Quai des Sciences

La notion d'énergie est omniprésente dans la vie courante. Elle fut introduite en physique au XIXe siècle, dans le cadre de la thermodynamique, ce qui dévoila ses liens intrinsèques avec des concepts tels que la chaleur, l'entropie, le travail et le rendement. Cependant, malgré toutes les avancées ultérieures, le mystère demeure concernant la nature fondamentale de l'énergie. Dans le domaine de la thermodynamique, l'accent est davantage mis sur les échanges énergétiques que sur une signification absolue de l'énergie. Quant à la relativité générale, si la célèbre équation E=mc² dévoile l'identité de l'énergie avec la masse, la théorie révèle également ses limites, notamment en remettant en question sa propriété fondamentale de conservation. En physique quantique enfin, l'énergie se révèle être un concept insaisissable, défiant toute tentative de définition cohérente, ce qui en fait l'une des énigmes centrales du monde quantique. Cette difficulté souligne les lacunes majeures de notre compréhension de la physique fondamentale contemporaine, notamment l'incompatibilité persistante entre la gravité et le monde quantique. Tout en scrutant ces différentes utilisations, Marc Lachièze-Rey remet ici en question la légitimité même de la notion d'énergie, ouvrant la voie vers une nouvelle physique.

Depuis l'Antiquité, l'Homme cherche à comprendre et mesurer la Terre. Ce livre retrace, en une centaine d'événements marquants, l'évolution des techniques et des découvertes qui ont permis de mieux connaître notre planète. De la première estimation de la circonférence terrestre par le grec Ératosthène au IIIème siècle avant notre ère aux mesures ultraprécises des satellites modernes, en passant par la définition du mètre et les différentes étapes de l'établissement des cartes, chaque chapitre explore une avancée majeure, une expédition audacieuse ou une innovation technique qui a façonné notre vision du monde.  

Le 7 septembre 1930 à Knigsberg, aujourd'hui Kaliningrad, un jeune mathématicien autrichien de 24 ans, Kurt Gdel, expose devant un parterre de logiciens et de philosophes prestigieux un résultat inattendu qui signifie que jamais une théorie mathématique ne dira tout des objets dont elle traite : on parle d'«incomplétude» et les résultats qui échappent à la théorie sont ses «indécidables». Ce résultat démontré avec une parfaite rigueur a révolutionné la logique et la philosophie des sciences. Il a des implications en mathématiques, en informatique et concerne les intelligences artificielles en montrant qu'elles ne seront jamais parfaites. L'ouvrage propose de vous faire découvrir Kurt Gdel et ses travaux. Jean-Paul Delahaye y présente l'homme, à la fois génial et singulier, maintenant universellement reconnu comme l'un des plus grands mathématiciens du XXe siècle ; il explique ses idées qui, aujourd'hui encore, sont discutées et approfondies par l'ensemble de la communauté des philosophes et des scientifiques.   

Après Copernic qui retire à la Terre sa prééminence dans l'univers, Darwin qui replace Sapiens dans une lignée évolutive, Freud inflige à l'humain sa troisième  blessure narcissique en affirmant qu'il n'est pas maître dans sa propre maison, puisqu'il doit se contenter de renseignements rares et fragmentaires sur ce qui se passe, en dehors de sa conscience, dans sa vie psychique. L'inconscient est omniprésent et son rôle, ou plutôt ses innombrables rôles en font un acteur essentiel de notre quotidien. Il intervient dans le rêve, la mémoire, la sexualité, les addictions, et les émotions le modèlent.  Dans cet ouvrage, le neurobiologiste Jean-Pol Tassin s'intéresse aux bases biologiques de l'inconscient.  L'auteur donne d'abord de nombreux exemples de ses multiples manifestations ; il s'intéresse à ses relations avec la conscience et à son fonctionnement en relation avec les différents rôles des cellules nerveuses constituant le système nerveux central. Il expose un modèle, et discute de la nécessité de prendre conscience de son inconscient.  

Comment les ordinateurs peuvent-ils comprendre du texte ? Vont-ils maîtriser la langue aussi bien que les humains ? Sauront-ils « penser » et « raisonner » comme les humains ?   Aujourd'hui,  les médias s'émerveillent des prouesses de ChatGPT et on ne compte plus les métiers qui sont impactés ou qui pensent l'être.  Cette révolution a été possible grâce à des changements radicaux dans la manière d'aborder les questions liées à la modélisation et à la manipulation de la langue par des ordinateurs.   Des premiers balbutiements aux capacités langagières actuelles, Guillaume Wisniewski nous raconte comment les chercheurs ont réussi à créer des systèmes capables de reproduire (voire de dépasser) les capacités d'un humain à comprendre un texte et à parler. Il nous donne les clés pour comprendre les modèles au coeur de la révolution actuelle et expose les raisons du succès des GAFAM, en s'interrogeant sur les risques de laisser ces technologies aux mains de ces seules entreprises. 

Un très grand nombre de monnaies cryptographiques comme Ethereum, EOS, Ripple, Cardano ou Tether ont été conçues et mises en fonctionnement depuis la création des premiers bitcoins le 3 janvier 2009. Ces cryptomonnaies connaissent un succès croissant tandis que, tôt ou tard, prédit Jean-Paul Delahaye, le Bitcoin finira par s'effondrer ou sera interdit pour son gâchis écologique et les graves escroqueries qu'il facilite, dont les rançongiciels ou "ransomware". Mais si le Bitcoin doit disparaître, la technologie des blockchains à la base des cryptomonnaies est, elle, promise à un bel avenir. Cette technologie permet de créer de la confiance entre entités concurrentes cherchant des moyens d'agir ensemble sans risque. Ce livre vous ouvre les portes des blockchains, pour mieux en comprendre les forces et faiblesses ainsi que les enjeux pour la sécurisation des transactions numériques.

Aucune entreprise scientifique récente ne s'est avérée aussi séduisante, terrifiante et remplie de promesses extravagantes et de revers frustrants que l'intelligence artificielle.   Dans ce livre, Melanie Mitchell se penche sur les questions les plus urgentes posées par l'IA  : Dans quelle mesure les meilleurs programmes d'IA sont-ils vraiment intelligents ? Comment fonctionnent-ils ? Que peuvent-ils réellement faire, et quand échouent-ils ? Dans quelle mesure deviennent-ils humains, et quand devrons-nous nous inquiéter qu'ils nous dépassent ? En cours de route, elle présente les modèles dominants de l'IA moderne et de l'apprentissage machine, en décrivant les programmes d'IA de pointe, leurs inventeurs et les courants de pensée historiques qui sous-tendent les réalisations récentes. Elle explore la profonde déconnexion entre le battage publicitaire et les réalisations réelles en IA, en donnant une idée claire de ce que le domaine a accompli et de ce qu'il reste à faire.   Associant les recherches les plus stimulantes du domaine, et les observations personnelles de l'auteure, ce livre est un guide indispensable pour comprendre l'IA d'aujourd'hui, sa quête d'intelligence " à l'échelle humaine " et son impact sur l'avenir pour nous tous. Avec une postface de Douglas Hofstadter, auteur du best seller international Gdel, Escher, Bach: les brins d'une guirlande éternelle

Dans ce livre, Ian Stewart retrace les efforts de la pensée humaine pour faire des prévisions, à l'aide des mathématiques,  sur tout ce qui est incertain. Météorologie ou économie, mécanique quantique, justice, mécanisme cérébral d'une prise de décision, hasard ou nécessité génétique... Stewart explore les nombreuses applications des probabilités et nous fait comprendre que, malgré tous nos efforts, une probabilité raisonnable reste la seule certitude!

Les théories physiques reposent sur des constantes dont les valeurs sont déterminées expérimentalement. Vérifier la valeur et la constance de ces paramètres permet de tester la validité des théories actuelles, de définir leurs limites, de questionner leur cohérence. Ces constantes universelles servent  aujourd'hui d'étalons  pour déterminer les unités du système  de mesure international :  kilogramme,  mètre, seconde,  kelvin, ampère, mole, candela.  Mais qu'est-ce qu'une constante et quel est le lien entre  constante, unité, et mesure?Cette enquête sur la physique, des laboratoires aux confins de l'univers, nous mènera vers la gravitation, la relativité générale et les théories les plus actuelles, comme la théorie des cordes. "Voici la science telle qu'elle se fait, et non telle qu'on la décrit dans les cours magistraux!" Françoise Combes  

Le neutrino est l'une des particules élémentaires du modèle standard de la physique des particules. Son existence a été prédite en 1930 par Wolfgang Pauli et  depuis  les physiciens n'ont eu de cesse d'essayer de le détecter expérimentalement car cette particule étrange, sans charge, de masse quasi nulle mais hautement énergétique,  produite lors de phénomènes violents du cosmos, pourrait permettre  de percer bien des mystères de notre univers.  Antoine Kouchner et Stéphane Lavignac retracent l'histoire passionnante du neutrino et nous font découvrir les grandes expériences en cours et à venir  pour détecter ce messager de l'infiniment grand et de l'infiniment petit.

Se pourrait-il que notre cosmos ne soit qu'un îlot dérisoire perdu dans un vaste multivers ?  La toute récente détection des ondes gravitationnelles ouvre une nouvelle fenêtre sur l'univers. Faisant le point sur les dernières avancées de la science, Aurélien Barrau nous dévoile les théories cosmologiques les plus audacieuses.  

Nous sommes habitués à observer la lumière des étoiles pour comprendre l'Univers. Ce n'est pourtant pas la radiation la plus présente dans l'Univers mais c'est celle que nous avons d'abord identifiée car nos yeux sont des « détecteurs de lumière ». Or l'Univers est mu par la gravité, non par la lumière. C'est donc la radiation associée, appelée onde gravitationnelle, qui est de première importance pour comprendre le fonctionnement de l'Univers.    La détection des ondes gravitationnelles annoncée le 11 février 2016, par le détecteur américain Ligo, a fait l'effet d'une bombe dans les médias. Ce livre, rédigé par un acteur important de cette physique de pointe, nous décrit cet étrange univers gravitationnel qui s'ouvre à nous.    

Ce livre raconte l'aventure d'explorateurs d'un genre particulier : des géologues intrépides qui, partis en Afrique pour réaliser quelques échantillonnages de sédiments anciens, ont remonté le cours du Temps pour mettre au jour une découverte stupéfiante. Des fossiles de structures cellulaires, âgés de plus de 2 milliards d'années, qui  ont remis en cause toute l'histoire jusque là admise de l'émergence de la vie sur Terre!  Comment les chercheurs, menés par Abderrazak El Albani, ont-ils réalisé cette découverte? En quoi est-elle si révolutionnaire? Comment la vie est-elle apparue sur Terre? Ce livre vous fera voyager dans le temps, à la rencontre de nos origines. Il vous révèlera aussi comment la science avance, souvent au hasard de découvertes inattendues!  

S'arracher de la surface de la Terre pour voir d'en haut ce qui s'y passe n'est plus un rêve. Des instruments sophistiqués portés par des satellites produisent des flux de données qui, insérées dans des processus complexes d'information, contribuent à la connaissance du « système Terre ». Cet ouvrage décrit l'aide précieuse que l'observation satellitaire peut nous apporter dans des domaines comme la gestion des milieux naturels, la prévention des risques ou l'action après les catastrophes. Après avoir proposé un panorama rétrospectif, il trace la construction des données depuis la conception de la mesure jusqu'à son interprétation pour une insertion dans des systèmes opérationnels. Des enquêtes sociologiques esquissent quelquesunes des difficultés qu'il faudrait surmonter pour un usage élargi des données satellites. À l'aide d'exemples concrets comme la cartographie d'urgence ou la veille sur l'eau, le lecteur comprend comment l'observation depuis l'espace offre des ressources cognitives pour habiter la Terre en en prenant soin.    

Breaking free of the Earth's surface to look down from above is longer a mere dream.  Sophisticated instruments flown on satellites produce streams of data that, when inserted into complex information processes, increase our knowledge of the Earth system. Satellites have now revealed the limits and potential of our planet by making them "visible". This book describes how satellite observation offers unique support in fields such as the management of natural environments, risk prevention and post-disaster management.  Beginning with an historical review it then traces how data are constructed from the initial conception of measurements to their interpretation for use in operational systems.  Ongoing sociological surveys sketch-out some of the difficulties to be overcome to allow more widespread use of satellite data.  With the help of concrete examples such as emergency mapping for disaster management or monitoring of water resources, readers are shown how space-based observation offers potential cognitive resources for living on Earth while taking care of it. 

De quoi le monde est-il constitué? Des questions aussi simples que celle-ci ont taraudé l'esprit de l'Homme depuis les origines. Même si les raisonnements sont devenus de plus en plus complexes au fil du temps, au fond, cette question centrale reste très basique.  Ce livre raconte la quête des scientifiques pour élaborer un modèle permettant d'expliquer la structure de la matière à son niveau le plus élémentaire, jusqu'à l'annonce de la découverte du fameux boson de Higgs, au LHC, le 4 juillet 2012. Qu'est-ce que le boson de Higgs et en quoi sa découverte est-elle si importante? La réponse à cette question réside dans l'histoire du modèle standard de la physique des particules. Ce modèle, élaboré découverte après découverte, depuis le début du XXe siècle, recense toutes les particules constitutives de l'univers. Il prédisait jusqu'ici  l'existence d'un champs dit de Higgs indispensable pour donner leur masse aux autres particules du modèle. Sans le boson de Higgs, l'univers ne pouvait tout simplement pas être ce qu'il est! 

Comment le climat a-t-il évolué ? Peut-on établir un lien entre cette évolution et le développement des civilisations humaines ? Pourquoi certaines régions ont-elles connu un essor économique tandis que d'autres sont restées à l'écart du développement ? Vincent Boqueho présente dans cet ouvrage une intéressante analyse de l'impact du climat sur l'histoire humaine. Il démontre que l'apparition des foyers de civilisation coïncide avec une notion essentielle : l'existence d'un fort stress climatique, qui tend à développer la culture d'innovation. Sans nier que l'industrialisation et les progrès agronomiques aient rendu l'homme moins dépendant du climat, l'auteur soutient que le climat reste toujours aujourd'hui un facteur explicatif essentiel.

Ramachandran propose dans ce livre une réflexion sur ce qui distingue l'humain. S'appuyant sur les conceptions traditionnelles, parfois très anciennes, du « propre de l'homme » (le langage articulé, le rire, le raisonnement abstrait, la conscience de la mort, etc...),  il les introduit par la description de cas cliniques rencontrés dans sa carrière et caractérisés par l'altération de ce trait, pour discuter enfin de leurs fondements neurophysiologiques. Le fil conducteur de ce livre est l'idée que le développement des réseaux de neurones miroirs (actifs lorsque le sujet imite le comportement observé chez autrui) constitue le fondement biologique de l'humanisation, qui serait donc une rupture brutale plutôt qu'un continuum allant des primates à l'humain. Il anticipe les critiques en écrivant avec humour : "avant que les créationnistes ne sabrent le champagne, je dois ajouter que cela n'implique aucun miracle.".

Sommes-nous seuls dans l'univers? Si la réponse est "Oui", alors l'humanité est face à une terrible responsabilité, à l'heure où elle a la capacité de s'autodétruire... Si c'est "Non", d'autres questions se posent : pourquoi les extraterrestres ont-ils délaissés la Terre? Où se cachent-ils? Leur présence est-elle un atout ou un handicap pour le développement futur de l'Humanité ? Les progrès scientifiques ne cessent d'éclairer ces questions d'un jour nouveau : qu'il s'agisse de la découverte de nouvelles planètes, de la recherche de signaux artificiels émis dans l'Espace ou de la recherche de vie sur Mars. Ce livre fait le point sur toutes ces recherches, dans un style clair et didactique, à la portée de tous. Excitant l'imagination, il réussit le pari d'être tourné vers le ciel en restant toujours les pieds sur Terre... jusqu'au dernier chapitre, qui nous présente quelques scénarios de science fiction peut-être pas si farfelus...

Comment les avancées en informatique ouvrent-elles de nouvelles voies aux chercheurs en biologie et réciproquement comment les recherches dans les sciences de la vie peuvent-elles inspirer les ordinateurs du futur ? Un chercheur de niveau international nous présente une quinzaine de sujets qui ouvrent des perspectives inattendues et souvent étonnantes. Pourquoi est-il plus facile de faire atterrir une sonde sur Mars que de construire un robot qui marche aussi bien qu'un insecte ? Est-il possible de « reprogrammer » des virus en intervenant sur leur code génétique pour concevoir de nouveaux vaccins ? Comment utiliser les ordinateurs pour mener des tests « in silico » plus rapidement que s'ils étaient faits « in vitro » ou « in vivo » ? Peut-on modéliser sur ordinateurs les processus évolutifs qui prennent des millions d'années dans la Nature ? Rédigé dans un style simple et accessible chaque chapitre présente un sujet au travers de la carrière d'un chercheur montrant ainsi comment les hommes font progresser la science au quotidien.

De quoi l'Univers est-il fait? Comment a-t-il débuté et quel est son avenir? Pourquoi existons-nous? Voilà quelques questions que l'Homme s'est toujours posées. Pour tenter de répondre à ces questions, la physique des particules étudie la constitution ultime de la matière et les lois qui régissent les interactions entre objets fondamentaux. Les progrès dans la direction de l'infiniment petit ont franchi les étapes successives de la molécule, de l'atome, du noyau, pour aboutir aux particules élémentaires. Ainsi, au cours du XXème siècle, la physique des particules a connu une évolution phénoménale et l'on distingue aujourd'hui des détails cent million de fois plus fins qu'il y a cent ans. En quelques décennies, la frontière de l'infiniment petit a été repoussée de huit ordres de grandeurs. C'est cette quête pour comprendre la matière que ce livre raconte.