régression par réseau de neurones

Un interprète simultané dans une salle où deux personnes parlent : il doit suivre à la fois le sens et l'intonation, mais si le débit est trop rapide, il ne reste que le résumé.

Deux photographes prennent la même montagne. L'un prend une centaine de clichés depuis le sommet et seulement deux au pied, l'autre fait l'inverse. Si l'on tente de superposer leurs images, l'algorithme pourrait décider que le sommet sur une photo correspond au sommet sur l'autre simplement parce qu'il y a beaucoup de points similaires, et non parce qu'il s'agit du même endroit.

La fusion de deux étoiles à neutrons n'est pas qu'une simple collision. Avant même de se toucher, elles se déforment mutuellement sous l'effet des forces de marée, et cette déformation dépend de la « souplesse » ou de la « rigidité » de la matière à l'intérieur. La matière rigide résiste davantage, la matière souple change plus facilement de forme.

Un « pied à coulisse » cosmique va bientôt mesurer une étoile à neutrons avec une précision d'une centaine de mètres. Pour un objet d'une vingtaine de kilomètres de diamètre, c'est comme mesurer l'épaisseur d'un cheveu humain à un kilomètre de distance. Une étoile à neutrons est le vestige d'une supernova explosée.

En 1998, le mathématicien David Boyd a remarqué une chose étrange. Il étudiait la mesure de Mahler d'un polynôme — une quantité qui mesure la « complexité » de ses racines — et a découvert que pour une famille de courbes, elle s'exprime toujours par un nombre rationnel spécial, multiplié par la valeur de la dérivée de la fonction L.

Dans le vaste océan cosmique, la matière noire s'agglutine en amas et en filaments, un peu comme le plancton suit les courants. Mais si la gravité ne fonctionne pas exactement comme le prévoyait Einstein, ces motifs se modifient — imperceptiblement, telles des rides laissées par un vent invisible.

Cent millisecondes. C'est le temps dont dispose le réseau électrique, après un coup de foudre ou un court-circuit, pour soit revenir à la normale, soit perdre sa stabilité.

Communiquer avec un satellite, c'est comme essayer d'entendre un murmure dans une tempête : le signal se noie dans les parasites. Des ingénieurs ont créé un algorithme d'IA qui fonctionne directement sur le satellite et qui, avec une consommation d'énergie minimale, identifie les distorsions plus précisément que les méthodes précédentes.

De nombreux processus naturels sont décrits par des équations, mais nous n'en connaissons que des fragments. La nouvelle méthode agit comme un cartographe qui, à partir de quelques repères, reconstitue une carte complète du territoire.

Dans une casserole de soupe, deux thermomètres suffisent pour connaître la température partout — à condition de savoir que la chaleur se propage en cercles depuis le fond. De même en science : à partir de mesures éparses, il faut reconstruire l'image complète du champ thermique.

En général, les algorithmes apprennent à agir dans des conditions prédéfinies, comme l'eau qui coule dans un lit déjà creusé. La nouvelle méthode renverse cette logique : elle permet au système d'apprendre à la fois à agir et à modifier son environnement.

Les étoiles à neutrons sont les derniers agrégats de matière visible avant la chute dans un trou noir. Dans leurs entrailles, la matière est comprimée à des densités de l'ordre du billion. Là, les forces nucléaires et la gravité s'entrelacent pour former une substance exotique inaccessible à tout accélérateur terrestre.

Les machines complexes — des drones aux robots chirurgiens — se comportent parfois comme un mustang sauvage : pleines de désordre et de caprices, où un léger contact déclenche une tempête. Plutôt que de mémoriser des formules, la nouvelle méthode observe le système, tel un dresseur.

Les signaux gravitationnels des étoiles massives mourantes sont des murmures qui nous parviennent des laboratoires les plus violents de l'Univers.

Sur une station météo du comté de Brazos, au Texas, la pluie est enregistrée sur une bande magnétique — chaque jour, pendant quatre ans d'affilée. Neuf cents millimètres les bonnes saisons, cent les mauvaises. Puis la bande se tait. La sécheresse s'installe en silence — c'est l'extinction lente du pouls de la terre.

Le trou noir n'est pas un vide figé, mais un moteur magnétique vivant. Son « cœur » — le disque d'accrétion — pulse : à l'inspiration, la matière s'enroule en entonnoir ; à l'expiration, la reconnexion magnétique déchire les lignes de champ, et le plasma jaillit loin de l'horizon.

Concevoir des machines, c'est un peu comme faire de la pâtisserie : il faut savoir exactement où la pâte va se déchirer. Les anciens calculs informatiques vérifient chaque point de la pièce pendant des heures — comme si on mesurait toute la casserole pour être sûr que l'anse ne se détache pas.

Le noyau atomique reste rarement immobile : il tremble, tourne ou pulse, telle une corde tendue. Chacun de ces mouvements correspond à un état excité, et pour le décrire, il faut généralement des calculs très complexes.

Deux étoiles ultra-denses tournent l'une autour de l'autre et finissent par entrer en collision. Cette danse ne dure que quelques instants, mais elle génère de puissantes ondulations dans l'espace — les ondes gravitationnelles.

Une usine où des centaines de minuscules chaînes de montage tournent sans arrêt. Chaque chaîne est un moteur moléculaire qui convertit un carburant chimique en mouvement. Pour que le moteur aille plus vite ou dans la bonne direction, l'ingénieur modifie les réglages — la forme des pièces, la force des interactions.

Le noyau d'uranium ressemble à un portefeuille bien rempli, fermé par deux moitiés qui s'emboîtent. Pour qu'il éclate et libère de l'énergie — c'est-à-dire pour que le noyau se divise — il faut franchir une barrière d'énergie. La hauteur de ce seuil détermine si la matière est stable ou prête à se désintégrer à tout moment.

Un réseau de neurones qui apprend du nouveau ressemble à un voyageur en terrain montagneux. Chaque connaissance acquise est une dépression dans le relief, où le voyageur roule et se coince. Pour en sortir et atteindre un nouveau creux, il faut de l'énergie.

Lorsqu'une étoile massive meurt et s'effondre en supernova, naît une étoile à neutrons — une sphère de la taille d'une ville, mais avec la masse du Soleil. Sa matière est si comprimée qu'une cuillère à café pèse plus que le mont Everest.

Un écoulement turbulent dans un tuyau et les oscillations d'un pendule semblent très différents. Mais ils ont un point commun : tous deux obéissent à leurs propres lois du mouvement, qui peuvent être décrites par des nombres.

Un anticorps est une protéine qui capture les virus et les bactéries. Lorsqu'un ennemi pénètre dans l'organisme, les cellules immunitaires testent différentes variantes d'anticorps, comme si elles essayaient différentes clés sur une serrure. Les modifications utiles sont conservées, les nuisibles sont écartées.

Chaque pensée laisse une trace : une faible décharge électrique sur le cuir chevelu. Un appareil muni de dizaines de fils, semblable à un bonnet de bain, capture ces traces et les transforme en lignes ondulées. À partir de ces lignes, on peut deviner ce que ressent une personne, même si elle reste silencieuse.

L'océan Pacifique respire lentement et profondément. Tous les quelques années, ses eaux de surface chaudes se déplacent vers l'est, vers les côtes de l'Amérique du Sud — et alors des pluies diluviennes s'abattent sur le Pérou, tandis que des incendies éclatent en Australie. Un an ou deux plus tard, l'eau reflue et le tableau s'inverse.

Lorsqu'un quark top naît dans un détecteur de particules, il se désintègre aussitôt en une pluie d'autres particules. Saisir dans cette pluie un indice de nouvelle physique, c'est comme essayer d'entendre un murmure dans un concert de rock.

Affiner un réseau de neurones, c'est un peu comme essayer de modifier un trou noir sans toucher à son horizon des événements : on ne change qu'une petite partie des paramètres.

Dans chaque poignée de terre fertile vivent des bactéries qui font ce qu'aucune usine ne sait faire : elles prennent l'azote directement de l'air et le transforment en engrais. Le secret se cache dans l'enzyme nitrogénase, et son nœud de travail – un amas d'atomes de fer et de molybdène – ressemble à un minuscule atelier d'usine.

Une étoile à neutrons est une boule de la taille d'une ville, mais elle pèse autant qu'une fois et demie le Soleil. À l'intérieur d'une telle boule, la matière est si comprimée qu'une cuillère à café pèserait des milliards de tonnes. Mais de quoi est exactement faite cette matière, les physiciens ne le savent pas encore.

À l'intérieur d'une étoile à neutrons, la matière est comprimée à des densités inimaginables. Autrefois, les scientifiques spéculaient sur la façon dont tout cela était organisé, en passant en revue les équations possibles reliant la pression et la densité. La nouvelle approche écarte les conjectures : elle relie directement la masse et le rayon, mesurables, à la structure interne.

Le Pacifique tropical se réchauffe et se refroidit comme une immense batterie, et de son rythme dépendent les conditions météorologiques de l'Inde au Canada. Ce rythme est appelé El Niño – Oscillation australe, ou ENSO en abrégé. Le prévoir des mois à l'avance, c'est un peu comme prédire quand une casserole va bouillir sans connaître la puissance du feu.

Chaque printemps, les prévisions d'El Niño perdent de leur vigueur, comme un interprète qui se laisse distraire par le moindre bruissement dans la salle et transforme une réunion d'une heure en séance de deux heures.

La collision de deux étoiles à neutrons est un choc qui s'entend dans tout l'Univers. Les détecteurs d'ondes gravitationnelles captent les ondulations de l'espace-temps, mais le son le plus intéressant commence après l'impact : le résidu de la fusion, une étoile à neutrons hypermassive en rotation rapide, continue de vibrer…

Une équipe de quarante prévisionnistes prépare une prévision d'El Niño deux ans à l'avance. Chacun travaille avec le même modèle, mais avec des conditions initiales et des réglages légèrement différents, ce qui fait diverger leurs réponses. En général, les centres de prévision font la moyenne des quarante avis, considérant que chaque membre est également utile.

Dans une pièce avec 80 conseillers, chacun crie sa vérité, et si l'on se contente d'écouter tout le monde et de faire la moyenne, on obtient un brouet. Il en va de même pour les prévisions d'El Niño : le modèle produit 80 scénarios d'avenir, mais ils ne sont pas tous aussi utiles. Certains se trompent moins souvent, d'autres plus, et d'autres encore parlent d'autre chose.

Un interprète dans une salle bruyante essaie de distinguer la parole du brouhaha. La méthode habituelle consiste à mémoriser un ensemble de phrases et à les appliquer selon un schéma. Mais si le bruit augmente, le schéma se brise.

L'interprète est assis à la table de négociation entre deux interlocuteurs : l'océan et l'atmosphère. D'habitude, il transmet le sens avec six mois de retard, et au printemps, il perd complètement le fil de la conversation. Le nouveau modèle, baptisé CTEFNet, mène l'interprétation deux ans à l'avance et explique en plus quelle réplique a été décisive.

Un interprète lors de négociations n'entend que les mots déjà prononcés, mais il devine quand même la phrase suivante. C'est ainsi que fonctionne la nouvelle méthode de prévision d'El Niño : elle ne regarde pas vers l'avenir, mais s'appuie uniquement sur le passé, comme un auditeur honnête.