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Un supercalculateur qui simule le comportement d'un plasma créé par laser ressemble à une cuisine où des centaines de cuisiniers préparent un même plat. Si dix personnes s'entassent devant une cuisinière et qu'aucune ne se tient devant une autre, le travail s'arrête.

Le climat ressemble à un orchestre sans chef : chaque musicien entend les autres avec un décalage, et la partition change en plein concert. L'océan, l'atmosphère, la glace et la terre échangent continuellement de l'énergie, et le moindre accroc dans un instrument peut faire basculer toute la mélodie.

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.

Cinquante sages délibèrent dans une salle, et chacun observe l'océan à sa manière. L'un prête attention à la température de surface, l'autre au vent, un troisième à la chaleur cachée en profondeur. Leurs avis se contredisent souvent, mais il y a un doyen qui sait à qui se fier davantage.

En 2008, un groupe de physiciens a passé des mois de temps de supercalculateur pour calculer une seule grandeur dans la théorie de la gravité quantique.

Les algorithmes informatiques conçoivent des puces optiques qui séparent les signaux par couleur, non pas en lignes droites, mais à travers des labyrinthes sinueux et énigmatiques. Ces motifs chaotiques, presque organiques, fonctionnent parfaitement, mais jusqu'à présent, personne ne savait quelle partie du dessin était vraiment importante.

La Lune n'est pas qu'une boule de pierre, c'est une cloche géante. Lorsque les ondes gravitationnelles la traversent, elle se met à vibrer imperceptiblement.

La science, c'est une immense cuisine où les chercheurs, tels des chefs, cherchent de nouvelles recettes. Autrefois, on testait les ingrédients à la main ; aujourd'hui, l'intelligence artificielle, tel un chef expérimenté, vient prêter main forte.

Les électrons, ces minuscules particules dans les molécules, manœuvrent constamment, évitant les collisions comme des passagers à l'heure de pointe. Pour calculer leur comportement, les scientifiques définissent une règle de distance personnelle : une fonction mathématique qui indique à quel point un électron peut s'approcher de son voisin.

Une fine feuille de carbone, semblable à un délicat treillis de triangles, d'hexagones et d'octogones, repose sur un substrat. En soi, elle n'est pas supraconductrice : les électrons s'y déplacent en désordre, butant sur les atomes. Mais il suffit d'étirer uniformément cette feuille — comme on tend une toile sur un châssis — et le tableau change.

Les modèles informatiques qui prédisent les propriétés des matériaux à l'échelle atomique exigent généralement un réglage manuel long et fastidieux. Pour que le modèle fonctionne avec précision, on lui montre de nombreux exemples — comment les atomes sont disposés et comment ils interagissent. Les scientifiques passent des semaines à sélectionner ces exemples à la main.

Deux graphes sont considérés comme identiques si leur « relief » correspond. Deux cartes avec des montagnes et des vallées : même si le dessin diffère, les hauteurs et les pentes peuvent être les mêmes.

L'eau dans un verre se calme dès qu'on cesse de la remuer. L'huile dans un moteur amortit les vibrations. On croirait que la viscosité rime toujours avec atténuation. Mais dans certains écoulements, c'est tout le contraire : ajoutez du frottement, et les ondes se mettent à enfler, comme surgies de nulle part.

Dans les premières minutes qui ont suivi le Big Bang, l'Univers ressemblait à une cuisinière brûlante. Selon la « recette » du modèle standard de la cosmologie, cette nucléosynthèse primordiale devait produire de l'hydrogène, de l'hélium et un peu de lithium.

Le vent souffle régulièrement, mais soudain une rafale survient et les feuilles s'envolent en tourbillons. À l'intérieur de cette rafale, la vitesse de l'air ne change pas progressivement mais par à-coups – tantôt brusquement vers l'avant, tantôt sur le côté.

Une fine plaque se dresse en travers d'un écoulement d'eau ou d'air. Derrière elle naît un sillage – une zone où le courant se brouille et se mélange. En général, un tel sillage devient turbulent lorsque la vitesse de l'écoulement est suffisamment grande, et le nombre de Reynolds en est la mesure.

À l'intérieur d'un minuscule accéléromètre, le gaz ne se comporte pas comme l'air d'une pièce. Les molécules sont si peu nombreuses qu'elles se heurtent rarement, et les lois habituelles de viscosité et de conductivité thermique cessent de s'appliquer.

Une photo prise à travers un verre dépoli est toujours floue. La lumière, en traversant l'échantillon, se diffuse, et la caméra ne voit qu'une tache au lieu d'une image nette.

Dans un appareil de circulation extracorporelle, le sang circule dans des tuyaux étroits et autour de pales de pompe qui tournent rapidement. Parfois, les globules rouges n'y résistent pas : leur membrane se déchire et l'hémoglobine s'écoule dans le plasma.

Au nord de la plaine d'Arabia Terra s'étendent des champs qui ressemblent à un cerveau géant : crêtes et sillons serpentent comme des circonvolutions. Sur Terre, de tels motifs apparaissent dans les régions froides lorsque l'eau du sol gèle puis dégèle, et que les pierres se rassemblent d'elles-mêmes en bandes.

Le faisceau de rayons X, en se réfléchissant sur un cristal, dessine sur le détecteur un motif de taches et de bandes. Si le cristal est parfait, le motif est simple. Mais à l'intérieur d'un matériau réel, les atomes sont souvent décalés : comprimés à certains endroits, étirés à d'autres.

L'eau d'une rivière coule régulièrement jusqu'à ce qu'elle rencontre un rétrécissement. Là, le courant accélère et peut former un tourbillon après le virage. Des entonnoirs similaires, mais de la taille d'une molécule, sont capables de rassembler seuls des particules en un même endroit — sans pompe ni moteur.

Un supraconducteur est un matériau qui, à très basse température, conduit l'électricité sans pertes : les électrons se déplacent sans se bousculer, comme une foule avançant dans un couloir parfaitement lisse.

Des milliers de modèles mijotent dans un même chaudron, et la vapeur qui s'en élève est épaisse, opaque. Chacun murmure quelque chose à propos du futur El Niño, mais dans ce brouhaha, impossible de distinguer qui dit vrai et qui s'échauffe.

À l'intérieur d'une pile à combustible, les protons doivent traverser rapidement le matériau solide, comme des passagers franchissant les tourniquets à l'heure de pointe. Si les tourniquets sont rares et étroits, le courant est faible.

Un matériau, c'est un peu comme une personne : si on le tire longtemps, il s'en souvient et se comporte différemment. Pendant des années, les ingénieurs ont cherché des formules pour décrire cette mémoire. Désormais, un réseau de neurones s'en charge tout seul. La nouvelle architecture iCKAN prend les données d'essais et les transforme en équations.

Imaginez l'espace-temps comme un vaste étang. Un moteur à distorsion est un bateau qui le traverse. Certains bateaux, comme le célèbre moteur d'Alcubierre, agitent l'eau en tourbillons chaotiques. D'autres, comme le design de Rodal, glissent en douceur, laissant à peine une ride.

Le silicium est comme un bloc de construction universel : on en fait les puces de nos téléphones, les panneaux solaires et les lasers. Mais si on le comprime avec une force énorme, les atomes se réorganisent en de nouveaux motifs – on appelle ces formes des allotropes.

Lorsque le faisceau de protons pénètre dans le corps du patient, il est ralenti et génère un flux de neutrons — comme un caillou jeté dans l'eau projette des éclaboussures. Grâce à ces neutrons, les médecins vérifient à quelle profondeur les protons se sont arrêtés, afin que l'irradiation atteigne précisément la tumeur et non les tissus sains.

Un appareil IRM classique, c'est un aimant énorme qu'on ne peut pas déplacer, et un ordinateur puissant qui transforme les signaux du corps en image. Ces dernières années, des tomographes portables avec un champ plus faible ont fait leur apparition : ils sont légers, bon marché et peuvent fonctionner dans un hôpital de campagne ou dans une ambulance.

La matière noire est invisible, mais son attraction empêche les galaxies de se disperser. On a longtemps pensé que les particules de matière noire se traversaient sans se voir. Pourtant, dans les petites galaxies, la densité de matière noire au centre s'est avérée plus faible que ne le prédisent les calculs.

Dans un écoulement turbulent – comme dans une rivière en crue – l'énergie se transfère constamment des grands tourbillons aux petits. Parfois, des sursauts particulièrement puissants apparaissent, semblables à des vagues qui frappent soudainement la rive. Les scientifiques se sont demandé : peut-on savoir à l'avance quand une telle « vague » va frapper ?

Les systèmes physiques savent calculer. Si l'on construit un paysage de collines et de creux de sorte que le point le plus bas corresponde à la réponse, le système y glissera tout seul, comme une bille. Le problème, c'est qu'au fond, la pente est souvent douce et la bille met du temps à errer avant de se figer. Les auteurs de l'étude proposent de pousser la bille dans la bonne direction avant même le départ.

À l'intérieur d'un morceau de métal, les électrons ne restent pas en place : ils se déplacent comme l'eau d'une rivière. Mais voir ce mouvement directement est impossible — c'est trop rapide et trop petit.

Les matériaux viscoélastiques — des polymères qui, à l'instar de la pâte à pain, gardent la mémoire de chaque contact : leur réaction à un choc dépend de l'historique des déformations. Déjà James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann en avaient donné une description mathématique.

Une balle tombe sur le sol, s'aplatit un instant et rebondit. La quantité d'énergie qu'elle restitue dépend du matériau : une balle en caoutchouc rebondit presque à la même hauteur, tandis qu'un morceau d'argile s'écrase et reste au sol.

Le plasma est un gaz dans lequel les électrons sont arrachés des atomes, et il se comporte comme une soupe de particules chargées. Pour prédire comment une telle soupe s'écoule et chauffe, il faut savoir comment les particules se heurtent et échangent de l'énergie.

Un cristal de germanium avec de l'étain ressemble à une mosaïque où chaque carreau est un atome. Si l'on dispose les carreaux au hasard, la couleur de la mosaïque est une ; si on les assemble en un motif, elle est une autre.

Une particule d'or de quelques nanomètres ressemble à un minuscule diamant taillé, mais avec cinq faces au lieu des habituelles. À l'intérieur se cache un défaut, comme une fissure dans le verre qui peut soit se refermer, soit briser tout l'objet. Les scientifiques ont voulu comprendre ce qui fait bouger et disparaître ce défaut.

Si l'on chauffe un cristal, ses atomes se mettent à vibrer comme des cordes tendues. Un faisceau de rayons X, en traversant le cristal, est diffusé par ces vibrations et dessine sur le détecteur non seulement des taches nettes, mais aussi de faibles motifs flous.