Un kaléidoscope de bruits — voilà comment on pourrait décrire les données recueillies par les détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO, construits par Rainer Weiss, Kip Thorne et Barry Barish. Ces instruments captent les ondulations de l’espace-temps provenant de lointaines catastrophes cosmiques, mais avec elles, ils enregistrent tout ce qui passe : trépidations du sol, interférences électriques, et même les vibrations causées par le passage des voitures. Chaque sursaut de ce type est une brève perturbation, ou glitch, qui peut ressembler à s’y méprendre à un véritable signal. À mesure que la sensibilité des détecteurs s’est accrue, le kaléidoscope s’est mis à tourner plus vite : les perturbations sont devenues plus nombreuses et plus variées.

Pour démêler ce chaos, les scientifiques ont eu recours à l’apprentissage automatique — l’algorithme DANTE V3. Il effectue d’abord une analyse spectrale : il décompose le signal sur quatre échelles de temps et construit des portraits temps-fréquence. Ensuite, un réseau de neurones (un type de programme qui apprend par l’exemple), conçu comme un transformeur (un identificateur de motifs particulier) et entraîné de manière auto-supervisée, sans indications, découpe le portrait en tranches et repère les plus étranges. Parallèlement, les techniques de traitement numérique d’images et de traitement du signal sont mises en œuvre pour éviter de confondre l’important avec le bruit de fond. Mais la principale astuce réside dans la protection contre la dérive du bruit. Les détecteurs modifient leur comportement au fil du temps : ce qui était normal hier peut sembler étrange aujourd’hui. Pour ne pas confondre lentes évolutions et anomalies, DANTE compare chaque signal suspect à une librairie de 1216 motifs de bruit typiques, recueillis durant les périodes calmes. De plus, il vérifie si un sursaut identique apparaît dans les données des capteurs sismiques ou des capteurs magnétiques (les canaux de surveillance environnementale). Si c’est le cas, le signal est rejeté comme une perturbation d’origine terrestre.

Après ce nettoyage, il ne restait plus que 28 pour cent des 10 372 candidats. Tous formaient un nuage flou, sans groupe distinct — simplement du bruit aléatoire. Seuls deux événements se sont comportés différemment. Le premier a été catégoriquement rejeté : son signal coïncidait presque parfaitement avec celui du système de contrôle (coefficient de 0.987). Le second a survécu : aucun des sept capteurs environnementaux n’a rien détecté de similaire, et le détecteur jumeau n’a enregistré aucune réponse. Mais la forme du signal ne correspond à aucun modèle connu d’onde gravitationnelle, aussi le considère-t-on comme un dysfonctionnement inconnu de l’instrument lui-même. La limite supérieure d’apparition de ces perturbations inédites est d’environ 6 par an pour chaque détecteur.

L’histoire de DANTE V3 montre clairement que si l’on ne s’appuie pas sur le véritable fond de bruit, les méthodes informatiques trouvent des fantômes là où il n’y en a pas. Le nouveau protocole, où le réglage se fait sur des données réelles et non sur des théories, deviendra un filtre fiable pour les observations futures. Les travaux à venir porteront sur une version capable de filtrer les données en temps réel, transformant le kaléidoscope de bruit en une carte où les véritables ondulations de l’espace apparaîtront de plus en plus nettes.