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L’IA, un sixième sens pour sonder les murmures de l’univers

Imaginez un instrument d’une sensibilité telle qu’il peut détecter les moindres frémissements de l’espace-temps, ces minuscules ondulations causées par les cataclysmes cosmiques les plus violents, comme la collision de deux trous noirs. Cet instrument existe, […]

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Rédigé par Thierry Vanoffe - il y a 3 jours et modifié le 29/09/2025 à 12:00

Ce que vous allez découvrir

  • Le défi de la précision : l'impossible stabilité
  • Deep Loop Shaping : l'IA au secours des astronomes
  • Les implications pour la science et au-delà
  • La nouvelle ère de la découverte

L’IA, un sixième sens pour sonder les murmures de l’univers

Imaginez un instrument d’une sensibilité telle qu’il peut détecter les moindres frémissements de l’espace-temps, ces minuscules ondulations causées par les cataclysmes cosmiques les plus violents, comme la collision de deux trous noirs. Cet instrument existe, il s’agit de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), un observatoire conçu pour écouter le cosmos d’une manière totalement nouvelle : à travers les ondes gravitationnelles.

Mais la quête pour percevoir ces murmures lointains est parsemée d’obstacles. La moindre vibration, même celle d’une vague s’écrasant à des centaines de kilomètres de là, peut brouiller les signaux. C’est dans ce contexte que la convergence de la science, de l’ingénierie et de l’intelligence artificielle a donné naissance à une avancée extraordinaire.

Google a développé une nouvelle méthode d’IA, baptisée Deep Loop Shaping, qui pourrait bien révolutionner la façon dont nous percevons l’univers. Ce n’est pas seulement une amélioration technique ; c’est un pas de géant pour la recherche en astrophysique, une fenêtre qui s’ouvre sur les mystères les plus profonds de l’univers.

Photographie en gros plan du LIGO
Photographie en gros plan du LIGO, qui utilise des lasers puissants et des miroirs pour détecter les ondes gravitationnelles dans l’univers, générées par des événements tels que les collisions et les fusions de trous noirs. Crédit photo : Caltech/MIT/LIGO Lab.

Le défi de la précision : l’impossible stabilité

Pour comprendre l’exploit que représente cette innovation, il faut d’abord saisir le fonctionnement et la fragilité de l’observatoire LIGO. Son principe est simple, mais sa mise en œuvre relève de la haute voltige. Deux bras de 4 kilomètres de long, disposés en L, abritent des faisceaux laser qui se réfléchissent sur des miroirs d’une perfection absolue. Lorsqu’une onde gravitationnelle passe, elle déforme l’espace-temps, modifiant la longueur des bras de l’interféromètre sur une distance de l’ordre de 10−19 mètres, soit environ un dix-millième de la taille d’un proton. C’est cette infime variation qui est mesurée.

Pour y parvenir, les miroirs doivent rester dans un état de quasi-immobilité absolue, isolés de toute perturbation terrestre. Des milliers de systèmes de contrôle, basés sur des systèmes de rétroaction continus, travaillent sans relâche pour stabiliser les miroirs. Or, ces systèmes de contrôle sont eux-mêmes une source de bruit, des vibrations parasites qui peuvent masquer les signaux des ondes gravitationnelles. C’est ce qu’on appelle le « bruit de contrôle ». Un contrôle insuffisant et les miroirs vibrent. Un contrôle excessif et le système amplifie les vibrations au lieu de les supprimer. C’est un équilibre délicat, un défi majeur qui a longtemps freiné la capacité de LIGO à sonder plus loin dans l’univers.

Deep Loop Shaping : l’IA au secours des astronomes

C’est là que la méthode Deep Loop Shaping entre en jeu. Développée en collaboration avec les équipes de LIGO à Caltech et du GSSI (Gran Sasso Science Institute), cette innovation n’est pas une simple mise à jour, mais une véritable réinvention du système de contrôle. S’appuyant sur l’apprentissage par renforcement, une branche de l’intelligence artificielle, l’IA a été entraînée dans un environnement de simulation de LIGO. Son objectif ? Apprendre à supprimer les vibrations des miroirs sans ajouter de bruit de contrôle.

Image de référence

La méthode repose sur un système de « récompenses fréquentielles ». Concrètement, l’algorithme a appris, à travers des interactions répétées, à trouver le point d’équilibre parfait, là où le bruit de contrôle est réduit au minimum. Le résultat est tout simplement spectaculaire : Deep Loop Shaping a permis de réduire le niveau de bruit de la boucle de rétroaction la plus complexe et instable de LIGO par un facteur de 30 à 100 fois. C’est une performance qui dépasse de loin les méthodes de conception de contrôle linéaire traditionnelles et qui élimine pour la première fois le contrôleur lui-même comme une source significative de bruit.

Les implications pour la science et au-delà

L’impact de cette innovation est immense et se décline en plusieurs points clés pour la science et l’ingénierie.

Une vision plus claire de l’univers

  • Détection accrue: En réduisant le bruit, Deep Loop Shaping augmente la sensibilité de l’observatoire, permettant de détecter des sources d’ondes gravitationnelles plus faibles et plus lointaines. Selon les estimations de Google, cette méthode pourrait aider les astronomes à collecter des données sur des centaines d’événements supplémentaires par an.
  • Le chaînon manquant des trous noirs: Les astronomes disposent de nombreuses données sur les plus grands et les plus petits trous noirs, mais les trous noirs de masse intermédiaire restent un mystère. Ces entités, considérées comme le « chaînon manquant » pour comprendre l’évolution des galaxies, sont plus difficiles à observer. En améliorant la capacité de LIGO à détecter des sources plus faibles, cette nouvelle méthode pourrait nous aider à en trouver davantage et à les étudier en détail.
  • Nouvelles découvertes: Depuis la première détection d’ondes gravitationnelles en 2015, l’observatoire a déjà révolutionné notre compréhension de l’univers. Des centaines de collisions de trous noirs et d’étoiles à neutrons ont été détectées, prouvant l’existence de systèmes binaires et nous aidant à comprendre la formation d’éléments lourds comme l’or. En repoussant les limites de sa capacité d’observation, Deep Loop Shaping ouvre la porte à des découvertes encore plus fondamentales.

Des applications au-delà de l’astrophysique

  • Domaines d’ingénierie: L’innovation ne se limite pas à la recherche spatiale. La suppression des vibrations, l’annulation du bruit et la stabilisation de systèmes complexes sont des défis récurrents dans de nombreux secteurs de l’ingénierie.
  • Aérospatiale et robotique: Les systèmes de contrôle de précision sont essentiels pour les voyages spatiaux, la navigation de sondes et le fonctionnement de robots complexes.
  • Ingénierie structurelle: La même méthode pourrait être utilisée pour stabiliser de grandes structures, comme des ponts ou des bâtiments, contre les vibrations ou les tremblements.

La nouvelle ère de la découverte

L’histoire de Deep Loop Shaping est une illustration puissante de la manière dont l’intelligence artificielle peut être un catalyseur de progrès scientifique. Loin de se limiter à des applications grand public, l’IA devient un outil pour étendre les sens de l’humanité, pour percevoir ce qui est par nature imperceptible.

En stabilisant les miroirs de LIGO, Google a fait plus que réduire du bruit ; l’entreprise a aidé à ouvrir une nouvelle ère de l’astrophysique, où les murmures les plus subtils de l’univers peuvent être entendus. Ce travail pave la voie non seulement pour les observatoires actuels, mais aussi pour la conception des futurs, sur Terre comme dans l’espace. Le chaînon manquant de l’univers semble désormais un peu moins loin.

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Thierry Vanoffe

Thierry VANOFFE, consultant, formateur, coach Google Workspace CEO de Numericoach, leader de la formation Google Workspace en France. Passionné par Google, ce blog me permet de partager cette passion et distiller tutos, trucs, astuces, guides sur les outils Google. N'hésitez pas à me solliciter pour vos projets de formation.

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