Décembre 2017
Un jour, tu te réveilleras et tu n’auras plus le temps de faire ce que tu voulais faire. Fais-le donc maintenant.
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Entretien avec Jean-Pierre Luminet (1/3 ) : Qu'est-ce qu'un modèle ?

Astrophysicien de réputation mondiale, Jean-Pierre Luminet est également écrivain et poète. Il a répondu aux question de Dirigeant Magazine. Voici la première partie de cet entretien.

Dirigeant : On parle beaucoup aujourd’hui de nouveaux modèles, qu’ils soient économiques (quatrième révolution industrielle), sociaux (refonte et modernisation de notre système), politiques (nécessité d’un renouveau démocratique), voire géopolitiques et civilisationnels (perte du leadership de l’Occident, émergence de nouvelles puissances). Nous sommes pris dans l’écheveau de ces mutations sans savoir où elles nous mèneront. En astrophysique, qu’est-ce qu’un nouveau modèle et comment apparaît-il ?


Jean-Pierre Luminet : Je crois qu’avant de parler de nouveaux modèles il faut rappeler ce que nous entendons précisément par « modèle » dans le domaine qui est le mien, à savoir les sciences de l’Univers et de la matière. On y exerce quatre types d’activités assez différentes : l’acquisition de données, l’instrumentation, la modélisation et la théorisation. L’acquisition de données – par l’observation à distance, l’exploration spatiale et l’expérimentation en laboratoire – consiste à collecter le plus d'informations possibles. Les performances sont conditionnées par les progrès techniques des appareils de détection, d’où une instrumentation devenue extrêmement sophistiquée – que l’on songe par exemple à la toute récente détection des ondes gravitationnelles, réussie grâce à l’instrument scientifique (l’interféromètre LIGO) le plus sensible jamais construit ! Mais on peut développer les instruments les plus performants et accumuler des téraoctets de données, que signifient tous ces chiffres? Pour les interpréter il faut une grille de lecture, en l’occurrence un modèle, c’est-à-dire n ensemble de concepts et de règles décrivant les mécanismes à l’œuvre dans les phénomènes étudiés.Sans oublier qu’à la base de toutes ces démarches il y a le cadre théorique lui-même, sur lequel repose l’édifice entier de notre compréhension du monde physique.

Notons qu’à la différence des siècles passés, où nombre de scientifiques étaient en mesure de maîtriser les quatre types d’activités, ces dernières sont devenues aujourd’hui si spécialisées que plus personne ne peut en pratiquer plus de deux, au mieux.

Il me semble aussi important de souligner qu’il existe des différences notables entre un modèle explicatif et un modèle prédictif. Comme son nom l’indique, un modèle explicatif a pour tâche de rendre compte de nouvelles données expérimentales dans un cadre physique déjà bien établi, ou tout au moins consensuel. On mesure par exemple le décalage spectral vers le rouge d’une galaxie et on utilise la loi décalage-distance pour en déduire l’éloignement de cette galaxie. Un modèle prédictif se conçoit au contraire en amont des données expérimentales, tout en s’insérant dans un cadre conceptuel standard. Son objectif est de calculer et prédire les caractéristiques physiques de tel ou tel phénomène plausible, bien que non encore observé – ne serait-ce que parce sa détection exige une instrumentation encore hors de notre portée. L’actualité nous offre le meilleur exemple avec la découverte des ondes gravitationnelles, annoncée le 11 février 2016. Prédites il y a exactement un siècle par Albert Einstein dans le cadre conceptuel plus large de sa théorie de la relativité générale, elles viennent tout juste d’être détectées expérimentalement.

A titre plus personnel, c’est dans le domaine particulier de la modélisation théorique prédictive que j’exerce mon métier de chercheur. L’un de mes tout premiers travaux, en 1978, a par exemple consisté à calculer et à prédire l’aspect d’un trou noir entouré d’un disque de gaz chaud – une configuration astrophysique classique s’insérant parfaitement dans le cadre de la relativité générale, mais exigeant une résolution d’image totalement hors de portée des télescopes de l’époque. Le calcul était nouveau mais reposait sur une physique suffisamment « sûre » pour rester crédible quarante ans plus tard, au moment même où un instrument appelé « Event Horizon Telescope » va pour la première fois être en mesure « d’imager » avec la résolution suffisante le gros trou noir situé au centre de notre galaxie et le disque de gaz qui probablement l’entoure (première images attendues en 2016-2017 !) Je me suis ensuite attaché, dans les années 1980, à calculer la façon dont des étoiles entières pouvaient être brisées par les forces de marée de trous noirs géants situés au cœur des galaxies lointaines, et d’en prédire les manifestations électromagnétiques. Ce modèle, dit de la « crêpe stellaire flambée », a fini par être observé et confirmé dans ses grandes lignes quinze ans plus retard, grâce à l’amélioration des télescopes.

Mais il est rare que tout « marche aussi bien ». Ces vingt dernières années j’ai passé beaucoup de temps, d’énergie (et d’imagination) à développer des modèles « d’espace chiffonné » décrivant des formes complexes possibles de notre univers, compatibles avec la relativité générale et les modèles génériques de Big Bang. Or, les signatures observationnelles précises de ces modèles – du moins les plus « simples » d’entre eux –, que j’avais prédites, sont absentes des toutes dernières observations cosmologiques…

La modélisation théorique prédictive est donc un lièvre qui se permet de gambader dans l'univers des possibles, mais qui se fait toujours rattraper par la tortue des mesures expérimentales. Dix ans, vingt ans ou cent ans après les prédictions, des données nouvelles viennent confirmer ou infirmer le modèle qui gambadait en liberté. Quand il s'agit d'une infirmation (la majorité des cas), le modèle est à mettre au musée des curiosités. Quand il s’agit d'une confirmation, le modèle se hisse au rang de « survivant ». J’utilise ce terme car aucun modèle de la physique n’est définitif. Même les plus solides d’entre eux – la loi d’attraction universelle de Newton, la structure de l’atome, etc. – finissent tôt ou tard par rencontrer leur limite et sont mis en défaut, soit en raison d’un désaccord expérimental, soit en raison d’une contradiction conceptuelle.


Propos recueillis par Lionel Meneghin
Le 8-08-2017
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