Paris, 9 septembre 2015
Planètes : les « Jupiters chauds » se seraient formés très rapidement

Vingt ans après leur découverte, les « Jupiters chauds », ces planètes géantes gazeuses tournant de façon très rapprochée autour de leur étoile, restent encore des objets énigmatiques. En utilisant le spectro-polarimètre ESPaDOnS du Télescope Canada-France-Hawaii, une équipe internationale d'astrophysiciens menée par Jean-François Donati (CNRS) vient de montrer que ces corps pourraient ne mettre que quelques millions d'années à se rapprocher de leur étoile tout juste formée. Cette découverte devrait nous aider à mieux comprendre comment les systèmes planétaires, similaires ou différents de notre système solaire, se forment et évoluent au cours de leur existence. Elle est publiée le 9 septembre 2015 dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) et en accès libre sur le site ArXiv.
Dans le système solaire, les planètes rocheuses, comme la Terre et Mars, occupent les régions proches du Soleil, alors que les planètes géantes et gazeuses, comme Jupiter ou Saturne, sont plus éloignées. D'où la surprise de Michel Mayor et Didier Queloz lorsqu'ils découvrent, il y a exactement vingt ans, la toute première exoplanète : celle-ci est en effet une planète géante gazeuse similaire à Jupiter, mais tournant autour de son étoile vingt fois plus près que la Terre autour du Soleil.

Depuis, les astronomes ont montré que ces futurs « Jupiters chauds » se forment en périphérie du disque protoplanétaire, le nuage qui donne naissance à l'étoile centrale et aux planètes environnantes, avant de migrer à l'intérieur. C'est lorsqu'elles se rapprochent ensuite au plus près de leur étoile que ces planètes géantes gazeuses se réchauffent et deviennent des Jupiters chauds - au contraire de notre Jupiter, planète géante « froide », environ 5 fois plus éloignée du Soleil que la Terre.  Mais quand ces Jupiter chauds se rapprochent-ils de leur étoile ? Les astronomes imaginaient jusqu'ici deux théories possibles : ce processus peut se produire dans une phase très précoce, alors que les jeunes planètes s'alimentent encore au sein du disque originel, ou bien plus tardivement, une fois que de nombreuses planètes ont été formées et interagissent en une chorégraphie si instable que certaines d'entre elles se retrouvent propulsées au voisinage immédiat de l'étoile centrale.

Une équipe internationale d'astrophysiciens, comprenant plusieurs chercheurs français et menée par Jean-François Donati, de l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP, CNRS/Université Toulouse III-Paul Sabatier)1, viendrait de montrer que le premier scénario était une réalité. Avec ESPaDOnS, le spectropolarimètre construit par les équipes de l'IRAP pour le télescope Canada-France-Hawaï (CFHT2), ils ont observé des étoiles en formation au sein d'une pouponnière stellaire située à environ 450 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau. L'une d'elles, V830 Tau, montre des signatures similaires à celles causées par une planète 1.4 fois plus massive que Jupiter, mais sur une orbite 15 fois plus proche de l'étoile que la Terre ne l'est du Soleil. Cette découverte suggère que les Jupiters chauds peuvent être extrêmement jeunes et potentiellement bien plus fréquents autour des étoiles en formation qu'au voisinage d'étoiles adultes comme le Soleil.

Les étoiles jeunes abritent des trésors d'information sur la formation des planètes. Leur activité et leur champ magnétique très intenses les couvrent de taches des centaines de fois plus grosses que celles du Soleil. Elles engendrent donc dans leur spectre des perturbations d'amplitude bien plus importantes que celles causées par des planètes qui deviennent du coup beaucoup plus difficiles à détecter, même dans le cas des Jupiters chauds. Pour aborder ce problème, l'équipe a entrepris le programme d'observation MaTYSSE3 dans le but de cartographier la surface de ces étoiles et de détecter d'éventuels Jupiters chauds.

En suivant ces étoiles au cours de leur rotation et par le biais de techniques tomographiques inspirées de l'imagerie médicale, il est possible de reconstruire la distribution des taches sombres et brillantes, ainsi que la topologie du champ magnétique, à la surface des étoiles jeunes. Cette modélisation rend également possible la correction des effets perturbateurs de l'activité et la détection d'éventuels Jupiters chauds. Dans le cas de V830 Tau, les auteurs sont parvenus à découvrir, grâce à cette nouvelle technique, un signal enfoui suggérant la présence d'une planète géante. Même si de nouvelles données sont nécessaires pour valider la détection, ce premier résultat prometteur démontre clairement que la méthode proposée peut nous fournir les clés de l'énigme de la formation des Jupiters chauds.

SPIRou, le nouvel instrument que les équipes de l'IRAP construisent en ce moment pour le TCFH et dont la première lumière est prévue pour 2017, permettra de repousser encore les limites de la méthode, grâce à sa capacité à observer dans l'infrarouge - domaine dans lequel les étoiles jeunes sont beaucoup plus brillantes. Grâce à lui, la formation des étoiles et des planètes pourra être explorée encore plus finement.

DOCUMENT         CNRS         LIEN

photon
(de électron)
Max Planck

Cet article fait partie du dossier consacré à la lumière.
Quanton spécifique de la lumière, véhicule des interactions électromagnétiques.
Introduction

Les phénomènes électromagnétiques, allant de l'électricité et du magnétisme aux rayons X, en passant par les ondes radio et la lumière, ont été rassemblés dans un cadre théorique unique par James Clerk Maxwell vers 1865. Depuis cette date, les équations de Maxwell ont joué un rôle central dans l'histoire de la physique, et notamment dans l'origine et les développements de deux théories « révolutionnaires » apparues au début du xxe s. : la relativité et la mécanique quantique.
Une découverte essentielle, ayant marqué les débuts de ces deux théories, est le concept de « grain » ou quantum d'énergie lumineuse, devenu plus tard le photon. Pressenti par Max Planck en 1900, introduit réellement par Albert Einstein en 1905, le concept de photon s'est immédiatement révélé très fructueux dans l'interprétation de certaines expériences. Cependant, la notion de « grain » d'énergie lumineuse semblait alors totalement contradictoire avec les équations de Maxwell. Ces équations, qui prévoient l'existence d'ondes lumineuses, formaient pourtant une des bases les plus solides de la physique de la fin du xixe s.
La résolution de ces contradictions devait venir de la toute jeune mécanique quantique, grâce à laquelle Paul Dirac put effectuer en 1927 une synthèse entre les propriétés à la fois « ondulatoires » et « corpusculaires » que semble posséder le photon. La théorie de Dirac, développée ensuite sous le nom d'électrodynamique quantique, est aujourd'hui fondamentale pour la physique des hautes énergies, dont un résultat spectaculaire a été la mise en évidence des bosons intermédiaires Z0, W+ et W− au Cern en 1983. Par ailleurs, l'apparition du laser au début des années 1960 a conduit au développement rapide d'un nouveau champ de recherches, l'optique quantique, dans laquelle les propriétés quantiques de la lumière jouent un rôle essentiel. En particulier, il est maintenant possible d'observer directement les propriétés ondulatoires et corpusculaires d'un photon unique, matérialisant ainsi des concepts vieux de plus de cinquante ans.
Historique de la notion de photon

L'introduction du concept de photon ne s'est pas faite sans difficultés ; les étapes essentielles de ces débuts se situent entre 1900 et 1922.
Planck et le rayonnement du corps noir

Max Planck
Un matériau chauffé à une température suffisamment élevée émet de la lumière : il devient incandescent. Le spectre de la lumière émise, c'est-à-dire la répartition de l'énergie lumineuse en fonction de la fréquence (responsable de la couleur que nous voyons), devrait dépendre du matériau utilisé. Cependant, Gustav Kirchhoff montra en 1860, par un argument thermodynamique très général, que ce spectre dépend uniquement de la température – et non du matériau particulier – à condition que celui-ci soit parfaitement absorbant ; on parle alors de « corps noir ». Cette découverte déclencha un intense travail expérimental et théorique, afin, d'une part de réaliser concrètement un tel corps noir et de mesurer son spectre et, d'autre part, de calculer la loi inconnue ρ (ν, T) exprimant la quantité d'énergie rayonnée à la fréquence ν par un corps noir chauffé à la température T.
À la fin du xixe s., les méthodes de mesure de l'émissivité du corps noir avaient beaucoup progressé, mais les tentatives de calculs de ρ (ν, T) demeuraient infructueuses : deux lois différentes semblaient s'appliquer aux régions « basses fréquences » et « hautes fréquences » des spectres observés. Enfin, en 1900, Planck parvenait à la bonne formule par une démarche d'abord intuitive. En fait, le caractère révolutionnaire de cette découverte apparut réellement lorsque Planck parvint à justifier rigoureusement sa formule, en admettant que les échanges d'énergie entre la lumière et le matériau s'effectuaient par quanta, c'est-à-dire par « paquets » indivisibles. La valeur du quantum d'énergie, dépendant de la fréquence ν, est égale à hν, où h est une constante universelle, maintenant baptisée « constante de Planck ».
Rien, dans la physique de cette époque, ne pouvait justifier l'hypothèse de Planck : la loi d'émissivité du corps noir, immédiatement confirmée par l'expérience, ouvrait donc la voie à des théories entièrement nouvelles.
Einstein et l'effet photoélectrique

Albert Einstein
En 1905, le mystère des quanta de Planck restait entier ; on ignorait si la lumière, les atomes, ou seulement les échanges d'énergie devaient être quantifiés. C'est alors qu'Einstein proposa que la lumière elle-même soit formée de quanta (qui devaient être baptisés photons seulement en 1926) ; cette hypothèse permettait d'interpréter de façon simple l'effet photoélectrique.
Cet effet, connu depuis la fin du xixe s., consiste en l'émission d'électrons par une plaque métallique éclairée par un faisceau lumineux. Deux observations semblaient défier toute explication : tout d'abord, l'effet n'existe que pour des fréquences lumineuses ν supérieures à une certaine fréquence seuil νs ; ensuite, l'énergie cinétique des électrons émis dépend de la fréquence, c'est-à-dire de la couleur, et non de l'intensité de la lumière utilisée. L'interprétation fournie par Einstein fut alors la suivante : la lumière est formée de grains d'énergie hν et l'absorption d'un de ces grains provoque l'émission d'un électron par la plaque métallique. L'énergie cinétique Ec communiquée à l'électron est alors l'énergie hν, diminuée d'une quantité fixe Ws nécessaire pour arracher l'électron au matériau, ce qui se représente par l'équation :
Ec = hν − Ws
Cette équation très simple rend compte de tous les faits expérimentaux observés :
– l'énergie cinétique Ec d'un électron émis ne dépend pas de l'intensité de la lumière (c'est-à-dire du nombre de photons) mais de sa fréquence ; Ec augmente du côté « bleu » du spectre visible (hautes fréquences) ;
– pour que l'électron soit émis, l'énergie Ec doit être positive ; il existe donc un seuil à l'effet photoélectrique, c'est-à-dire une valeur minimum hνs = Ws en dessous de laquelle aucun électron n'est émis.
Le seuil dépend du métal utilisé ; les valeurs les plus basses de hνs sont obtenues pour les métaux alcalins.
Des expériences réalisées par Robert Millikan, en 1915, confirmèrent toutes ces prédictions.
L'énergie seuil fut mesurée pour plusieurs métaux, et la valeur de h obtenue par ces expériences se révéla être en très bon accord avec celle obtenue par Planck à partir de la loi d'émissivité du corps noir : on pouvait donc penser que le photon allait avoir gain de cause. En fait, rien n'était encore joué, puisque Millikan et, avec lui, de nombreux autres physiciens de renom rejetaient l'interprétation de l'effet photoélectrique donnée par Einstein. Ce conflit provenait de la contradiction apparente qui existe entre le concept de photon – particule de lumière – et les équations de Maxwell de l'électromagnétisme – qui impliquent l'existence d'ondes lumineuses.
Compton et la diffusion électron-photon

L'effet Compton
Cependant, une nouvelle expérience en faveur du photon « corpusculaire » devait emporter l'adhésion de la communauté des physiciens : il s'agit de l'étude par Arthur Compton de la « collision » d'un électron et d'un photon. Les équations de l'effet Compton décrivent le choc d'un électron et d'un photon comme un choc de particules matérielles, en assurant la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement. Le résultat du calcul est que le photon est dévié, et sa fréquence légèrement changée. La valeur théorique de ce décalage de fréquence fut confirmée expérimentalement par Compton, ce qui imposa définitivement la nécessité du concept de photon.
En 1918, Planck reçut le prix Nobel pour la découverte du quantum d'action ; Einstein, en 1922, pour son interprétation de l'effet photoélectrique ; Compton, en 1927, pour la découverte de l'effet qui porte son nom. Peu de temps après, les progrès réalisés par la théorie quantique allaient permettre une description synthétique des propriétés à la fois « ondulatoires » et « corpusculaires » de la lumière.
Le photon, particule élémentaire

Fiche d’identité du photon

Le photon est une particule de masse nulle, de spin unité ; son énergie est E = hν, et sa quantité de mouvement est p = (h/2π) k où k est le vecteur d'onde associé à la particule.
Interactions photon-matière

Les interactions des photons avec des atomes ou d'autres particules peuvent s'accompagner de transfert d'énergie, d'impulsion ou de moment cinétique. Par exemple, des photons polarisés circulairement peuvent transférer leur moment cinétique à une vapeur atomique : c'est le principe du pompage optique, inventé par Alfred Kastler en 1950, utilisé notamment dans les lasers.
De même, la pression de radiation exercée par un faisceau lumineux sur des atomes peut être utilisée pour ralentir ou dévier un jet d'atomes. Ces phénomènes sont observés dans le domaine des basses énergies, c'est-à-dire pour des valeurs de hν très inférieures à l'énergie de masse mec2 d'un électron. Lorsque hν devient plus grand que 2 mec2 (domaine des rayons γ), l'électrodynamique quantique relativiste prédit la possibilité pour un photon de se transformer en une paire électron-positon (le positon, également appelé positron, étant l’antiparticule de l’électron) ; la réaction inverse (annihilation d'une paire) est possible également, et de telles réactions sont couramment observées dans les accélérateurs de particules.
Le photon dans le modèle standard

Dans les théories contemporaines, le photon est le médiateur de l'interaction électromagnétique, c'est-à-dire que cette interaction est décrite comme un échange de photons. À très haute énergie, Steven Weinberg, Abdus Salam et Sheldow Glashow ont montré que l'interaction électromagnétique s'unifie avec l'interaction faible, responsable de certaines réactions de désintégration. Les médiateurs de cette interaction électrofaible sont les bosons intermédiaires Z0, W+ et W−.

DOCUMENT   larousse.fr    LIEN

MIROIR

OPTIQUE
Introduction
Les différents types de miroirs
Le miroir plan
Le kaléidoscope
Les miroirs sphériques
Les foyers des miroirs sphériques
Le miroir parabolique
Le miroir elliptique
Le miroir ardent
Le miroir frontal
Le miroir magnétique
La fabrication des miroirs
Les miroirs de toilette
Les miroirs des télescopes


Consulter aussi dans le dictionnaire : miroir
Cet article fait partie du dossier consacré à la lumière.
OPTIQUE

Introduction


Un miroir est un corps poli qui réfléchit les rayons lumineux. Le plus souvent, un miroir est une glace de verre dont la face postérieure est recouverte d'une pellicule métallique protégée par un vernis. Dans ce cas, la glace sert de support au dépôt métallique qui constitue le miroir proprement dit (d'un point de vue physique).
Les différents types de miroirs

Le miroir plan

Comme cette appellation l'indique, un miroir plan est une surface réfléchissante plane. D'après les lois de la réflexion, à un point objet doit correspondre un point image, et réciproquement. On dit alors qu'il y a stigmatisme vrai pour tout miroir plan.
À un rayon incident I correspond un rayon réfléchi R qui se trouve dans le plan défini par le rayon I et la normale N au point d'incidence sur le plan. Les angles d'incidence i et de réflexion r sont égaux (lois de Descartes). L'image d'un objet étendu est semblable à cet objet et de même grandeur, sans lui être cependant superposable (l'image et l'objet sont énantiomorphes), sauf si l'objet possède un plan de symétrie.
Les applications du miroir plan sont nombreuses dans la vie courante : miroirs de toilette et glaces d'ornementation surtout. Ils entrent dans la construction de nombreux instruments d'optique (sextant, appareil photographique reflex, télescope newtonien, surface métallisée d'un prisme).
Le kaléidoscope
Le kaléidoscope est une association de deux miroirs plans formant un angle de 60°. Placés dans un cylindre opaque dont la génératrice est parallèle à l'arête des miroirs portée par l'axe du cylindre, ils permettent d'observer à travers des verres colorés des images géométriques changeantes selon la position des miroirs.
Les miroirs sphériques

Les miroirs sphériques sont des miroirs dont la surface réfléchissante est une portion de sphère. Il existe deux types de miroirs sphériques: les miroirs sphériques concaves – convergents –, pour lesquels la surface réfléchissante est tournée vers le centre de la sphère, et les miroirs sphériques convexes – divergents – pour lesquels cette surface est tournée vers l'extérieur.
Le centre C de la sphère est le centre du miroir. Le pôle O de la sphère est le sommet du miroir. L'axe CO est l'axe principal ; toute droite passant par C est appelée axe secondaire. Tout rayon se dirigeant vers C se réfléchit sur lui-même ; tout rayon touchant le miroir en O se réfléchit symétriquement par rapport à l'axe principal.
D'un point objet, un miroir sphérique ne donne une image ponctuelle que si ce point se trouve au centre du miroir ou sur la surface réfléchissante, puisque chaque point objet y est sa propre image. Dans les autres cas il n'y a pas stigmatisme (à un point correspond une surface plus ou moins grande) ; c'est pour cette raison que les miroirs sphériques sont toujours utilisés dans les conditions de Gauss.
Les foyers des miroirs sphériques
Un faisceau lumineux parallèle à l'axe du miroir convergera en F (foyer image du miroir) : un point objet à l'infini aura donc son image en ce point ; un objet en F aura son image renvoyée à l'infini. Ce foyer est donc aussi foyer objet, situé au milieu du segment CO du miroir.
Si on incline très légèrement un faisceau parallèle sur l'axe, on peut définir pour toute inclinaison dans ce domaine un lieu de foyers secondaires formant une calotte sphérique concentrique au miroir, de sommet F et de rayon moitié. La faible inclinaison peut permettre d'assimiler cette section sphérique à un plan dit plan focal. Ainsi l'image, renversée, d'un objet étendu AB est-elle observée dans les conditions de Gauss.
Deux rayons lumineux issus d'un point A donnent naissance à deux rayons réfléchis qui n'ont pas de point commun ; toutefois, un observateur qui reçoit ces deux rayons réfléchis a l'impression qu'ils proviennent d'un point A' symétrique de A par rapport au plan du miroir. Le point A' est appelé image du point objet A.
Comme dans le cas des lentilles, des formules de conjugaison permettent de connaître la position et la grandeur de l'image par rapport à l'objet.
Le miroir parabolique

La surface est un paraboloïde de révolution autour de l'axe principal. Si la source lumineuse est sensiblement un point au foyer du paraboloïde, le faisceau réfléchi est un faisceau cylindrique. Les réflecteurs de phares de marine ou d'automobiles sont souvent des miroirs paraboliques. Le miroir parabolique étant stigmatique pour le point à l'infini (son image est au foyer du paraboloïde), on l'utilise comme objectif dans certains télescopes.
Le miroir elliptique

La surface du miroir est une portion d'ellipsoïde de révolution autour de l'axe principal. Le miroir est stigmatique pour chacun des foyers de l'ellipsoïde : l'image de l'un des foyers est l'autre foyer. Cela résulte des propriétés géométriques de l'ellipse : tout rayon passant par un foyer, après réflexion sur le miroir, passe par l'autre foyer. Ce miroir est utilisé pour concentrer une énergie lumineuse considérable en un point déterminé (dans certains lasers, par exemple).
Les miroirs convexes ont très peu d'applications en dehors du rétroviseur. Dans ce cas, on utilise un miroir convexe de préférence à un miroir plan car, à surface égale, le miroir convexe a un champ plus grand. Au contraire, les miroirs concaves sont très employés (réflecteurs, projecteurs de toutes sortes). Dans les télescopes catoptriques, ils constituent l'objectif ; pour corriger l'aberration de sphéricité plusieurs solutions ont été trouvées : objectif de Bouwers et Maksutov, composé de plusieurs miroirs ; objectif de Schmidt, comportant un miroir concave et une lame de verre déformée au centre ; objectif de Cassegrain, formé d'un miroir concave associé à un miroir convexe. De même certains objectifs de microscope sont des miroirs sphériques. Tous ces objectifs ont pour propriété essentielle d'être dépourvus d'aberrations chromatiques.
Le miroir ardent

C'est un miroir sphérique ou parabolique, ou constitué de plusieurs miroirs plans disposés suivant une surface concave qui permet de concentrer l'énergie solaire dans une petite région de l'espace. Les miroirs ardents furent utilisés par les Anciens, selon la légende, pour allumer des incendies à distance. Lavoisier a utilisé le miroir ardent pour fondre l'or. Les fours solaires sont les applications modernes des miroirs ardents.
Le miroir frontal

Ce miroir, employé en médecine, sert à réfléchir la lumière sur l'organe à examiner : oreille, nez, cavité buccale. Il est concave afin de concentrer les rayons lumineux ; d'un diamètre de 9 à 10 cm et d'une distance focale de 20 cm environ, il est percé d'un orifice central. Il se fixe sur le front au moyen d'un bandeau ou d'un ressort antéropostérieur.
Mobile, il est relié à la plaque frontale par une articulation à vis.
Le miroir magnétique

C'est un champ magnétique dont la configuration est telle qu'il est susceptible de réfléchir des particules chargées de la même manière qu'un miroir optique réfléchit des photons. Une telle configuration peut être obtenue dans une région où les tubes du champ magnétique présentent un étranglement suffisant. Dans ces conditions, on peut montrer que des particules qui spiralent autour du tube en se dirigeant vers l'étranglement peuvent, si leurs vitesses sont suffisamment inclinées par rapport aux lignes de champ, rebrousser chemin.
On appelle bouteille magnétique un champ présentant deux étranglements ; une telle configuration est susceptible de retenir indéfiniment des particules qui effectuent des mouvements de va-et-vient entre deux miroirs magnétiques. Ce type de champ magnétique est réalisé au voisinage de la Terre dans le champ géomagnétique ; les particules ainsi piégées constituent les ceintures de Van Allen.
On a également réalisé des bouteilles magnétiques en laboratoire pour tenter de confiner les plasmas produits en vue de la fusion thermonucléaire.
La fabrication des miroirs

Les miroirs de toilette

Le grand pouvoir réflecteur de certains métaux (argent, étain, aluminium) explique leur utilisation pour la fabrication des miroirs. Autrefois les miroirs de toilette étaient en argent massif poli ; l'argent noircissant par sulfuration, leur surface s'altérait vite. Aujourd'hui, les miroirs de toilette, les « glaces », sont fabriqués en déposant, par voie chimique, une pellicule d'argent ou d'étain amalgamé sur la face postérieure d'une plaque de verre ; cette pellicule est ensuite recouverte d'un vernis protecteur.
Les miroirs utilisés dans les instruments d'optique sont obtenus par dépôt sous vide, sur une plaque de verre parfaitement dressée, d'une pellicule très mince de métal pur à haut pouvoir réflecteur ; on utilise soit l'argent, soit l'aluminium. Si la pellicule est déposée sur la face arrière du miroir, on la protège par un vernis. Si elle est déposée sur la face avant, on la recouvre d'une couche d'alumine de 0,1 μm d'épaisseur environ.
Les miroirs des télescopes

Dans un grand télescope optique, le miroir est la partie technique la plus difficile à concevoir et à réaliser. Augmenter la taille des miroirs des télescopes pour augmenter la qualité d’observation du ciel constitue l’enjeu principal des astrophysiciens. Cependant, cette augmentation de taille ne va pas sans poser certains problèmes, principalement de poids. Par exemple, le miroir parabolique du grand télescope de l’observatoire Zelentchouk, mis en service en 1976 dans le Caucase, a un diamètre de 6 m, une surface de 28 m2, et est composé d'une masse de silice de 42 tonnes revêtue d'une mince couche d'aluminium. La précision de sa finition est inférieure au dixième de micromètre et il a fallu deux ans pour refroidir entièrement sa masse initiale de 70 tonnes. De nouvelles technologies de fabrication de miroirs ont depuis vu le jour, en particulier les miroirs liquides et les miroirs minces munis de systèmes d'optique active ou adaptative.

DOCUMENT   larousse.fr    LIEN

L’intelligence artificielle et le test de Turing

Par Jean-Paul DELAHAYE Professeur émérite à l’Université Lille 1
Chercheur au Laboratoire d’Informatique Fondamentale de Lille
En conférence le 15 avril

En 1950, Turing proposa un test d’intelligence pour les machines. Il pensait que les progrès de l’informatique permettraient de le satisfaire en cinquante ans. Même si les avancées de l’Intelligence artificielle ont été remarquables, aujourd’hui, aucune machine ne passe le test.
Est-ce qu’une machine avec laquelle nous échangeons des messages écrits sans contrainte de sujet peut tenir son rôle d’une façon telle qu’on ne réussisse pas à savoir si nous dialoguons avec un humain ou un système informatique ? C’est le test proposé par Alan Turing en 1950. Il pensait qu’on saurait construire de tels systèmes à la fin du XXème siècle. La réalité est qu’en 2014, malgré d’immenses progrès dans le domaine de l’Intelligence artificielle, on ne sait pas réaliser de programmes possédant une intelligence générale permettant de passer le test avec succès. Les progrès ont porté sur des capacités spécialisées (jeux d’échecs, traitement de problèmes mathématiques, dialogues en langue naturelle sur des sujets limités, etc.). Récemment, avec l’ordinateur Watson de la firme IBM, un pas a été franchi concernant ce qui était l’obstacle principal : la programmation du sens commun.
Le jeu de l’imitation
Définir l’intelligence est difficile et il n’est pas certain qu’on puisse y arriver un jour d’une façon satisfaisante. C’est cette remarque qui poussa le mathématicien britannique Alan Turing, il y a soixante ans, à proposer le jeu de l’imitation qui fixait un objectif précis à la science naissante des ordina- teurs qu’on n’appelait pas encore informatique.
Le jeu de l’imitation consiste à mettre au point une machine impossible à distinguer d’un être humain. Précisément, Turing suggérait qu’un juge J échange des messages dacty- lographiés avec, d’une part, un être humain H et, d’autre part, une machine M, ces messages pouvant porter sur toutes sortes de sujets. Le juge J ne sait pas lequel de ses deux interlocuteurs (qu’il connaît sous les noms A et B) est la machine M et lequel est l’humain H. Après une série d’échanges, le juge J doit deviner qui est la machine et qui est l’être humain.
Turing pensait que si un jour nous réussissons à mettre au point des machines rendant impossible l’identification correcte (c’est-à-dire conduisant le juge J à un taux de mauvaise identification de 50 % identique à ce que donnerait une réponse au hasard), alors nous pourrons affirmer avoir conçu
une machine intelligente ou – ce que nous considérerons comme équivalent – une machine qui pense. Sa procédure aujourd’hui appelée test de Turing a donné lieu à de nom- breuses discussions intéressantes et est à l’origine d’une série de réalisations informatiques concrètes mises en compétition annuellement lors d’un prix organisé à l’initiative de Hugh Loebner. Les résultats des logiciels participant au jeu de l’imi- tation progressent chaque année..., mais assez lentement.
Est-ce que le test de Turing caractérise l’intelligence ?
Il faut mesurer à quel point réaliser un programme qui passe le test de Turing est difficile. Mettons-nous dans la peau du juge J dialoguant, par le biais d’un terminal d’ordinateur, avec les deux interlocuteurs A et B.
Une première idée, pour reconnaître la machine, consiste à poser une question du type « quelle est la valeur de 429 à la puissance 3 ? ». Si A répond 78953589 au bout d’une seconde et que B refuse de répondre, ou attend trois minutes pour proposer un résultat, il ne fera pas de doute que A est la machine et B l’humain. Cependant, les spécialistes qui conçoivent les programmes pour passer le test de Turing ne sont pas idiots et ils prévoient cette ruse grossière. Leur programme, bien que capable sans mal de mener le calcul de 4293 en une fraction de seconde, refusera de répondre ou demandera dix minutes avant de fournir un résultat, ou même proposera une réponse erronée. Tout ce qu’un humain ne sait pas très bien faire et qu’un ordinateur réussit sans mal – la mémorisation d’une suite de cent chiffres aléa- toires est un autre exemple – sera traité de la même façon : l’ordinateur fera semblant de ne pas réussir. Pour reconnaître l’humain, la méthode du juge doit donc s’appuyer sur des tâches que les humains traitent sans mal et sur lesquelles les ordinateurs buttent.

DOCUMENT   culture.univ-lille1.fr