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Les grands équipements
scientifiques considérés comme prioritaires
par l'Office of Sciences américain. Enseignements à
en tirer pour la recherche européenne.
L'Office of Science dépend
du département fédéral de l'énergie,
qui joue lui-même un rôle de coordination dans
le domaine des recherches scientifiques destinées au
secteur civil. Cet organisme, sous l'impulsion du Secrétaire
à l'énergie Spencer Abraham, vient de présenter
au Président Bush (novembre 2003) une liste de 27 grands
équipements scientifiques dont il propose la mise en
place d'ici les 20 prochaines années. Cette liste de
projets prioritaires est extraite d'une liste de 40 programmes
analogues. Les projets sont classés par ordre d'urgence,
court terme, moyen terme et long terme (voir http://www.science.doe.gov/Sub/Facilities_for_future/20-Year-Outlook-screen.pdf).
.
Il faut noter d'emblée
que de tels programmes sont loin d'épuiser les perspectives
de développement scientifique aux Etats-Unis. D'abord
ils n'évoquent pas les projets intéressant la
poursuite de la conquête de l'espace (avec notamment
des débarquements sur la Lune et Mars). Ensuite, ils
ne font pas allusion aux domaines des sciences émergentes
et convergentes évoqués par la National Science
Foundation en 2002, et que nous avons souvent cités.
Cependant, la lecture des fiches montre bien que les équipements
proposés par le Department of Energy concourent en
amont comme en aval aux progrès de ces sciences, notamment
en moyens de calcul, robotique autonome, biotechnologies et
nanatechnologies. Les équipements permettront d'approfondir
sans cesse les secrets de la matière et de la vie,
connaissances indispensables aux dites sciences émergentes.
Enfin, le rapport n'évoque
évidemment pas les recherches stratégiques d'intérêt
militaire, couvertes par le secret (classified). Certaines
de celles-ci sont connues par ailleurs des observateurs attentifs.
Mais d'autres font l'objet d'une telle opacité que
toutes les rumeurs peuvent se répandre, aux Etats-Unis
même. On citera la controverse actuelle concernant les
nanotechnologies. Les recherches se limitent-elles à
ce qu'annonce le plan déjà important consacré
à la fabrication de produits industriels "classiques"
à partir des nanotechnologies, ou n'ont-elles pas déjà
commencé à réaliser des nanotechnologies
moléculaires (MNT) autrement plus puissantes puisqu'elles
visent à obtenir des entités auto-réplicatives
sur le mode biologique, à partir d"assembleurs
moléculaires". Le père des nanotechnologies,
Eric Drexler, s'est vu contester la faisabilité, aujourd'hui,
de réaliser des MNT. Mais certains supposent qu'en
réalité le Pentagone aurait mis au point un
plan visant à les développer dans le secret,
comme ce fut le cas jadis du Programme Manhattan relatif aux
armements atomiques, qui ne fut connu qu'une fois les résultats
visés obtenus (Voir sur ces sujets l'article du
Center for responsible nanotechnologies http://crnano.org/Debate.htm
et celui du Chemical and Engineering News concernant
directement la controverse Smalley-Drexler http://pubs.acs.org/cen/coverstory/8148/8148counterpoint.html).
Pour en revenir au programme
de l'Office of Science, il faut noter que celui-ci insiste
sur le fait qu'il s'agira d'installations et de technologies
(facilities) d'un niveau dépassant tout ce qui existe
ailleurs dans le monde. Elles devraient être ouvertes
à la coopération internationale, plus de 18.000
chercheurs étrangers travaillant déjà
aux Etats-Unis dans les domaines correspondants.
Il est indispensable que les
gouvernements européens et leurs opinions publiques
étudient rapidement ce programme, pour mesurer l'effort
stratégique visant à donner aux Etats-Unis plusieurs
années d'avance dans le domaine des sciences et des
techniques. Nous proposerons ensuite quelques commentaires.
Les
équipements retenus comme prioritaires
Priorité
immédiate (1 à 5 ans)
1. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).
Il s'agit du réacteur international expérimental
à fusion dont l'implantation se fera soit à
Cadarache (FR), site retenu pas les ministres européens
des sciences, soit au Japon sur le site de Rokkasho-Mura (la
décision devrait intervenir courant février
2004). Manifestement, les Etats-Unis, où que soit installé
le site définitif, ont l'intention de jouer un rôle
majeur dans le développement de cette forme d'énergie
révolutionnaire, susceptible de remplacer la plupart
des autres dans le courant de ce siècle. A ce jour,
conjointement avec le Japon, ils ont bloqué la décision
d'implanter le site en Europe.
On trouvera sur le site du
DOE, en accompagnement des négocitations de Washington
sur l'implantation d'ITER, un exposé de la position
américaine http://www.science.doe.gov/Science_News/feature_articles_2003/December/
ITER/ITER_brochure_final.pdf.
2. Réseau de super-calculateurs scientifiques
(Ultrascale Scientific Computing Capability, USSCC).
L'objectif est de ne pas laisser aux Japonais la maîtrise
des ordinateurs géants, tel que celui dit Earth Simulator
affecté à la prévision de l'évolution
globale du globe [voir
notre éditorial du 7 janvier 2003]. L'USSCC sera
développé en conjuguant toutes les ressources
des industries du matériel et du logiciel, dont on
sait que les progrès évoluent sur le rythme
de la loi dite de Moore (doublement des capacités tous
les 18 mois). La destination est affichée comme scientifique
et non pas commerciale. Les ressources devraient être
disponibles pour tous chercheurs. Dans l'industrie, le prototypage
virtuel des futurs produits devrait permettre, grâce
à ce calculateur, des millions de dollars d'économies.
3. Mission Energie noire (Joint Dark Energy Mission,
JDEM).
Il s'agit de réaliser un satellite destiné spécialement
à étudier l'énergie du vide, dite aussi
énergie noire, que l'on soupçonne d'être
responsable de l'expansion accélérée
de l'univers constatée récemment. Certains chercheurs
pensent qu'outre son intérêt pour la physique
fondamentale, l'étude de l'énergie noire pourrait
à terme proposer l'accès à de nouvelles
formes d'énergie.
4. Accélérateur linéaire en lumière
cohérente (Linac Coherent Light Source).
Il s'agit de réaliser un synchrotron capable de produire
des rayons de type laser 10 millions de fois plus puissants
que les sources de rayon X existantes. Les applications permettront
d'étudier en profondeur toutes sortes de molécules
et de réactions chimiques.
5. Système de production et marquage de protéines
(Protein Production and Tags).
Le système s'inscrit dans le développement exponentiel
de la protéomique, qui est le développement
obligé de la génomique : analyse et production
automatique de dizaines de milliers de protéines par
an, marquage permettant de les identifier et les réutiliser
au sein des organismes vivants. Des milliers de génomes
microbiens seront étudiés, chacun de ces génomes
produisant plusieurs milliers de protéines. Les méthodes
classiques rendent aujourd'hui la tâche impossible,
même en se limitant à une seule bactérie.
6. Générateur d'isotopes instables (Rare
Isotope Accelerator, RIA).
L'étude des isotopes (atomes d'un même corps
possédant des nombres différents de neutron
dans leur noyau) permet de comprendre l'origine de la matière
et donc l'histoire de l'univers. La plupart des isotopes ont
des durées de vie longues. Mais certains se désintègrent
très vite. Ce sont eux qu'il convient de générer
et d'étudier au sein de faisceaux fortement accélérés.
La construction de l'accélérateur vise à
assurer le leadership américain en physique fondamentale.
7. Identification et imagerie de machines moléculaires.
(Characterization and Imaging of Molecular Machines).
Cet équipement viendra dans la suite du n°5. L'objectif
sera d'identifier les milliers de "machines moléculaires"
qui assurent les fonctions vitales au sein d'une seule cellule.
Il sera possible ensuite de les utiliser pour la réalisation
de nombreuses tâches intéressant la santé,
l'environnement, l'énergie, etc. Grâce à
une informatique de haut niveau, le système analysera
des milliers de machines moléculaires dans le délai
nécessité aujourd'hui par l'étude d'une
seule de celles-ci.
8. Renforcement à 12 GeV de l'accélérateur
d'électron du Thomas Jefferson Laboratory (Continuous
Electron Beam Accelerator Facility - up grade).
Le renforcement de puissance de cet accélérateur
de leptons (électrons) permettra d'approfondir les
études concernant les composants des particules des
noyaux atomiques, notamment pour la recherche des quarks,
qui n'ont jamais encore été séparés
à ce jour. Des progrès considérables
dans l'imagerie par résonance magnétique (IRM)
en découleront également.
9. Amélioration de performance du Réseau
des sciences de l'énergie (Energy Sciences Network.
Esnet).
Ce réseau rassemble toutes les données nécessaires
au Département de l'Energie. Il est interconnecté
avec plus de 100 autres réseaux. Il supporte un trafic
qui double chaque année. D'où la nécessité
de le mettre à niveau pour faire face à la demande
des prochaines années.
10. Renforcement des capacités informatiques du
centre de calcul scientifique du département de l'énergie
(National Energy Research Scientific Computing Center, NERSC).
Le système informatique sera
renforcé selon la technique des réseaux d'ordinateurs
(grid).
11. Microscope électronique à très
haute résolution (Transmission Electron Achromatic
Microscope, TEAM).
Cette nouvelle génération de microscope éliminera
les distorsions et augmentera la sensibilité jusqu'à
0,05 microns. Ceci permettra d'étudier les combinaisons
atomiques donnant naissance aux matériaux, dont les
propriétés seront considérablement améliorées,
notamment au bénéfice de l'industrie.
12. Etude expérimental des B-particules dans le
collisionneur proton-antiproton Tévatron du Fermi Lab
(B-particles physics at the Tevatron, BteV).
Les B.particules sont des événements très
rares permettant d'étudier les collisions matière-anti-matière.
Le BteV les produira en grand nombre. Ceci devrait permettre
de comprendre la rupture de symétrie matière/anti-matière
ayant donné naissance à l'univers tel que nous
le connaissons.
Priorités de moyen
terme (10 à 15 ans)
13. Collisionneur linéaire (Linear
Collider).
Les physiciens américains avaient fortement - et à
juste titre - contesté l'abandon pour raisons d'économies
d'un projet de Grand Collisionneur de hadrons (protons) qui
a été repris par les européens au CERN.
Le LHC du CERN entrera en fonction dans 3 à 5 ans.
Pour la suite, et pour ne pas continuer à dépendre
entièrement du CERN, les Etats-Unis proposent de réaliser
un Collisionneur Linéaire qui complétera le
LHC en permettant d'étudier les collisions particule/particule
plutôt que celles de clusters de particules.
14. Analyse et modélisation des systèmes
cellulaires (Analysis and Modelling of Cellular Systems).
Le dispositif permettra de préciser comment les systèmes
multi-cellulaires, incluant les communautés microbiennes,
s'organisent au niveau moléculaire. Ceci permettra
de mieux utiliser les bactéries pour diverses tâches
intéressant notamment la restauration de l'environnement
et de nombreuses applications industrielles. Mais on obtiendra
aussi des informations précieuses sur la façon
dont les communautés biologiques s'organisent et se
développent, au niveau des bactéries.
15. Renforcement du système de
spallation de neutrons (Spallation Neutron Source, SNS).
La spallation consiste à produire des particules par
bombardement des noyaux avec de hautes énergies. En
l'espèce, il s'agit d'améliorer les capacités
de production de neutrons du SNS. Ceux-ci sont utilisés
comme sondes pour l'étude des phénomènes
magnétiques et électro-magnétiques, employés
notamment dans l'industrie électronique.
16. Analyseur de protéomes complets (Whole Proteome
Analysis).
L'analyse portera sur l'adaptation que les bactéries
introduisent dans leur catalogue de protéines (protéome)
en activant telle ou telle partie de leur génome, pour
faire face à telle ou telle modification de l'environnement.
Ceci permettra des recherches thérapeutiques (par exemple
sur les immunités) ou relatives à l'utilisation
pratique des bactéries, impossibles actuellement sans
des milliers de mesures.
17. Détecteur souterrain de neutrinos dans la dégradation
de certains noyaux (réaction dite double-beta)
(Double Beta-Decay Underground Detector).
Il s'agit avec la recherche de neutrinos produits dans certaines
conditions, de continuer à explorer les relations entre
la physique fondamentale et la cosmologie.
18. Nouvelle génération de tore de confinement
pour l'étude des plasmas dans la fusion nucléaire
(Next Step Spherical Torus Experiment).
Cet équipement fondamental pour les progrès
de la production d'énergie de fusion, devrait compléter
les équipements installés sur le futur site
ITER (voir priorité 1). Ceci qui montre bien la volonté
des Etats-Unis de ne pas dépendre exclusivement de
ce dernier programme.
19. Augmentation de puissance du Collisionneur d'ions lourds
(Relavistic Heavy Ion Collider, RHIC) .
Ceci s'insère dans la chasse aux quarks en tant que
particules individualisables. Il s'agit de démontrer
la possibilité de créer des plasmas de quark
(quark-gluon plasma) à partir d'ions de métaux
lourds, tels l'or.
Priorités de long terme
(10 à 20 ans)
20. Augmentation de puissance du Synchrotron National (National
Synchrotron Light Source Complex).
Ceci contribuera à la création de rais de lumière
synchrotron de plus en plus puissantes. Les applications en
sont très nombreuses, en physique comme en biologie.
21. Super faisceau producteur de neutrinos (Super Neutrino
Beam).
Il s'agira de produire des neutrinos, particules fondamentales
particulièrement insaisissables, en quantité
suffisante pour mieux comprendre cette particularité
essentielle de l'univers.
22. Renforcement du générateur de rayons X mous
du Lawrence Livermore Laboratory (Advanced Light Source).
Cet équipement est essentiel pour l'exploration des
régions du spectre à la frontière de
l'optique et de l'électronique (dite terahertz gap)
indispensable à une meilleure compréhension
de la matière aux niveaux atomiques et du rayonnement
ultra-violet.
23. Renforcement du générateur avancé
de photons (Advanced Photon Source) de l'Argonne National
Laboratory.
Il s'agit de continuer à explorer la région
du spectre productrice de rayons X durs.
24. Ajout d'un accélérateur d'électrons
à l'actuel Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)
: Pour mémoire, voir le rapport.
25. Renforcement des équipements des générateurs
de fusion.
Il s'agit de continuer à préparer la récupération
des travaux menés dans le réacteur expérimental
Iter (voir nos observations précédentes).
26. Renforcement du Réacteur isotopique à
hautes énergies (High-Flux Isotope Reactor).
Il s'agit de rattraper l'Europe qui a décidé
d'installer 5 équipements de cette nature, indispensables
à l'étude des structures dynamiques (matériaux,
biologie) et des phénomènes magnétiques
et électroniques auto-organisateurs. On utilise pour
ce faire des "neutrons froids".
27. Production de flux de rayonnements intégrés
(Integrated Beam Experiments, IBX).
Cet équipement, comme ceux du 25, complétera
les recherches relatives à la fusion. Il utilisera
pour produire la fusion et transmettre l'énergie obtenue,
non plus les systèmes liés au confinement magnétique,
mais ceux liés à la production d'ions rapides,
dits à inertie. Cette solution développera les
acquis des réacteurs dits Mégajoules tel celui
développé en France à Marcoule
Enseignements à
en tirer pour la recherche européenne
La présentation de cette liste d'équipements
au président Bush ainsi que l'accord semble-t-il général
sur la nécessité de les financer montre que
les réticences passées des budgétaires
et parlementaires américains devant des équipements
scientifiques plus ou moins lourds destinés en priorité
à des recherches fondamentales n'ont plus court. L'Amérique
a compris, comme d'ailleurs le dit fort bien dans son rapport
(à lire absolument) le secrétaire à l'énergie
Spencer Abraham, qu'il est essentiel au renforcement de sa
puissance sur le plan mondial de garder ou prendre une avance
de quelques années sur tout ce que peuvent faire les
autres puissances scientifiques.
Ceci ne peut se juger en termes de retombées économiques
immédiates. Disposer des meilleurs équipements
et des meilleures équipes permet de drainer à
son profit les meilleurs des chercheurs étrangers.
Mais il est plus important encore de montrer que les Etats-Unis
sont les seuls à conduire efficacement l'aventure humaine
vers plus de connaissances.
Ceci étant, les projets présentés font
clairement allusion à leurs retombées tant dans
le secteur des recherches militaires (classified) que dans
les applications industrielles et commerciales. Aujourd'hui,
que ce soit en cosmologie et physique fondamentale, en physique
des matériaux, en biologie, il n'est plus possible
de distinguer recherche fondamentale et recherche appliquée.
L'une et l'autre s'entraînent réciproquement.
C'est donc aux budgets publics qu'il appartient de financer
l'exploration des nouvelles voies de connaissances et de découverte.
Une autre observation doit être faite : de nombreux
scientifiques, aux Etats-Unis comme ailleurs, se plaignent
parfois que les grands équipements (par exemple les
accélérateurs de particules) consomment des
sommes qui auraient été plus utiles si elles
avaient été davantage réparties. Mais
la réponse à cette critique, apportée
par la lecture du rapport, est très intéressante.
Elle montre que les grands équipements et les moyens
de calcul associés sont, dans pratiquement tous les
domaines, et notamment en biologie, devenus indispensables
pour approfondir les connaissances. Mais pour assurer leur
plein-emploi, il convient d'éviter qu'ils ne fonctionnent
en circuit fermé. A cette fin, le rapport insiste sur
la nécessité de mettre en réseau des
laboratoires et entreprises de toutes natures, utilisatrices
de ces équipements. Ces réseaux permettent d'une
part de partager des ressources informatiques ou des expérimentations.
Mais ils permettent aussi, grâce aux bases de données
scientifiques qui en sont un des fondements, de généraliser
d'autre part la diffusion des résultats ou celle des
questionnements.
Quels enseignements les pays européens
devraient-ils tirer de la prise de connaissance de ce programme?
Le premier réflexe sera de se dire que si les Etats-Unis
se donnent le mal de réaliser les équipements,
et s'ils ouvrent ceux-ci à des équipes étrangères,
pourquoi réinventer l'eau chaude. Ce raisonnement serait
admissible si les équipements en question relevaient
d'un véritable financement international, avec une
égale responsabilité dans leur gestion et leur
utilisation. On sait que ce n'est et que ce ne sera pas le
cas. Mieux vaut alors consentir à des doubles-emplois
dans les équipements (voire des triples-emplois dans
la mesure où l'Asie voudra aussi disposer de ses propres
ressources). Cette situation n'a pas que des inconvénients.
Elle permet une compétition entre équipes et
encourage par ailleurs des échanges, mais ceux-ci alors
sur un pied d'égalité et non de dépendance
ou de sous-traitance. C'est ce que l'on constate par exemple
dans le domaine des synchrotrons ou celui, tout différent,
des grands observatoires astronomiques.
Ce raisonnement, valable à l'échelle de grands
ensembles géopolitiques, n'a plus de sens quand ce
sont des nations moyennes comme les nôtres qui sont
concernées. Il serait absurde en Europe (sauf si vraiment
on ne pouvait pas faire autrement), de dupliquer des investissements
lourds dans chacun des pays membres de l'Union. L'Europe ne
pourrait peser face aux investissements scientifiques américains
qu'en fédérant ses efforts.
Si on admet cela, les Européens se trouvent à
nouveau confrontés à la question de savoir qui
peut décider d'une politique scientifique ambitieuse
et de l'affectation des crédits correspondants. Manifestement,
aux Etats-Unis, il s'agit d'une compétence fédérale.
L'Europe pourra difficilement échapper à la
mise en place d'autorités de type fédéral
dans les domaines considérés, fortement soutenus
par les gouvernements nationaux. La réalisation des
programmes pourra ensuite être confiée à
des Agences du type de l'ESA ou du CERN, dont la réputation
d'excellence n'est plus à faire.
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