Physique quantique michel devoret
Climatologie valérie masson-delmotte
Physique des particules françois englert
Matériaux andre geim
Intelligence artificielle yoshua bengio
Informatique claire mathieu
Biologie
antoine triller
Microbiote
joël doré 25
…
130 - 02.26/03.26
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HORS-SÉRIE
par Loïc Mangin rédacteur en chef adjoint à Pour la Science
En 1831, Victor Hugo, dans son poème Ce siècle avait deux ans, mêle son histoire (il est né en 1802) à celle de son siècle, marqué par de nombreux soubresauts politiques, économiques et culturels, à commencer par l’ascension, le couronnement et la chute de Napoléon 1er À l’évocation de ces décennies chaotiques, le poète met en parallèle son édification, son parcours personnel depuis son enfance, tendu vers un idéal de moralité. Une sorte de phare progressiste, désireux du bien de tous, dans la tempête.
Deux siècles plus tard, le cours de l’histoire ne s’est pas apaisé, tant s’en faut. Dès lors, où trouver des repères ? Aujourd’hui, alors que la vérité n’est plus un bien commun, il est un domaine qui tente de résister, celui de la science. Et durant ce premier quart de siècle, face aux remous du monde, elle s’est évertuée à garder le cap : établir des faits, proposer de nouvelles visions du monde appuyées sur des arguments solides… Et ce numéro prouve que les découvertes ont été au rendez-vous !
Selon Hugo, dans son William Shakespeare : « La science cherche le mouvement perpétuel. Elle l’a trouvé ; c’est elle-même. » Elle ne s’en laissera donc pas compter, et continuera à expliquer le monde. Alors rendez-vous quand ce siècle aura… 50 ans !
Ont contribué à ce numéro
Michel Devoret est professeur émérite à l’université Yale, aux États-Unis, professeur à l’université de Californie, à Santa Barbara, et directeur scientifique au Quantum AI Lab, de Google.
Claire Mathieu est directrice de recherches au CNRS, chercheuse à l’Institut de recherche en informatique fondamentale et membre de l’Académie des sciences.
Antoine Triller ancien directeur de l’Institut de biologie de l’École normale supérieure, est secrétaire perpétuel de l’Académie des sciences.
p. 12 « Le boson scalaire est une particule élémentaire »
Entretien avec François Englert
p. 16 Un matériau d’exception
Andre Geim et Philip Kim
Le graphène intrigue par ses étranges propriétés.
p. 22 « Les ondes gravitationnelles, une nouvelle fenêtre sur l’Univers »
Entretien avec Benoît Mours
p. 28 Quand la téléportation se fait quantique
Sean Bailly
Comment sécuriser un internet quantique à grande échelle ?
p. 34 « Planck », la fin d’une époque
Davide Castelvecchi
La mission « Planck » a sondé les premiers instants de l’Univers.
p. 40 Et aussi…
PORTFOLIO
p. 50 Le « charme discret » du microbiote
Hervé Blottière et Joël Doré
Les microbes de notre intestin influent sur notre santé.
p. 56 Homo, le mélange des genres
Daniela Mocker
Notre espèce a cohabité et s’est métissée avec d’autres.
p. 60 La révolution de l’ARN
Elie Dolgin
Les vaccins à ARN ont fait leurs preuves contre le Covid-19.
p. 68 Un acteur incontestable du climat
Valérie Masson-Delmotte
L'humanité est bien responsable du dérèglement climatique.
p. 74 Et aussi…
PORTFOLIO
p. 109 Rendez-vous
110 En image
112 Rebondissements
116 Infographie
118 Incontournables
p. 84 « L’ordinateur quantique, entre promesses et e ets d’annonce »
Entretien avec Antoine Tilloy
p. 92 L’éveil des intelligences artificielles
Yoshua Bengio
Grâce à des avancées décisives, l’IA a pris son envol.
p. 98 La conjecture de Poincaré n’est plus Étienne Ghys
Grigori Perelman et venu à bout d'une conjecture centenaire.
p. 102 Les mathématiques, dopées à l’IA
Conor Purcell
Désormais, les mathématiciens sont aidés par des machines.
p. 106 Et aussi…
PORTFOLIO
Cosmologie
Physique des matériaux
En 2022, en utilisant la propriété d’intrication quantique, une équipe américaine est parvenue à téléporter une information d’un qubit à un autre, sans perte de signal entre les deux. Un premier pas vers l’internet quantique.
Le développement d’un internet quantique repose sur des échanges d’informations à la fois sécurisés et sur de longues distances. Un défi que peut aider à résoudre la téléportation quantique, une technique qui a notablement progressé en 2022.
Vue d’artiste du système de téléportation quantique.
Présenté comme le futur des réseaux de télécommunication, l’internet quantique offre de nombreux avantages, notamment en matière de sécurité Grâce à un processus de chiffrement reposant sur les propriétés quantiques des porteurs de l’information (typiquement, des photons) et à une infrastructure adaptée, il est alors impossible pour une tierce personne d’intercepter et de déchiffrer un message Mais la mise en œuvre de l’internet quantique est encore un défi technique immense, dont certains aspects sont toujours à l’étude en laboratoire. Par exemple, lorsque deux utilisateurs sont très loin l’un de l’autre, le problème majeur est la perte des photons sur le trajet. Jusqu’à présent, les systèmes proposés pour compenser cette perte de signal introduisaient des failles de sécurité La téléportation quantique apporte une solution fiable pour y remédier.
Dans l’internet de demain, comme dans les ordinateurs quantiques, l’unité d’information est le qubit, une forme généralisée du bit classique qui prend la valeur « 0 » ou « 1 ». Le qubit a intuitivement davantage de degrés de liberté, car on autorise une superposition quantique de l’état « 0 » et de l’état « 1 ». Dans la transmission de messages, il est impossible d’extraire de l’information d’un qubit, c’est-à-dire de le copier, sans le modifier La cryptographie quantique utilise à son avantage cette propriété, car il est alors assez facile de savoir si une tierce personne a intercepté la clé de chiffrement portée par les qubits
― En bref
> La téléportation quantique consiste en un échange d’informations à l’aide de photons intriqués, mais jusqu’à récemment seules des versions simplifiées et limitées avaient été mises en œuvre.
> La situation a changé en 2022, quand l’équipe de Ronald Hanson, de l’université de Del t, a mis au point un dispositif qui fonctionnerait pour des utilisateurs éloignés l’un de l’autre.
> La technique a été mise en pratique entre deux utilisateurs en faisant appel à un intermédiaire. C’est une étape importante dans la conception d’un internet quantique.
que s’envoient deux interlocuteurs ( Alice et Bob). Si ces deux interlocuteurs constatent des anomalies dans les qubits échangés , ils en déduisent que leur clé a été lue Ils en réémettent alors une autre, jusqu’à être sûrs qu’il n’y a pas eu d’intrusion et ils peuvent alors chiffrer leurs messages avec cette nouvelle clé. Cet avantage est aussi une fragilité : les perturbations de l’environnement, comme la perte du photon dans la fibre optique (ce qui correspond à une atténuation de signal), sont équivalentes, du point de vue d’Alice et Bob, à la preuve qu’une tierce personne a cherché à lire leur message Cette fragilité impose des contraintes sévères sur les applications technologiques au risque de perdre tout l’intérêt du système quantique ou de créer des failles de sécurité Par exemple, pour transmettre un message à Bob, Alice doit envoyer des qubits sous la forme de photons au travers d’une fibre optique. Le problème de ce support est que le signal s’atténue assez vite et se perd totalement si la distance entre Alice et Bob est, typiquement, supérieure à une centaine de kilomètres. Dans un système de communication classique par fibres optiques, la solution consiste à installer des répéteurs sur le trajet de la fibre Un répéteur reçoit un signal affaibli de l’expéditeur, le mesure, le copie et le réémet de façon amplifiée vers le destinataire. On peut ajouter autant de répéteurs que nécessaire sur le chemin L’inconvénient dans le cas d’un réseau quantique est que l’action d’un répéteur détruirait les propriétés intéressantes des qubits. En effet, le répéteur effectue une « mesure » du qubit .
Dès lors , dans un réseau quantique , l’emploi d’un répéteur classique est impossible . Une solution reste de décoder le message d’Alice et de le chiffrer de nouveau pour l’envoyer à Bob Par exemple, le réseau quantique expérimental qui relie Shanghai à Pékin utilise 32 répéteurs. Cela revient alors à diviser la ligne en plusieurs segments et à établir un protocole de cryptographie quantique sur chacun Mais, dans ce cas, il faut avoir confiance qu’aucun attaquant ne s’infiltre au niveau des répéteurs (on parle de « nœuds de confiance ») reliant deux segments successifs Cette contrainte est impossible à garantir à l’échelle d’un réseau mondial , elle constituerait une faille de sécurité.
Cependant, la mécanique quantique offre une solution grâce au phénomène d’intrication. Deux particules sont dites « intriquées » lorsque leurs propriétés sont plus fortement corrélées que ne le permet la physique classique « Concrètement, explique Marc-Olivier Renou, de l’Institut des sciences photoniques, à Barcelone, ces corrélations ne peuvent pas s’expliquer par un transfert d’information qui serait conduit par des porteurs d’information se déplaçant de proche en proche à vitesse finie. Quelle que soit la distance entre les deux particules, celles-ci doivent être interprétées comme un unique système » Cela se traduit par le fait qu’une mesure menée sur une des particules se manifeste instantanément sur les deux particules, même si elles sont très éloignées l’une de l’autre. On peut alors mettre en place un protocole
Quand la téléportation se fait
Dans l’expérience de l’équipe de Ronald Hanson, les qubits correspondent à des spins dans des cristaux (l’un d’eux est visualisé ici sous un microscopique optique). Les connexions en or à leur surface permettent de contrôler les qubits.
de téléportation quantique. Celui-ci opère en deux temps. Dans la première étape, sujette à des pertes dans les fibres, on distribue une paire intriquée entre Alice et Bob Dans la seconde étape, Alice prépare un qubit qui porte l’information utile qu’elle veut transmettre à Bob. Elle procède alors à une mesure combinée de ce qubit d’information et de son qubit intriqué avec celui de Bob Le résultat de cette opération purement quantique est alors que l’information disparaît du côté d’Alice et se retrouve chez Bob. Cette seconde étape n’est pas sujette aux pertes quantiques
En 1997, l’équipe d’Anton Zeilinger, de l’université d’Innsbruck, a mis en application cette version de la téléportation quantique dite « entre deux nœuds adjacents », soit directement entre
╭ Un des défis techniques de la téléportation est l’élaboration
d’une mémoire quantique
Alice et Bob, alimentés par une source de photons intriqués. De nombreuses équipes ont exécuté des variantes de cette expérience. Notamment, en 2007, l’équipe de Nicolas Gisin, de l’université de Genève, a mis en œuvre ce protocole sur une grande distance avec des photons infrarouges (les fibres ont un minimum de perte pour ces longueurs d’onde) dans le réseau de fibres optiques de Swisscom L’équipe a ainsi démontré que l’idée n’est pas totalement infaisable.
Le dispositif avec téléporteur entre Alice et Bob décrit jusqu’à présent ne semble pas très intéressant, car il faut quand même faire voyager des photons dans la fibre pour mettre en place un téléporteur, étape qui souffre d’un risque de perte de photons. Et le processus est bien plus lourd qu’un envoi direct des photons porteurs de l’information
Mais si la distance entre Alice et Bob est très grande, la stratégie consiste à diviser la distance en deux segments ! Plaçons Charlie à mi-distance entre Alice et Bob, et équipons-les tous de systèmes de mémoires quantiques. Alice a une source qui émet des paires de photons intriqués et Bob détient une autre source Chacun émet une paire de ces particules, garde un photon en mémoire et envoie l’autre à Charlie. Ce dernier reçoit donc un photon d’Alice et un photon de Bob Charlie stocke les photons dans la mémoire quantique jusqu’à avoir les deux C’est notamment utile si un photon est perdu sur une branche, disons entre Alice et Charlie ; il suffit alors à Alice de réémettre un photon intriqué,
mais pas à Bob. La procédure gagne en temps, car les photons ne parcourent chacun que la moitié de la distance totale et il faut deux fois moins de temps pour voir s’ils sont perdus
Une fois que Charlie a les deux photons, il opère une mesure simultanée sur ces particules qui deviennent alors intriquées. Mais d’après les lois de la physique quantique, le photon qu’Alice a gardé devient à son tour intriqué avec le photon resté chez Bob (on parle en anglais d’entanglement swapping). L’état du qubit d’Alice est alors directement relié à celui de Bob. Ce « téléporteur » est ainsi prêt à transmettre de l’information
Une des grandes difficultés techniques de la téléportation sur des nœuds non adjacents, c’està-dire avec Charlie comme intermédiaire, est la mise au point d’une mémoire quantique Il faut en effet pouvoir stocker le photon sans le mesurer et déclencher sa restitution quand on en a besoin sans altérer son état. Or, c’est justement grâce à des progrès dans ce domaine que l’équipe de Ronald Hanson, de l’université de Delft, aux PaysBas, a mis en place le processus de téléportation quantique entre deux nœuds non adjacents.
Un an plus tôt, l’équipe avait conçu un réseau quantique à trois nœuds, mais ses caractéristiques étaient insuffisantes pour opérer de façon fiable la téléportation quantique : la fidélité (la probabilité que l’état obtenu par Bob à la fin soit le même que l’état qu’Alice voulait envoyer) était insuffisante. Dans ce système, les qubits sont physiquement portés par le spin d’un défaut cristallin (spécifiquement un centre azote-lacune, noté NV) dans un diamant. À chaque nœud, les physiciens ont placé un qubit d’information et un qubit de
mémoire (qui est porté lui par un atome de carbone adjacent au défaut). L’information est transmise d’un diamant à l’autre par des fibres optiques avec un protocole adapté à ce dispositif
L’équipe de Delft a alors optimisé les performances de son système, par exemple en protégeant la mémoire avec un champ magnétique pour éviter des interactions avec les atomes voisins. Les chercheurs ont ainsi doublé le nombre de qubits intriqués entre Alice et Bob, et obtenu un taux de fidélité de 71 % (une transmission classique a une limite maximale de 66 %, confirmant que la téléportation a bien opéré). Ce nouveau résultat est une étape cruciale dans la transmission d’information à longue distance par un protocole de cryptographie quantique. Néanmoins, pour une application concrète, il faudra encore faire progresser les performances des différents composants « Si l’on peut dire, le nerf de la guerre réside principalement dans l’amélioration des caractéristiques des mémoires quantiques, souligne Julien Laurat, professeur au laboratoire Kastler-Brossel, à Sorbonne Université, à Paris, et spécialiste de ces systèmes Il existe aujourd’hui plusieurs techniques pour concevoir des mémoires quantiques. Elles reposent sur des entités individuelles (un ion ou un centre NV) ou des ensembles d’éléments ( ions ou atomes froids). L’enjeu est alors d’avoir un temps de mémoire assez long pour synchroniser les liens quantiques et une efficacité d’écriture et de lecture élevée pour stocker et restituer les photons avec
Quand la téléportation se fait quantique
des taux de succès élevés, ce qui nécessite d’avoir un couplage lumière-matière de bonne qualité À cela s’ajoute la possibilité éventuelle de multiplexer ces mémoires, qui reste encore un défi expérimental. » Les résultats de l’équipe de Ronald Hanson, et d’autres, comme ceux de Julien Laurat et ses collègues sur des mémoires très efficaces à atomes froids, sont le signe d’une accélération des progrès dans ce domaine, laissant entrevoir de prochaines applications
> Sean Bailly est docteur en physique et responsable des actualités à Pour la Science L’auteur
À lire
> D. Main et al., Distributed quantum computing across an optical network link, ArXiv, 2025.
> J. Thomas et al., Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber, Optica, 2024.
> S. L. N. Hermans et al., Qubit teleportation between non-neighbouring nodes in a quantum network, Nature, 2022.
> J. G. Ren et al., Ground-tosatellite quantum teleportation, Nature, 2017.
Pour ses travaux novateurs sur la téléportation quantique, Anton Zeilinger a reçu le prix Nobel de physique en 2022, récompense qu’il partagea avec Alain Aspect et John Francis Clauser pour leurs travaux sur l’intrication. En 2017, une équipe chinoise a établi un record de distance grâce à des paires de photons « intriqués » transmises par un satellite : la téléportation a franchi 1 400 kilomètres ! De leur côté, en 2024, des chercheurs de l’université Northwestern, aux États-Unis, sont parvenus à téléporter un état quantique sur 29 kilomètres en utilisant l’internet public, c’est-à-dire classique. Et en 2025, une équipe de l’université d’Oxford, en Grande-Bretagne, a réussi à connecter deux processeurs quantiques avec un dispositif de téléportation quantique. Si l’on n’en est encore qu’à ses balbutiements, l’internet quantique n’en est pas moins un domaine en pleine e ervescence !
Ces découvertes ont également marqué le début du XXIe siècle
Le 10 avril 2019, l’équipe de l’Event Horizon Telescope réussit l’exploit de photographier pour la première fois un trou noir, en l’occurrence M87*, un monstre de 6,5 milliards de fois la masse du Soleil, situé au centre de la galaxie elliptique supergéante M87. Pour y parvenir, il a fallu mettre en réseau plusieurs radiotélescopes, répartis sur plusieurs continents. La même équipe a récidivé le 10 mai 2022 avec un trou noir plus proche de nous, situé au centre de la Voie lactée : Sagittarius A* (ci-dessus, le cliché révèle le disque d’accrétion), de seulement 4,3 millions de masses solaires…
L’année 1995 est celle de la découverte de la première exoplanète par Michel Mayor et Didier Queloz. Depuis, le nombre de planètes orbitant autour d’étoiles autres que le Soleil ne cesse d’augmenter : le 27 novembre 2025, on en comptait 7 847. Ces astres lointains étaient au départ détectés de façon indirecte, par exemple en se fondant sur les variations de luminosité de l’étoile devant laquelle ils passaient. Il faut attendre 2004 pour découvrir la première photographie optique (ci-contre) d’une exoplanète (2M1207 b), prise à l’aide du Very Large Telescope
En février 2021, le rover Perseverance, conçu par la Nasa, s’est posé sur Mars, plus précisément dans le cratère Jezero, un peu au nord de l’équateur.
L’objectif principal de sa mission est de rechercher des sites ayant pu abriter des formes de vie et de prélever une quarantaine d’échantillons dans des lieux sélectionnés, qui attendront d’être rapportés sur Terre par une future mission, alliée cette fois à l’Agence spatiale européenne. Un retour est attendu pour 2031. En attendant, Perseverance a détecté des roches riches en silice, dont du quartz, témoin d’une ancienne activité hydrothermale.
Naturelle au cœur des étoiles, la fusion nucléaire consiste en la réunion de deux noyaux atomiques en un autre plus lourd, cette réaction libérant une grande quantité d’énergie. Sa maîtrise suscite de grands espoirs pour une production d’électricité propre et sans limite de ressources. Le 5 décembre 2022, le National Ignition Facility, aux États-Unis, a pour la première fois obtenu de cette façon plus d’énergie que l’installation n’en a consommée pour alimenter ses 192 lasers (ce bilan reste négatif si l’on tient compte de la consommation totale). En France, le projet Iter vise aussi à dompter la fusion nucléaire : son entrée en activité est prévue pour 2033.
En septembre 2023, un engin spatial a largué sur la Terre une capsule contenant une précieuse cargaison, 121,6 grammes d’un matériau précieux, des roches prélevées le 20 octobre 2020 à la surface de l’astéroïde géocroiseur Bénou par la sonde Osiris-Rex (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security-Regolith Explorer), de la Nasa. En 2020, la mission japonaise Hayabusa 2 n’avait rapporté « que » 5,4 grammes du sol de l’astéroïde Ryugu. Après le survol de la Terre, la sonde Osiris-Rex est repartie en direction de l’astéroïde Apophis autour duquel elle se placera en orbite en 2029, peu après que l’objet céleste aura frôlé la Terre à seulement 31 600 kilomètres.
Le 23 novembre 2009, une première collision de faisceaux de particules eut lieu au sein du Grand collisionneur de hadrons (le LHC, pour l’anglais Large Hadron Collider), l’accélérateur de particules mis en fonction en 2008 au Cern, près de Genève. Il est équipé de huit détecteurs (Atlas, CMS, Totem, LHCb, Alice, LHCf, MoEdal et Faser), dont quatre très grands, qui révèlent les secrets de la matière. Le LHC deviendra à « haute luminosité » après une amélioration prévue pour être opérationnelle en 2030 : cela se traduira par cinq à dix fois plus de collisions.
En 2006, John Pendry, de l’Imperial College, à Londres, pose les bases théoriques de ce que l’on nomme aujourd’hui les « métamatériaux ». Il s’agit de matériaux le plus souvent agencés selon un motif périodique, dont le plus emblématique est une cape d’invisibilité : dix cylindres concentriques à la surface desquels sont imprimées des boucles en cuivre font disparaître de la vue (dans le domaine des microondes) un cylindre de cuivre placé au centre ! C’est comme si les rayons se comportaient à la façon de l’eau d’une rivière s’écoulant sans turbulences autour d’un rocher. D’autres capes d’invisibilité ont été conçues pour soustraire des objets à des flux de chaleur, à des ondes acoustiques ou aux vagues.
Médecine
LE CHANGEMENT RADICAL
Depuis le début des années 2000, on découvre les très nombreux rôles de nos microbiotes, c’est-à-dire les microorganismes que nous, humains, hébergeons par exemple dans notre intestin.
Hervé Blottière et Joël Doré
En 2006, on découvre que les deux kilogrammes de microorganismes qui peuplent notre intestin ont une influence sur l’obésité. Depuis, les e ets de ce microbiote sur de nombreuses fonctions vitales ont été mis en évidence : immunité, cognition, santé mentale…
> Depuis deux décennies, on découvre le riche écosystème qu’héberge l’intestin, mais surtout les très nombreux rôles de ce microbiote.
Au début du XX e siècle , l’Ukrainien Élie Metchnikoff évoquait l’importance fonctionnelle de la flore intestinale Un siècle plus tard , en 2006, une série de travaux sur l’obésité confirmaient qu’un humain doit être considéré comme un holobionte, c’est-à-dire comme une symbiose entre ses cellules et les microorganismes qui vivent en lui, son microbiote intestinal (existent aussi les microbiotes buccal , cutané , pulmonaire…). Le changement est venu du développement des techniques de la biologie moléculaire et du séquençage rapide , progrès qui en ont révélé la complexité Sur ce chemin, les modèles expérimentaux chez l’animal ont joué un grand rôle, tout particulièrement l’utilisation de rongeurs axéniques, à savoir élevés sans germes
Comment s’installe ce microbiote ? Venant de l’environnement stérile qu’est l’utérus pendant la grossesse, le nouveau-né rencontre le monde microbien au moment de sa naissance. Durant les premières années de vie, sa colonisation par les microorganismes sera influencée par le mode de sa naissance, son environnement, son alimentation, ses prises d’antibiotiques… Cette colonisation se fait parallèlement au développement et à la maturation de l’immunité À l’âge adulte, le microbiote est considéré comme une communauté stable influencée par l’alimentation et la physiologie de son hôte. On compte approximativement autant de bactéries dans l’intestin que de cellules dans l’organisme humain
En 2010, les équipes du projet européen MetaHIT, coordonné par Inrae, ont séquencé le métagénome (l’ADN de tout l’échantillon) des
bref
> Ce microbiote est devenu l’objet de toutes les attentions : explorer la diversité des espèces qui le composent et comprendre comment il influe sur la physiologie humaine.
> En conséquence, favoriser le bon fonctionnement de la flore intestinale est devenu une piste de prévention, voire de thérapie.
microbiotes intestinaux de 124 citoyens européens et décrit la formidable diversité de ces écosystèmes Ainsi, chaque individu héberge plusieurs centaines d’espèces bactériennes différentes, ce qui représente environ 600 000 gènes ( contre seulement 20 000 dans les cellules humaines), dont les fonctions sont encore en bonne part à élucider
Une symbiose équilibrée entre l’homme et son microbiote paraît essentielle pour le maintien d’un état sain. En revanche, une dysbiose semble associée à de nombreuses maladies : inflammations de l’intestin, cancer colorectal, maladies du foie, sclérose en plaques, maladie de Parkinson, allergies, obésité, diabètes, maladies cardiovasculaires… Elle peut être définie comme le déséquilibre du microbiote engendré par la perte d’espèces fondatrices, une réduction de la richesse ou de la diversité, une prédominance de certaines espèces pathogènes, ou une modification des capacités métaboliques de l’écosystème microbiotique. Cela se traduit par la destruction de l’écosystème bactérien et du dialogue entre le microbiote et les cellules de son hôte Résultat : certaines des fonctions protectrices essentielles qu’exerce le microbiote normal sont perdues. Si nous prenons l’exemple de la contribution du microbiote à l’obésité et aux maladies métaboliques, les premières évidences sont venues de l’observation de souris stériles élevées en isolateurs. Les chercheurs ont en effet constaté
Un robot mixeur, une passoire, de l’eau et quelques autres éléments, dont un donneur prétendument sain. C’est la liste des ingrédients nécessaires pour e ectuer soi-même… une transplantation de microbiote fécal ! Rien de moins. Sur internet, on compte de plus en plus de tutoriels où les auteurs vantent les bienfaits de cette pratique (l’objectif est de reconstituer une flore intestinale à partir de celle d’une personne saine). Ils y racontent comment elle les a aidés à surmonter divers troubles et donnent tous les conseils pour y procéder soi-même. En revanche, sont soigneusement passés sous silence les nombreux risques associés à ce « traitement » fait maison lorsqu’il n’est pas encadré médicalement, à commencer par celui de s’administrer de mauvaises bactéries. Cet engouement s’explique par le bond considérable des connaissances sur le microbiote intestinal et de leur popularité auprès du grand public, notamment par le biais de succès de librairie. Presque tout le monde sait désormais qu’une flore riche et variée est associée à une bonne santé.
Apporter de « bons » microorganismes pour combler ou enrichir son microbiote et favoriser son bon fonctionnement constitue donc une piste intéressante de prévention et de thérapie. C’est l’objectif de la transplantation fécale et de plusieurs autres approches. Cependant, on manque encore cruellement de recul. Les études sont en cours pour bien cerner les contours et les
applications possibles. Une chose est sûre, elles nécessitent un encadrement médical strict et il est vivement recommandé de ne pas s’autosoigner. On distingue quatre stratégies pour moduler le microbiote intestinal humain. La plus évidente consiste en une alimentation variée et équilibrée. Les prébiotiques et les probiotiques sont deux autres pistes bien connues. Les premiers sont des composés, souvent des fibres alimentaires, propices à la croissance et à l’activité des microorganismes intestinaux bénéfiques. Les seconds sont des microorganismes, bactéries ou levures, ingérés vivants, et qui, en quantité su sante, améliorent la santé de l’hôte.
Enfin, la dernière stratégie est la transplantation de microbiote fécal, dont nous avons parlé.
À ce jour, seuls les probiotiques et la transplantation ont des applications médicales avérées. Elles sont encore limitées, mais font l’objet de nombreuses recherches et sont vraisemblablement les pistes les plus prometteuses pour soigner à court terme par le microbiote. Cependant, concernant les probiotiques, les données issues de décennies de recherche sur leur e cacité demeurent souvent contradictoires et controversées. Quant à la transplantation, la seule indication validée à ce jour pour cette pratique est l’infection récidivante par la bactérie Clostridioides di cile
╭ Tout le monde sait désormais qu’une flore intestinale riche et variée est associée à une bonne santé╯
que de tels animaux mangent plus que leurs congénères conventionnels (avec microbiote), bougent moins, mais aussi développent moins de tissus adipeux . Ils sont aussi résistants à un régime obésogène (régime hyperlipidique riche en sucres). La colonisation par un microbiote s’accompagne d’une augmentation de la masse grasse et de l’insulinémie ainsi que d’une sensibilité au régime gras. Par ailleurs, l’analyse de l’écosystème bactérien des intestins de souris génétiquement obèses montre une composition très différente de celui des souris minces.
Les choses ont pris une autre tournure en 2006 quand l’équipe de Jeffrey Gordon, de l’université George-Washington, à Saint Louis, dans le Missouri, a montré que la transplantation du microbiote de souris obèses à des souris sans germe entraînait une augmentation importante de la graisse corporelle totale. La même année, les mêmes chercheurs ont observé une dysbiose chez les individus obèses pouvant être corrigée en partie par un régime alimentaire drastique
À la suite de cette percée, en 2010, les équipes de MetaHIT ont profité de l’existence d’une cohorte danoise pour étudier la composition du
microbiote intestinal chez des humains obèses Emmanuelle Le Chatelier et ses collaborateurs ont observé qu’il existait deux groupes chez les participants en fonction de la richesse de leur microbiote. Cette richesse se définit par le nombre de gènes bactériens distincts présents Les personnes ayant le microbiote le plus pauvre (autour de 300 000 gènes) sont celles qui présentent l’adiposité la plus élevée, la sensibilité à l’insuline la plus réduite, la dyslipidémie la plus forte ainsi que les paramètres inflammatoires les plus associés aux risques de développer un syndrome métabolique ou un diabète. Ce sont également les individus qui ont pris le plus de poids au cours des dix ans de suivi de la cohorte En revanche , les personnes ayant un microbiote riche (en moyenne 600 000 gènes) semblaient en meilleure santé. Des observations similaires ont été faites dans une petite cohorte d’une cinquantaine de Français en surpoids ou obèses Ces patients ont été recrutés pour suivre un régime hypocalorique riche en protéines et apportant une grande diversité de fibres alimentaires. Mené par l’équipe de Karine Clément à l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière, à Paris, et par les chercheurs d’Inrae et du Genoscope, le suivi au cours du temps a montré que les individus ayant un microbiote riche étaient ceux qui perdaient le plus de poids au cours des six semaines
Portraits de quelques-uns des microorganismes...
de régime et ceux pour lesquels les paramètres biologiques étaient les plus améliorés À l’inverse, bien que leur nombre de gènes ait été augmenté de 25 %, les personnes à microbiote pauvre perdaient peu de poids et leurs paramètres métaboliques étaient peu modifiés Le lien fonctionnel entre les capacités du microbiote à produire des acides aminés à chaînes ramifiées et l’insulinorésistance a depuis été démontré.
Notre propos s’est focalisé autour de l’obésité et des maladies métaboliques, mais des stratégies similaires ont été conduites dans d’autres contextes cliniques tels que les maladies inflammatoires intestinales, les maladies du foie, la maladie de Parkinson… montrant un rôle contributeur du microbiote et illustrant l’importance d’une symbiose préservée Ces travaux soulignent la nécessité de mieux en comprendre les fonctions, notamment dans ses interactions avec l’hôte.
Il est aussi nécessaire de développer des stratégies préventives et thérapeutiques afin de préserver cet organe à part entière ou d’en restaurer les fonctionnalités. L’alimentation est un des leviers d’action, mais d’autres stratégies comme la transplantation de microbiote fécal sont également à l’étude À cet égard, cette approche a obtenu des résultats spectaculaires chez les patients ayant des infections récurrentes à Clostridioides difficile (voir l’encadré page 53). Que de chemin parcouru depuis Metchnikoff !
Les auteurs
> Hervé Blottière est directeur de l’unité de recherche Physiopathologie des adaptations nutritionnelles, à Nantes Université et Inrae.
> Joël Doré est chercheur en écologie microbienne intestinale à l’institut Micalis (Université Paris-Saclay, Inrae, AgroParisTech) et directeur scientifique du centre d’excellence en analyse du microbiome MetaGenoPolis.
À lire
> Le site du projet Le French Gut www.lefrenchgut.fr
> A. B. Ayrosa Galvão Ribeiro Gomes et al., Immunoglobulin A antibodies against myelin oligodendrocyte glycoprotein in a subgroup of patients with central nervous system demyelination, JAMA Neurology, 2023.
> A. Almeida et al., A new genomic blueprint of the human gut microbiota, Nature, 2019.
ET DEPUIS ? ET DEMAIN ?
L’inventaire toujours plus détaillé des espèces du microbiote se poursuit inlassablement, malgré la di iculté à cultiver les microorganismes concernés. Ainsi, en 2019, à partir d’environ 30 000 échantillons, une équipe britannique a identifié quelque 2 000 espèces bactériennes réputées non cultivables, ce qui augmente notablement la diversité désormais connue.
De son côté, Inrae a démarré en 2022 le projet Le French Gut, dont l’ambition est de collecter les selles de 100 000 individus d’ici à 2029 (90 000 adultes et 10 000 enfants et adolescents) ainsi que les données nutritionnelles et cliniques les concernant. L’objectif ? Mieux définir un microbiote intestinal sain et repérer les di érences en cas de maladies. Ce projet s’inscrit dans un programme mondial, le Million Microbiome of Humans Project (MMHP).
Du côté des liens entre microbiote et maladie, la société MaaT Pharma lançait en 2022 une étude clinique de phase 3 pour une microbiothérapie consacrée au traitement de la maladie du gre on contre l’hôte aiguë (aGvH) gastro-intestinale, une complication grave consécutive à une gre e de cellules souches. Elle annonçait en mai 2025 le succès de l’étude et la demande de mise sur le marché de son traitement.
En 2023, une équipe internationale a montré de son côté un possible lien entre sclérose en plaques et microbiote : les globules blancs impliqués dans cette maladie se développent au contact des bactéries intestinales. De fait, l’axe intestin-cerveau, c’est-à-dire les liens entre microbiote et système nerveux, apparaît toujours plus important et fondamental à mesure que les études s’accumulent.
Ces découvertes ont également marqué le début du XXIe siècle
Grâce à Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna, récompensées par le prix Nobel en 2020, un système de défense immunitaire d’une bactérie est devenu un outil précis, simple et universel pour modifier les gènes de n’importe quelle cellule à volonté : CRISPR-Cas9. Chez les bactéries, CRISPR (acronyme anglais pour « courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement interespacées ») est constitué de petites parties d’ADN d’agents pathogènes rencontrés, comme des virus : c’est donc une « bibliothèque » de souvenirs des infections passées sur son chromosome, qui permet à une bactérie de reconnaître tout nouvel ADN déjà rencontré. Elle le fait en transcrivant CRISPR en un long ARN qui est ensuite fragmenté en morceaux. L’un de ces derniers guidera une enzyme, Cas9, vers l’ADN étranger, qui sera coupé. Sur la base de ce mécanisme, il a été possible de concevoir des « ciseaux génétiques » e caces pour couper un ADN en un endroit voulu. Cette technique ouvre des horizons dans de nombreux domaines : recherche fondamentale, thérapie génique, agriculture…
Le 14 avril 2003, l’achèvement du séquençage complet de l’ADN du génome humain était annoncé. Ainsi, après quinze années de recherche, on venait de terminer la lecture de plus des 3 milliards de lettres (A, T, C et G) qui constituent l’ADN de nos 23 chromosomes. Cet exploit a vu deux équipes rivaliser, celle du consortium public international le Projet génome humain et celle d’une entreprise privée, Celera Genomics, de Craig Venter. Les séquences publiées n’étaient
Après un séjour chez des Achuars, en Amazonie équatorienne, dans les années 1970, l’anthropologue Philippe Descola comprend que la « nature » n’est un concept qui ne vaut que pour les Occidentaux depuis la fin de la Renaissance. De là, il développe une sorte de typologie des modes d’identification des humains et des non-humains basée sur deux facteurs, l’intériorité et la physicalité, qu’il décrit dans Par-delà nature et culture, paru en 2005. Il y définit quatre « ontologies » : le naturalisme, l’animisme, l’analogisme et le totémisme. Par exemple, l’animisme se caractérise par une continuité dans l’intériorité entre humains et non-humains, mais pas dans la physicalité, à l’exact opposé du naturalisme. De fait, chez les Européens, humains, animaux, végétaux… partagent une même biologie, mais seuls les premiers ont un psychisme. De là découle une vision utilitariste des non-humains que l’on peut exploiter sans vergogne.
que des ébauches, et il a fallu attendre 2004 pour obtenir la séquence complète. On découvrit alors que l’être humain n’a que 20 000 gènes environ, soit cinq fois moins qu’attendu. Et là où quinze ans de recherches et 3 milliards d’euros furent nécessaires, un séquençage complet coûte aujourd’hui moins de 1 000 euros et réclame seulement quelques heures d’attente.
En 2018, le prix Nobel de médecine a récompensé la découverte de thérapies contre le cancer fondées sur la levée de freins du système immunitaire : on parle d’« immunothérapie ». De fait, une tumeur déploie des stratégies qui activent des mécanismes dits « de checkpoint » – d’ordinaire sollicités pour contrôler l’activité du système immunitaire –, qui l’aident à s’échapper. Les deux principaux freins ciblés par les immunothérapies actuelles sont le couple PD-1/PD-L1 et le CTLA4. Schématiquement, on administre les anticorps qui en s’associant aux protagonistes de ces mécanismes les neutralisent et réactivent le système immunitaire.
Cellules somatiques
Facteurs de transcription (Oct3/Oct4, Sox2, Klf4 et c-Myc) et vecteurs
Donneur
Cellules pluripotentes induites
Adipocytes Érythrocytes
Neurone
Fibroblastes
Cellule du pancras
Les organismes multicellulaires sont issus d’une cellule unique qui s’est multipliée en de nombreuses copies d’elle-même, ces cellules filles s’étant au gré des divisions spécialisées, par exemple chez les animaux, en globules rouges, en cellules osseuses, en neurones… Cette spécialisation était un phénomène irréversible jusqu’à ce qu’en 2006 Shinya Yamanaka, de l’université de Kyoto, propose une méthode simple pour faire « remonter le temps » à des cellules adultes, jusqu’à obtenir des cellules souches, plus précisément des cellules pluripotentes induites. La « recette » qui a valu à son inventeur le prix Nobel en 2012 consiste en quatre facteurs de transcription (Oct3/Oct4, Sox2, Klf4 et c-Myc), d’ordinaire réprimés dans les cellules adultes.
En 2017, des chercheurs ont montré que des bourdons s’amusent à faire rouler des boules juste pour jouer. Or le jeu est un élément clé lorsqu’il s’agit de déterminer si un groupe d’animaux est sensible, c’est-à-dire si ses membres ont des sentiments et une « vie intérieure ». Ce n’est qu’un exemple d’étude révélant des comportements qui incitent à reconnaître une conscience chez des invertébrés (abeilles, pieuvres…). Ces travaux ont incité un groupe de scientifiques, dans la « déclaration de New York » publiée en avril 2024, à en tenir compte en écrivant : puisqu’une « possibilité réaliste » existe d’une « expérience consciente chez toutes les espèces de vertébrés et beaucoup d’invertébrés, il est irresponsable de l’ignorer dans les décisions les concernant ».
En 2013, des spéléologues de l’équipe de Lee Berger, de l’université du Witwatersrand, en Afrique du Sud, découvre dans la grotte Rising Star, non loin de Johannesburg, une salle pleine de fossiles. Plus de 1 500 seront mis au jour. Ils correspondent à une quinzaine d’individus, de tous âges et des deux sexes. L’analyse montrera qu’ils appartiennent à une nouvelle espèce nommée Homo naledi, qui présente des traits aussi bien primitifs, comme un tout petit cerveau, que modernes, notamment de longues jambes. La datation des restes, ainsi que des roches et sédiments environnants, e ectuée en 2017, indique que ce nouveau cousin d’Homo sapiens vivait il y a entre 335 000 et 236 000 ans.
Une interface cerveau-machine (ICM) est un système qui, en reliant un cerveau et un ordinateur, permet à un individu d’e ectuer des tâches sans passer par l’action des nerfs périphériques et des muscles. Avec un tel dispositif, par exemple, quelqu’un de paralysé peut contrôler par la pensée une prothèse ou un curseur sur un écran. En 2005, Matt Nagle, tétraplégique, fut ainsi le premier à manier une main artificielle grâce à un implant composé de 96 électrodes. En 2024, une équipe Inserm, dans le cadre d’une collaboration franco-suisse, a participé au développement d’une neuroprothèse destinée à corriger les troubles de la marche associés à la maladie de Parkinson. La même année, Elon Musk, patron de Neuralink, annonçait la pose d’un premier implant cérébral (nommé Télépathie…) sur un patient.
Ordinateur quantique • Géométrie • Intelligence artifcielle •
Informatique théorique • Théorie des graphes • Topologie •
Théorie des nombres • Cryptologie…
LE BOULEVERSEMENT
Depuis les années 2000, au sortir d’un « hiver de l’IA », les progrès dans les réseaux de neurones donnent le coup d’envoi à l’essor de l’intelligence artificielle.
Après des décennies de progrès lents, le domaine de l’intelligence artificielle a connu des avancées décisives qui expliquent l’e ervescence actuelle.
> L’intelligence artificielle n’a pu prendre son essor qu’à la faveur de progrès cruciaux.
> Parmi eux figurent les réseaux de neurones artificiels dits « profonds », c’est-à-dire composés de nombreuses couches.
En 2016, AlphaGo, un logiciel conçu par la société Google DeepMind a vaincu Lee Sedol, champion professionnel du jeu de go Viendront ensuite AlphaGo Zero, qui bat le programme précédent en partant des seules règles du jeu, et, en 2017, AlphaZero, un logiciel générique capable d’apprendre à jouer au go, aux échecs… et de surpasser en quelques heures les meilleurs programmes existants. Toujours issu des laboratoires de Google DeepMind , MuZero , rendu public en 2019, quant à lui, n’apprend même pas les règles pour exceller à de nombreux jeux À cette époque , sont mis au point les « transformeurs » (voir l’encadré page ci-contre), une architecture d’apprentissage profond à la base des grands modèles de langage, dont le plus connu est ChatGPT, de la société OpenIA
Ces exploits dans le domaine de l’intelligence artificielle (IA) sont remarquables. Mais est-on pour autant proche de l’intelligence humaine ? Non, car la plupart des logiciels cités sont spécialisés dans une tâche
L’intelligence se démontre à travers une compétence dans des domaines particuliers, ce qui nécessite de bonnes connaissances dans les domaines en question Pour rendre les ordinateurs aussi intelligents que les humains, il faut donc faire en sorte qu’ils aient au moins autant de connaissances qu’un humain ordinaire. Plusieurs décennies durant, l’approche dominante dans les recherches sur l’IA a ainsi consisté à en fournir directement à la machine.
Il s’agissait alors de formaliser nos connaissances, c’est-à-dire de les mettre sous une forme
> Ces architectures sont les piliers de tous les programmes d’apprentissage automatique.
> Autre avancée décisive, les « transformeurs » ont bouleversé le traitement du langage par les machines.
claire et compréhensible par l’ordinateur. Mais beaucoup d’entre elles sont intuitives et ne nous sont pas consciemment accessibles L’intuition est ce qui permet au joueur de go de bien choisir son prochain coup, au bon conducteur d’éviter un accident , au médecin d’allier son savoir livresque à la psychologie du patient ; et, surtout, elle implique presque toutes nos capacités perceptives, qu’on ne sait pas décrire précisément, mais qui sont essentielles à notre compréhension du monde.
Pour l’IA , la solution qui s’est révélée fonctionner à merveille est que l’ordinateur acquière lui-même ses connaissances, en apprenant à partir d’exemples. Le domaine scientifique relatif à cet « apprentissage automatique » a connu plusieurs vagues de progrès, et on y a exploré de nombreux algorithmes et formalismes mathématiques Une bonne partie d’entre eux sont regroupés derrière l’idée des « réseaux de neurones », qui consiste à s’inspirer du cerveau pour effectuer des formes de calcul différentes de celles de l’ordinateur classique
Dans cette approche, des neurones artificiels (des éléments logiciels ou matériels) reçoivent des signaux provenant d’autres neurones, font un calcul relativement simple pour combiner ces signaux et renvoient le résultat à d’autres neurones
Les réseaux neuronaux artificiels sont souvent organisés en couches successives, les résultats calculés par une couche étant transmis aux couches
suivantes. L’apprentissage se fait par une modification du calcul effectué par chaque neurone, selon un algorithme qui ajuste les «poids» des connexions entre neurones (des coefficients dont dépend le calcul fait par chacun d’entre eux).
Au début des années 2000, les recherches sur les réseaux neuronaux n’étaient plus en vogue, faute de résultats suffisamment probants, et on parle d’« hiver de l’IA ». Cependant, c’est précisément à ce moment-là qu’une percée a eu lieu, hors de la lumière des projecteurs médiatiques qui inondent aujourd’hui le domaine
Pour la première fois, en 2006, trois équipes, autour de Geoffrey Hinton, à l’université de Toronto, de moi-même, à l’université de Montréal, et de Yann Le Cun, à l’université de New York, ont réussi avec un nouvel algorithme à entraîner des réseaux neuronaux « profonds » – composés de plus d’une ou deux couches entre l’entrée et la sortie du réseau. Nous avions l’intuition, depuis longtemps, qu’un réseau profond pourrait être plus puissant que ceux qui avaient été explorés jusque-là. Ce qui a été confirmé dans les années suivantes
Les tentatives précédentes pour entraîner des réseaux profonds n’avaient pas été fructueuses, sans doute à cause d’une difficulté mathématique qu’on ne comprend pas encore totalement C’est seulement en 2011 que notre équipe a découvert que certaines formes de non-linéarité dans le calcul effectué par les neurones artificiels facilitaient beaucoup l’entraînement de réseaux profonds.
Le monde de l’intelligence artificielle (IA) a connu un bouleversement important, en 2017, avec l’invention des « transformeurs » par des chercheurs de Google, exposée dans l’article « Attention is all you need ». Il s’agit d’une architecture d’apprentissage profond que l’on retrouve dans tous les modèles de langage de grande taille (LLM), dont chatGPT, « GPT » signifiant generative pre-trained transformer, soit « transformeur génératif préentraîné ».
L’idée sous-jacente est l’utilisation de mécanismes d’« attention » qui attribuent plus d’importance à certains mots ou passages qu’à d’autres, sans nécessairement tenir compte de leur ordre dans une phrase. Ils aident à mieux trouver et à exploiter les liens entre des séquences éloignées dans les textes. Avantage, cela permet l’analyse simultanée de di érentes parties du texte, ce qui entraîne un gain de temps considérable en réduisant le temps d’entraînement.
Dans une phase d’apprentissage par autosupervision, le transformeur va calculer, à partir d’un corpus gigantesque de textes, des corrélations de coprésence de mots dans une phrase, par exemple « assiette » et « fourchette ». Mais il va plus loin, et c’est là où se situe la rupture, car un transformeur ne découpe un texte pas seulement en mots, mais aussi en « tokens » (ou « jetons »), c’est-à-dire en séquences de caractères incluant espaces, ponctuation… Par exemple, dans la langue française, après un q vient souvent un u : qu peut alors devenir un token auquel le transformeur va porter une « attention » particulière. On parle alors d’apprentissage « asémantique », puisque les séquences de signes, les tokens, sont dépourvues de sens. Et grâce à cette méthode, la puissance des LLM a explosé ! Et chacun peut s’en rendre compte…
Cependant, l’entraînement des LLM nécessite souvent une étape de « renforcement de l’apprentissage par réactions humaines » (reinforcement learning from human feedback, RLHF) : de nombreux humains complètent et modifient les résultats des calculs autosupervisés pour rendre le modèle plus véridique, utile et ino ensif. Aussi l’IA doitelle encore beaucoup à l’intelligence humaine !
Depuis, les succès et les progrès se sont accélérés, et les IA ont envahi notre quotidien : systèmes de recommandation, aide au diagnostic médical, chatbots, génération d’images…
Ces progrès ont été possibles non seulement grâce à de nouveaux algorithmes et architectures de réseaux neuronaux, mais aussi grâce à la puissance de calcul accrue des puces graphiques (les GPU) et à la disponibilité de grandes bases de données étiquetées (qui contiennent des millions d’exemples servant à l’entraînement, pour lesquels on indique à l’ordinateur la bonne réponse à produire).
L’ordinateur fait alors de l’apprentissage supervisé : on le nourrit avec des exemples constitués chacun d’un couple, une entrée et une sortie désirée. Souvent, cette dernière doit être fournie par un humain. Cet étiquetage, fastidieux et coûteux, est aujourd’hui au cœur de la plupart des systèmes industriels fondés sur l’apprentissage profond
Alors que les réseaux neuronaux des années
1990 étaient essentiellement limités à la reconnaissance des formes, appliquée à une entrée représentée par un vecteur de taille fixe , les réseaux neuronaux d’aujourd’hui peuvent traiter des entrées dont la taille est variable – listes, ensembles, arbres, graphes…
Par ailleurs, certains algorithmes et architectures confèrent aux réseaux neuronaux un mécanisme dit d’« attention diffuse », qui sert à chaque instant à focaliser le calcul sur un élément (ou un petit nombre d’éléments) de l’entrée qui est plus pertinent Ces éléments peuvent par exemple être des positions dans une image, auquel cas on parle d’« attention visuelle ».
Le mécanisme d’attention diffuse facilite l’entraînement du réseau neuronal et a été l’élément
Les réseaux de neurones artificiels sont des systèmes, étudiés dès la fin des années 1940, qui s’inspirent des propriétés des neurones biologiques et de leurs connexions. Un neurone artificiel peut être un composant logiciel ou un composant matériel. À partir des signaux numériques qu’il reçoit d’autres neurones, il calcule, selon des règles simples, un résultat qu’il transmet aux neurones suivants. Ce signal est lui-même pondéré par la « force » – on dit aussi le « poids » –de la connexion par laquelle il passe. Typiquement, un réseau neuronal
principal qui nous a permis d’obtenir une percée en traduction automatique, à partir de 2014. On retrouve maintenant un tel système dans Google Translate, avec une qualité de traduction de loin supérieure à ce qui existait auparavant.
L’attention diffuse intervient aussi dans l’exploration moderne de mécanismes appris de raisonnement. Les chercheurs en apprentissage profond considèrent aujourd’hui le raisonnement comme une façon de combiner séquentiellement plusieurs éléments (des faits) afin de parvenir à une conclusion (un fait inféré ou déduit). Le mécanisme de raisonnement (comme une règle d’inférence du type : « Si A et B, alors C ») luimême n’est pas fixé d’avance, mais est appris par la machine, de façon à pouvoir résoudre les problèmes qui lui sont soumis et dont la solution exige un raisonnement.
Pour s’approcher de l’intelligence humaine, il faudra découvrir des mécanismes d’apprentissage grâce auxquels la machine pourra
est constitué d’une couche de neurones d’entrée, d’une couche de sortie et d’une ou plusieurs couches intermédiaires ou « cachées » (jusqu’à plusieurs centaines dans les réseaux profonds).
Les neurones d’entrée recueillent les données (par exemple les valeurs des pixels d’une image), ceux de sortie transmettent un résultat (qui code par exemple le type d’objet que le réseau a reconnu dans l’image). Dans le processus d’apprentissage,
où un grand nombre d’exemples sont présentés au réseau, les poids des connexions sont modifiés peu à peu selon un algorithme approprié, afin d’obtenir des performances optimales de reconnaissance.
réellement comprendre les rouages profonds de son environnement . Or il est impossible de compter sur les humains pour fournir une interprétation sémantique de toutes les données utilisées pour entraîner la machine C’est pourquoi les chercheurs s’éloignent du cadre classique de l’apprentissage supervisé et se mettent à combiner apprentissage non supervisé et apprentissage « par renforcement »
Cette fois, on fournit à la machine un ensemble de données ou d’exemples sans lui spécifier le résultat qu’elle doit assigner à chacun d’eux : l’algorithme doit donner au système la capacité de classer de lui-même ces données Ainsi, à partir de nombreuses images de véhicules soumises à la machine lors de l’apprentissage, elle pourra déterminer, sur une nouvelle image, si l’objet représenté est un véhicule ou quelque chose d’une autre nature
Les chercheurs s’intéressent particulièrement à l’apprentissage profond non supervisé et « génératif », où l’ordinateur peut créer aléatoirement de nouvelles données intéressantes, comme synthétiser de nouvelles images, de nouveaux sons, de nouvelles phrases La tâche d’un tel « ordinateur-artiste » n’est pas aisée : il ne suffit pas de produire des pixels au hasard, ils doivent être organisés d’une façon qui soit plausible, qui puisse, entre autres, correspondre à une image naturelle
Quant à l’apprentissage par renforcement, il consiste à apprendre à produire une séquence d’actions qui maximisent un ou plusieurs objectifs ou récompenses futures. C’est ainsi que, notamment,
L’éveil des intelligences artificielles
l’enfant apprend une physique intuitive sans l’aide de ses parents, en jouant, en observant et en interagissant avec son environnement.
L’apprentissage non supervisé et par renforcement permettra peut-être à une machine de bien se représenter le monde qui l’entoure (c’est-à-dire de le comprendre) et ainsi de mieux planifier ses actions. Il est difficile d’évaluer le chemin qui reste à parcourir pour atteindre un tel niveau d’IA Mais ce qui est sûr, c’est que de nombreuses applications utiles seront possibles grâce aux techniques d’apprentissage profond que nous connaissons déjà (d’où l’engouement de moult entreprises pour ce domaine). Et que ces potentialités seront plus énormes encore quand les recherches fondamentales déboucheront sur une IA comparable à celle d’un humain.
L’auteur
> Yoshua Bengio prix Turing en 2018 avec Yann Le Cun et Geo rey Hinton, est professeur d’informatique à l’université de Montréal. En 2025, il crée LoiZéro, un organisme à but non lucratif dont la mission est de s’assurer que l’intelligence artificielle ne représentera pas un danger pour l’humanité.
> A. Vaswani et al., Attention is all you need, Curran Associates, Inc., 2017. À lire
Depuis l’avènement de l’intelligence artificielle (IA), les principales entreprises du secteur se sont fixé un objectif, la conception d’une IA générale (IAG), c’est-à-dire une IA capable d’e ectuer n’importe quelle tâche cognitive au moins aussi bien que l’humain. L’objectif semble encore lointain, et les IA actuelles restent spécialisées, même si pour certains ChatGPT-4 a montré des « étincelles d’intelligence artificielle générale ».
Selon ses promoteurs, une IAG aiderait à combattre divers problèmes dans le monde tels la faim, la pauvreté et les ennuis de santé. Cependant, de nombreux experts, comme Yoshua Bengio et Geo rey Hinton, alertent sur une possible perte de contrôle d’une telle IAG qui entraînerait des risques existentiels pour l’humanité.
Ces découvertes ont également marqué le début du XXIe siècle
Si l’hypothèse de Riemann sur la répartition des nombres premiers parmi les nombres entiers (ci-dessus, la distribution des nombres premiers parmi les entiers, disposés sur une spirale, dite d’Ulam) semble encore inatteignable aujourd’hui, cela n’empêche pas les mathématiciens de progresser vers sa résolution. Ainsi en est-il des travaux de James Maynard, de l’université d’Oxford, et de Larry Guth, de l’institut de technologie du Massachusetts, publiés en 2024. L’hypothèse de Riemann repose sur une fonction zêta (ζ), qui est la somme infinie des inverses des nombres entiers a ublés d’un exposant s : ζ(s) = Σ1/ns. Or cette somme est reliée aux nombres premiers. Riemann eut l’idée d’autoriser l’exposant s à prendre des valeurs complexes (s = a + ib, où a et b sont deux nombres réels et i est un nombre « imaginaire » tel que i2 = – 1) et formula ainsi son hypothèse : pour tous les zéros non triviaux de la fonction, la partie réelle de s est égale à ½. Les deux mathématiciens sont parvenus à fixer une borne contraignante au nombre de zéros pour des s ayant possiblement pour partie réelle une valeur comprise entre ¾ et 1. Cela semble mineur, mais l’enthousiasme de la communauté pour ce résultat montre que ce n’est pas le cas, car il ouvre de nouvelles voies d’attaque pour résoudre l’hypothèse de Riemann.
Comment empiler au mieux des oranges pour minimiser l’espace vide entre les fruits ? Ce problème, connu sous le nom de « conjecture de Kepler a été résolu en 1998 par Thomas Hales, dont la démonstration n’a été validée, avec l’aide d’ordinateurs, qu’en 2014 : la solution des maraîchers sur leurs étals (chaque sphère repose dans le creux formé par trois sphères adjacentes du plan inférieur) est la meilleure. Qu’en est-il dans des dimensions supérieures à trois ? En 2016, Maryna Viazovska, de l’université Humboldt, à Berlin, et ses collègues ont résolu les cas à 8 et 24 dimensions, des configurations où l’empilement présente de très nombreuses symétries, ce qui facilite leur étude.
Colorier un graphe sans que deux arêtes adjacentes aient la même couleur ressemble à un jeu pour enfants, mais ce n’en est pas un. Ainsi, éviter des collisions d’avions arrivant et partant d’un aéroport peut se ramener à un problème de ce type pour empêcher les appareils de se trouver au même endroit au même moment. Dans d’autres contextes, les graphes peuvent contenir des millions de sommets et des milliards d’arêtes, voire plus. Pour les colorier, on recourt donc à des algorithmes, mais ils sont assez lents. Du moins ils l’étaient, car en 2025 une équipe de mathématiciens a proposé un nouvel algorithme quasi optimal, c’est-à-dire qui donne le résultat la plupart du temps presque aussi rapidement que la limite théorique possible.
Le transport aérien va-t-il s’en emparer ?
En 2009, un dénommé Satoshi Nakamoto applique le principe de la blockchain pour asseoir le bitcoin, une monnaie virtuelle. Une blockchain est une base de données distribuée sur de nombreux ordinateurs répartis dans le monde (c’est un réseau pair à pair) et dans laquelle des transactions sont enregistrées et chi rées chronologiquement dans des « registres » : une telle architecture décentralisée et sans intermédiaire garantit en théorie l’inviolabilité de ce qui est inscrit et instaure ainsi de nouvelles règles de confiance. On trouve aujourd’hui des blokchains dans des dispositifs de traçabilité, dans des systèmes de cadastre…
Le programme de Langlands est un ensemble de conjectures dont un premier volet relie des objets de la théorie des nombres avec des objets de l’analyse, et un deuxième volet établit des ponts entre l’algèbre et l’analyse. Depuis sa première formulation en 1967 par le mathématicien canadien Robert Langlands, ce « dictionnaire » traduisant les objets mathématiques d’un domaine dans les termes d’un autre a ouvert la voie à d’importants résultats, notamment la démonstration du grand théorème de Fermat en 1994 par le Britannique Andrew Wiles, qui a prouvé un cas très particulier du programme. Un troisième volet, plus récent, met en scène la géométrie : il concerne les surfaces de Riemann, comme la surface d’une sphère ou d’un tore, qui sont décrites grâce à des équations polynomiales. En 2024, neuf mathématiciens ont publié un ensemble de cinq articles, couvrant près de 1 000 pages, établissant la preuve du programme de Langlands géométrique.
Tancrède a aidé Elena à stopper 84 projets menaçant l’écosystème marin.
Tancrède verse chaque année 1% de son chiffre d’affaires à des associations agréées 1% for the Planet, dont Surfrider Foundation Europe. onepercentfortheplanet.fr
