Défis transverses

Comme pour les défis du COP 2019-2023, le CNRS entend mobiliser l’ensemble des disciplines de manière coordonnée afin de structurer les communautés scientifiques qui pourront apporter des contributions substantielles à ces sujets à moyen terme, environ 10 ans.

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Le cerveau 

Le cerveau est au cœur de nombreuses interrogations scientifiques : comment fonctionne-t-il pour produire pensées, souvenirs, émotions, apprentissages ou interactions sociales ? peut-il expliquer seul nos comportements ? comment inscrit-il l’espèce humaine dans l’évolution du vivant, et l’en singularise-t-il ? Les questions dépassent le domaine biologique : elles touchent à des enjeux sociétaux majeurs, comme la responsabilité pénale, la prise en compte de la neurodiversité dans l’éducation ou l’émergence de l’intelligence artificielle.

Les sciences contribuent à répondre à ces défis en mobilisant une approche pluridisciplinaire (neurosciences, biologie, sociologie, linguistique, science de l’éducation, physique, mathématiques, robotique, paléontologie, économie, etc.). Elles cherchent à modéliser les mécanismes complexes du cerveau animal et humain, à comprendre la variabilité entre individus, et à explorer l’influence des environnements physique et social tout au long de la vie. Ces travaux ouvrent la voie à des innovations médicales (médecine personnalisée et assistance à la personne, prothèses, interfaces cerveau-machine), éducatives (stratégies d’apprentissage adaptées) et technologiques (neurotechnologies et systèmes bio-inspirés).

Matériaux du futur

Les matériaux sont omniprésents dans notre quotidien et leurs domaines d’applications sont très larges et en lien avec les préoccupations contemporaines (chimie, transport, construction, électronique, métallurgie, etc.). Mais leur élaboration a longtemps négligé les contraintes environnementales et énergétiques. Face aux enjeux actuels de la transition énergétique et du développement durable, il devient nécessaire de développer des procédés plus économes en ressources, en énergie et en eau, et tendant vers des solutions recyclables.

La recherche sur les matériaux explore des innovations clés pour relever ces défis : batteries et supercondensateurs pour le stockage d'énergie, dispositifs photovoltaïques, matériaux pour éoliennes ou centrales nucléaires, catalyseurs pour transformer les petites molécules (CO₂, NH₃, H₂…),, véhicules plus légers et résistants, et structures avancées pour l'électronique, la défense ou la santé. Les nouveaux matériaux (biosourcés, autoassemblés, ou métamatériaux) et les techniques de recyclage offrent des solutions prometteuses plus sobres, plus durables et respectueuses de l’environnement. De plus, l’intégration de l’intelligence artificielle révolutionne la conception des matériaux, permettant des avancées rapides mais nécessitant de repenser les approches scientifiques du domaine.

La vie dans l’Univers

La vie telle que nous la connaissons est, pour l’instant, restreinte à la planète Terre et les origines de cette vie restent un mystère. Pour répondre à cette question, il faut pouvoir décrire l’enchaînement des processus chimiques et physiques depuis la naissance de l’Univers qui a permis l’éclosion de cette vie : est-elle née dans les conditions extrêmes de l’espace ? quel a été le rôle des océans primitifs, de la géologie primordiale, de la radioactivité naturelle ? comment des molécules organiques complexes ont-elles pu devenir capables de s’auto-organiser et de s’amplifier ? Ces questions en induisent d’autres plus vastes encore : qu’est-ce que la vie et comment la définissons-nous, existe-t-elle ailleurs et d’autres formes de vie sont-elles possibles ? Si oui, quels sont les éléments à rechercher pour les trouver ? Et les conséquences des potentielles découvertes doivent être accompagnées : comment nos sociétés vont-elles intégrer ce nouveau savoir, voire la preuve que nous ne serions pas seuls ?

Grâce à de grands projets qui livreront leurs données et à nouveaux instruments au sol et dans l’espace, notre compréhension de l’histoire et de la physique de l’Univers et de ses constituants va faire un bond spectaculaire dans les années à venir, notamment concernant les planètes extrasolaires et les possibilités d’y trouver la vie, ou encore la nucléosynthèse. 

Instrumentation sans limites

Les technologies et les instruments à la pointe de l'innovation sont cruciaux pour une recherche scientifique de haut niveau. En retour, la recherche fondamentale fournit une mine d'idées novatrices qui pourraient radicalement transformer la manière dont nous concevrons, construirons et utiliserons des futurs instruments scientifiques. La prochaine décennie exploitera les nanotechnologies, les nouveaux matériaux, les capteurs quantiques et l'intelligence artificielle. Les instruments, capteurs et systèmes d’analyse seront miniaturisés, connectés, portables, automatisés, moins coûteux, plus efficaces, plus précis et plus durables. Ces avancées permettront des mesures distribuées, des expériences à haut débit et une collecte de données à grande échelle en temps réel. La réalité augmentée et virtuelle favorisera l’interaction immersive avec des données complexes, facilitant la compréhension et l'analyse des phénomènes scientifiques. L'intégration de l'IA optimisera l’analyse, les flux et le stockage des données, et permettra une automatisation efficace des processus expérimentaux. Les applications seront nombreuses dans des domaines tels que la médecine, l'environnement, les sciences de l’Univers, les technologies de l’information, la métrologie et la compréhension des changements environnementaux à l'échelle globale, le développement de nouveaux matériaux, la compréhension des mécanismes réactionnels, etc. 

IA générative pour les sciences

L'émergence de grands modèles de langage a bouleversé le domaine de l'intelligence artificielle (IA). Aujourd’hui capable de classification, prédiction ou génération au-delà du langage, l’IA est à même de transformer la recherche et d’accélérer les découvertes dans tous les domaines scientifiques où des données massives, multimodales et/ou hétérogènes sont disponibles. Cela concerne tout le spectre couvert par CNRS : en témoigne leur utilisation récente pour concevoir de nouvelles protéines, matériaux ou médicaments, des modèles climatiques, des réseaux de neurones artificiels et biologiques, etc. Ces modèles soulèvent des défis économiques, sociologiques et philosophiques.

Pour exploiter leur potentiel, l’interdisciplinarité est cruciale. Il est essentiel de créer des architectures mutualisées tout en adaptant les modèles aux spécificités des disciplines, de standardiser les méthodologies pour préparer et structurer les données, et de développer et maintenir des plateformes de calcul à haute performance. En amont, il faut comprendre les fondements des capacités des réseaux de neurones et leurs limites pour rendre les résultats robustes et éthiques, et concevoir de nouveaux modèles plus frugaux. Seul organisme à couvrir l'ensemble des sciences concernés, le CNRS pourra être le catalyseur de cette nouvelle manière de faire de la science qui nécessite de nouvelles compétences, en s’appuyant notamment sur son centre AISSAI.

Sociétés en transitions

De nombreuses sociétés se perçoivent et se décrivent aujourd’hui comme en transition : on parle d’entrée dans l’Anthropocène, de franchissement des « limites planétaires », du changement global, de transitions énergétique, écologique, démographique, numérique, épidémiologique, de mutations du monde du travail, de recompositions géopolitiques, de crise de la démocratie… Mais s’agit-il de transitions ou de simples évolutions ? Cette distinction soulève des questions méthodologiques majeures : qui peut affirmer qu’un groupe social est en transition, dans quelle position, avec quels outils et à quelle échelle temporelle ? Peut-on étudier une transition tout en y participant ? Quels indicateurs permettent de distinguer une transition durable d’un schéma récurrent ? Et comment éclairer au mieux la décision publique sur ces transitions, pour anticiper les événements extrêmes qui souvent les accompagnent ?

Étudier et analyser, par une pluralité d’approches scientifiques et disciplinaires, des transitions comme la sédentarisation, l'avènement de l'agriculture, l'invention de l'écriture, l'ère industrielle et urbaine, la transition démographique, l'avènement du numérique, voire de l'intelligence artificielle, permettra de mieux comprendre le phénomène et de construire un cadre théorique et des méthodologies adaptés. Puis de dépasser un second verrou : celui du transfert des fruits de cette recherche vers le monde extra académique.

Défis sociétaux 2019-2023

Les défis du COP 2019 - 2023 ont créé une réelle dynamique et permis de structurer les communautés dans chacun des six domaines retenus : le changement climatique, les inégalités éducatives, l’intelligence artificielle, la santé et l’environnement, les territoires du futur et la transition énergétique. Ces défis restent d’actualité et les actions lancées vont se poursuivre.

Photo credit : © Jean-Claude MOSCHETTI / Géosciences Rennes / CNRS Images