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FDLS2004 : L'avenir des sciences

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  Les six axes essentiels de la recherche.

En me proposant de discuter de l'avenir des sciences et des technologies, c'est presque me demander de faire un pari Pascalien : soit je passe à côté d'une discipline fondamentale majeure soit j'essaye de cerner la question en espérant avoir bien compris comment fonctionne les rouages de la Science.

Ne m'en veuillez donc pas si je limite cette réflexion à quelques domaines clés dont j'estime l'impact beaucoup plus important que beaucoup d'autres. Ils devraient toutefois rassembler l'approbation d'une majorité de lecteurs et lectrices.

Quand je parle d'avenir, je considère un délai d'environ 30 à 50 ans, bien que tous les experts en prospective se soient toujours fourvoyés en essayant d'évaluer l'avenir de notre société à si long terme. En effet si les avancées en science et en technologie sont partiellement prévisibles à deux ou trois décennies, les facteurs socio-économiques et politiques peuvent difficilement être évalués à si long terme et viennent grever le résultat d'une marge d'erreur très importante.

Sans aborder les questions économique, politique et sociale qui se greffent sur toute recherche scientifique et qui touchent à l'avenir même de notre société, je pense que l'avenir des sciences s'organise autour de six principaux axes d'études :

- L'environnement
- L'énergie
- La biologie
- Le génie génétique
- La technologie de l'Information
- La cosmologie

Si nous ignorons ces avancées scientifiques, nous serons bien sûr encore là demain pour nous poser la question, mais je suis pratiquement certain que notre culture aura certainement manqué quelques découvertes majeures qui peuvent, à terme, influencer notre survie. A chacun de juger et de prendre également ses responsabilités car nous sommes aussi des acteurs dans ce grand jeu de la vie.

L'environnement - Axes de recherches :

- Etude des changements globaux de l'environnement
- Etude des changements d'état de l'atmosphère
- Etude des changements climatiques et de l'effet de serre

Personne aujourd'hui ne peut plus ignorer les problèmes d'environnement où alors il est irresponsable. Pour la première fois dans son existence, l'homme a le pouvoir d'altérer la biochimie des systèmes qui lui permettent de vivre ici bas. Par son action mécanique, chimique et biologique, nous avons remodelé le paysage de la Terre au point de provoquer un changement environnemental global à l'échelle de la planète, provoquant changement climatique, déforestation, perte de biodiversité, pollution, désertification et gaspillage parmi d'autres catastrophes.

Biosphère II en lisière du désert d'Arizona étudie l'impact du gaz carbonique sur la biosphère terrestre et les interactions entre tous ses composants. Aujourd'hui la pression partielle de gaz carbonique y est de 571 ppm (contre environ 400 ppm dans l'air), similaire à ce que devrait contenir l'atmosphère terrestre d'ici 70 ans selon les prévisions.


Heureusement aujourd'hui les instances nationale et internationale ont pris conscience de la fragilité de la biosphère et de la nécessité de la protéger et ont développé dans ce cadre des programmes de recherche visant à connaître l'impact des communautés sur le milieu naturel. Le cas échéant, après une étude scientifique complexe qui touche tant l'aspect technique, politique, économique et social de la question, nous parvenons parfois à réduire ces effets négatifs.

Pour la première fois, on constate que la Science s'occupe du « système global » de la Terre et ne la considère plus comme un peu de poussière mais plutôt comme le limon qui porte en elle le germe de la vie, une petite chose rare dans l'univers qu'il faut à tout prix préserver.

L'énergie - Axes de recherches :

- Préparer la crise du pétrole de demain
- Les défis technologiques
- Les énergies renouvelables

L'énergie est la base de notre économie et fonde l'existence même de nos sociétés. Le marché de l'énergie est probalement le « business » le plus florissant du monde et nos distributeurs ne diront certainement pas le contraire. Pourtant plus de 50% de la population mondiale ignore encore ce qu'est l'électricité et n'a pas accès aux ressources essentielles pour ses besoins personnels...
Aujourd'hui les pays occidentaux doivent faire face à plusieurs défis, et pas des moindres : gérer les différentes formes d'énergie efficacement, la distribuer de manière économique, réduire son impact négatif sur l'environnement (penser aux nappes de pétrole, aux déchets nucléaires) et enfin trouver les énergies que nous utiliserons demain.

On dit souvent que les nouvelles formes d'énergie ne sont pas économiques. Mais comment les ingénieurs estiment-ils cet impact ? La plupart du temps en évaluant par exemple le rendement d'un champ d'éoliennes alimentant une centaine d'habitation à mi-temps, ou en faisant rouler une seule voiture électrique alors que le parc automobile en contient des milliards. Ces essais ne sont pas réalistes. Une telle évaluation socioéconomique s'établit la plupart du temps dans l'ignorance des pratiques du marché.

La consommation énergétique totale du monde en 1998. Avec 7% de la population mondiale, les Etats-Unis consomme 30% de l'énergie, mais les pays en développement réclament aujourd'hui leur part du gâteau. Sources : Worldwatch Institute, Review of world energy, 2000.

Cela étant, il est vrai que le prix de certaines technologies mérite une étude détaillée. La Banque Mondiale par exemple a suggéré en 2004 que l'énergie solaire serait plus rentable que le charbon dès lors que ce dernier dépasserait $25 la tonne, hors frais environnementaux et de santé qui peuvent peser très lourd dans la balance.

La plupart des énergies renouvelables restent effectivement cher tant qu'on les utilisent localement, à petite échelle.

Comme le dit un slogan que connaissent bien les économistes : « les pollueurs payeront ». Non, disent aujourd'hui les écologistes, « les pollueurs payeront ». Deux philosophies entièrement différentes de la gestion de nos ressources, la seconde étant réaliste et ayant actuellement le vent en poupe.

L'avenir est certainement du côté des énergies propres et renouvelables, les expériences pas toujours positives du pétrole et du nucléaire nous ayant appris une bonne leçon d'écologie en cette matière. Mais tant que le pétrole coûtera moins cher que ces énergies douces et que les industries carbureront toujours au pétrole, rien ne sert de mettre sur le marché des voitures propres. Les plus gros consommateurs d'énergie sont les industries et tant qu'une décision politique ou une situation économique ne modifie pas la donne, le pétrole aura encore de beaux jours devant lui, au moins jusqu'en 2050. Et après ? Ensuite on verra ce que nous apporte l'électricité, la pile à combustible, l'énergie solaire, éolienne, etc. Mais en 50 ans nous pouvons aussi découvrir une énergie propre et gratuite.

Enfin, après avoir discuté environnement, énergie et finance, rappelons ce qu'est le développement durable, un terme devenu à la mode depuis quelques années. Il s'agit d'une politique générale qui permet de satisfaire les besoins actuels de notre société sans compromettre l'aptitude des générations futures à satisfaire leurs propres besoins.

Si on n'y prend garde, l'eau sera un outil de pouvoir d'ici 50 ans, principalement dans les pays du tiers-monde. A droite irrigation en carrousel des champs de Wadi Rum en Jordanie. Aujourd'hui l'agriculture consomme les 2/3 de l'eau disponible dans le monde. Documents Corporate responsability, Europa et Yann Arthus-Bertrand.

Disons simplement que dès maintenant ou dans un avenir très proche, nous devons mettre en place un système, un ensemble de règles ou un cadre permettant de faire de la mondialisation une force plus positive propre à améliorer les conditions de vie des populations. Ce nouvel environnement doit favoriser l'équité et renforcer la coopération internationale, en particulier dans les domaines de la finance, du transfert de technologies, de l'allègement de la dette du tiers monde et du commerce. Son cadre de travail touche donc à l'essentiel de l'économie et concerne la survie même des pays les plus pauvres.

La biologie - Axes de recherches :

- Etude du cerveau
- Etude du fonctionnement de la mémoire et des émotions
- Nanotechologie et biotechnologie

Notre cerveau dispose de deux hémisphères dont chacune contrôle le côté opposé du corps (hémisphère droit, partie gauche du corps). Elles se différencient également par le fait que les amygdales gèrent les émotions tandis que notre « matière grise » gère notre mémoire. Ces différents éléments sont étroitement interconnectés et nous savons que la moindre défaillance de ce système complexe crée parfois des séquelles irréversibles dans le comportement des individus. Heureusement aujourd'hui et plus encore demain, de nouvelles méthodes thérapeutiques plus ou moins invasives peuvent réduire ces séquelles, mais nous connaissons encore très mal le fonctionnement du cerveau.

Anatomie d'une nanosonde médicale. La largeur de l'image correspond au diamètre d'un cheveu ! Jusqu'à 10 trillions de nanosondes d'une taille 200 fois inférieure à celle d'un cheveux pourraient être injectées en une fois. Document Nanotech Now.

L'étude de la physiologie et du comportement du cerveau aura à l'avenir un impact majeur sur notre compréhension de ces mécanismes et nous conduira certainement à traiter différement qu'aujourd'hui les maladies touchant la mémoire ou les émotions.

A leur tour les biologistes moléculaires fondent beaucoup d'espoir sur la nanotechnologie, la biotechnologie et les nouveaux médicaments en cours de développement. En élaborant de nouvelles molécules, en essayant de reproduire in vitro ce que fait naturellement dame Nature, on peut créer des médicaments spécifiques n'ayant aucun effet secondaire ni toxicité. Alliées aux nouvelles thérapies et aux études génomiques, nous en apprendrons plus sur les molécules de la vie, leurs interactions, leurs bienfaits et leurs méfaits et nous pourrons à terme développer des médicaments pour guérir des maladies aujourd'hui incurables.

Le génie génétique - Axes de recherches :

- Etudes génétiques
- Réduction des impacts négatifs dans l'environnement
- Etude du génome des plantes

Ou comment domestiquer le génome animal ou végétal pour satisfaire nos besoins. Le génie génétique existe depuis plus de 100 ans mais ce n'est que depuis les avatars du maïs transgénétique que le public en a pris conscience. Les dizaines de milliers de gènes contenus dans une plante représentent le « plan de construction » de cet organisme, ou tout le moins son calc car le plan exact n'existe pas réellement, comme il n'existe pas de plan précis pour élaborer un être humain ; seul dame Nature en connaît le secret. Mais cela n'empêche pas les généticiens de créer de nouvelles plantes plus riches en vitamines ou plus résistantes, de nouvelles variétés de vaches ou des saumons démesurés pour le plus grand plaisir de nos papilles gustatives.

Le maïs transgénique

Si certaines associations y voient un risque pour la santé qui n'est toujours pas démontré scientifiquement, ces aliments transgéniques offrent également une solution contre différentes maladies. Ainsi un riz enrichi en vitamine A (beta-carotène) peut préserver des millions de bébés de la cécité dans les pays en voie de développement.

Mais le génie génétique peut faire bien d'autres miracles : fabriquer des vaccins qui demain seront comestibles, réduire l'usage des pesticides, détecter ou nettoyer les sites contaminés ou encore faire pousser des plantes dans des régions à forte salinité ou arides.

Enfin, aujourd'hui nous commencons à comprendre de quelle manière nos horloges biologiques participent au vieillissement cellulaire et à la dérégularisation de notre si belle mécanique humaine. C'est comme si ces horloges battaient un certain nombre de fois pour se reproduire puis s'arrêtaient soudainement de battre. Et actuellement, même à coup d'electrochocs, d'injections ou de prières, il est impossible de relancer l'horloge une fois qu'elle s'est arrêtée.

Mais en étudiant les cellules in vitro, les biologistes pensent qu'à l'avenir il sera possible de réduire les effets du vieillissement en remplaçant les vieilles cellules par des cellules rajeunies, comme si on remontait le temps de dix ou vingt ans... En complément, des développements récents dans l'étude des cellules souches conduiront probablement à l'avenir à remplacer un organe malade par un nouvel organe fabriqué à partir des cellules souches du même individu. Ce jour là, nous serons presque immortels et invulnérables.

La technologie de l'information - Axes de recherches :

- La cybernétique
- Internet et la protection du village global

Durant les 40 dernières années, nous avons vu se développer la cybernétique, qui commence par le bras manipulateur des usines automobiles pour s'arrêter aux capteurs multi-fonctions et parfois autonomes des sondes spatiales.

Aujourd'hui on découvre même des robots à la physionomie humaine montant les escaliers chez Honda (P3) ou parcourant les couloirs du MIT (COG). Quand on sait que ces « machines » faites de silicium et d'électronique sont autonomes, capables de voir, toucher, entendre et sentir, leurs prouesses en deviennent stupéfiantes et on se surprend même à éprouver des sentiments envers elles. C'est une étrange émotion.

La cybernétique a atteint aujourd'hui un seuil où elle est prête à conquérir le monde ; elle sort des laboratoires de recherche sur ses deux pieds et on peut déjà acheter un chien de compagnie fait de silicium... Finalement « Star Wars » ou « 2001:L'odyssée de l'espace » n'est plus du tout de la science-fiction !

Plusieurs acteurs ont été à l'origine de cette véritable révolution. Tout d'abord l'armée, américaine essentiellement, a depuis toujours utilisé les plus puissants ordinateurs, tout d'abord pour élaborer les ogives de ses missiles et calculer les trajectoires balistiques (ENIAC) puis pour localiser ses troupes sur le terrain (GPS). Ensuite des industries satellites (spin-offs) se sont greffées sur ce marché pour nous proposer des instruments et des outils pour travailler dans des environnements extrêmes et effectuer des travaux dangereux. Enfin le secteur tertiaire, les sociétés de services et la société des loisirs ont depuis longtemps usés et abusés de robots et autre trucage pour le cinéma. Enfin, pour réduire les coûts hospitaliers, de plus en plus de chirurgiens font appel aux robots, à la fois pour les seconder dans leur travail et pour soigner les personnes handicapées munies de prothèse.

De la « bête machine » de Descartes à P3 de Honda

Se pose maintenant la question de savoir si les robots vont changer notre société, occuper nos emplois et prendre les décisions à notre place à l'avenir ? Rassurez-vous, à l'heure actuelle, c'est tout le contraire. Dans tous les pays industralisés la robotique a crée de l'emploi et réduit le taux de chomage. C'est une bonne nouvelle pour l'avenir.

Reste la question d'Internet qui nous touche de beaucoup plus près, et d'autant plus si vous lisez ce dossier sur la toile...

En l'espace d'une génération, Internet est passé d'outil académique utilisé par une poignée de programmeurs à celui de produit de consommation qui est à la fois utilisé dans le cadre professionnel et dans le privé. L'instiguateur de cette autre révolution n'est autre que l'expansion de la micro-informatique alliée à celle des réseaux. Merci à Bill et ses amis.

Mais si Internet représente un changement significatif de notre rapport aux autres, il est également très important de réaliser que des changements bien plus importants sont à prévoir au cours de la prochaine génération.

Dans les années à venir on peut en effet estimer qu'Internet va se transformer en une collection de services et d'applications dans lesquels l'ordinateur et la technologie s'effaceront progressivement au profit de relations virtuelles, d'interfaces modulaires, personnalisés, bref d'un environnement plus « sociable ».

Mais à côté de cette évolution technique et culturelle se pose une question économique : actuellement personne ne paye ce service. Dans notre monde occidental, capitaliste, il n'y a pourtant que deux solutions à long terme : soit la publicité payera Internet, soit l'utilisateur. Car l'effet le plus négatif du « libre service » qu'offre Internet est le fait qu'il n'y a aucun contrôle. Appliqué tout azimut, si rien ne change à l'avenir Internet sera encore plus qu'aujourd'hui une proie facile pour toutes les personnes malveillantes et autre hacker qui voient ce support comme un moyen de transport efficace pour véhiculer quantité d'informations peu recommandables (virus, spam, cookies, messages codés, et autres propos criminels).

A terme un minimum de règles devront être imposées si les autorités souhaitent savoir qui utilise le web, dans le but par exemple de traquer la cybercriminalité et tous les actes délictuels qui passent par la toile (actes malicieux, terrorisme, pédophilie, etc).

La cosmologie - Axes de recherches :

- En quête de la théorie de Tout
- La supergravité
- Les hautes énergies

En 1976 le physicien américain Steven Weinberg publia un petit ouvrage de vulgarisation de cosmologie intitulé « Les trois premières minutes de l'univers » dans lequel il décrivait comment l'univers s'était formé à partir d'1/100ème de seconde après le Big Bang.

Une génération plus tard, les travaux des chercheurs et principalement ceux des astrophysiciens, des physiciens théoriciens et leurs collègues des particules élémentaires se sont avérés très féconds, quelquefois étayés par l'observation et l'expérience, rappelez-vous la découverte des fluctuations du rayonnement fossile à 2.7 K par COBE en 1992.

Au-dessus, les fluctuations du rayonnement fossile à 2.7 K telles que mesurées par COBE en 1992 comparées à la résolution estimée du satellite Planck, la mission WMAP de la NASA qui devrait est lancée en 2007.

Les nouvelles lois de la physique ont permis aux cosmologistes de lever certaines incertitudes au point de remonter le temps jusqu'à... 10-43 secondes après le Big Bang ! En fait les chercheurs sont bloqués à ce stade et ne peuvent pas reculer davantage car leurs lois ne s'appliquent plus à d'aussi petites échelles ; c'est l'échelle de Planck, où la longueur et le temps n'existent plus, à 10-33 cm et 10-43 sec. Etant donné que la vitesse de la lumière est une vitesse limite dans le vide, la résolution ne peut descendre sous l'échelle de Planck. A ce niveau d'énergie, de l'ordre de 1019GeV, l'échelle d'énergie-impulsion diverge au lieu de tendre vers zéro et ces valeurs perdent leur signification.

Bien sûr il faut relativiser ce progrès car nous restons « dans la fraction de seconde » après le Big Bang et s'est avant tout un progrès de nature conceptuelle. En effet, de nombreux phénomènes faisant appel à de très hautes énergies restent hors de notre portée et de nombreuses énigmes résistent à l'investigation et sortent du cadre de cette théorie.

Malheureusement, ni demain ni après-demain les physiciens auront les outils leur permettront d'étudier ces énergies folles du début de l'univers car elle équivalent à l'énergie libérée par l'ensemble des galaxies ou celle des trous noirs : on estime en effet la densité totale d'énergie de l'Univers supérieure à 1094 fois celle de l'eau, un niveau d'énergie supérieure à1019 GeV.

Mais il est intéressant de noter que des mathématiciens comme Stephen Hawking qui tient la chaire Lucasienne de Mathématiques occupée jadis par Newton à l'université de Cambridge, pense qu'il est possible de modéliser cet univers primordial et d'éviter les écueils habituels des nombres infinis en travaillant dans un temps imaginaire.

Dans ce concept pour le moins difficile à saisir, les lois de la relativité et d'une physique quantique encore inexistante sont étroitement imbriquées, quelque chose qui pourrait un jour s'appeler la supergravité (une sorte de relativité quantique) si les théoriciens parviennent à poser les bonnes équations des champs.

Tout ce que l'on sait c'est qu'au temps « zéro » comme on dit, un lieu sans environnement se développe, d'un rayon inférieur aux dimensions des particules atomiques, à l'intérieur duquel les lois d'une physique transitoire encore mal connue sont devenues valides. Toutes les forces connues étaient en équilibre, unifiés en une seule interaction fondamentale, la théorie "de Tout" (TOE, Theory Of Everything). Ensuite, en l'espace de trois minutes tous les constituants de base de l'univers se sont formés, une histoire incroyable mais vrai, puisque nous sommes là pour nous poser la question !

C'est grâce aux travaux théoriques des mathématiciens et des physiciens, aux résultats des mesures effectuées par les observatoires terrestres et orbitaux que les astronomes espèrent un jour répondre à des questions aujourd'hui métaphysiques comme « pourquoi l'univers existe-t-il » ou « qu'y avait-il avant l'univers » ? Et croyez-moi, quand Hawking se pose cette question, c'est pour trouver une réponse, car étant donné son handicap physique c'est devenu sa raison de vivre au sens propre.

En guise de conclusion

La question philosophique que posa Leibniz puis Heidegger: "Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ?" est considérée comme étant la question philosophique par excellence. Leibniz y avait répondu en invoquant Dieu et la raison suffisante. Aujourd'hui cette question est toujours fondamentale mais son objet s'est déplacé vers la physique ; on pense que l'Univers semble lié à une condition initiale accessible à notre connaissance.

Je n'avancerai aucun pronostic sur l'avenir des sciences mais il est certain que notre rapport avec la nature se libère de la relation causale tant dogmatisée, pour se rattacher à un principe de complémentarité où biologistes, physiciens et chimistes doivent encore marquer leurs pas pour éviter de se perdre dans un monde d'illusions, mystique diront certains.

L'avenir des sciences reste fascinant par l'étendue du savoir qu'il nous reste à défricher.

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