Hors-série Pour la Science n°112 - Juillet 2021

Roland Lehoucq

Gérald Bronner

Sophie Beltran-Bech

Marc-André Selosse

HORS-SÉRIE

Quand la science dépasse la fiction

INVISIBLE !

Les vraies capes d’invisibilité

Les animaux invisibles… ou presque Comment disparaître sur internet ?

08.21/09.21

HORS-SÉRIE

L’invisible et le visible

par Loïc Mangin Rédacteur en chef adjoint à Pour la Science

Le 18 mai 2021, la sculpture Io sono (« Je suis »), de l’Italien Salvatore Garau, s’est vendue 15 000 euros. Particularité de l’œuvre ? Elle est invisible et n’existe que parce que son créateur, revendiqué artiste du vide, l’a décrété. Son Bouddha en contemplation, fait du même « matériau », avait été exposé sur la place de la Scala, à Milan. Quel est le message ? Selon l’artiste, ses sculptures invisibles sont une « parfaite métaphore de l’époque pleine de vide où nous vivons ». À l’opposé du vide ainsi mis en lumière, l’invisible est un sujet cette fois très concret, et actif, qui traverse les sciences contemporaines, de la biologie à la physique quantique en passant par la sociologie et l’informatique, et les articles de ce Hors-Série en sont la preuve. Et s’il est une chose qui n’est pas invisible dans ce numéro, ce sont bien les changements opérés dans sa présentation ! Tout a été repensé en profondeur pour rendre encore plus agréable la lecture sans perdre de vue l’essentiel, la rigueur du contenu. Nous espérons bien que, contrairement à ce que disait Saint-Exupéry, l’essentiel ne sera pas invisible pour vos yeux !

Ont contribué à ce numéro

Roland Lehoucq

Astrophysicien au CEA et président du festival Les Utopiales depuis 2012, il œuvre au rapprochement de l’art et de la science. Son dernier ouvrage, Pourquoi le Soleil brille, a paru chez Humensciences en 2020.

Marc-André Selosse

Professeur du Muséum national d’histoire naturelle à Paris, ses travaux portent sur les interactions dans le monde végétal. Il a publié Les Goûts et les couleurs du monde chez Actes Sud, en 2019.

Gérald Bronner

Professeur de sociologie à l’université de Paris, il s’intéresse aux ressorts de nos croyances et aux mécanismes de notre attention. Son dernier ouvrage, Apocalypse cognitive, a paru aux PUF en 2021.

Sophie Beltran-Bech

Maîtresse de conférences à l’université de Poitiers, dans le laboratoire Écologie et biologie des interactions, elle étudie les liens entre hôtes et parasites et leur dynamique.

www.pourlascience.fr

INVISIBLE !

Quand la science dépasse la fiction

p. 6 Grand témoin

Roland Lehoucq

Dans les œuvres de fiction, l’invisibilité a toujours un coût, un prix à payer

L’invisibilité au laboratoire

p. 14 La folle histoire de l’encre sympathique

Kristie Macrakis

L’encre invisible eut un âge d’or, et n’a pas dit son dernier mot.

p. 22 Invisibilité en vue !

Gregory Gbur

La cape d’invisibilité de Harry Potter inspire les physiciens.

p. 30 L’informatique passe-muraille

Natalie Wolchover

L’imagerie dite « hors ligne de visée » voit derrière les murs.

p. 38 Les failles de la furtivité

François Delaveau et François Pipon

Des radars indétectables repèrent même les avions furtifs.

p. 46 Un terrain de jeu pour la SF

Roland Lehoucq et J. Sébastien Steyer

Les artistes adorent jouer avec l’idée d’invisibilité.

02 03

Vivre en toute discrétion

p. 52 Pour vivre heureux vivons cachés

Sophie Beltran-Bech

Des parasites sont invisibles pour le système immunitaire.

PORTFOLIO

p. 60 La ménagerie de verre

De nombreux animaux sont transparents. Ou presque…

p. 68 Se faire invisible, ou presque

Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik

Pour être invisible, la transparence ne suffit pas.

PORTFOLIO

p. 74 Où est Charlie ?

Beaucoup d’animaux se fondent très bien dans le décor.

p. 82 L’essentiel est invisible pour nos yeux

Marc-André Selosse, Pierre Thomas et Bénédicte Ménez

Les microbes invisibles rendent la Terre habitable pour nous.

Les ambiguïtés de l’invisibilité

p. 92 Le miroir de L’Homme invisible

Sebastian Dieguez

H. G. Wells interroge la morale et nos réactions face au surnaturel.

p. 100 Anonymat garanti

Tristan Allard, Louis Béziaud et Sébastien Gambs

Comment protéger au mieux les données personnelles ?

p. 108 Se masquer pour faire le mal

Gérald Bronner

Pourquoi l’anonymat favorise-t-il la violence sur internet ?

p. 112 S’effacer dans le monde quantique

Seth Lloyd

Surfer sur le web quantique sans laisser de traces.

p. 120 Les incontournables

Des livres, des expositions, des podcasts… Les coups de cœur de la rédaction.

L’invisibilité au laboratoire

L’invisibilité, depuis la nuit des temps, est un fantasme de l’humanité. Support à la réflexion philosophique durant l’Antiquité, elle est dans nombre de fictions un pouvoir, souvent maudit, des héros. Dès lors, pas étonnant que les scientifiques cherchent à l’atteindre… par tous les chemins possibles. Cela commence par une innocente encre sympathique et se poursuit jusqu’aux avions de chasse les plus sophistiqués conçus, en théorie, pour échapper à toute détection radar. Entre les deux, les physiciens explorent les propriétés de nouveaux matériaux destinés à soustraire qui un immeuble qui une plateforme pétrolière aux ondes dangereuses. Et ça fonctionne !

L’encre sympathique eut un âge d’or au temps de l’alchimie. Un peu oubliée aujourd’hui, elle n’a pourtant pas encore dit son dernier mot.

La folle histoire de l’encre

sympathique

Si la cape d’invisibilité de Harry Potter n’est encore qu’une perspective lointaine, son principe inspire des dispositifs de protection contre d’autres types d’ondes que la lumière.

Invisibilité en vue !

Gregory Gbur

passe-muraille L’informatique

Que se passe-t-il derrière ce mur ?

Pour le savoir, l’imagerie dite « hors ligne de visée » exploite les faibles signaux disponibles, comme les ombres ténues. Il est alors possible de révéler ce que nos yeux ne voient pas.

⟵ Le robot écraserat-il le lapin ? Non, car il le voit déjà, même si l’animal est caché par un mur.

© R. Fisker

En 2012, alors en vacances sur la côte espagnole, Antonio Torralba, chercheur à l’institut de technologie du Massachusetts (le MIT), remarque sur le mur de sa chambre d’hôtel des ombres fugaces qui ne semblent correspondre à aucun objet de la pièce. D’où venaient-elles ? En fait, les taches décolorées n’étaient pas des ombres, mais plutôt une image renversée et très floue du patio situé à l’extérieur. Sa fenêtre agissait comme un sténopé – la forme la plus simple de caméra, où les rayons de lumière traversent un petit trou et forment une image inversée de l’autre côté sur un écran. L’image était à peine visible, mais un constat s’imposait : le monde est imprégné d’informations visuelles que nos yeux sont incapables de percevoir.

DES CAMÉRAS ACCIDENTELLES

À partir de là, ce spécialiste de la vision par ordinateur et son collègue Bill Freeman ont mis en évidence l’ubiquité de ces « caméras accidentelles », comme ils les nomment. Celles-ci sont des fenêtres, des angles de mur, des plantes d’intérieur et d’autres objets communs qui créent des images ténues, invisibles à l’œil nu, de leur environnement. Mais « nous avons trouvé le moyen de les rendre visibles », s’enthousiasme Bill Freeman.

Dans leur première étude, les deux chercheurs ont montré que la lumière changeante sur le mur d’une chambre, filmée avec un simple smartphone, peut être traitée pour révéler la scène qui se déroule à l’extérieur, de l’autre côté de la fenêtre.

En automne 2017, avec leurs collaborateurs, ils rapportaient avoir repéré quelqu’un se déplaçant de l’autre côté d’un angle de mur en filmant le sol près de ce coin. En été 2018, à partir des ombres disparates projetées par les feuilles d’une plante d’intérieur, ils ont reconstruit une image tridimensionnelle du reste de la pièce.

En amplifiant les vibrations qui les secouent sous l’effet d’ondes sonores, ces feuilles, ou un autre support, deviennent même un « microphone ». Ainsi, en filmant à travers une fenêtre insonorisée, les scientifiques ont reconstruit les paroles d’un individu à partir des mouvements que la voix imprimait à un… paquet de chips vide. Il s’agissait de « Mary avait un petit agneau… », les premiers mots qu’enregistra Thomas Edison avec un phonographe en 1877.

La recherche sur la vision au-delà des angles et sur l’exploitation d’informations quasi imperceptibles est l’« imagerie hors ligne de visée ». Elle a pris son essor au début des années 2010 avec la publication d’Antonio Torralba et de Bill Freeman sur

De nouveaux radars indétectables, car dépourvus d’émetteur, repèrent les avions furtifs pourtant réputés invisibles…

Les failles de la

furtivité

⟵ Le Lockheed Martin F-22 Raptor est un avion de chasse furtif qui échappe aux radars classiques, mais pas aux radars passifs…

Pour disparaître à la vue, un objet ou un organisme vivant doit être transparent et ne pas réfléchir la lumière. Quasi impossible, mais cela n’empêche pas les artistes de jouer avec l’idée.

Un terrain de jeu pour la

Vivre en toute discrétion

« Pour vivre heureux, vivons cachés », dit l’adage. De nombreuses espèces animales l’ont bien compris et ont acquis au cours de l’évolution des caractéristiques grâce auxquelles elles échappent aux prédateurs. Ou, au contraire, surprennent leurs proies plus facilement. Dans l’eau ou sur terre, les as du camouflage rivalisent d’ingéniosité pour se fondre dans le décor. Et même dans notre corps des parasites multiplient les stratégies pour échapper à la vigilance du système immunitaire. Mieux ! Notre planète Terre ne serait pas ce qu’elle est sans l’action d’êtres invisibles, les microbes. La nature est décidément le royaume de l’invisibilité.

Rois de la stratégie, de nombreux parasites se soustraient à la vigilance de leurs hôtes, au point même parfois de devenir invisibles aux « yeux » de leur système immunitaire.

Pour vivre heureux vivons cachés

Quoi de mieux pour un parasite, comme Plasmodium falciparum, l’agent du paludisme (ici représenté au stade dit « sporozoïte » au moment de la transmission par le moustique), que de devenir invisible pour mieux infecter un hôte ?

En jouant avec la physique de la lumière, de nombreux animaux deviennent transparents. Ou presque. Portraits choisis.

La ménagerie de verre

La pieuvre photogénique ⟶

Cette larve de Wunderpus photogenicus (soit la « merveilleuse pieuvre photogénique »), que l’on trouve en Océanie, ne présage en rien de la beauté de l’animal adulte, qui fait le bonheur des plongeurs et explique son nom.

Pour que le corps de certains animaux soit en partie invisible, la transparence des tissus ne suffit pas…

Se faire

invisible ou presque

Que ce soit pour se dissimuler des prédateurs ou au contraire berner des proies, beaucoup d’espèces animales se fondent remarquablement bien dans le décor. Saurez-vous les retrouver ?

Où est Charlie ?

La fausse orchidée ⟶

Hymenopus coronatus fait partie des mantes fleurs. Dans les forêts d’Asie du Sud-Est, elle mime une orchidée et attend les insectes, comme les papillons, attirés par une promesse de nectar : ils finiront au menu de la mante.

L’essentiel

est invisible pour nos yeux

En fabriquant des carbonates, des bactéries (ici en laboratoire) pompent le CO2 de l’atmosphère et influent donc sur le climat terrestre.

On ne les voit pas, et pourtant, depuis des milliards d’années, ils façonnent la

Terre et la rendent habitable pour nous. Climat, océans,

les microbes invisibles

sous-sol…

sont les bâtisseurs de notre planète.

En 1910, dans La Journée d’un Parisien au xxie siècle, Octave Béliard imagine une Terre où la technologie triomphe, mais le vivant périclite. Seuls quelques animaux subsistent… au Muséum d’histoire naturelle. Pour y remédier, il est décidé d’aménager une réserve naturelle accueillant les espèces terrestres en danger, avant que l’humanité n’y débarque. Où ? Sur la Lune ! Notre satellite se voit donc doté d’une atmosphère, puis de végétation…

Cette histoire est l’un des premiers exemples dans la littérature de l’idée de terraformation, c’est-à-dire de la transformation d’un corps céleste, planète ou autre, de façon à le rendre habitable. Le concept fera florès et on le retrouve dans les plus grandes œuvres de science-fiction, comme Dune , Total Recall ou Star Wars. La tâche est sans doute ardue tant les processus à prendre en compte sont nombreux, mais une source d’inspiration est toute trouvée, là, sous nos pieds. En effet, au moment de sa formation, notre planète était loin d’être propice à la vie terrestre actuelle : il a fallu que la Terre soit terraformée.

Ce fut un travail au long cours qui au bout du compte a produit les mers et océans, les roches du sous-sol, le climat que nous connaissons, et même l’oxygène que nous respirons. Les phénomènes en jeu sont innombrables, mais ils partagent un point commun : ils sont

le fait d’invisibles, à savoir les microbes, ces unicellulaires variés incluant surtout les bactéries au sens large (les archées et les bactéries au sens strict) à qui nous ne devons rien de moins que la Terre actuelle.

DES MICROBES QUI

NE MANQUENT PAS D’AIR

Quand des corps rocheux s’agglomérèrent pour former la Terre, l’atmosphère se dégaza sous l’effet de la chaleur libérée ; elle fut ensuite renforcée par des chutes tardives d’autres météorites et les volcans.

Cependant, quand on chauffe expérimentalement des météorites de composition semblable à ces corps rocheux primordiaux, le mélange obtenu ne contient pas de dioxygène O2, qui pourtant représente 21 % de l’atmosphère actuelle. Par contre, il est riche en CO2 (ce gaz constitue par exemple plus de 90 % des atmosphères martiennes et vénusiennes) alors que l’atmosphère terrestre actuelle n’en contient que 0,04 %. Que s’est-il passé ? Comment l’atmosphère a-t-elle été transformée ?

C’est que la Terre porte la marque d’une invention microbienne majeure : la photosynthèse oxygénique. Probablement inventé par les cyanobactéries il y a 2 ou 3 milliards d’années, voire plus tôt, ce métabolisme utilise la lumière solaire et transforme le CO2 en

Les ambiguïtés de l’invisibilité

Quelle place tient l’invisibilité dans notre société ?

Dans nos rapports aux autres ? Dans le monde numérique ?

Une place ambiguë, car tantôt elle est souhaitable voire indispensable, par exemple pour protéger nos données personnelles ou bien naviguer sur internet sans craindre d’être traqué. Tantôt elle est source de problèmes quand, offrant un paravent, elle libère les instincts les plus vils, comme sur les réseaux sociaux, où l’anonymat favorise la violence. L’invisibilité est à double tranchant. H. G. Wells ne disait pas autre chose dans son roman, L’Homme invisible : un grand pouvoir entraîne de grandes responsabilités !

Avec son roman, H. G. Wells interroge, dans le prolongement de Platon, les fondements de la morale avec le fantasme d’impunité, mais il sonde aussi les ressorts de nos réactions, face au surnaturel.

Le miroir de L’Homme invisible

Pour la Science Hors-Série n° 112/Août-septembre 2021

Comment protéger les données concernant un individu tout en obtenant des informations utiles sur une population à laquelle il appartient ? C’est le paradoxe que résout la confidentialité différentielle.

Anonymat

Pourquoi l’anonymat favorise-t-il la violence des internautes ?

Se masquer pour faire le mal

Naviguer sur la Toile et y effectuer des recherches sans laisser de traces ? C’est possible grâce aux étranges lois de la physique quantique.

S’effacer

dans le monde quantique

Seth Lloyd

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