Trois manières dont la physique pourrait contribuer à sauver l’humanité

De la mise au point du moteur à combustion interne aux puces de silicium qui sont à l’origine des gadgets riches en minéraux et des serveurs énergivores de l’ère d’Internet, nos bonds technologiques ont suscité une pression énorme sur l’environnement planétairet.

Mais la technologie pourrait aussi fournir des solutions.

Pour célébrer le Jour de la Terre, ce vendredi 22 avril, Roger Melko, professeur associé à l’Institut Périmètre et chercheur dans le domaine de la matière condensée, a fait équipe avec Slice of PI (Tranche d’IP) pour examiner quelques domaines de la recherche actuelle qui pourraient non seulement aider à corriger l’héritage de l’industrialisation, mais aussi faire durer l’humanité un peu plus longtemps.

Problème : L’utilisation de carburants fossiles pour la production d’électricité et les transports

Solution : La supraconductivité

Les supraconducteurs à haute température pourraient révolutionner la transmission d’énergie, la médecine et les transports. Un train à supraconductivité à haute température pourrait circuler à très grande vitesse en ne consommant qu’une fraction de l’énergie utilisée aujourd’hui par les trains à lévitation magnétique et autres moyens de transport.

La plus grande partie de l’électricité est produite à partir de carburants fossiles. Elle est ensuite transportée par des câbles et des fils — ce qui fait perdre entre 8 et 15 % de l’énergie produite. Mais des matériaux exotiques appelés supraconducteurs pourraient sauver la mise.

Les supraconducteurs laissent passer l’électricité sans résistance ou perte, et permettent un mouvement sans friction. Les supraconducteurs actuels fonctionnent à des températures extrêmement basses et exigent énormément de réfrigération. La création — ou la découverte — de supraconducteurs à la température ambiante constitue l’une des grandes quêtes de la science moderne.

Des supraconducteurs à haute température pourraient servir à créer des machines rotatives extrêmement efficaces (des turbines sans vapeur), et à alimenter des réseaux avec une efficacité de près de 100 %.

Ils pourraient aussi révolutionner les transports. Les trains à lévitation magnétique utilisent déjà des aimants supraconducteurs hyperrefroidis pour la lévitation et la propulsion au-dessus des rails. Des trains semblables à température ambiante pourraient faire la même chose sans consommer d’énormes quantités d’énergie pour la réfrigération, préparant ainsi la voie à des transports plus verts.

** Visionnez une explication — et une démonstration — des possibilités de la supraconductivité dans cette conférence publique prononcée à l’Institut Périmètre par Subir Sachdev, Ph.D. ** 

Problème : La gravité et l’inertie

Solution : Des matériaux évolués

Des matériaux quantiques exotiques tels que le graphène sont si résistants qu’ils permettraient de réaliser des « ascenseurs spatiaux » imaginés depuis longtemps.

Beaucoup de ressources servant à contrer les effets de la gravité et de l’inertie contribuent aussi aux changements climatiques. Il suffit de penser au carburant consommé uniquement pour faire déplacer des véhicules lourds. D’où l’enthousiasme suscité par l’avènement du graphène.

Le graphène est une feuille de carbone ayant un seul atome d’épaisseur. C’est le matériau le plus résistant au monde. (Pour perforer avec un crayon une feuille de graphène de l’épaisseur d’une pellicule de plastique, il faudrait la force d’une grosse voiture.)

Des expérimentateurs travaillent actuellement à la mise au point d’un matériau composite au graphène qui pourrait remplacer l’acier dans les aéronefs et autres véhicules, ce qui les rendrait beaucoup moins énergivores.

Mais certains théoriciens vont beaucoup plus loin. Le graphène pourrait être assez fort pour permettre de fabriquer des ascenseurs spatiaux. Un tel ascenseur pourrait attacher un satellite à la Terre, le transformant en une base permettant entre autres d’exploiter les ressources minières d’astéroïdes.

On s’attend en outre à ce que des matériaux quantiques évolués améliorent grandement notre capacité à produire et à stocker de l’énergie, notamment grâce à des panneaux solaires à grande efficacité et à des batteries à haut rendement.

Problème : L’être humain

Solution : L’intelligence artificielle

En faisant appel à des réseaux neuronaux et à des algorithmes d’apprentissage profond, des chercheurs ouvrent la voie vers une nouvelle ère de l’intelligence artificielle, qui pourrait transformer la conception d’infrastructures, la réalisation de projets de recherche fondamentale, etc.

L’Anthropocène ne fait pas encore officiellement partie de l’échelle des temps géologiques — la Commission internationale de stratigraphie (qui définit les éléments de l’échelle des temps géologiques) décidera cette année de reconnaître officiellement ou non cette époque —, mais les scientifiques sont convaincus que la société a causé et continue de causer des dommages profonds à la Terre.

Pourquoi alors ne pas envisager un effort non humain pour atténuer ces effets? Sous l’impulsion des progrès récents en matière de réseaux neuronaux et d’algorithmes d’apprentissage profond, les ordinateurs ont des capacités de plus en plus voisines de celles de l’être humain. (Google a franchi une étape cette année lorsque son ordinateur AlphaGo a battu le champion du monde du jeu traditionnel chinois de Go.)

Mais l’intelligence artificielle (IA) pourrait faire bien davantage que de jouer à un jeu de plateau. La programmation d’algorithmes d’apprentissage automatique dans de futurs superordinateurs — y compris des ordinateurs quantiques — pourrait ouvrir une ère nouvelle de l’IA et contribuer à améliorer la conception d’infrastructures, la réalisation de projets de recherche fondamentale, et même la médiation en cas de conflit.

MAIS CE N’EST PAS TOUT : La physique de la théorie du chaos, l’information quantique et les superordinateurs de la prochaine génération pourraient aussi aider les scientifiques à comprendre et à prédire les changements climatiques.

Selon Tim Palmer, professeur-chercheur de la Société royale à l’Université d’Oxford en physique du climat, le concept nouveau de calcul flou à l’aide de superordinateurs pourrait constituer une méthode puissante d’évaluation du caractère chaotique et incertain de notre système climatique.

Branchez-vous le 4 mai pour visionner la webdiffusion en direct de la conférence publique que prononcera M. Palmer à l’Institut Périmètre sur les changements climatiques, le chaos et le calcul flou.

« … quel espoir avons-nous de pouvoir prédire quoi que ce soit concernant notre climat dans 100 ans? »
– Tim Palmer