Des sciences utiles à l'Homme et à la société

Santé et bien être

La médecine vit une révolution ces dernières années grâce au numérique ! Diagnostics de plus en plus précis grâce aux nouvelles techniques d’imagerie médicale, suivi de notre santé grâce aux nombreux objets connectés et applications mobiles, télésurveillance médicale pour le suivi à distance du patient, jeux pédagogiques et ludiques pour accompagner des enfants autistes, minimisation des expérimentations animales grâce aux modèles informatiques… Le numérique a bien toute sa place pour faire progresser la médecine et contribuer au bien vieillir !
En parallèle, le volume des données personnelles liées à notre santé a considérablement augmenté. Elles fournissent au médecin des informations précieuses pour lui permettre un diagnostic précoce et donc un meilleur traitement, mais doivent être protégées pour ne pas être utilisées à des fins commerciales.

Humain réparé, humain augmenté :  vers de nouvelles thérapies ?

L’Homme subit au cours de sa vie des transformations physiques et psychiques dues à l’âge, la maladie, un accident, une guerre ou encore un traumatisme. S’il possède des capacités naturelles de récupération, la technologie peut les accélérer ou les compléter.
Ainsi en décodant l’activité des neurones du cortex moteur, la zone chargée de planifier le mouvement d’un bras, il est possible d’envoyer cette information à un bras robotique de substitution ou un exosquelette (armature électromécanique qui entoure un membre pour le faire bouger). Cela se fait lorsqu’une personne a subi une déchirure de la moelle épinière suite à un accident ou si une maladie a détérioré ses neurones alors qu’ils déclenchent la contraction des muscles. Ce dispositif s’appelle une neuroprothèse.
D’autre part, le sang apporte la nourriture et l’oxygène nécessaires au bon fonctionnement des neurones. Suite à un accident vasculaire cérébral, c’est-à-dire la réduction du débit sanguin provoquée par un caillot ou une déchirure, les neurones qui ne sont plus approvisionnés meurent. En fonction de la zone du cortex concernée, la personne subit des troubles de la vision, du langage ou des gestes. Il est alors possible de stimuler les neurones restants dans un environnement virtuel simulant les sensations visuelles, tactiles et de contraction pour récupérer par exemple un meilleur contrôle de la main.
Il existe de nombreuses autres applications des interfaces cerveau-ordinateur, en particulier pour permettre de communiquer avec des personnes qui ne peuvent plus bouger.

Améliorer l’autonomie des personnes âgées et préserver le lien social

En 2050, un habitant sur trois pourrait être âgé de 60 ans ou plus, contre un sur cinq en 2005 (source Insee). Et la grande majorité de ces personnes âgées souhaiteront rester chez elles plutôt que d’être placées en institution. Il est donc impératif de concevoir des services pour maintenir et améliorer l’autonomie des personnes âgées ou dépendantes, et d’explorer des systèmes qui fonctionnent de manière autonome pour assister les personnes, à domicile notamment.
À Nancy, des scientifiques inventent l’appartement du futur en intégrant dans l’habitat les nouvelles technologies domotiques (capteurs et objets connectés) et robotiques (robots personnels). Pour cela, ils ont construit un appartement bardé de capteurs et de dispositifs intelligents et connectés, qui leur permet d’explorer et de valider les nouveaux services qu’ils imaginent.
On peut par exemple détecter des situations à risques, telles que des chutes. Un système automatique peut aussi évaluer la fragilité d’une personne âgée sur une longue période et dans une grande variété d’environnements. Ce système, qui peut apprendre par lui-même, est aussi capable de reconnaître des actions et des événements complexes, comme par exemple la posture de la personne observée. Et bien sûr, cette surveillance se fait AVEC l’accord du patient ! Préserver la dignité de la personne avec des mécanismes peu intrusifs et des dispositifs de télésurveillance qui garantissent la protection du patient est un défi que doit relever le numérique.

Préservation de l'environnement

Notre planète est de plus en plus peuplée et urbanisée, nos modèles de développement économique actuels génèrent l’épuisement des ressources naturelles, tandis que nos besoins augmentent. Selon le rapport du Fonds mondial pour la nature (WWF), nous aurons besoin en 2030 de l’équivalent de 2 planètes pour survivre ! Il est donc crucial de repenser l’utilisation de nos ressources pour réussir la transition écologique.
La force de calcul qu’offre le numérique permet d’analyser de nombreuses données pour pouvoir dresser un état des lieux des écosystèmes qui nous entourent, étudier la pollution, les séismes ou les dérèglements climatiques pour mieux les anticiper ou les prévoir.
Cependant la technologie est gourmande en énergie, à l’instar des data centers (ces locaux où sont stockés des milliards de données nécessaires aux services en ligne que nous utilisons), ce qui soulève de nouvelles problématiques.

Les drones : des alliés pour l’environnement

Les domaines d’utilisation des drones sont nombreux : prises de vue aériennes, service de livraison à domicile, sauvetage et soutien à des populations sinistrées dans des régions peu accessibles, là où l’Homme serait en danger… Ils ne sont pas intrusifs, donc ne dégradent pas les zones sensibles, sont autonomes (ils manœuvrent sans pilote), utilisent des capteurs de plus en plus miniaturisés (pèsent donc de moins en moins lourd) et peuvent se déplacer de manière autonome grâce au GPS.
Une autre génération de drones a vu le jour, rendus plus « intelligents » grâce à des logiciels embarqués et de nouvelles générations de capteurs. Ils permettent d’acquérir des informations visuelles, numériques, rapidement et à un coût réduit. Les applications sont illimitées et posent parfois problème : sécurisation d’un territoire sans y envoyer des soldats, transport de produits de contrebande, espionnage, surveillance de zones urbaines et enregistrement de conversations privées…
Mais heureusement, les drones sont aussi des alliés pour l’environnement. Ils permettent de réaliser des relevés en milieu aquatique, dans des zones difficiles d’accès à l’Homme, récoltant par exemple des données sur les rivières, leur profondeur, les profils d’écoulement ou sur les berges les bordant. C’est le cas du projet lorrain Hydradrone, qui s’appuie sur un drone hybride navigant et volant pour survoler et naviguer sur les cours d’eau et en évaluer la qualité, notamment au travers d’informations hydrobiologiques, c’est-à-dire des informations de qualité évaluées à partir de la faune aquatique et floristique présente dans les cours d’eau.

Des réseaux de distribution d’énergie intelligents

Réduire les émissions de gaz à effet de serre, économiser l’énergie et la stocker, réduire les déchets polluants, lutter contre l’obsolescence programmée en concevant des produits durables et réparables sont quelques-unes des nombreuses solutions qui aideront à préserver notre planète.
Le numérique apporte des solutions pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et donc lutter contre le réchauffement climatique, notamment au travers de réseaux de distribution d’électricité dits « intelligents », appelés smart grids.
Ces réseaux cherchent à prévoir et mieux contrôler les consommations des habitats en anticipant les besoins des consommateurs, grâce à des capteurs installés dans les maisons. Il est ainsi possible d’adapter la consommation des foyers aux besoins réels et, de manière plus générale, la production et le stockage électrique au sein du réseau régional/national, couteux en émissions de gaz à effet de serre.
Pour adapter la consommation, il est nécessaire d’utiliser un simulateur, c’est-à-dire un programme capable de pronostiquer les consommations individuelles, d’étudier les échanges thermiques, de raisonner sur la capacité du réseau électrique et de mettre en relation tous ces éléments décrits dans des modèles mathématiques très variés.
C’est ce que propose la plateforme lorraine Mecsyco, qui fusionne les données de différents simulateurs, provenant par exemple de réseaux électriques, de chaleur, de communication, de la thermique des bâtiments, des transports, des systèmes d’informations, ou encore du comportement des habitants. Cela permet ensuite de définir des stratégies de gestion d’énergie et de choisir les matériels adaptés pour réaliser les investissements nécessaires.

Culture et éducation

Dans un monde en profonde mutation, il est nécessaire de former les citoyens du 21e siècle pour qu’ils soient éclairés, créatifs et en mesure de développer leur esprit critique… Le numérique, volet de cette citoyenneté, y a toute sa place. L’éducation à l’usage d’Internet et des réseaux sociaux est importante, mais il faut aussi comprendre qu’il ne suffit pas d’appuyer sur un bouton pour donner des ordres à un ordinateur. Il faut maintenant apprendre à coder pour agir sur les applications que nous utilisons et les objets que nous achetons. Cet apprentissage doit être initié sur les bancs de l’école, pour permettre aux plus jeunes de comprendre le monde de demain et de trouver de l’emploi dans les métiers du numérique. Mais il doit se poursuivre toute notre vie car nos sociétés évoluent et de nouveaux enjeux émergent…

Apprendre à l’heure d’Internet

Avec le numérique, toute la connaissance est à portée de clic ! Pour accompagner les élèves dans leur apprentissage, il est donc essentiel de se questionner sur les connaissances et compétences qu’il est nécessaire de transmettre, ainsi que sur les méthodes pour les acquérir et les manières de les diffuser.
De nouvelles méthodes d’enseignement émergent depuis quelques années. Ainsi les MOOCs (Massive Open Online Course – en français : cours en ligne ouverts à tous) sont des cours en vidéo. Les personnes qui souhaitent les suivre peuvent s’inscrire, recevoir des exercices ou encore échanger avec les autres participants, tout cela gratuitement. Il peut arriver que 100 000 personnes assistent à un même cours au même moment ! Si cette nouvelle méthode trouve beaucoup d’adeptes, elle soulève néanmoins des inquiétudes, comme la validation des diplômes, l’efficacité des formations en auto-apprentissage, la vente aux entreprises d’informations sur les participants…
Le numérique facilite également l’apprentissage à l’école, notamment avec les techniques de classe inversée : à l’opposé de ce qui est généralement pratiqué dans l’éducation, les élèves apprennent les cours chez eux, au moyen de ressources numériques fournies par l’enseignant, et le mettent en pratique en classe. Cette technique d’enseignement cherche ainsi à utiliser au mieux la présence de l’enseignant pour accompagner et guider les étudiants, notamment lorsque ces derniers sont confrontés à des difficultés.
Alors, pour mieux apprendre, restons connectés ?

Des zombies pour se réconcilier avec la grammaire française

Mots invariables, mots qui changent de sens selon leur emploi, exceptions grammaticales, syntaxes complexes… Pour beaucoup, la langue de Molière est difficile à comprendre et donc à apprendre ! Pourtant, c’est grâce à toutes ces règles que l’on évite les contresens et que l’on se fait bien comprendre.
Inspirés par les succès de jeuxdemots.org (création d’un réseau lexical) ou fold.it (manipulation de protéines), des chercheurs lorrains ont inventé Zombilingo.org, un jeu dédié aux amoureux de la langue et de la grammaire et pensé pour les fanatiques du monde des zombies. L’objectif pour le joueur est de trouver les liens qui existent entre les mots d’une phrase. Dans bien des cas, la machine ne sait pas répondre… Quand « Je mange une pizza avec des amis », les amis sont autour d’une table alors que quand « Je mange une pizza avec des anchois », les anchois sont sur la pizza !
Dans ce jeu, les joueurs répondent donc à des défis proposés par le professeur FrankenPerrier. Tout en jouant, ils révisent leur grammaire mais ils aident également les chercheurs qui travaillent autour du traitement automatique des langues, une discipline à la frontière de la linguistique, de l’informatique et de l’intelligence artificielle ! En effet, grâce à l’intelligence et au savoir-faire des joueurs, les scientifiques récoltent des données, qui les aident à développer des méthodes et des outils pour analyser des énoncés en langue naturelle, autrement dit la langue de l’humain.
Alors, prêts à manger des têtes de zombies pour aider la recherche en informatique ?

Notre vie quotidienne

Le « numérique » désigne la très grande variété des applications qui reposent sur la numérisation de l’information. Il nous relie aux autres – via les réseaux sociaux, les sites de co-voiturage ou de rencontre –, il nous surveille – en collectant nos données –, il nous facilite l’accès à la connaissance – via Wikipédia… Diabolisé ou angélisé, le numérique est sans cesse évoqué comme étant l’avenir de tout. Et pourtant… Virus informatiques, délinquances numériques, atteintes à la vie privée sont des questions qui se multiplient. Toute la difficulté consiste à comprendre les enjeux du numérique et à réfléchir de manière éclairée aux limites et aux freins à poser à ces évolutions. Sécurité ou liberté, ouverture aux big data versus effacement des données à tout jamais (droit à l’oubli). Il faut trancher, mais en connaissance de cause !

Big data ou le déluge des données

Dans les matériels, les réseaux et logiciels que nous manipulons circulent de très grandes masses de données, qu’on appelle Big data. Si leur stockage dans des data centers inquiète les défenseurs de l’environnement, car très gourmand en énergie, la principale difficulté réside dans leur exploitation, qui dépasse largement les capacités humaines.
Comment extraire de l’information utile, de la connaissance, à partir des données et connexions qui transitent sur Internet ? Pour cela, on collecte les données, on les homogénéise quand elles proviennent de plusieurs sources, on détecte et on élimine les doublons et erreurs, et on interagit avec les humains pour obtenir encore plus de données, réaliser des statistiques, etc.
Ces algorithmes sont indispensables à la recherche d’aujourd’hui, mais également pour des applications plus quotidiennes, comme par exemple le e-commerce, c’est-à-dire le commerce sur Internet. Si celui-ci permet de faciliter les achats des particuliers, en leur permettant d’effectuer un repérage avant d’acheter en magasin, de rechercher le meilleur prix, ou bien encore d’accéder au magasin de n’importe quelle ville dans le monde, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, la majorité des sites marchands enregistre l’ensemble des actions de l’internaute, ce qui leur permet de suivre les habitudes de consommation de leurs clients et de leur suggérer de nouveaux articles à acheter. Certains sites ont ainsi compris qu’ils pouvaient transformer tout un marché à leur bénéfice !

Protection ou liberté : faut-il choisir ?

Parmi toutes les grandes masses de données figurent des informations confidentielles et personnelles. Nous pouvons faire en sorte qu’elles ne tombent pas entre de mauvaises mains en redoublant de vigilance : des principes et des outils garantissent le respect de notre vie privée et nous protègent contre les fraudes. On utilise pour cela la science des communications secrètes : la cryptographie. Les cryptographes conçoivent et vérifient toutes les procédures que les machines emploient pour parler sur Internet. Ils mettent aussi en place des protocoles cryptographiques de communication, c’est-à-dire un ensemble de règles qui permettent d’assurer et de protéger les communications sur Internet. Grâce à ces protocoles, on peut surfer anonymement sur Internet, effectuer des opérations bancaires en ligne, voter depuis chez soi…
Alors, pouvons-nous réellement maîtriser nos données personnelles ? Pas tout à fait ! Par exemple, la loi du 24 juillet 2015 permet aux services de renseignement de recourir à des techniques d’accès à l’information, comme la sonorisation de lieux privés (à l’aide de micros), la captation de données informatiques ou bien d’images dans des lieux privés, sans autorisation préalable et sans en informer les utilisateurs. C’est ce qu’on appelle le Patriot act aux Etats Unis. C’est la lutte contre le terrorisme qui a motivé cette loi. Entre protection et liberté, devons-nous choisir ?