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.

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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

Imaginez un ordinateur capable de percevoir que vous êtes fatigué, frustré ou enthousiasmé, et d’adapter son comportement en conséquence. C’est exactement ce que promet l’« informatique affective ». Ce champ de recherche désigne l’ensemble des technologies conçues pour détecter, interpréter et simuler les émotions humaines. En d’autres termes : des systèmes en mesure de capter nos états intérieurs afin de mieux interagir avec nous.

L’expression « informatique affective » est née en 1997, sous la plume de Rosalind Picard, chercheuse au MIT. Dans son ouvrage fondateur, elle pose une question simple en apparence : pourquoi les ordinateurs, si puissants pour traiter de l’information, sont-ils si maladroits face aux émotions humaines ? Picard fait le pari que des machines capables de reconnaître et d’exprimer des affects pourraient devenir de bien meilleurs partenaires pour les êtres humains.

Le mot « affective » est emprunté à la psychologie, où il désigne tout ce qui relève de l’affect, du ressenti, des états émotionnels. Accolé à « informatique », il crée une tension productive : celle d’une discipline qui cherche à mettre le calcul au service de ce qu’il y a de plus imprévisible chez l’être humain.

Comment ça fonctionne concrètement ?

Les systèmes d’informatique affective s’appuient sur plusieurs types de signaux. Le plus répandu est l’analyse des expressions faciales : des caméras capturent les micromouvements du visage, que des algorithmes traduisent en émotions supposées (joie, surprise, tristesse, colère…).

Ces catégories d’émotions « de base » ont été théorisées dès les années 1990 par le psychologue Paul Ekman, dont les travaux ont largement inspiré les systèmes actuels de reconnaissance faciale. Mais d’autres canaux sont également exploités pour analyser les émotions : le ton de la voix, le rythme cardiaque, les mouvements du corps ou encore les variations de la conductance électrique de la peau, indicateur physiologique du stress.

Ces données sont captées en temps réel à travers les capteurs intégrés à nos appareils : la caméra de l’ordinateur, le microphone du téléphone ou les capteurs physiologiques d’une montre connectée. Elles sont ensuite traitées par des modèles d’apprentissage automatique entraînés à reconnaître des configurations récurrentes associées à des états émotionnels.

Concrètement, ces modèles ont été exposés à des milliers, parfois des millions d’exemples : une position précise de sourcils correspond à de la surprise, un tremblement de voix à de l’anxiété et une accélération du rythme cardiaque à du stress. Le système apprend à associer ces configurations à une émotion, puis applique ce qu’il a appris à de nouvelles situations.

En d’autres termes, le système ne « ressent » rien : il calcule des probabilités. Il estime, à partir de signaux mesurables, que vous exprimez très probablement de la satisfaction ou que vous semblez concentré plutôt qu’ennuyé.

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Des usages déjà bien présents dans notre quotidien et des applications plus inattendues

L’informatique affective s’est glissée dans des outils que beaucoup d’entre nous utilisent au quotidien, parfois sans le savoir.

Par exemple, les plateformes de visioconférence intègrent désormais des modules capables d’analyser l’attention des participants. Certains outils de formation en ligne s’en servent pour ajuster le rythme d’un cours en fonction de l’engagement détecté chez les apprenants. Les assistants vocaux, eux, commencent à moduler leurs réponses selon le ton perçu dans la voix de l’utilisateur.

Au-delà des réunions en ligne, l’informatique affective investit des domaines plus surprenants. Dans le secteur automobile, des systèmes embarqués détectent la somnolence du conducteur à partir de l’analyse de son regard, déclenchant une alerte avant qu’un accident ne survienne (le dispositif GSR2 rend obligatoire un système de surveillance active de l’attention du conducteur dans les véhicules neufs depuis juillet 2026).

Dans le domaine culturel, des musées expérimentent des installations qui s’adaptent aux réactions émotionnelles des visiteurs. C’est le cas du musée Munch à Oslo (Norvège), qui a co-développé avec des chercheurs une expérience dans laquelle un système d’informatique affective analyse les expressions faciales des visiteurs devant les œuvres et leur remet en souvenir une carte postale visualisant leurs données émotionnelles.

Dans la santé, des outils thérapeutiques aident des patients atteints de troubles de la communication à mieux déchiffrer les signaux émotionnels de leur entourage. C’est notamment le cas pour les enfants autistes, pour lesquels des robots sociaux intégrant des technologies de reconnaissance des émotions ont été développés afin d’améliorer leurs interactions sociales.

Ce que ce terme dit de notre époque

Si l’expression « informatique affective » commence à entrer dans le langage courant, c’est parce qu’elle reflète une transformation profonde de notre rapport aux machines. Né dans les laboratoires de recherche à la fin des années 1990, le concept a longtemps circulé dans les seules sphères académiques. Pendant longtemps, le grand public considérait l’ordinateur était un outil purement logique : on lui donnait des instructions, il exécutait. Avec l’informatique affective, la machine devient un interlocuteur capable de tenir compte de notre humeur, de notre niveau de fatigue, de notre engagement.

Ce glissement dit quelque chose d’essentiel sur nos attentes vis-à-vis des technologies : nous ne voulons plus seulement qu’elles soient efficaces, nous voulons qu’elles soient attentives. L’informatique affective est le nom donné à cette ambition, celle de machines qui cherchent à s’adapter à l’humain qui se trouve en face d’elles, déplaçant une frontière que l’on croyait stable : celle qui sépare le monde du calcul du monde du ressenti.

La série « L’envers des mots » est réalisée avec le soutien de la délégation générale à la langue française et aux langues de France du ministère de la culture.

Charlotte De Sainte Maresville a reçu des financements de ANR dans le cadre du projet France relance 2030.