L’ESSENTIEL

• Plonger dans son histoire permet de mettre en perspective les avancées de l’IA, ses promesses et sa rhétorique. Déjà en 1970, Marvin Minsky, mathématicien, annonçait : « D’ici trois à huit ans, nous disposerons d’une machine dotée d’une intelligence générale équivalente à celle d’un être humain moyen. » Ça vous rappelle quelque chose ?

• L’« effet IA », expliqué par Rodney Brooks, un roboticien, dès 1987 : « Tant qu’on ne sait pas faire, c’est de l’IA. Dès qu’on sait faire, c’est du calcul. » Tiens, tiens.

• Sans oublier la « loi d’Amara », énoncée en 1978 : « Nous avons tendance à surestimer l’effet d’une technologie à court terme et à le sous-estimer à long terme. » Oups.

Il est difficile aujourd’hui d’ignorer l’expression « intelligence artificielle » (IA) tant elle est présente dans les médias, sur les réseaux sociaux et, dans une moindre mesure, dans le monde industriel. Ce phénomène d’hypermédiatisation (hype) n’est pas nouveau pour l’intelligence artificielle, car on a déjà connu de telles périodes d’emballement médiatique, même si l’épisode actuel est particulièrement sévère.

Cette hypermédiatisation s’accompagne, aujourd’hui comme hier, d’une promesse de révolution technologique dont les effets se font pourtant attendre, menant certains à douter de son « avènement ». Dans le même temps, les investissements faramineux ne semblent pas soutenables sur le court terme selon des économistes, faisant craindre un éclatement de la bulle qui pourrait avoir des conséquences dévastatrices sur l’économie mondiale.

Pour comprendre cette situation, il faut se replonger brièvement dans la longue histoire de l’IA.

Une définition ambiguë par choix délibéré

Les termes d’« intelligence artificielle » naissent officiellement en 1955 sous la main de John McCarthy (un des pères fondateurs de l’IA), en préparation de la conférence de Dartmouth aux États-Unis en 1956, qui est considérée par beaucoup comme l’instant zéro de l’IA – quand bien même elle n’aurait pu exister sans les travaux précurseurs d’Alan Turing (père fondateur de l’informatique moderne), de Norbert Wiener (père fondateur de la cybernétique) et de bien d’autres encore.

La formulation, « intelligence artificielle », se voulait explicitement très vendeuse, au grand dam des collègues de McCarthy, qui la trouvaient déjà trop connotée.

Si les premiers résultats furent très encourageants, les pères fondateurs ont rapidement fait des promesses irréalisables à l’époque et, pour certaines, irréalisables encore aujourd’hui. Ainsi, Marvin Minsky écrivait déjà en 1970 dans le magazine Life :

« D’ici trois à huit ans, nous disposerons d’une machine dotée d’une intelligence générale équivalente à celle d’un être humain moyen. »

Un demi-siècle plus tard, nous n’avons toujours pas cette intelligence artificielle générale qui serait équivalente à notre propre intelligence, ce qui n’empêche pourtant pas les nouveaux apôtres de l’IA de la promettre pour très bientôt.

Sam Altman (le PDG d’OpenAI) l’a, par exemple, annoncée en 2024 pour 2025, Elon Musk (xAI) en 2025 pour la fin 2026, Dario Amodei (le PDG d’Anthropic) en 2026 pour 2027-2030 et Demis Hassabis (le DG de Google DeepMind) en 2026 pour 2029.

La toute-puissance de la force brute

Pour autant, les progrès et les avancées de la bonne vieille IA (dite « GOFAI » pour Good old fashioned artificial intelligence) sont avérés, et il y a aujourd’hui un ensemble des techniques issues de l’IA qui sont désormais entrées dans notre quotidien sans même que l’on y fasse encore attention. Vous souhaitez :

• aller d’un point A à un point B ? C’est un vieux problème de l’IA résolu partiellement en 1956 (algorithme de Djikstra) ;

• jouer aux échecs avec un ordinateur ? Le programme Kotok-McCarthy a été conçu en 1959 ;

• discuter avec un chatbot ? Eliza (Weizenbaum) permettait déjà de le faire en 1966 ;

• prouver des théorèmes mathématiques ? Le logic theorist de Newell, Simon et Shaw, en 1956, a pu prouver 38 des 52 théorèmes des Principia Mathematica ;

• reconnaître un visage dans la foule ? Takeo Kanade en fit la première démonstration en 1973.

Ces résultats, majeurs à leur époque, ne nous impressionnent plus guère aujourd’hui. Cela explique peut-être pourquoi, pour le grand public, l’IA commence avec les IA génératives (texte, image, son) et, en particulier, avec ChatGPT, qui est un grand modèle de langage (LLM) mis en ligne en 2022 par OpenAI.

À lire aussi : ChatGPT : pourquoi tout le monde en parle ?

Cette révolution de l’IA s’est véritablement faite en deux temps

En 2012, durant la conférence Neural Information Processing Systems (NIPS), Geoffrey Hinton (lauréat du prix Turing en 2018 et du prix Nobel de physique en 2024) et ses collègues présentent les résultats d’une architecture neuronale pour la reconnaissance d’images.

Les performances de ce modèle sont tout simplement époustouflantes comparées aux techniques standards de l’époque. Là où la communauté pensait qu’il fallait des modèles spécifiques, astucieux, incluant des connaissances fines sur la reconnaissance d’images, Hinton montre au contraire que la force brute marche bien mieux.

Ce qu’il faut donc retenir de ce modèle, ce n’est pas tant son originalité, car son architecture avait été imaginée quelques décennies auparavant par d’autres chercheurs, mais bien l’énorme puissance de calcul qui a été mise en œuvre pour le faire tourner et obtenir ce résultat majeur.

C’est sur ce même principe de « force brute » que Google fera, lui aussi, une avancée majeure dans la traduction automatique au cours de l’année 2016. Là où les linguistes s’acharnaient depuis longtemps à tenter d’introduire les grammaires de nombreux langages, Google a mis en œuvre un véritable rouleau compresseur fondé sur d’immenses volumes de données.

C’est encore ce même principe de force brute qui amènera à ChatGPT et d’autres grands modèles de langage. En exploitant ces mêmes principes de réseaux de neurones profonds, de volumes de données gigantesques et d’une puissance de calcul hors norme, OpenAI a, en quelque sorte, libéré le kraken, aidé en cela par une avancée majeure sur le plan architectural : les transformers, dont l’article original est l’un des plus cités de toute l’histoire de la recherche, toutes disciplines confondues.

Les mêmes causes produiront-elles les mêmes effets ?

Tout en reconnaissant ces avancées majeures, on ne peut s’empêcher de faire le parallèle entre la situation actuelle et ce que l’on appelle « les deux hivers de l’IA ».

Le premier hiver de l’IA, que l’on situe entre 1974 et 1980, est une conséquence directe des promesses non tenues (traduction automatique, reconnaissance vocale, etc.), soulignées par le rapport (assassin) du mathématicien britannique James Lighthill en 1973, et des limites de la puissance de calcul de l’époque. Cela se concrétisa par des coupes budgétaires sévères.

Au début des années 1990, l’IA renaît de ses cendres avec l’idée des systèmes experts (raisonnement à partir de règles), avec, là aussi, des attentes démesurées qui conduiront à un deuxième hiver de l’IA, et ce, jusqu’au début des années 2010.

Pour autant, la recherche en IA ne s’est pas complètement arrêtée durant cette période et de nombreux résultats ont été intégrés dans différentes technologies de la vie courante (reconnaissance automatique de caractères, correction automatique, aide à la décision, navigation routière, etc.), mais ont souffert de l’« effet IA » , comme expliqué par Rodney Brooks dans un article qui a marqué la communauté… à la fin des années 1980 :

« Tant qu’on ne sait pas faire, c’est de l’IA. Dès qu’on sait faire, c’est du calcul. »

Pour qui a travaillé dans le monde académique au début des années 2000, la période actuelle est assez savoureuse. Imaginez un instant qu’il y a un quart de siècle, les mots « intelligence artificielle » étaient bannis des conversations et surtout (auto)censurés de toutes les demandes de subvention, tant les deux hivers de l’IA avaient marqué les esprits. Aujourd’hui, la simple mention du terme IA suffit à faire pétiller les yeux des financeurs et du grand public, même si cet « effet waouh » tend à s’estomper, voire à devenir contre-productif.

Le futur de l’IA reste donc à écrire, mais comme nous l’explique la loi d’Amara, formulée en 1978 :

« Nous avons tendance à surestimer l’effet d’une technologie à court terme et à le sous-estimer à long terme. »

Nul doute que les nouvelles technologies d’IA modifient et modifieront notre quotidien (pour le meilleur ou pour le pire), mais nous ne sommes pas à l’abri d’un troisième hiver de l’IA qui pourrait engendrer des réajustements assez drastiques. C’est en partie ce qui est en train de se passer avec des entreprises qui réembauchent des salariés licenciés auparavant au nom de l’IA.

Quant à l’idée d’une intelligence artificielle générale, elle est pour le moment hors de portée.

Nicolas P. Rougier a reçu des financements de l'ANR.

L’ESSENTIEL

• Architecture, battement d’ailes, déplacements des individus les plus fragiles… les insectes sociaux, tels que les termites, les abeilles et les fourmis, adoptent diverses stratégies pour limiter la surchauffe de leurs nids lors des épisodes de surchauffes extrêmes.

• La ventilation naturelle à l’œuvre dans les termitières est souvent mentionnée comme source d’inspiration dans la conception de bâtiments mieux adaptés au changement climatique.

• En réalité, c’est moins la forme architecturale des termitières que nous devrions imiter que la façon dont les insectes tirent parti des conditions climatiques extérieures.

Lorsque la température extérieure dépasse 35 ou 40 °C, nous cherchons l’ombre, ouvrons les fenêtres pour ventiler ou mettons en marche ventilateurs et climatiseurs. Les insectes, dont la température corporelle dépend de celle de leur environnement, ne disposent évidemment d’aucune de ces technologies.

Pourtant, certaines espèces maintiennent dans leur nid des conditions beaucoup plus stables que celles qui règnent à l’extérieur et s’adaptent aux variations climatiques saisonnières, notamment sous les tropiques. Cette maîtrise est particulièrement spectaculaire chez les termites, les fourmis, les abeilles et certaines guêpes sociales. Le nid n’est pas seulement un abri contre les prédateurs ou les intempéries : il constitue une structure collective qui agit sur la température, l’humidité et la composition de l’air à l’intérieur.

Dans la colonie, les insectes construisent un véritable microclimat protégeant la reine, les ouvrières/ouvriers, les œufs et les larves, les réserves alimentaires (comme le miel), mais aussi, chez certaines espèces de termites ou de fourmis, les champignons cultivés à l’intérieur de la colonie. Cette « climatisation » naturelle associe l’architecture du nid aux comportements coordonnés de centaines, de milliers, voire de millions d’individus.

Le défi thermique des sociétés d’insectes

Contrairement aux oiseaux et aux mammifères, les insectes sont ectothermes, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas maintenir individuellement une température interne constante. Leur activité, leur développement et leur survie sont donc étroitement liés aux conditions extérieures.

Une chaleur excessive augmente leurs pertes en eau et peut perturber le fonctionnement de certaines protéines, des membranes cellulaires et du système nerveux. Les œufs, les larves et les nymphes, incapables de se déplacer librement, sont particulièrement vulnérables. Chez les insectes sociaux, cette difficulté est accentuée par la concentration d’un grand nombre d’individus dans un espace fermé. Leur respiration consomme de l’oxygène et produit de la chaleur, du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau.

La colonie doit donc résoudre plusieurs problèmes simultanément : évacuer l’excès de chaleur, renouveler l’air, conserver suffisamment d’humidité et empêcher le dessèchement des jeunes, tout en se protégeant de l’extérieur, maintenir un accès vers l’extérieur pour se nourrir. Chez les termites et les fourmis qui cultivent des champignons, elle doit également maintenir les conditions nécessaires au développement de leur partenaire symbiotique.

À lire aussi : « The Last of Us » et les champignons : la vraie menace n’est pas celle des zombies…

La termitière, une architecture complexe et respirante

Les grandes termitières d’Afrique, d’Asie ou d’Australie, totalement ou partiellement souterraines, sont souvent présentées comme des systèmes de climatisation naturelle. L’image est séduisante, mais doit être nuancée : toutes les termitières ne fonctionnent pas selon le même principe. Leur architecture et leur ventilation varient selon les espèces, la nature du sol et le climat.

Chez Macrotermes michaelseni, un termite africain qui cultive des champignons du genre Termitomyces, le nid souterrain est associé à un monticule parcouru par un réseau complexe de conduits.

La colonie et le champignon produisent continuellement de la chaleur et du dioxyde de carbone. Les échanges gazeux sont notamment favorisés par les variations de température entre la périphérie et le centre de la termitière.

Une étude sur cette espèce, réalisée en Namibie, a montré que les oscillations thermiques quotidiennes provoquent une inversion régulière des courants d’air. Pendant la journée, la périphérie du monticule se réchauffe plus vite que son centre ; la nuit, elle se refroidit également plus rapidement. Ces différences de température et de densité de l’air alimentent une circulation cyclique qui contribue à évacuer le dioxyde de carbone et l’excédent de chaleur accumulé dans le nid.

La termitière n’impose donc pas nécessairement une température parfaitement constante. Elle tire parti de l’alternance entre le jour et la nuit comme moteur d’une ventilation passive. Le vent peut aussi créer des différences de pression entre plusieurs parties du monticule et favoriser les échanges d’air à travers les ouvertures et les parois poreuses.

À lire aussi : Comment les insectes gèrent à leur échelle le changement climatique

Des termitières poreuses et autoréparatrices

Chez le termite asiatique Odontotermes obesus, également cultivateur de champignons, la termitière possède une organisation en deux couches.

Son cœur est relativement dense et résistant tandis que sa périphérie est plus poreuse et plus perméable à l’air. Cette disposition concilie deux contraintes apparemment opposées : construire un édifice mécaniquement stable tout en permettant sa ventilation.

Les pores et les capillaires de la paroi contribuent aussi à retenir l’eau. L’intérieur des termitières peut ainsi conserver une humidité très élevée, indispensable aux termites comme à leurs jardins fongiques, tout en maintenant des températures plus modérées que celles de la surface.

Ces propriétés ne résultent pas seulement de la forme générale du monticule. Elles dépendent de la taille des particules de terre, de la porosité, de l’épaisseur des parois et de la manière dont les ouvriers mélangent le sol avec de l’eau et des sécrétions.

À lire aussi : Est-ce que les termites sont (seulement) des nuisibles ?

À noter aussi qu’une termitière n’est jamais achevée. Les ouvriers construisent, bouchent ou rouvrent des galeries en fonction des courants d’air, de l’humidité et des concentrations en gaz qu’ils rencontrent. On s’en aperçoit en égratignant l’édifice pour vérifier s’il est habité : en général, les soldats sortent les premiers pour sécuriser le périmètre agressé, les ouvriers suivent pour colmater la brèche, en quelques minutes selon son ampleur. Aucun termite ne possède pourtant un plan général de l’édifice.

La construction repose sur la stigmergie : le résultat d’une première action devient le signal qui déclenche les suivantes. Une accumulation de terre, une irrégularité de la paroi ou un courant d’air modifié incitent d’autres ouvriers à déposer de nouveaux matériaux au même endroit. De même qu’un organisme utilise ses organes pour réguler son milieu intérieur, la société de termites régule son environnement grâce aux parois, aux galeries et à l’activité coordonnée de ses membres.

Les abeilles battent des ailes pour ventiler la ruche

L’abeille domestique, Apis mellifera, emploie une stratégie beaucoup plus active. Pour que le couvain se développe normalement, la zone centrale de la colonie est généralement maintenue dans une plage thermique étroite, entre 33 à 36 °C.

Lorsque la ruche chauffe, certaines ouvrières se placent près de son entrée et battent rapidement des ailes. Elles créent ainsi un courant d’air qui renouvelle l’atmosphère du nid et évacue une partie de la chaleur et du dioxyde de carbone.

L’organisation spatiale des ventileuses est collective :

• celles-ci se répartissent autour des ouvertures et orientent leur corps de manière à produire un flux d’air cohérent ;

• d’autres abeilles collectent de l’eau, qu’elles distribuent sous forme de fines gouttelettes sur les rayons ou dans les cellules. L’évaporation de cette eau absorbe de l’énergie et refroidit l’intérieur de la ruche selon un principe comparable à celui de la transpiration.

• Lors des épisodes très chauds, une partie des ouvrières peut également quitter temporairement l’intérieur et former une « barbe » d’abeilles à l’extérieur. Cette évacuation réduit la densité d’individus et la production de chaleur dans le nid.

Des expériences récentes montrent cependant que ces mécanismes ont des limites : lorsque la température extérieure augmente fortement, toutes les zones de la ruche peuvent s’approcher de 40 °C, malgré l’intensification de la ventilation et de la collecte d’eau.

À lire aussi : Comment les vagues de chaleur perturbent la vie sexuelle des abeilles

Plutôt que de refroidir tout le nid, les fourmis déplacent leur couvain

Les fourmis exploitent souvent les différences de température entre les différentes chambres de la fourmilière. Plus celles-ci sont proches du sol, plus les variations thermiques quotidiennes sont atténuées. Les ouvrières peuvent donc transporter les œufs, les larves et les nymphes vers les secteurs offrant les conditions les plus favorables. Chez la fourmi Camponotus rufipes, par exemple, les ouvrières chargées du couvain détectent l’élévation des températures et déplacent les jeunes vers des chambres plus fraîches.

Les fourmis champignonnistes doivent aussi protéger le champignon dont elles se nourrissent. Chez Acromyrmex heyeri, les ouvrières déplacent le couvain et les jardins fongiques le long des gradients thermiques pour les placer dans la gamme de température la plus favorable à la croissance du champignon. Chez Atta sexdens rubropilosa, elles recherchent également les zones les plus humides.

Plutôt que de maintenir toutes les chambres à une température uniforme, ces fourmis exploitent ainsi l’hétérogénéité du nid. Le contrôle thermique repose sur la mobilité : les individus, le couvain et les cultures fongiques sont transportés vers le microclimat approprié.

Des climatiseurs naturels, mais pas infaillibles : les limites de la bio-inspiration

Les insectes sociaux nous montrent ainsi qu’un habitat peut être conçu non comme une enceinte isolée du climat, mais comme une interface dynamique utilisant l’air, l’eau, le sol et leurs variations thermiques pour limiter la surchauffe. Pourrait-on s’inspirer des fourmilières, ruches et autres termitières ?

Les termitières, par exemple, sont régulièrement citées comme modèles pour concevoir des bâtiments nécessitant moins de climatisation mécanique. Leur ventilation passive, leur inertie thermique, leur porosité et la façon dont elles tirent parti des variations circadiennes offrent effectivement des pistes pour l’architecture biomimétique.

Mais une termitière n’est pas un immeuble miniature. Sa structure fonctionne parce qu’elle est en permanence réparée et modifiée par ses habitants. Copier sa seule architecture ne suffit donc pas à reproduire son fonctionnement. De plus, une ventilation fondée sur l’alternance thermique entre le jour et la nuit perd en efficacité lorsque les nuits restent très chaudes. Le refroidissement par évaporation devient plus difficile en période de sécheresse, tandis que les déplacements vers les profondeurs sont limités par l’oxygène disponible, l’humidité du sol et l’accumulation de dioxyde de carbone.

L’intensification des canicules pourrait pousser ces systèmes, perfectionnés par des millions d’années d’évolution, au-delà des conditions dans lesquelles ils peuvent encore protéger efficacement leurs habitants. Lorsque les températures extrêmes se prolongent et que les nuits restent chaudes, même des architectures sélectionnées pendant des millions d’années ou des millénaires d’adaptations traditionnelles peuvent atteindre leurs limites.

La principale leçon offerte par les insectes sociaux est peut-être moins une forme architecturale à répliquer de façon précise qu’un principe : au lieu de lutter contre les variations du climat extérieur par des moyens purement technologiques tels que la climatisation, leurs constructions utilisent les conditions climatiques. Vent, alternance entre le jour et la nuit, inertie du sol, circulation de l’eau et évaporation deviennent les leviers d’un système de régulation low-tech.

C’est peut-être ce principe dont il nous faut, aussi et surtout, nous inspirer dans toutes les étapes de la transition écologique pour lutter contre le réchauffement climatique.

Romain Garrouste a reçu des financements du MNHN, CNRS, Sorbonne Université et Alliance Sorbonne Université, ANR, MRES, METE, MRAE, IPEV, LABEX BCDiv et CEBA, MITI CNRS, National Geographic, WWF ; Romain Garrouste est membre de la Société des Explorateurs Français (SEF).

Quelle est l’expérience qui permet aux novices d’appréhender les mystères de la mécanique quantique et qui continue de faire vibrer les physiciens ? Partons à la découverte de l’expérience de la « double fente » !

Le physicien américain Richard Feynman (1918-1988) disait de la « double fente » que c’était l’expérience qui contenait tout le mystère de la quantique. L’eau a coulé sous les ponts depuis ses cours des années 1960, mais, conceptuellement, les choses n’ont pas changé : on peut toujours expliquer les dernières expériences de la physique quantique en revenant à la double fente et à son formalisme.

Embarquons pour un tour du propriétaire, remontant aux anciens – bien avant Feynman – aux modernes… puisque la dernière instance en date de l’expérience de la double fente date de… 2026.

L’étude de la nature de la lumière, avant la physique quantique

La double fente démarre comme une expérience totalement classique.

En 1801, le physicien Thomas Young éclaire deux petits trous percés dans un carton. Ces deux trous deviennent à leur tour des sources lumineuses secondaires. Sur le mur de sa chambre, au-delà des trous, Young constate l’apparition de franges d’interférences. Donc, les deux trous, en tant que sources lumineuses, interfèrent l’un avec l’autre : en fonction de la position sur le mur, Young observe des interférences soit constructives (on a une bande claire), soit destructives (on a une bande sombre).

Si vous voulez essayer à la maison, on peut facilement obtenir des franges d’interférence par diffraction avec un laser de poche et un cheveu, le cheveu jouant le rôle des deux fentes, car il sépare le faisceau en deux de part et d’autre.

Cette expérience réalisée un peu par hasard et avec les moyens du bord sera reprise dans ses Lectures en 1807. Elle deviendra la preuve expérimentale canonique que la lumière se comporte comme une onde. En effet, si la lumière se comportait comme des particules, on trouverait deux taches lumineuses sur le mur en regard des deux fentes.

Fin du premier acte.

La double fente de Feynman, ou la nature des électrons

Puis, au début du XXᵉ siècle, est apparue la « nouvelle physique », qu’on a depuis appelée « mécanique quantique ». C’est la théorie qui décrit la matière aux plus petites échelles. En 1924, le Français Louis de Broglie ose l’hypothèse décisive : toute particule de matière possède aussi un comportement d’onde.

Pour illustrer ce comportement, Richard Feynman utilise la double fente dans son article fondateur sur les intégrales de chemin (1948), mais la version la plus célèbre arrivera dans ses cours à Caltech donnés de 1961 à 1963 aux premières et deuxièmes années. Pour Feynman, la double fente est l’expérience qui recèle tout le mystère de la physique quantique (ou « mécanique quantique », comme on disait à l’époque).

Feynman réalise cette expérience comme une expérience de pensée, sans vérification expérimentale, mais le formalisme de la quantique étant tellement puissant et tellement précis, nul doute que, si on devait faire cette expérience en vrai, on trouverait le résultat prévu.

Pour ne pas porter à confusion avec les fentes de Young et la nature de la lumière, Feynman décrit une expérience avec des électrons. C’est le premier point qui perturbe souvent mes étudiants. Si ce point vous gêne, vous pouvez imaginer que les électrons sont des photons sans aucun souci, car cette expérience montre en fait que les électrons se comportent comme des photons, et les photons comme des électrons.

Imaginez un écran percé de deux ouvertures en forme de fentes. Derrière cet écran se trouve un second écran, qui sert simplement à enregistrer les impacts des particules. Imaginez aussi que vous disposez d’un canon capable d’envoyer des électrons. Que devrait-il se passer ? Si l’on tire des électrons vers l’écran, la plupart seront arrêtés par le premier écran, sauf ceux qui passent par les fentes. On s’attend donc à voir apparaître sur le second écran deux zones d’impact, alignées avec les deux fentes.

Mais ce n’est pas ce qui se produit. À la place, on observe sur le deuxième écran un motif appelé « franges d’interférence » : une alternance régulière de bandes claires et de bandes sombres.

Pourquoi ? Parce que les électrons ne se comportent pas comme des particules, mais comme des ondes. Et les ondes peuvent se combiner entre elles. Lorsque deux ondes s’additionnent, elles produisent une interférence constructive, qui donne une zone claire. Lorsqu’elles s’annulent partiellement, elles produisent une interférence destructive, qui donne une zone sombre. L’interférence constructive ou destructive dépend de la différence de chemin parcouru par les deux ondes depuis chaque fente jusqu’à un point de l’écran (exactement comme dans l’expérience de Young).

Jusqu’ici, cela peut encore sembler compréhensible. Mais imaginons maintenant que l’on envoie les électrons un par un avec notre canon à électrons, sans viser une fente en particulier. Dans ce cas, chaque électron est seul. Intuitivement, il devrait donc passer par une seule fente, et on ne devrait plus observer de franges d’interférence. Pourtant, ce n’est toujours pas ce qui se produit. Au fur et à mesure que les électrons arrivent un par un sur l’écran, le motif d’interférence finit malgré tout par apparaître.

Comment l’expliquer ? En mécanique quantique, on décrit l’électron par une fonction d’onde, c’est-à-dire une description probabiliste de son comportement. Cette fonction d’onde peut passer simultanément par les deux fentes, se superposer à elle-même et produire les interférences observées sur l’écran. Attention, on ne dit pas que l’électron passe par les deux fentes à la fois. L’électron n’est pas aux deux endroits à la fois, c’est sa fonction d’onde (c’est-à-dire sa description de probabilité quantique) qui se propage à travers les deux fentes et interfère avec elle-même.

Mais allons encore plus loin. Imaginons que l’on place un détecteur après une des fentes afin de savoir par quelle fente l’électron passe réellement. Parfois, on entend un clic : cela signifie que l’électron est passé par cette fente. S’il n’y a pas de clic, on en déduit qu’il est passé par l’autre fente. Que se passe-t-il alors sur l’écran ? Les franges d’interférence disparaissent. Le simple fait de mesurer le passage de l’électron force le système quantique à interagir avec l’appareil de mesure. Cette interaction détruit la superposition des états et empêche la formation des interférences. Les physiciens ont appelé ce phénomène l’« effondrement de la fonction d’onde ». Le mécanisme à l’œuvre, l’interaction avec le détecteur qui brouille la superposition, porte le nom de « décohérence quantique ».

Bref, tant qu’on ne regarde pas, le monde quantique se permet des comportements bizarres. Dès qu’on l’observe, il rentre dans le rang.

Fin du deuxième acte.

Mais, pour l’anecdote, et la correction historique, notons que si, pour Feynman, l’expérience était vraiment une expérience de pensée, le physicien Claus Jönsson avait déjà réalisé à Tübingen (Allemagne) l’expérience avec une vraie double fente et de vrais électrons en 1961 ! Ses résultats avaient été publiés dans Zeitschrift für Physik. Feynman l’ignorait, car l’article n’a été traduit en anglais qu’en 1974 dans l’American Journal of Physics. C’était une époque – tout à fait révolue – où les publications de physique ne se faisaient pas forcément en anglais.

Une avancée spectaculaire

La double fente connaîtra une avancée spectaculaire en 1974 lorsque les Italiens Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli et Giulio Pozzi vont envoyer les électrons un par un à travers un biprisme, qui est une sorte de paire de fentes virtuelles créée par un champ électrique. C’était à Bologne et ils vont même en tirer un film, qui sera primé au festival du film scientifique et technique de Bruxelles en 1976. La différence avec l’expérience de Claus Jönsson en 1961 est capitale. Jönsson envoyait un flot d’électrons, les Italiens les envoient un par un et le motif d’interférence se construit impact après impact. C’est bluffant.

Ensuite, en 1989, les Japonais Akira Tonomura, Junji Endo, Tsuyoshi Matsuda, Takeshi Kawasaki et Hiroshi Ezawa, chez Hitachi, vont réaliser la même opération, toujours avec un biprisme.

Malheureusement, la prouesse italienne des électrons un par un passera par pertes et profits. Dans les manuels, on retient l’expérience japonaise alors que l’expérience italienne a eu lieu quinze ans avant… juste parce qu’un « concours » lancé en 2002 par le philosophe des sciences Robert P. Crease dans la revue Physics World a désigné l’expérience de la double fente avec les électrons un par un comme « la plus belle expérience de physique de tous les temps »… mais, pas de bol, la revue a attribué l’expérience aux Japonais au lieu des Italiens. Malgré un rectificatif publié plus tard, le mal était fait et bien fait, d’autant que Crease surfera sur la vague du concours avec un livre à succès.

Fin du troisième acte.

Au XXIᵉ siècle, l’épopée de la double fente continue

Pour avoir une vraie double fente et des électrons un par un, comme l’avait décrit Feynman, il faudra attendre 2013 avec Roger Bach, Damian Pope, Sy-Hwang Liou and Herman Batelaan, à l’Université du Nebraska à Lincoln. Ici, on a littéralement le dispositif décrit par Feynman soixante-cinq ans auparavant : un canon à électrons qui les envoie un par un, de vraies fentes découpées dans de la vraie matière et même un dispositif qui ferme une des deux fentes à la demande.

Mais l’histoire de la double fente ne s’arrête pas là…

Début 2026, le groupe de Markus Arndt à l’Université de Vienne (Autriche) vient de publier le résultat d’interférences avec des agrégats de sodium d’environ 8 nanomètres et 170 000 unités de masse atomique, soit l’équivalent de 170 000 atomes d’hydrogène. C’est totalement bluffant, car la taille des amas métalliques envoyés dans le dispositif est comparable aux plus petites échelles de la microélectronique actuelle !

La double fente continue de nous épater.

Cet exposé suit le déroulé de la conférence donnée aux lycéens du Lycée français de Rabat (Maroc), dont la vidéo est en ligne.

Fabrizio Bucella 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.