Quand le digital assimile la simulation
Les méthodes de simulation, bien connues des scientifiques, pourraient connaître une seconde vie dans ce gigantesque laboratoire qu’est devenu le digital. Une hypothèse que pose Jean-François Sigrist dans son livre : La simulation numérique. Interview, non simulée, avec l’auteur.
1. Pourquoi avoir écrit ce livre… maintenant ?
Peut-être parce qu’il m’a fallu attendre vingt ans avant de pouvoir être en mesure de l’écrire !
Cet ouvrage est un livre de technologie, au sens littéral du terme : « discours sur une technique ». Celle de la simulation numérique, utilisée en particulier par les ingénieurs afin de concevoir les objets de notre quotidien. Ses applications se retrouvent, de façon souvent cachée, dans presque toutes les activités humaines. Elle est plus largement utilisée dans de nombreux domaines techniques : agriculture et industrie, énergie et santé, météorologie et climatologie, astrophysique et géophysique, la liste est sans fin !
La simulation numérique se fonde sur une « modélisation mathématique du monde réel », exprimée par des équations rendant compte de phénomènes physiques, par exemple. Elle couple ces modèles théoriques avec, d’une part, la puissance de calcul offerte par les ordinateurs modernes et, d’autre part, des algorithmes permettant de trouver des solutions à ces équations. Ceci permet aux ingénieurs de comprendre des phénomènes physiques complexe (l’aérodynamisme, par exemple, la façon dont un écoulement d’air se profile autour d’une forme) ; de concevoir un objet avec des objectifs de sécurité et de qualité (par exemple une automobile) ; de prévoir son comportement (tenue de route, confort acoustique de l’habitacle) et d’optimiser sa conception (améliorer la forme des carrosserie pour réduire la consommation de carburant) .
Le livre se fonde sur une partie de mon expérience de cette technique. Une expérience acquise pendant près de vingt ans dans le domaine industriel (au sein de Naval Group, constructeur naval français), souvent dans un contexte de collaboration avec le monde académique… Je n’aurais pas pu l’écrire sans ce recul apporté par la pratique !
Pour la petit histoire, c’est l’exemple de cette simulation, proposée en 2008 par la société nantaise HydrOcéan, qui a été le point de départ de ce livre. Elle représente un calcul réalisé par des ingénieurs afin d’anticiper le risque de déferlement d’une vague sur un navire et d’en évaluer les conséquences. Une expérience, rendue possible par la puissance des ordinateurs et des algorithmes, qu’il serait impossible à réaliser autrement que par simulation !
J’y ai vu un lien avec cette estampe connue d’Hokusai. Des liens existent toujours entre une science et les autres connaissances de son époque, et je trouve intéressant de les évoquer. J’ai ainsi choisi de parler de modélisation mathématique en utilisant quelques références à d’autres domaines, en particulier artistiques (peinture, cinéma, photographie).
2. Une page de votre livre, ou un passage, qui vous représente le mieux ?
J’ai aussi eu envie dans ce livre de montrer comment le développement d’une technique s’appuie sur des contributions intellectuelles variées, qu’elles soient celles des grands scientifiques dont les noms jalonnent l’histoire des sciences physiques et des mathématiques, ou celle d’ingénieurs et de chercheurs œuvrant à la développer au quotidien.
Les mots innovation et disruption sont de nos jours souvent invoqués afin de relater les réussites commerciales d’entrepreneurs qui ne devraient leur succès qu’à eux-mêmes ! Je pense que l’innovation est avant tout collective. Le mythe de l’inventeur génial et solitaire, n’est à mon avis que cela : un mythe ! En réalité, les idées, à l’image des équations sur lesquelles se fondent les simulations numériques de ingénieurs, appartiennent à tout le monde, ainsi que l’énonce le mathématicien Cédric Villani (Théorème Vivant, Grasset, 2012).
Je crois que ce mythe fait oublier que les découvertes scientifiques sont à la fois individuelles ET collectives… Les inventions techniques se font dans différentes régions du monde suivant des modalités différentes, et parfois simultanément, dans un contexte donné : compétition économique ou culturelle, suprématie diplomatique ou militaire. Ce mythe masque aussi la réalité du monde actuel : les grands projets industriels, comme la maîtrise de l’énergie nucléaire au siècle dernier et l’intelligence artificielle aujourd’hui, nécessitent tous des investissements publics conséquents. La prise de risque associé aux recherches dans ces domaines est avant tout collective – et parfois, des projets techniques les plus ambitieux, fondés sur les rêves des ingénieurs ne voient simplement pas le jour !
Même s’il faut évidemment une idée, une force de caractère, une confiance en ses capacités intellectuelles (comme humaines) et une chance pour proposer et croire à un projet d’envergure, on n’innove jamais seul. On n’innove jamais indépendamment d’un contexte politique, social ou économique, ni sans des connaissances pré-existantes et produites par d’autres, sans de courants de pensée (et de modes : elles existent aussi en sciences et en recherche !). Et jamais sans infrastructures financées collectivement (réseaux de transport et de communication, établissements de formation et de recherche, etc.).
C’est aussi la thèse que je défends en filigrane dans mon livre. Je le détaille dans un passage consacré à la place de la France dans la maîtrise de cette technique de simulation numérique.
Nous contribuons tous d’une certaine façon à l’émergence de ces projets et de nouvelles techniques. Les images postées des réseaux sociaux peuvent être analysées avec des techniques dites « d’apprentissage ». Ainsi, Facebook indique depuis 2016 pour chaque image ce qu’elle est susceptible de contenir (une personne, un animal, un objet, etc.), avec une fiabilité étonnante ! Avec la quantité de données, en particulier d’images, que ses utilisateurs ont posté sur le site (et d’autres), en identifiant parfois des personnes, des lieux, l’entreprise a été en mesure de développer ces algorithmes de reconnaissance d’images. Nous avons au fond collectivement participé, et sans le savoir totalement, aux programmes de recherche et développement de Facebook, en lui permettant d’utiliser des données qu’une autre organisation (entreprise ou laboratoire de recherche) aurait sans doute été dans l’incapacité de collecter sans des moyens financiers conséquents.
3. Les tendances qui émergent à peine et auxquelles vous croyez le plus ?
Elles sont nombreuses ! Pour rester dans le domaine de la simulation numérique, j’en retiendrai une, dans le secteur de la santé. S’appuyant sur les algorithmes développés pour des problèmes industriels (écoulement de fluides, résistance des matériaux), chercheurs et ingénieurs travaillent de nos jours à développer des modélisations numériques du corps humain. De nouvelles techniques et algorithmes rendent possible la simulation de muscles, des vaisseaux sanguins, du cœur (… et même du cerveau !).
Ces simulations, permettant aux médecins de préparer une intervention ou aux ingénieurs de développer des prothèses, se fondent sur des modèles « patients-spécifiques ». Elles contribueront au développement d’une médecine personnalisée, au centre duquel se trouvera « le jumeau numérique ».
Les jumeaux numériques sont des modèles « in silicio », c’est-à-dire implémentés dans des ordinateurs. Ils permettent de personnaliser le diagnostic et la thérapie d’un patient. Génomique, imagerie ou dossiers médicaux (compte rendu de visites, d’opérations ou d’interventions) : les données concernent les individus et permettent une représentation numérique de son état de santé. Croisées avec des données statistiques pour des populations entières, ces données individuelles permettent d’établir des corrélations pour trouver une stratégie thérapeutique.
Développer les « jumeaux numériques » ne relève pas de la science-fiction et peut-être demain ces avatars prendront-ils un traitement avant nous… mais pas à notre place !
4. Si vous deviez donner un seul conseil à un lecteur de cet article, quel serait-il ?
Je ne me sens pas bien placé pour donner des conseils… étant moi-même assez inapte à appliquer ceux que l’on me prodigue ! Je crois cependant que repérer et faire sauter nos verrous mentaux est une entreprise intéressante, en même temps qu’ambitieuse, pour nous-mêmes et les autres. A chacun sa méthode pour y arriver ! Pour ma part, rédiger cet ouvrage m’a également accompagné dans ce chemin, en travaillant sur les rapports entre émotion esthétique et démarche scientifique.
5. En un mot, quels sont les prochains sujets qui vous passionneront ?
Ce livre m’a été aussi inspiré par les mots bien connus de François Rabelais (1494-1553) – science et conscience… Son écriture m’a donné envie d’approfondir les liens entre science et société : c’est à n’en pas douter le prochain thème qui guidera mes recherches.
Pour l’heure, je me consacre à la rédaction d’un second opus, en deux tomes, sur le même sujet. Plus approfondi, il bénéficiera, en principe, d’une diffusion internationale. Je sollicite de nombreux ingénieurs et chercheurs d’institutions de recherche (INRA, INIRIA, CEA, ONERA, CNRS, etc.) et d’entreprises (grands groupes ou PME), pour contribuer à sa rédaction : j’en profite pour les remercier ici !
Merci beaucoup, Jean-François.
Le livre : La simulation numérique, Jean-François Sigrist, iste éditions, 2019.
Propos recueillis par Bertrand Jouvenot