Un vieil instrument d'avion se bloque parfois : l'aiguille accroche sur le cadran et ne bouge plus, alors que l'avion change déjà d'altitude. Les ingénieurs ont trouvé une solution simple : ajouter une légère vibration. Le tremblement ne gêne pas, au contraire, il aide l'aiguille à se décoller et à indiquer la vérité. Le même truc fonctionne non seulement dans le cockpit, mais aussi dans l'ordinateur, dans le climat terrestre et même dans la fourmilière.
Lorsqu'on convertit une photo en numérique, la luminosité de chaque pixel est arrondie au niveau le plus proche. Si les niveaux sont peu nombreux, l'image devient grossière et les petits détails disparaissent. Mais si, avant l'arrondi, on ajoute un peu de fluctuations aléatoires, une partie des pixels franchit le seuil vers le haut, une autre vers le bas. En moyenne, l'œil voit les mêmes nuances que dans l'original. Le grain apparaît, mais les détails sont préservés. Cette technique s'appelle le tramage (dithering), et elle ressemble à un bruit qui sauve l'image.
Le climat terrestre a aussi des seuils. Il existe des époques froides avec d'immenses glaciers, et des époques chaudes comme aujourd'hui. On peut imaginer la transition entre elles comme une bille dans un creux : pour rouler dans le creux voisin, il faut une impulsion. L'orbite terrestre varie légèrement avec le temps, mais ces variations ne suffisent pas à déplacer le climat. En revanche, si on ajoute des fluctuations aléatoires de la météo, parfois elles coïncident avec l'impulsion orbitale et font basculer le système au-delà du seuil. Ainsi, le bruit explique pourquoi les périodes glaciaires se succèdent environ tous les cent mille ans.
Les fourmis de l'espèce Pheidole megacephala cherchent de la nourriture en laissant derrière elles une piste chimique. Quand la nourriture s'épuise, les éclaireuses en trouvent une nouvelle et marquent le chemin qui y mène. Mais toutes les fourmis ne suivent pas parfaitement les indications : certaines bifurquent au mauvais endroit. Les scientifiques ont construit un modèle dans lequel des fourmis avec un taux d'erreur nul restaient coincées sur l'ancienne piste, même lorsque de la nouvelle nourriture apparaissait à proximité. En revanche, les colonies où des erreurs se produisaient basculaient avec succès. L'erreur d'une fourmi individuelle ressemble à du bruit, mais pour toute la colonie, c'est un moyen de ne pas rester coincée pour toujours.
Aujourd'hui, les ingénieurs ajoutent délibérément du bruit dans les caméras numériques et les enregistrements audio pour préserver les détails. Les biologistes commencent à voir dans les « erreurs » des systèmes vivants non pas un défaut, mais un réglage que l'évolution a sélectionné pour la flexibilité. Si l'on comprend quel niveau de bruit est optimal pour chaque système, on pourra créer des capteurs qui perçoivent les signaux les plus faibles, et des médicaments qui ne s'activent qu'au bon moment. Le bruit cesse d'être une perturbation et devient un outil.
Le nom « tramage » (dithering) vient des vibrations mécaniques que l'on ajoutait aux instruments de bord des avions pour que les aiguilles ne restent pas bloquées. Plus tard, le même principe a été appliqué au son et aux images numériques.
Dans le roman de Stanislas Lem « Solaris », l'océan de la planète engendre des structures complexes à partir de fluctuations aléatoires, ce qui fait écho à l'idée que le bruit peut être une source d'ordre, et non seulement une nuisance.