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La recherche doit-elle voir toujours plus grand ?

Dans le numéro de 'La Recherche', du mois de Mars, sont proposés plusieurs articles sous la rubrique : « Big science », La recherche doit-elle voir toujours plus grand ? A propos de ce thème générique, je considèrerai les sujets qui recouvrent essentiellement le domaine de la physique.

• Grands instruments, grandes équipes et/ou gros budgets caractérisent une nouvelle manière de faire de la science. De plus en plus répandue dons tous les champs de recherche, elle est à l'origine de plusieurs découvertes marquantes de ces dernières années. Mais les interrogations, les doutes, les oppositions que ce modèle suscite, dans la communauté scientifique et au-delà, soulignent à quel point il est crucial de bien mûrir un projet de grande envergure afin d'en faire un succès. » Ce paragraphe introductif, que l'on peut lire page 81, présente justement la problématique qu'engendre le développement et l'exploitation de ce qui se réfère à la Big science ». A juste raison sont présentés les succès significatifs qui sont dus à son recours. Mais sont aussi mis en exergue les projets dont on peut craindre qu'ils ne soient que des fuites en avant. Fuites en avant quand les projets (d’expériences et/ou d’observations) ne sont pas suffisamment précédés par un minimum de prédictions théoriques qui cernent un spectre d’hypothèses hiérarchisées permettant de valider ou invalider quelques-unes de celles-ci.

Exemple, p.86 : « Mais la big science a aussi ses détracteurs ou, tout au moins, ses sceptiques. Simon White, directeur de recherche à l'institut Max-Planck d'astrophysique, à Garching, en Allemagne, a ainsi exprimé de multiples doutes quant aux grands projets de recherche sur l'énergie noire, cette forme d'énergie hypothétique nécessaire, par exemple, pour expliquer l'accélération de l'expansion de l'univers. Il redoute surtout l'impact possiblement néfaste de ces projets sur la recherche en astrophysique. Entre autres, que leur bénéfice réel soit mol évalué et, par conséquent, conduise à engloutir les crédits de recherche dans la construction d'instruments très coûteux mais apportant finalement des avancées limitées. »

L'aspect financier n'est pas secondaire, mais à mon sens cet aspect n'exprime pas l'inconvénient essentiel. Pour illustrer mon propos, je prends pour exemple le cours réalisé par Françoise Combes au Collège de France 2016-2017, intitulé :'Energie noire et modèles d'univers'. Ce cours n'a pas pu être autrement que très impressionniste car notre compréhension des choses est encore trop vague, franchement fluctuante, insuffisamment confirmée sur le plan observationnel, et récemment des nouvelles mesures affaiblissent sérieusement la thèse de l'accélération de l'expansion de l'univers dont l'énergie noire en serait la cause. Bref, on a pu constater que F. Combes se trouvait sur le fil du rasoir au cours des séances successives qui ont été conclues par celle du 06/02 avec le titre : 'Perspectives avec Euclid, WFIRST, LSST, SKA'. Ces acronymes désignent des télescopes spatiaux ou terrestres, qui vont entrer en activité dans la prochaine décennie, censés lever le voile de la validité ou pas de l'hypothèse de l’énergie noire. A ce niveau, on entend l'inquiétude de Simon White à propos de ces perspectives qui représentent au total des engagements financiers de l'ordre de 4 ou 5 milliards d'euros ou dollars.

Pour mon compte se trouve illustré, avec ces perspectives annoncées, ma préoccupation relative à une fuite en avant. En effet, ce cours n'a pas pu indiquer une quelconque avancée théorique, si ce n'est la présentation d'une panoplie extrêmement large d’hypothèses sans qu'aucune hiérarchie parmi celles-ci ne puisse être affirmée. Il faut de plus prendre en compte qu’il y a déjà en action deux voire trois dispositifs d'observations et de mesures qui visent à détecter l'action d'une énergie noire dans l'univers : SDSS, DES, BOSS, autres acronymes désignant les dispositifs actuellement en activité. Aucune conclusion ne peut être extraite de ces présentes observations. De plus, un article qu’il n’est pas possible de sous-estimer, publié par des théoriciens, le 3 avril, nous indique que l’énergie noire pourrait n’être qu’une illusion. L'irrésistible propension à définir de nouveaux appareils d’observation, et à effectivement les construire, est justifiée par la progression remarquable des technologies. Ce qui permet de disposer de caméras et de télescopes de plus en plus sensibles et qui, de plus, ramassent par unité de temps des quantités d'informations de plus en plus importantes. L'impressionnant développement de la capacité de traitement informatique de ces gigantesques quantités d'informations recueillies autorisent à considérer que l'aire de la méga science, sans pensée préalable, ne peut que prospérer.

Pourtant, pour notre réflexion nous disposons d'un redoutable exemple illustrant le fait qu'une méga technologie couplée à une méga capacité de calcul ne conduit pas systématiquement à de méga avancées scientifiques, loin s’en faut. On ne peut pas glisser sous le tapis l’inquiétante déconvenue internationale provoquée par l'absence de résultats significatifs au CERN depuis trois bonnes années, alors que toutes les conditions optimales de productions de résultats ont été réunies pendant l'année 2016 grâce au fonctionnement idéal du LHC, aucune publication originale, significative, n'a été produite. Bref aucune nouveauté originale n’a pu être discriminée dans les détecteurs. Mais nous ne pouvons pas exclure qu’une ou plusieurs nouveautés ont été générées, sans que nous puissions les voir parce que non précédées par un minimum de regard théorique.

C’est dans l'article d'entrée en responsabilité de Fabiola Gianetti, en tant que Directrice Générale du CERN le 01/01/2016, que d'une façon explicite j'ai lu l'expression de la croyance qu'il suffisait de se reposer sur le développement de Ia puissance technologique pour que tous les espoirs soient permis. L'expression de cette croyance est contenue dans cette phrase : « Si une nouvelle physique est là, nous pouvons la découvrir, mais c'est entre les mains de la nature. » J'ai dit quel était le dépit que m'inspirait cette appréciation erronée dans l'article du 16/01/2016 : « Et si notre pensée était mal placée ! ». L'histoire des découvertes scientifiques nous indique que l'homme ne découvre que ce qu'il a préalablement conçu théoriquement dans l'ordre du possible et donc s'il a conçu un filet intellectuel capable de recueillir dans ses mailles des signes interprétables dans un sens ou dans un autre, sinon la nature ne peut être, pour nous, que muette.

Prenons un exemple significatif, de filet intellectuel préalable, celui qui a mené à la mise en évidence du Fond diffus Cosmologique. Petit rappel historique : quand A. Penzias et R. Wilson ont observé dans leur antenne nouvelle, qu'ils testaient en 1965, un bruit de fond plutôt homogène et plutôt isotrope, ils étaient intrigués. En tant qu'électroniciens ils étaient inquiets car pour eux c'était un bruit qui pouvait laisser supposer un défaut de leur antenne prototype. N'arrivant pas à éliminer ce qui pour ces électroniciens était un bruit parasite, ils échangèrent leurs préoccupations avec des physiciens. Il s'est trouvé que ceux-ci connaissaient les travaux avant-gardistes du physicien théoricien et cosmologiste George Gamow ainsi que ceux de Ralph Alpher et Robert Herman concernant l'hypothèse d'un univers naissant dans une phase primordiale et prédisant un rayonnement rémanent. Le filet intellectuel, jeté par ces physiciens théoriciens dans la mer d’une connaissance éventuelle, recueillait dans ses mailles ce qui bien ailleurs était détecté comme un bruit parasite. Un prix Nobel fut attribué à A. Penzias et à R. Wilson, pas à Gamow.

Il est intéressant de citer un exemple très actuel où le recours à la 'Big science' est complètement justifié puisque éclairée par de l’intelligence prédictive et ainsi permettra peut-être de satisfaire des curiosités multiples à propos des trous noirs massifs et hypermassifs qui sont au centre des galaxies. En effet au cours de ce mois d'avril, plus précisément en ce moment dans la période du 4 au 14 avril, il est programmé d'obtenir une image du cœur de notre galaxie où réside un trou noir qui pèse M = 4 millions de masse solaire et du cœur de la galaxie M87 qui se trouve à une distance de 53,5 millions d'années-lumière de la terre ayant un trou noir pesant M = 6 milliards (sic) de masse solaire. Pour obtenir ce type d'image il faut constituer pendant la période d'observation un télescope virtuel qui résulte de la combinaison en temps réel de huit observatoires de 4 continents et d'Hawaii et ainsi obtenir un télescope unique avec un pouvoir de résolution qui a la taille de la terre. Cette opération typiquement « Big science », appelée : Télescope Horizon d'Evénement', acronyme : EHT (Event Horizon Telescope) devrait permettre de révéler le bord de ces deux trous noirs nommé : horizon des événements. Le rayon de l'horizon est défini par l'équation R = 2GM/C². EHT doit permettre de voir le bord r > R du trou noir car il est entouré d’un disque d'accrétion de matière très chaude qui spirale autour de l'horizon jusqu'à ce que celle-ci soit engloutie irréversiblement. Avant ce terme, spiralant à très grande vitesse, la matière émet de la lumière et c'est ce que EHT veut capter sur des longueurs d'ondes de 0.87 à 1.3 mm. Dans la région d'un trou noir la gravitation est extrême et le disque d'accrétion sera vu déformé (prévision de la Relativité Générale) au point que la partie arrière du disque sera visible.

Il faudra récolter chaque nuit d'observation 2.10¹⁵ bytes de données (ce qui représente la même quantité collectée au cours d'une annualité de fonctionnement du LHC). Ensuite il s'agira de traiter ces données et les analyser grâce à des réseaux d'ordinateurs pendant un semestre et ensuite l'étude scientifique commencera. Si tout se déroule comme prévu, les premières publications seront disponibles à la mi-2018.

Ci-joints 2 articles annonçant que l’opération d’observation est commencée :

Worldwide telescope attempts to image a black hole. Le 6 Avril

An attempt to obtain the first ever image of the Milky Way's supermassive black hole has begun. The Earth-sized Event Horizon Telescope (EHT) has launched 10 days run to obtain the portrait via very-long-baseline interferometry (VLBI). The telescope comprises eight radio dishes across the globe, including the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile, the South Pole Telescope (SPT) in Antarctica, and the IRAM 30 metre telescope in Spain. Since its first measurements in 2007, the EHT has yielded tantalizing results even without the full array of telescopes. Now, all eight are linked and looking at our black hole, Sagittarius A* (Sgr A*), as well as the even bigger one in the neighbouring galaxy M87. Although black holes are inherently invisible because of their extreme density and gravitational field, the researchers hope to image the point where matter and energy can no longer escape – the so-called event horizon. "This week heralds an exciting and challenging endeavour for astronomy," says France Córdova, director of the funding agency National Science Foundation. For more information on the EHT, see our feature "Portrait of a black hole”

EHT (Event Horizon Telescope) va acquérir une première image du trou noir de notre galaxie, la Voie lactée. Comment ? En utilisant un réseau de radiotélescopes répartis sur la planète pour former un télescope virtuel de quelque 5.000 kilomètres de diamètre. Les explications de Michael Bremer, astronome et responsable Iram du projet EHT.

Ce qu'il faut retenir :

• En associant les instruments de sept observatoires répartis sur les deux hémisphères, le projet EHT crée un télescope virtuel d'environ 5.000 kilomètres de diamètre.
• Il sera utilisé, tout d'abord, pour obtenir une image du trou noir au centre de notre galaxie. Pour être réalisée, elle nécessitera plusieurs mois de traitement.
• C’est en fait l'horizon du trou noir qui sera vu, dans le domaine submillimétrique.

Alors qu'il semblait impossible d'observer le trou noir au centre de la Voie lactée, une équipe internationale d'astronomes, dont des Français, parie le contraire. Depuis quelques jours, ils observent Sagittarius A*, le trou noir supermassif de notre galaxie, situé à 26.000 années-lumière de nous. Pour observer cet objet d'une taille estimée à 25 millions de kilomètres et quatre millions de fois plus massif que le Soleil, nos astronomes utilisent l'EHT (Event Horizon Telescope).

L'instrument, pourtant, n'existe pas vraiment... Il est virtuel, associant des observatoires et des télescopes du monde entier, de l'Europe jusqu'à l'Antarctique, en passant par le Chili et Hawaï.