L’ESSENTIEL

• Après la 5G, la 6G pourrait révolutionner nos télécommunications.

• Elle pourrait se baser sur la communication sémantique, une approche qui vise à transmettre seulement les données utiles.

• Au-delà des défis techniques, cette transition pose aussi des questions fondamentales sur nos communications.

Notre manière actuelle de télécommuniquer atteint une limite : chercher toujours plus de débit brut demande davantage de bande passante, d’antennes, de calcul, d’énergie et d’infrastructures. La 6G ne s’émancipera pourtant pas de notre mode standard de communication à base de 0 et de 1. Tant que nos échanges resteront numériques, les messages seront encodés, traités et transmis sous forme binaire.

Ce qui pourrait changer, en revanche, c’est la question posée au réseau. Jusqu’ici, l’objectif principal était de savoir combien de bits il est possible de transmettre. Demain, certains usages pourraient plutôt nous conduire à demander quels bits il est réellement utile de transmettre.

Des réseaux aveugles au contenu

Les réseaux actuels sont largement aveugles à l’information qu’ils font circuler : ils transportent des données sans chercher à savoir si elles sont utiles, redondantes, prioritaires ou suffisantes pour le destinataire. Cette approche est très efficace lorsqu’il faut transférer un fichier, afficher une vidéo ou garantir qu’un message arrive exactement comme il a été envoyé. C’est cette logique qui a porté le développement de la 5G, avec des promesses de débit plus élevé, permettant de limiter la latence et de connecter massivement des objets.

Mais cette logique n’est pas toujours optimale. Dans de nombreux usages émergents, la communication ne vise pas seulement à reproduire des données, mais vise plutôt à supporter une action : détecter, décider, coordonner, alerter ou diagnostiquer. C’est le cas pour les véhicules connectés, les robots, en passant par les capteurs ou des agents IA.

Par exemple, si un véhicule doit éviter un obstacle, il n’a pas nécessairement besoin de recevoir toute une vidéo pixel par pixel. Il peut avoir besoin d’une information plus compacte : est-ce qu’il y a un obstacle ? À quelle distance ? Quelle trajectoire probable peut-il emprunter ? Et quel est le niveau de confiance qu’il peut accorder à ces données ?

Transmettre moins pour mieux agir

C’est l’intuition des communications sémantiques. Le terme peut prêter à confusion : il ne s’agit pas de transmettre du sens au sens philosophique ni de rendre les réseaux capables de comprendre comme des humains. Il s’agit d’intégrer le contexte, l’objectif de la communication et la tâche à accomplir dans la manière de sélectionner, représenter et transmettre l’information.

Dans le modèle actuel, le réseau cherche à reproduire le plus fidèlement possible les bits envoyés. Dans une communication dite sémantique, on cherche plutôt à transmettre l’information nécessaire pour atteindre un résultat. En effet, une erreur peut être acceptable si elle ne change rien à la décision finale ; à l’inverse, une transmission techniquement parfaite peut être inutile si elle transporte des données sans valeur pour la tâche…

Prenons un exemple : une caméra observe une scène dans une usine. Dans un système classique, elle peut envoyer toute l’image à un serveur qui l’analysera ensuite. Dans une approche par communication sémantique, la caméra ou un équipement proche pourrait extraire localement les informations utiles : elle détecterait la présence d’un opérateur, d’un robot, ou encore un geste dangereux. Le réseau ne transmettrait alors pas nécessairement toute l’image, mais une représentation plus courte, qui mène à une meilleure décision au meilleur moment.

Autrement dit, il ne s’agit pas d’envoyer moins pour envoyer moins, mais d’envoyer ce qui compte. Imaginez que vous discutiez avec un ami. Vous vous connaissez tellement qu’un regard, un mot peuvent suffire là où, avec un étranger, il en faut beaucoup plus pour demander la même chose.

Les prérequis de la communication sémantique

Dans un système de communication sémantique, l’émetteur doit extraire ou compresser l’information utile. Cela peut passer par des modèles d’intelligence artificielle capables de transformer en une représentation plus compacte une image, un signal ou une mesure.

Ensuite, le récepteur doit pouvoir interpréter cette représentation. Pour cela, émetteur et récepteur doivent partager au moins partiellement un contexte : une tâche, un modèle, des conventions, parfois une base de connaissances. Si un véhicule reçoit l’information « obstacle à 120 mètres », il doit savoir ce qu’est un obstacle pertinent, dans quel référentiel la distance est exprimée et avec quel niveau d’incertitude cette information doit être traitée.

Il faut enfin mesurer la réussite autrement. Dans les télécommunications classiques, on mesure un débit, une latence ou un taux d’erreur. Dans une communication sémantique, il faut aussi mesurer la qualité de la tâche : le véhicule a-t-il évité l’obstacle ? Le robot a-t-il coordonné son geste ? Le diagnostic industriel est-il fiable ? La communication reste contrainte par la physique, mais son efficacité se juge aussi par son effet sur l’action.

Des pistes en cours d’exploration

Cette approche reste un sujet de recherche, mais elle n’est plus seulement théorique. Le projet européen 6G-GOALS vise à développer des réseaux 6G capables de prendre en compte les communications sémantiques dans une architecture qui intègre l’intelligence artificielle, notamment pour réduire les bits inutiles à traiter et à transmettre.

Le projet 6G-DISAC explore quant à lui des architectures où le réseau ne sert pas seulement à transmettre, mais aussi à détecter, localiser et interpréter l’environnement. Dans ce cadre, une question devient cruciale : quelles informations faut-il partager entre objets, capteurs et infrastructures pour produire une perception collective fiable, sans saturer le réseau ?

Enfin, 6GARROW, collaboration entre l’Europe et la Corée, travaille sur des réseaux 6G dont l’intelligence artificielle serait une composante structurante. L’objectif est de concevoir des architectures où dispositifs et infrastructures coopèrent davantage pour améliorer l’efficacité, la résilience et l’adaptation aux usages.

Une promesse à juger avec prudence

La promesse de réduire les transmissions inutiles, d’améliorer l’efficacité énergétique, de diminuer la latence tout en permettant à des agents intelligents de coopérer plus efficacement soulève aussi au moins trois nouveaux problèmes.

Le premier concerne les métriques. Tant que l’on mesure un débit, une latence ou un taux d’erreur, les comparaisons sont relativement standardisées. Mais comment mesure-t-on une « erreur sémantique » ? À partir de quand une information est-elle suffisamment correcte pour agir ? Ces questions n’ont pas encore de réponses consensuelles.

Le deuxième problème est celui de l’alignement. Si deux systèmes ne partagent pas les mêmes conventions, ils peuvent mal s’interpréter. L’exemple du Mars Climate Orbiter, perdu en 1999 après une confusion entre unités métriques (mètre, kilogramme…) et impériales (pied, livre…), rappelle qu’un problème de référentiel peut faire échouer un système complexe. Dans les communications sémantiques, un canal radio parfait ne garantit donc pas une compréhension parfaite. Encore faut-il que les modèles, les unités, les conventions et les objectifs soient compatibles.

Le troisième problème est énergétique. Transmettre moins de données peut réduire la charge du réseau, mais extraire, compresser, interpréter et reconstruire l’information demande du calcul, qui consomme lui aussi de l’énergie. La promesse de sobriété doit donc être évaluée sur l’ensemble du système.

Changer le rôle des bits est aussi un risque

La 6G ne s’affranchira donc pas des 0 et des 1 et ne dépassera pas non plus les lois physiques. Mais elle pourrait modifier notre manière de concevoir la communication numérique.

Cette évolution pose toutefois une question politique autant que technique : si le réseau commence à distinguer les données selon leur utilité supposée, comment préserver la neutralité du réseau ? Ce principe fondamental d’Internet veut que les fournisseurs d’accès transportent les données sans privilégier, ralentir ou bloquer certains contenus, services ou applications. De la même manière que la Poste est censée acheminer les courriers sans les ouvrir ni décider lesquels méritent d’être distribués en priorité selon leur contenu, le réseau est conçu pour transporter les données sans juger de leur valeur.

La communication sémantique promet de ne plus transmettre des bits comme s’ils avaient tous la même valeur. Il faudra alors veiller à ce que cette hiérarchisation serve l’efficacité des usages, sans devenir un moyen de discriminer des contenus, des services ou des acteurs.

Cet article a été rédigé avec l’aide du Dr Quentin Lampin, chercheur senior et co-directeur du laboratoire commun Orange-CEA « AI-Native Communications ».

Ce travail (ou une partie de ce travail) a été réalisé avec le soutien du projet 6GARROW, financé par la Smart Networks and Services Joint Undertaking (SNS JU) dans le cadre du programme-cadre de recherche et d’innovation Horizon Europe de l’Union européenne (convention de subvention n° 101192194), ainsi que par une subvention de l’Institute for Information & Communications Technology Promotion (IITP) financée par le ministère coréen des Sciences et des Technologies de l’Information et de la Communication (MSIT) (référence n° RS-2024-00435652)

Emilio Calvanese Strinati ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

L’ESSENTIEL

• Le 6 octobre dernier, la fondation Nobel a récompensé Francis Halzen pour ses contributions à la création de l’observatoire IceCube, en Antarctique, et à la découverte des neutrinos de haute énergie d’origine astrophysique.

• Certaines de ces particules ont des énergies considérablement plus grandes que celles produites dans les accélérateurs de particules les plus puissants. Grâce à IceCube, nous avons une fenêtre pour comprendre où et comment elles sont produites.

• L’astronomie neutrino ne s’arrête pas là, avec des détecteurs en cours de construction dans la Méditerranée et en Chine et la possibilité de croiser les observations avec celles d’autres champs de l’astronomie, comme les ondes gravitationnelles.

Les neutrinos sont des particules élémentaires qui ont la particularité de ne presque jamais interagir avec la matière. Leur existence a été prédite dans les années 1930 par Wolfgang Pauli, et ils ont été observés en 1956 par Frederick Reines et Clyde Cowan en étudiant un réacteur nucléaire.

Mais alors, si les neutrinos sont des particules connues et observées, que récompense donc le prix Nobel de physique de 2026 ?

On connaît à ce jour différentes sources produisant en grand nombre des neutrinos. Certains, les « neutrinos solaires », sont émis par le Soleil lors des réactions de fusion en son cœur. Les « neutrinos atmosphériques » sont, quant à eux, émis lorsque des rayons cosmiques interagissent avec les molécules de la haute atmosphère de la Terre – des interactions similaires à celles qui produisent les aurores boréales. Enfin, les « neutrinos d’origine astrophysique », qui sont émis lors de différents phénomènes violents et très énergétiques dans l’Univers.

Ce sont ces derniers, les neutrinos astrophysiques, qui ont valu le prix Nobel à Francis Halzen après qu’ils ont été détectés en 2013 avec l’observatoire IceCube.

Comment IceCube détecte les neutrinos

Francis Halzen a été récompensé pour avoir imaginé dans les années 1980 ce qui deviendrait le détecteur IceCube, dans le but d’observer les neutrinos de haute énergie d’origine astrophysique.

La construction d’IceCube au pôle Sud a débuté en 2005 et s’est terminée à la fin de l’année 2010.

Le détecteur est constitué de 86 lignes verticales qui plongent dans les profondeurs de la glace antarctique : sa base est située à 2 450 mètres de profondeur et IceCube occupe un volume de près d’un kilomètre cube de glace.

Cette taille colossale est nécessaire pour pouvoir détecter les neutrinos de haute énergie. En effet, les neutrinos interagissent si peu que la plupart peuvent traverser la Terre entière comme si elle était transparente. Le volume énorme du détecteur permet ainsi d’augmenter les chances qu’un neutrino interagisse avec la glace, et donc la probabilité d’en détecter.

En fait, IceCube n’observe pas directement un neutrino, mais le produit de son interaction avec les molécules de la glace, le plus souvent une autre particule appelée « muon ». Les muons produits par les neutrinos sont tellement énergétiques qu’ils produisent une lumière bleutée caractéristique : le rayonnement Tcherenkov. C’est le même phénomène qui est observé dans les piscines de stockage du combustible nucléaire dans les centrales.

C’est ce rayonnement Tcherenkov que détectent les capteurs suspendus aux lignes verticales d’IceCube.

Ce que les observations d’IceCube ont démontré

La construction de cet observatoire géant a été motivée par plusieurs objectifs scientifiques. L’objectif principal était l’étude des rayons cosmiques de haute énergie et les mécanismes permettant de les produire, qui restent encore mal connus. Les rayons cosmiques sont des particules sillonnant l’Univers à une vitesse proche de celle de la lumière. Certaines de ces particules ont des énergies considérablement plus grandes que celles produites dans les accélérateurs de particules les plus puissants… mais nous n’avons pas encore pu trouver où et comment elles sont produites.

Le premier résultat d’importance a été obtenu par les équipes d’IceCube en 2013. En se basant sur les deux premières années de fonctionnement de l’observatoire, 28 neutrinos cosmiques ont été identifiés parmi les données. Les sources les ayant produits n’ont pas pu être identifiées.

Mais même sans cela, ces 28 observations ont constitué l’une des premières preuves de l’existence de ces neutrinos d’origine cosmique. Cela a marqué une étape importante dans l’étude de l’astrophysique des particules, ou astroparticules, et a ouvert une nouvelle fenêtre sur l’Univers : « l’astronomie neutrino ». C’est ce qui a été récompensé le 6 octobre dernier : l’astronomie neutrino est actuellement l’un des domaines de recherche des astroparticules les plus actifs et féconds.

Une autre observation faite par IceCube un peu plus tard a commencé à démêler les sources de ces neutrinos cosmiques. En effet, en 2017, IceCube a détecté un neutrino dont la direction d’arrivée est compatible avec un blazar, un type de noyau de galaxie très particulier puisqu’il émet un jet de matière collimaté. Ce jet accélère de nombreuses particules chargées qui, en interagissant avec le milieu intergalactique, produisent des neutrinos qui ont finalement été observés par IceCube. De plus, TXS 0506+056 est une source connue depuis longtemps dans le domaine électromagnétique faisant de cette observation conjointe entre des rayons électromagnétiques et des des neutrinos une découverte majeure et constitue un exemple d’observation dite multimessagers.

Le paysage actuel et futur de l’astronomie neutrino

De nombreuses thématiques de recherche sont touchées par les possibilités offertes par cet observatoire, telles que la recherche indirecte de la matière noire ou des neutrinos associés à des sursauts gamma, ces jets de matière émis lors de la mort d’étoiles massives ou lorsque les restes de deux étoiles fusionnent.

Depuis le début des années 2020, le paysage de l’astronomie neutrino est aussi occupé par un nouveau détecteur en cours de construction, KM3NeT.

Contrairement à IceCube, KM3NeT est plongé dans les eaux de la Méditerranée, à 2 500 mètres de profondeur. Il y a un an, KM3NeT a annoncé, dans le journal Nature, l’observation du neutrino le plus énergétique jamais observé. Cette découverte majeure a suscité autant d’enthousiasme que de questions, en particulier sur la source capable de produire des particules d’une telle énergie.

Dans les prochaines années, le champ de l’astronomie neutrino va continuer à s’étendre et se développer. D’une part, IceCube va être agrandi par l’ajout de nouvelles lignes dans le détecteur pour atteindre un volume de près de 8 kilomètres cubes augmentant ainsi à la fois sa sensibilité et le taux de détections de neutrinos.

Pour KM3NeT, le déploiement va se poursuivre jusqu’en 2030 pour atteindre sa configuration finale et sa sensibilité nominale. Cela permettra à KM3NeT d’étudier à la fois les propriétés de neutrinos et de poursuivre l’étude de l’Univers.

D’autre part, d’autres détecteurs sont aussi en projet, notamment en Chine, avec les observatoires TRIDENT, NEON et HUNT. Là aussi, leur énorme volume permettra de nouvelles découvertes.

Par ailleurs, une autre perspective que l’on peut entrevoir avec IceCube et KM3NeT dans les prochaines années pourrait se trouver dans l’astronomie multimessagers, en combinant les données neutrinos avec celles d’autres instruments, comme pour TXS 0506+056 en 2016. On peut penser ici en particulier aux interféromètres LIGO et Virgo qui observent les ondes gravitationnelles et dont une observation conjointe avec IceCube et KM3NeT amènerait aussi à une moisson de résultats fondamentaux pour l’étude de l’Univers.

À lire aussi : Ondes gravitationnelles : cinq ans après leur détection, des outils toujours plus performants

Avec ces détecteurs de plus en plus sensibles, l’astronomie neutrino a encore de l’avenir devant elle et promet de nouvelles découvertes fascinantes, construites sur les fondations établies par Francis Halzen durant les dernières décennies.

Je suis membre des collaborations KM3NeT et LIGO-Virgo-KAGRA.

L’ESSENTIEL

• Depuis les années 1970, on pensait que la Terre avait connu un épisode d’apport tardif de matériel par l’intermédiaire des météorites : la théorie du « vernis tardif ».

• Une nouvelle étude vient remettre en cause cette théorie.

• Ce résultat permet une nouvelle vision de l’accrétion de la Terre, de la Lune et des autres planètes telluriques du système solaire.

La Terre s’est formée il y a 4,5 milliards d’années, par une succession de collisions entre des météorites. Il a été proposé dans les années 1970 que la Terre ait connu un épisode d’apport tardif de matériel par l’intermédiaire des météorites (aussi appelé « vernis tardif » ou late veneer, en anglais) à la fin de sa formation.

En effet, les scientifiques avaient alors observé que le manteau terrestre présentait des teneurs en certains éléments (les éléments hautement sidérophiles, avec une forte affinité pour le fer, tels que l’or et le platine) qui ne semblaient pouvoir être expliquées que par une arrivée tardive de météorites, une fois la planète refroidie. Cet apport de matériel afin d’expliquer les abondances en éléments hautement sidérophile du manteau terrestre a été utilisé afin de proposer que les éléments indispensables au développement de la vie tels que le carbone et l’hydrogène aient été apportés au même moment. Cette hypothèse permettait donc de résoudre deux des grandes questions de la géochimie simultanément.

Notre étude, publiée dans Science Advances, propose un autre scénario dans lequel les conditions extrêmes qui régnaient lors de la formation de la Terre permettent d’expliquer les teneurs en éléments hautement sidérophiles du manteau, sans avoir recours à un apport tardif massif de matériel. Si le vernis tardif n’a pas lieu, ou n’est pas aussi abondant que proposé précédemment, il devient difficile d’expliquer l’arrivée sur Terre des ingrédients nécessaires au développement de la vie par ce biais. Ainsi, notre étude propose, par extension, que ceux-ci aient été présents sur Terre dès le début de la formation de notre planète.

Dans cette étude, nous avons recréé au laboratoire les conditions de pressions et de températures extrêmes de la différenciation terrestre, qui sont de l’ordre de plusieurs centaines de milliers de fois la pression atmosphérique et plusieurs milliers de degrés Celsius. En effet, lors de sa formation, notre planète était couverte d’un océan magmatique d’une profondeur de plus de 1 500 kilomètres au sein duquel les éléments chimiques se sont séparés en fonction de leurs affinités pour le métal ou le magma. C’est ainsi que se sont formés les deux principaux réservoirs terrestres que sont le noyau métallique et le manteau silicaté. Cette différenciation noyau-manteau, qui a duré plusieurs dizaines de millions d’années, est fondamentale dans l’histoire de la Terre, car une fois achevée, les échanges chimiques ne sont plus possibles.

Pour reproduire les conditions de la formation terrestre, nous avons utilisé des cellules à enclumes de diamants couplées à un chauffage laser. L’analyse des échantillons synthétisés a mis en évidence le rôle prépondérant de la température sur le partage entre le noyau et le manteau des éléments hautement sidérophiles étudiés (l’or, le rhénium, le palladium, l’iridium et l’osmium). En effet, aux conditions de la formation du noyau terrestre, ces éléments sont bien moins sidérophiles, et voient leur affinité pour les silicates augmenter. En utilisant des modèles numériques de formation de la Terre, cette étude montre que les teneurs mantelliques de ces éléments peuvent être expliquées par les effets de hautes températures qui avaient lieu lors de la différenciation terrestre.

Ce résultat permet une nouvelle vision de l’accrétion de la Terre, de la Lune et des autres planètes telluriques du système solaire sans faire appel à un important vernis tardif. Il s’agit d’une avancée majeure, car le vernis tardif avait été proposé depuis plusieurs décennies comme vecteur d’éléments volatils indispensables au développement de la vie. Nous proposons donc que les éléments tels que l’eau et le carbone aient été présents très tôt dans l’histoire de la Terre, et non apportés une fois la différenciation terminée.

Ingrid Blanchard a reçu des financements de la Deutsche Forschungsgemeinschaft, de European Union’s Horizon 2020 research and innovation program