recherche biomédicale.

Une stratégie d’accouplement inhabituelle

Le bruant à gorge blanche se présente sous deux formes : le morphe à raies blanches et le morphe à raies ocre. Les oiseaux de chaque forme ont la même probabilité d’avoir des ovaires ou des testicules. Lorsqu’ils choisissent leurs partenaires, ils tiennent compte à la fois du sexe et du morphe, qui sont tous deux associés à des chromosomes particuliers.

Les chromosomes sexuels sont le « Z » et le « W ». En général, les individus qui portent à la fois le Z et le W développent des ovaires, tandis que ceux avec deux copies du Z ont des testicules. Le morphe de couleur est associé au chromosome 2 qui, chez le bruant à gorge blanche, se présente sous une version « standard » et une version réarrangée qui contient ce que l’on appelle un « supergène ». Les oiseaux dotés de ce supergène sont, en moyenne, plus territoriaux et moins parentaux que les autres. Les oiseaux à raies blanches choisissent généralement des oiseaux à raies ocre pour compagnons, et vice versa

© Rebecca Gelernter, d’après J. F. McLaughlin et al., Integr. Comp. Biol., 2023 (encadré) ; © Chris Goode (portrait)

et vice versa : une femelle à raies ocre, par exemple, s’accouplera avec un mâle à raies blanches. Chaque oiseau ne choisit donc son partenaire que parmi 25 % de la population

Cette situation intéressante et complexe a valu à l’espèce le surnom d’« oiseau aux quatre sexes » Mais soyons clairs, le bruant à gorge blanche n’a pas quatre types de gonades différents Comme chez les autres oiseaux, chaque individu possède en général soit deux testicules, qui produisent des spermatozoïdes, soit deux ovaires – dont un seul fonctionnel Néanmoins, comme l’ont montré des recherches récentes, cette espèce a beaucoup à nous apprendre sur la nature de la variabilité sexuelle, c’est-à-dire sur la façon dont les comportements associés aux traits sexués sont influencés par les gènes, par la structure complexe des chromosomes liés au sexe et par l’évolution de la reproduction sexuée elle-même Elle met aussi en exergue les limites d’une classification du vivant strictement binaire – mâle ou femelle.

Des couleurs inscrites dans le chromosome 2

J’ai passé les vingt-cinq dernières années à étudier cette espèce fascinante, en essayant de comprendre comment le comportement social influence l’évolution de la structure des génomes et inversement. Le bruant à gorge blanche est un modèle particulièrement intéressant pour ce type de recherche, car son sexe et sa forme colorée sont associés à des chromosomes distincts Ses chromosomes sexuels, appelés Z et W chez les oiseaux, déterminent si les gonades primaires se développent en ovaires ou en testicules Les individus qui portent à la fois le Z

et le W développent généralement des ovaires, tandis que ceux qui possèdent deux copies du Z ont des testicules. La forme colorée, quant à elle, est associée au chromosome 2. Comme les chromosomes sexuels, celui-ci se présente sous deux versions chez le bruant à gorge blanche Celle que nous appellerons la « version standard » est la première que les biologistes ont séquencée L’autre est une version réarrangée qui contient un « supergène » – un ensemble de gènes liés entre eux Qu’ils soient mâles ou femelles, les oiseaux qui possèdent une copie du supergène développent des raies blanches, tandis que ceux qui arborent uniquement le chromosome standard développent des raies ocre

Techniquement, les morphes du bruant à gorge blanche ne sont pas des sexes Néanmoins, les versions standard et supergène du chromosome 2 partagent des caractéristiques avec les chromosomes sexuels humains X et Y, respectivement. Dans un couple reproducteur typique , un oiseau possède deux copies de la version standard, analogues au génotype XX chez l’humain L’autre présente une copie de la version standard et une copie du supergène, ce qui correspond au génotype XY De même que les humains avec deux chromosomes Y sont rares, le nombre de bruants à gorge blanche avec deux copies du supergène est infime Presque tous les oiseaux du morphe à raies blanches portent une version standard du chromosome 2 et une version avec le supergène

Par conséquent , la moitié de la progéniture de chaque couple reproducteur héritera du supergène, l’autre non

La version supergène du chromosome  2 ressemble au chromosome Y des mammifères à d’autres égards

problème majeur tant qu’il existe à proximité une autre copie de la même version du chromosome avec laquelle s’aligner et échanger des gènes. Mais pour la version supergène du chromosome 2, il n’y en a généralement pas : comme c’est le cas pour le chromosome Y des mammifères, les individus possédant cette version n’en ont généralement qu’un seul exemplaire Ainsi, alors que chez les oiseaux à raies ocre les deux copies de la version standard du chromosome 2 se recombinent librement, chez les oiseaux à raies blanches la version supergène du chromosome est isolée, incapable de se recombiner avec un partenaire

À cause de cet isolement, les séquences géniques à l’intérieur du supergène ont lentement divergé de la portion correspondante sur la version standard, devenant de moins en moins semblables à celle-ci au fil du temps. Le fait d’échapper à la recombinaison entraîne aussi le verrouillage des gènes à l’intérieur du supergène, ce qui signifie que chaque oiseau à raies blanches hérite d’un grand bloc de gènes de plus en plus différenciés. Ces variations géniques se traduisent par des différences de plumage et de comportement

On retrouve ici , dans les grandes lignes , ce que décrit une théorie classique de l’évolution

Quelles que soient leurs gonades, les oiseaux à raies blanches défendent leur territoire de reproduction plus vigoureusement que leurs homologues à raies ocre

Pour comprendre ces similitudes, examinons comment il est apparu En 2008, le généticien James Thomas, alors à l’université Emory, aux États-Unis, et ses collègues ont démontré que le supergène lui - même est constitué de plusieurs inversions , c’est- à - dire de vastes portions de la séquence d’ADN qui se sont retournées de 180  degrés par rapport à la séquence standard La région réarrangée est si grande que les deux versions du chromosome  2 ne peuvent pas s’aligner précisément l’une à côté de l’autre et échanger leurs gènes – un processus nommé « recombinaison » En général, les séquences non appariées ne posent pas de

des chromosomes sexuels Selon celle-ci, chez les mammifères la suppression de la recombinaison des chromosomes X et Y a provoqué la perte progressive de la fonction de gènes, voire la perte de gènes entiers Au fil du temps, le chromosome Y a dégénéré au point de ne plus partager qu’une poignée de gènes avec le X. Le même scénario s’est produit pour les chromosomes sexuels d’une grande variété d’espèces, dont des oiseaux et de nombreux insectes : un chromosome associé au développement testiculaire ou ovarien a cessé de se recombiner avec son ancien partenaire et s’est différencié La version supergène du chromosome 2 du bruant à gorge blanche semble

être dans la même situation Pour étudier ce parallèle de plus près , nous avons collaboré avec des chercheurs de l’équipe de Soojin Yi, à l’institut de technologie de Géorgie, aux États-Unis Notre étude a révélé que le supergène ne présente que des signes minimes de dégénérescence Ainsi, même si le chromosome contenant le supergène évoque à bien des égards l’évolution d’un chromosome sexuel, nous ne voyons pas de preuve évidente que, dans un avenir proche, il deviendra petit comme le Y

Le chromosome 2 du bruant à gorge blanche se rapproche aussi du système chromosomique des mammifères par ses conséquences sur le comportement Les oiseaux dotés du supergène – à raies blanches – défendent leur territoire de reproduction plus vigoureusement en moyenne que leurs homologues à raies ocre, qui passent plus de temps à apporter de la nourriture à leur progéniture En d’autres termes, des comportements que l’on s’attend à voir associés au chromosome Y chez les mammifères – à savoir la priorité donnée à l’agression territoriale plutôt qu’aux soins parentaux – sont associés au supergène, même si celui-ci n’est pas situé sur un chromosome sexuel : ces comportements sont dissociés des gonades

Cette dissociation rend l’espèce particulièrement précieuse pour comprendre l’évolution des traits et des comportements liés au sexe. Chez le bruant à gorge blanche, les comportements « masculins » et « féminins » se répartissent d’une manière clairement orthogonale au sexe gonadique Les oiseaux à raies blanches dotés d’ovaires se comportent d’une manière plus masculine qu’on ne l’attend pour des oiseaux chanteurs femelles, tandis que les oiseaux à raies ocre avec testicules ont une apparence et un comportement relativement féminins Puisque ces différences sont liées à une séquence génétique qui n’est pas associée aux chromosomes sexuels, le supergène, ce dernier constitue un outil important pour identifier les variants de gènes qui orientent un bruant vers un comportement ou un autre indépendamment de ses gonades

Un gène impliqué dans l’agressivité territoriale

Dans les années 1940, le généticien Theodosius Dobzhansky, auteur de la célèbre phrase : « Rien n’a de sens en biologie, si ce n’est à la lumière de l’évolution », avançait que les inversions chromosomiques procurent un avantage adaptatif parce qu’elles

Chez le bruant à gorge blanche, les oiseaux à raies blanches (à droite) et ceux à raies ocre (à gauche) chantent tous les deux.

capturent et maintiennent ensemble des variants géniques dont l’héritage conjoint est bénéfique Les inversions qui composent le supergène du bruant à gorge blanche ont capturé environ 1 000 gènes, qui se différencient lentement des versions standard –ce qui constitue certainement une riche source de possibilités de coadaptation.

Dans mon laboratoire à l’université Emory, nous sommes donc partis à la recherche, au sein du supergène, de variants géniques qui orientent le comportement des bruants à raies blanches et à raies ocre dans un sens ou dans un autre Nous savions que la concentration dans le sang des hormones stéroïdiennes – la testostérone chez les mâles et l’estradiol chez les femelles – est plus élevée chez les oiseaux à raies blanches que chez les morphes à raies ocre Cette distinction expliquait-elle les différences de comportement ? Non : lorsque nous avons égalisé expérimentalement la concentration sanguine des hormones stéroïdiennes entre les morphes, les oiseaux à raies blanches sont restés plus agressifs Et si ces oiseaux étaient simplement plus sensibles à leurs propres hormones stéroïdiennes en circulation ? Mais dans ce cas, quel mécanisme biologique leur conférait cette sensibilité ?

Dans les années 2010, pour répondre à cette question, mon collègue Brent Horton et moi-même avons rassemblé une équipe avec l’idée d’adopter une approche neuroscientifique Notre raisonnement était le suivant : la sensibilité accrue aux hormones stéroïdiennes chez les oiseaux à raies blanches était peut-être due à une concentration plus élevée de récepteurs de ces hormones dans le cerveau Et de fait, dans une partie du cerveau associée aux comportements reproductifs, les oiseaux à raies blanches se sont révélés présenter une activité extraordinairement élevée d’un gène codant un récepteur d’hormones stéroïdiennes important pour l’agressivité territoriale. Or ce gène, ESR1, est situé dans la région du chromosome 2, qui correspond à l’emplacement des inversions ! Au cours de l’évolution, le variant d’ESR1 que porte le supergène a divergé génétiquement de son homologue sur le chromosome standard Cette divergence a stimulé l’activité du variant : nous avons observé que les oiseaux à raies blanches produisent davantage de récepteurs hormonaux codés par ESR1 dans la région cérébrale associée aux comportements reproductifs En outre, plus l’expression de ce variant est importante chez ces oiseaux, plus ils sont agressifs Nous tenions une preuve décisive !

En  2020, pour démontrer que le récepteur hormonal codé par ESR1 joue un rôle causal dans

L’artiste et naturaliste du XIXe siècle Jean Audubon, qui a représenté ici les deux morphes du bruant à gorge blanche, pensait à tort que les individus à raies blanches étaient tous des mâles et leurs congénères à raies ocre, des femelles.

le comportement agressif des oiseaux à raies blanches, Jennifer Merritt, alors étudiante à l’université Emory, a entrepris de manipuler les produits du gène ESR 1 Nous avons émis l’hypothèse que si les oiseaux à raies blanches étaient plus agressifs en raison d’une concentration plus élevée du récepteur hormonal , la di ff érence de comportement disparaîtrait quand on réduirait la quantité exprimée dans la région cérébrale en question, de façon qu’elle atteigne le même niveau que chez les oiseaux à raies ocre. Comme prévu, les oiseaux à raies blanches, qui produisaient moins de récepteurs, n’ont pas montré plus d’agressivité que leurs congénères à raies ocre. Autrement dit, nous avions réussi à modifier leur comportement en changeant l’activité d’un seul gène !

La découverte était excitante, mais nous ne nous faisions pas d’illusion : ce gène à lui seul ne suffisait certainement pas à expliquer le comportement agressif des oiseaux à raies blanches Nous pensons, comme Dobzhansky, que de multiples gènes qui se sont coadaptés au sein du supergène influencent le comportement de ces passereaux . Notre analyse génomique du supergène, dirigée par Wendy Zinzow-Kramer, chercheuse à l’université Emory, a en effet montré qu’ESR1 fait partie d’un vaste réseau de gènes impliqués dans l’agressivité territoriale. Peut- être ces gènes agissent- ils ensemble d’une manière ou d’une autre pour modifier à la fois le plumage et le comportement. Sachant que les voisins de gènes influents sont susceptibles d’avoir des fonctions apparentées , nous avons porté notre attention sur un gène presque adjacent à ESR1 dans le supergène. Connu sous le nom de VIP, ce gène est largement exprimé dans le cerveau des vertébrés et influence une variété de comportements sociaux Chez les oiseaux chanteurs, il favorise l’agressivité lorsqu’il est exprimé dans une certaine région du cerveau, et le comportement parental dans une autre Étant donné que ces comportements sont ceux qui di ff èrent entre les morphes des bruants à gorge blanche, ce gène était un candidat de choix pour une étude plus approfondie

Une part épigénétique

En 2020, Brent Horton et son équipe ont montré que dans la région du cerveau où VIP est associé à l’agressivité, l’activité de ce gène est plus élevée chez l’oiseau à raies blanches que chez l’autre morphe En revanche, dans la région cérébrale où VIP est associé à un comportement parental, c’est l’inverse qui se produit Comme les oiseaux à raies blanches sont

plus agressifs et leurs congénères à raies ocre sont plus investis dans les soins parentaux, cette découverte suggère fortement que VIP intervient bien dans les différences de comportement Mais comment l’expression d’un même variant génique estelle stimulée dans une région cérébrale et réduite dans une autre ?

En  2022, une équipe sous la houlette de Mackenzie Prichard, alors boursière à l’université Emory, a fourni un indice important : le variant de VIP que porte le supergène diffère génétiquement de la version standard , mais aussi sur un autre plan La molécule d’ADN porte des marqueurs chimiques qui ne font pas partie de sa séquence et qui modifient l’expression des gènes – on parle d’« épigénétique » Lorsque certains marqueurs s’attachent sur un gène, ils sont susceptibles de le réduire au silence Or, dans la région cérébrale où VIP favorise l’agressivité, le variant présent dans le supergène porte beaucoup moins de ces marqueurs Nous ne comprenons pas encore bien les mécanismes qui régulent ces derniers, mais il est probable que leur présence moindre dans le supergène entraîne une production accrue du peptide codé par VIP dans cette région cérébrale des morphes à raies blanches La situation semble différente dans la région cérébrale associée au comportement parental , où l’activité relative du variant de VIP dans le supergène est plus faible

Ces résultats sont enthousiasmants , car ils montrent que la production du peptide VIP est régulée différemment dans chacune de ces deux régions cérébrales, d’une manière qui confère un avantage adaptatif à chaque morphe Dans la région où VIP favorise l’agressivité, la version du gène présente dans le supergène n’a plus de frein L’activité plus élevée qui en résulte permet aux oiseaux à raies blanches de produire davantage de peptide VIP là où il est nécessaire pour déclencher un comportement agressif Dans la région où VIP favorise le comportement parental, le supergène est freiné, ce qui réduit la production du peptide VIP dans cette région chez les oiseaux à raies blanches et les rend moins attentifs à leur progéniture

Est- ce significatif que les deux variants de ESR1 et de VIP du supergène soient physiquement proches l’un de l’autre ? Se sont- ils coadaptés à l’échelle moléculaire ? Nous ne le savons pas encore Mais même si les produits de ces gènes n’interagissent pas directement, ils contribuent tous deux au phénotype agressif des oiseaux à raies blanches. Dobzhansky soutiendrait que cette fonction partagée suffit à rendre leur association avantageuse

supergène

Qu’ils soient mâles ou femelles, les bruants à gorge blanche qui possèdent une copie de cet ensemble de gènes liés entre eux sur leur chromosome 2 développent des raies blanches

d’un point de vue évolutif Et d’après la théorie qui décrit l’évolution des chromosomes liés au sexe, au fil du temps, le supergène devrait accumuler encore davantage de variants géniques et de marques épigénétiques qui renforceront le phénotype agressif

Ainsi, les bruants à gorge blanche mettent en exergue le fait que des gènes hors des chromosomes sexuels sont capables d’influencer des traits habituellement associés au sexe En fait, la dissociation des gènes liés au sexe et des chromosomes sexuels n’est pas du tout exceptionnelle Chez toutes les espèces à reproduction sexuée, y compris l’humain, la plupart des gènes qui contribuent aux variations liées au sexe ne sont pas connus pour être associés à une architecture génomique particulière Même des gènes impliqués dans le développement des gonades ou dans la synthèse des hormones sont susceptibles de se trouver sur à peu près n’importe quel chromosome ; ils sont répartis à travers le génome, où ils se recombinent librement. Chaque individu hérite d’une nouvelle combinaison de matériel génétique et épigénétique, ce qui donne lieu à une diversité qui dépasse les catégories binaires

Chez la plupart des espèces à reproduction sexuée, la fabrication d’un embryon nécessite deux gamètes : un ovule et un spermatozoïde Cette

dichotomie est claire, mais la binarité ovule-spermatozoïde ne s’applique pas au développement ultérieur de cet embryon en un corps sexué avec des comportements liés au sexe. Ce développement est conceptuellement distinct –  et nettement non binaire à bien des égards Pour comprendre pourquoi, examinons la fonction évolutive théorique de la reproduction sexuée. Depuis longtemps, les biologistes affirment que la fonction génétique de la sexualité – le mélange des génomes lors de la génération d’une progéniture –est de créer des combinaisons de gènes susceptibles de conférer des avantages dans un environnement futur imprévisible La reproduction sexuée accélère les nouvelles combinaisons : celles qui sont avantageuses s’établissent beaucoup plus vite que si nous nous clonions simplement et attendions que des gènes mutent au hasard vers des formes plus bénéfiques En d’autres termes, les sexes ont été sélectionnés au fil de l’évolution parce qu’ils engendrent de la diversité Chaque nouvel organisme possède un génome inédit, différent de celui de ses parents

Pour des raisons encore mystérieuses pour les scientifiques, les traits les plus variés sont ceux qui concernent la reproduction Au-delà du bruant à gorge blanche, la diversité des phénotypes sexuels

parmi les espèces est vaste et spectaculaire Même si les embryons de la plupart de celles qui utilisent la reproduction sexuée sont généralement constitués à partir d’un seul ovule et d’un seul spermatozoïde, le développement des corps sexués se caractérise par une flexibilité et une plasticité profondes De nombreux poissons passent de la production d’ovules à celle de spermatozoïdes, ou inversement ; certains vers produisent les deux à la fois ; et des espèces de lézards ne fabriquent pas de spermatozoïdes du tout. Chez de nombreux reptiles, c’est la température à laquelle les œufs sont incubés, et non le code génétique, qui détermine si l’embryon développera des ovaires ou des testicules Le monde naturel foisonne d’hétérogénéité dans les formes et les fonctions sexuelles

Un développement non binaire

Jusqu’à récemment, les espèces telles que les poissons qui changent de sexe, les lézards uniquement féminins et les bruants à gorge blanche avec leurs « quatre sexes » étaient considérées comme des curiosités, des organismes qui semblaient enfreindre les règles Mais ce point de vue est en train de changer rapidement De nouveaux outils pour étudier les mécanismes du développement sexué remettent en question les règles elles-mêmes. Nous apprenons que les voies moléculaires qui guident un organisme vers le développement d’ovaires, de testicules ou d’autres traits liés au sexe sont instables et précaires du point de vue de l’évolution. Les gènes et les protéines qui contribuent à la formation d’une gonade ne sont pas les mêmes d’une espèce à l’autre, même si ces dernières sont étroitement liées Ces voies ne sont pas bien conservées, ce qui suggère qu’elles restent flexibles pour une bonne raison

Même au sein d’une même espèce, le développement des caractères liés au sexe est étonnamment diversifié. Chaque individu, qu’il s’agisse d’un passereau ou d’un humain , présente des caractéristiques masculines et féminines Cette diversité est occultée lorsqu’on regroupe les individus en deux catégories et qu’on considère chacune comme un groupe homogène Quand on compare les catégories « femelle » et « mâle », on conclut souvent à une « différence sexuelle » – un résultat binaire inévitable puisque l’approche elle-même est binaire. Une telle approche ne tient pas compte du fait que les deux sexes se recouvrent largement selon pratiquement tous les critères mesurables

Les sources de variabilité autres que le sexe sont multiples pour de nombreuses espèces et le bruant à gorge blanche contribue à nous le

rappeler En fait, la diversité de l’expression phénotypique et sa plasticité sont la norme – en particulier pour les caractéristiques liées au sexe : celles-ci ne sont tout simplement pas immuables Les biologistes de l’évolution pensent que cette plasticité , tout comme l’étonnante diversité des voies moléculaires déterminant le sexe, constitue un avantage adaptatif dans des environnements changeants Les individus qui conservent une flexibilité maximale dans l’expression des traits liés au sexe sont mieux à même de s’adapter vite à de tels changements, voire, dans certains cas, de changer de sexe

Par sa nature même , la reproduction sexuée produit de la diversité. Les différentes voies par lesquelles les corps se développent en mâle, femelle, les deux ou ni l’un ni l’autre sont peut-être aussi nombreuses que les espèces elles-mêmes Les génomes, fluides , changent et évoluent constamment . L’environnement lui aussi se modifie en permanence et guide le développement de façon imprévisible Chaque nouvelle voie de développement vers un corps sexué que l’évolution emprunte amorce un nouveau processus génératif qui ouvre des voies encore inexplorées De ce point de vue, il est clair que la diversité sexuelle au sein de chaque espèce est le fruit d’une adaptation au fil de l’évolution, et non une anomalie Chez les bruants à gorge blanche, Roméo et Juliette ne vous y prendront plus n

Ce texte est une adaptation de l’article « The bird that broke the binary », publié par Scientifc American en mars 2025.

BIBLIOGRAPHIE

J. F. McLaughlin et al., Multivariate models of animal sex : Breaking binaries leads to a better understanding of ecology and evolution, Integr. & Comp. Biol., 2023.

M. R. Prichard et al., Allele-specific cis-regulatory methylation of the gene for vasoactive intestinal peptide in white-throated sparrows, Genes Brain & Behav., 2022.

J. R. Merritt et al., A supergenelinked estrogen receptor drives

alternative phenotypes in a polymorphic songbird, PNAS, 2020.

J. W. Thoma s et al., The chromosomal polymorphism linked to variation in social behavior in the white-throated sparrow (Zonotrichia albicollis) is a complex rearrangement and suppressor of recombination, Genetics, 2008.

IA : la force brute, tout sauf de l’intelligence

Thomas Gerbaud

L’intelligence artificielle progresse à grands pas, mais simuler une réelle compréhension reste un défi de taille. Les tests comme « ARC-AGI » montrent les limites actuelles des machines face à la complexité du raisonnement humain.

«se demander si un ordinateur sait penser est aussi intéressant que se demander si un sous-marin sait nager » , notait astucieusement l’informaticien Edsger Dijkstra en 1984. Un processeur et un cerveau n’ont pas la même organisation, le même fonctionnement, ni la même consommation d’énergie Il ne s’agit pas de savoir si un ordinateur peut être intelligent comme le sont parfois les humains, mais plutôt de savoir si on peut simuler des comportements qui semblent intelligents. On se limite habituellement à écrire des programmes qui nous sont utiles, comme afficher l’heure sur l’écran d’un smartphone, encoder de la musique ou contrôler la production électrique d’un réacteur nucléaire La majorité des programmes sont conçus autour d’un objectif principal, une fonction ou un problème

Lorsque les problèmes deviennent complexes, l’ingénierie logicielle devient une affaire de compromis. Le problème de recherche opérationnelle du voyageur de commerce, le TSP (trouver

un circuit de visite passant une fois par chaque ville d’un ensemble), peut par exemple être résolu naïvement et lentement, mais il est affreusement difficile de le faire rapidement En pratique, on ne peut attaquer le TSP qu’avec des méthodes qui donnent des solutions

Le programme d’apprentissage ne résout pas ARC-AGI comme nous le souhaiterions, il adapte simplement son modèle interne pour maximiser ses performances

approchées ; ces programmes seront, bien entendu, incapables de calculer une dérivée ou de faire la différence entre une loutre et le David du Prado

Un des objectifs de l’IA est de concevoir des programmes capables de poursuivre différents buts et de s’adapter à de nouvelles situations sans programmation explicite, comme le ferait un humain. Personne ne sait faire ce genre de chose Actuellement, la seule intelligence dont on peut parler avec

certitude est celle des humains qui ont conçu et implémenté les programmes. On peut même douter de la possibilité d’atteindre ce but, malgré les annonces du très médiatique patron d’OpenAI, Sam Altman. « ChatGPT répond bien à mes questions, donc il est intelligent » n’est pas une affirmation scientifique C’est une opinion. On peut parfois évaluer directement les performances d’un programme, en mesurant l’écart de ses résultats avec la solution attendue (si elle est connue), son temps d’exécution, son empreinte mémoire, etc

En IA , il existe de nombreux tests ou « benchmarks », tous incomplets ; le test de Turing est sans doute le plus connu Il désigne la capacité à se faire passer pour un humain lors d’une conversation. Les agents conversationnels nous imitent bien et montrent aujourd’hui des performances remarquables Mais c’est loin d’être suffisant ARC-AGI (Abstraction and reasoning corpus for artificial general intelligence) est un test comparatif créé en 2019 par l’ingénieur français François Chollet,

tqdm import tqdm

indices_required_for_merges(keep_indices, vocab, merges): merges_lookup {} for m in merges: a, b = m split(' ') if isinstance(m, str) else m key vocab[f'{a}{b}'] if key not in merges_lookup: merges_lookup[key] set() merges_lookup[key] add(vocab[a]) merges_lookup[key] add(vocab[b]) to_process = list(keep_indices) while len(to_process): for w in merges_lookup get(to_process pop(), []): if w not in keep_indices: keep_indices[w] = None to_process append(w) return keep_indices

remove_unused_merges(merges, vocab): return [f'{a} {b}' for a, b in [m.split(' ') if isinstance m in merges] if all(w in vocab for w in [a, b, a + b])]

Problèmes de Bongard

Les énigmes visuelles inventées dans les années 1960 par l’informaticien russe Mikhail Bongard sont utilisées aujourd’hui pour évaluer les IA.

Loi de Goodhart

ex-Google Il propose d’évaluer les performances des programmes en leur soumettant mille petits puzzles de reconnaissance visuelle et de logique Ces puzzles rappellent les travaux de l’informaticien russe Mikhail Bongard dans les années 1960. Le physicien et philosophe américain Douglas Hofstadter en parle dans son fameux Gödel, Escher, Bach (1979).

ARC -AGI a gagné une certaine notoriété et il est jugé intéressant par certains scientifiques On peut s’attendre qu’un programme capable de le résoudre intègre une forme de compréhension élémentaire des concepts et objets qu’il manipule (formes, symétries, relations spatiales, limites, etc.) puis qu’il trouve la solution de chaque puzzle en construisant une sorte de raisonnement, comme le ferait un humain. Nous pouvons résoudre ARC-AGI avec des scores supérieurs à 70 %

Les programmes, eux, vont ramer Et c’est le projet. Leurs performances restaient en dessous de 33 % pour atteindre 55 % en 2024, avec l’utilisation

de grands modèles de langage (LLM). La stratégie la plus efficace fait appel à l’apprentissage , à l’augmentation de données et à la génération automatique L’idée est d’obtenir, pour chaque puzzle, des milliers de petits programmes solutions et de garder le meilleur Fin 2024, OpenAI a annoncé que ses modèles propriétaires, déployés sur ses infrastructures de calcul intensif, avaient atteint un score de 85 % C’est remarquable Peut-on parler d’intelligence pour autant ?

Le programme d’apprentissage ne va pas résoudre ARC-AGI comme nous le souhaiterions, par exemple en conceptualisant Il va le résoudre comme il le peut. Le programme a donc adapté son modèle interne pour maximiser ses performances sur les puzzles visuels, aux dépens de toutes les autres Quand une mesure devient un but à atteindre, elle cesse d’être une bonne mesure Cette loi, dite « de Goodhart », s’applique particulièrement bien à l’apprentissage automatique. François Chollet lui-même note que cette attaque relève de la force

Principe formulé par l’économiste Charles Goodhart en 1975 selon lequel « quand une mesure devient un objectif, elle cesse d’être une bonne mesure ».

brute. Nous n’avons aucune preuve que les programmes aient conceptualisé quoi que ce soit Ce n’est intellectuellement pas satisfaisant

Une seconde version, ARC-AGI-2, est conçue pour être plus résistante. La compétition est en cours, les résultats sont attendus en fin d’année ARC-AGI-3 est en préparation, sous la forme de jeux vidéo. Résisterontils à la puissance de calcul brute ?

Donneront- ils ( enfin ! ) l’occasion d’explorer des pistes théoriques un peu plus intéressantes ? n

L’AUTEUR

Thomas Gerbaud physicien, ingénieur centralien et expert en science des données

Extrait du code source du benchmark « ARC-AGI »

Entretien avec Jean-Paul Demoule

Archéologie

Creuser dans l’histoire de France

archéologues de haut . Au XIX e siècle , l’un d’eux écrit ainsi : « Les archéologues sont les analphabètes de l’histoire . » Mais à partir des années  1930, quand on a cessé de s’intéresser seulement aux guerres et aux rois pour se pencher également sur la vie quotidienne , ils ont reconnu l’apport de cette discipline Depuis une douzaine d’années , ils invitent systématiquement des archéologues à leur grande réunion annuelle à Blois . Parfois , les deux disciplines se contredisent . Sur la Gaule , les sources historiques , qui provenaient des conquérants romains , sousestimaient le développement des vaincus . L’archéologie a rétabli une vision plus juste , en montrant que les Gaulois avaient une économie développée et un aménagement du territoire complexe ( le pays était plus déboisé qu’aujourd’hui ). Mais souvent , histoire et archéologie se complètent . La fouille de la cour Napoléon du Louvre , avant la construction de la pyramide de verre , en constitue un exemple emblématique . On y a découvert des vestiges d’un quartier de Paris datant du XVI e au XVIII e siècle . Les fouilles , notamment des latrines , ont renseigné sur les régimes alimentaires , tandis que les archives historiques indiquaient

proviennent des chasseurscueilleurs du Paléolithique , et une moitié , des agriculteurs qui les ont supplantés . Puis vient la conquête romaine : si l’évolution démographique n’est pas aussi importante –les Romains immigrés ne représentent que 10 à 15 % de la population gauloise , d’environ 10 millions d’habitants à l’époque –, la rupture culturelle est radicale . Les langues celtiques disparaissent , le latin ( qui deviendra le français ) s’impose , le mode de vie romain se répand… C’est le dernier bouleversement aussi brutal et massif , mais

La France éternelle, une enquête archéologique

Jean-Paul Demoule La fabrique éditions, 2025, 296 pages, 17 euros

Dans votre livre, vous vous inscrivez en faux contre l’idée d’une « France éternelle », dont la population serait restée homogène depuis le Paléolithique…

Toute l’archéologie et l’histoire montrent le contraire L’idée d’une

« France éternelle » n’est qu’une création de la III e République , au XIX e siècle , en partie pour redorer le blason national suite à la défaite de  1870. En réalité , les populations vivant sur l’actuel territoire français ont subi plusieurs bouleversements démographiques et culturels , ainsi qu’une perpétuelle évolution . Commençons par le début. Qui est le premier « Français » ? La plus ancienne présence humaine sur le territoire français remonte à un peu plus d’un million d’années . On a retrouvé des outils en pierre taillée dans le sud du pays , attribués à des Homo erectus . Apparue en Afrique il y a environ deux millions d’années , l’espèce s’est ensuite di ff usée dans toute l’Asie et l’Europe . Dans nos contrées , elle a continué d’évoluer, pour donner les Néandertaliens il y a 300 000 ans . Quelles sont les principales migrations survenues par la suite ? Avec quelles conséquences ?

L e choix d e l a r é dac t io n

Mathématiques

Le Grand Almanach mathématique

Roger Mansuy Albin Michel, 2025  416 pages, 24,90 euros Ruezvous ! Ce livre contient 367 ( oui ! ) pépites sélectionnées par un auteur agrégé de mathématiques , conférencier, passionné et curieux de tout . Chaque page est imprévisible , vous faisant voyager à travers les âges , à la rencontre de mathématiciennes et mathématiciens inconnus ou oubliés , à la découverte de jeux récréatifs ou de la recherche fondamentale actuelle . Sans oublier que les maths se retrouvent partout , dans le quotidien , les arts , le sport , etc . Un tour de force et quelle richesse !

Science et société

Jean-Paul Demoule professeur émérite de protohistoire européenne à l’université Paris 1 (Panthéon-Sorbonne) et ancien président de l’Institut national de recherche archéologique préventive (Inrap)

plusieurs invasions locales ( comme celle des Vikings ) et de nombreuses migrations continuent de survenir : des populations arabes s’installent par exemple dans le sud de la France dès le VII e siècle , comme en attestent des tombes musulmanes découvertes à Nice À partir du XIX e siècle , les motivations des migrations sont principalement le besoin de maind’œuvre né de la révolution industrielle et la recherche d’un asile politique . En  1939, la victoire des troupes franquistes en Espagne provoque ainsi l’arrivée de 500 000 personnes en France , dont la moitié resteront durablement . Toutes ces migrations entraînent une évolution continue et souvent pacifique , aussi bien sur le plan démographique que culturel . Avec un impact cumulé qui finit par prendre de l’ampleur : aujourd’hui , un tiers des Français auraient au moins un grandparent né à l’étranger . Comment l’archéologie et l’histoire coopèrent-elles sur ces sujets ? Pendant longtemps , les historiens ont pris les les objets précieux et autres possessions des propriétaires ( qui n’ont pas été retrouvés parce qu’ils ont été revendus ou ont continué leur vie d’une autre façon ). Combiner les deux a donc fourni un aperçu plus complet des modes de vie de l’époque . Quelles leçons tirez-vous de votre « enquête archéologique » pour l’époque actuelle ? Ce qui se passe aujourd’hui n’a rien de spécifique ni d’unique : il y a toujours eu des mouvements de population et des évolutions culturelles sur l’actuel territoire français . Sans compter que ce territoire n’a cessé de fluctuer et qu’une mosaïque de langues et de modes de vie y ont longtemps coexisté . L’intérêt de regarder sur le long terme , c’est de dédramatiser l’histoire . Propos recueillis par Guillaume Jacquemont

E t aussi

Archéologie Les Nabatéens

Christian-Georges Schwentzel Tallandier, 2025  384 pages, 27,90 euros

Sciences et société

Faire face

F. Eustache, S. Hoibian, C. Klein-Peschanski, J. Müller, D. Peschanski Flammarion, 2025  256 pages, 22 euros

G. Funston, D. Stow, D. Harvey, P. Eales et A. Lacchia Glénat, 2025  240 pages, 30 euros Il est rare qu’on ait besoin d’un guide pour visiter sa propre maison , mais celle qui nous est commune –la Terre –est si riche et complexe qu’il fallait bien ce livre pour nous la présenter . Quatre experts en dressent un panorama complet , depuis sa formation dans le Système solaire jusqu’aux solides et aux fluides qui la composent , en passant par les mouvements qui l’animent et par la pellicule de vie qui l’habille . Le tout à travers des textes synthétiques et superbement illustrés . Les Homo sapiens , issus de l’évolution d’ Homo erectus restés en Afrique , arrivent en France il y a environ 40 000 ans . Ils supplantent alors totalement les Néandertaliens , culturellement et démographiquement –même s’il y a quelques métissages et s’il n’existe aucune preuve d’extermination des populations locales Ils produisent notamment les célèbres peintures pariétales des grottes de Lascaux ou de Chauvet , avant d’être euxmêmes remplacés par des populations d’agriculteurs venues du ProcheOrient , qui colonisent l’Europe entre 6 000 et 5 000 ans avant notre ère . Le métissage est cependant plus fort cette foisci : on estime qu’environ un tiers de nos gènes

Manifeste pour un nouvel athéisme

R. Dawkins, Ch. Hitchens, D. Dennett et S. Harris Glénat Arpa, 2025  120 pages, 14,90 euros En  2007, quatre scientifiques et philosophes emblématiques , surnommés les Quatre Cavaliers en référence à l’Apocalypse , se réunissaient pour débattre de la religion . Ce livre retranscrit en français leurs échanges pour la première fois . Percutant , érudit , férocement drôle –passant des questions les plus fondamentales à l’interprétation mystique d’un wok de crevettes –, il o ff re un vibrant plaidoyer pour la raison , dont chaque époque confirme la nécessité .

Géosciences

Le Grand Guide de la Terre

Développer rapidement des

applicatons de simulaton

La modélisation et la simulation facilitent les itérations de conception, améliorent la compréhension et optimisent la planifcation des projets. Elles requièrent cependant une expertise particulière, diffcilement accessible depuis le terrain, l’usine ou le laboratoire, lieux où les décisions sont prises en temps réel. Étendez les bénéfces de la simulation à ceux qui en ont besoin, quand ils en ont besoin, grâce à vos propres applications personnalisées.

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Collaboration effcace

Lorsque les experts en simulation créent des interfaces utilisateur personnalisées à partir de leurs modèles et les distribuent sous forme d’applications, les collaborateurs et les clients peuvent utiliser la simulation pour orienter leurs décisions en temps réel.

Contrôle total

Avec COMSOL Multiphysics® il est simple de construire, éditer et distribuer vos propres applications personnalisées. COMSOL Compiler™, vous permet de les compiler et de les distribuer sous forme d’application autonome à travers le monde. Enfn, vous contrôlez et gérez l’accès aux applications avec votre environnement COMSOL Server™. Vous êtes libre de choisir.