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Prototypes, recherche, innovation

Une démarche collaborative

Dans le domaine de la recherche, la réalisation des expériences scientifiques requiert souvent de nouveaux instruments, plus perfectionnés, plus sensibles, plus puissants ou tout simplement adaptés à des conditions expérimentales particulières. Ces prototypes de laboratoire sont le fruit ...

Quarks : une combinaison à quatre

Par Ranjithsiji — Travail personnel CC BY-SA 4.0

Le légo des quarks

Contrairement au proton et au neutron, les quarks sont des particules élémentaires, c’est-à-dire des particules qui ne sont pas elles-mêmes constituées d'autres « briques ». L’électron est élémentaire aussi, comme ...

La foudre bat des records

CC BY SA André Karwath aka Aka

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Un moteur moléculaire à effet tunnel

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Un moteur quantique
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Vers de nouvelles technologies de chargeurs

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Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, grâce à l’accélérateur LHC (le plus puissant du monde) qui fait 27 km de circonférence, les protons se percutent avec une vitesse égale à 99,999999 % de la vitesse de la lumière. En réalité, les protons sont pré-accélérés dans d’autres machines plus petites avant de pénétrer dans le LHC et subir leur accélération ultime. Par ailleurs, pour diverses applications, notamment médicales, des accélérateurs de particules plus modestes sont également nécessaires pour produire certains rayonnements employés en radiothérapie.

Les particules sont accélérées à l’aide de champs électromagnétiques, un peu comme des surfeurs avançant sur leurs vagues. L’énergie des particules augmente grâce aux ondes électromagnétiques qui leur en fournissent. Souvent, ce sont des microondes qui sont employées. Or, l’énergie du photon associé à l’onde est proportionnelle à la fréquence ou - ce qui revient au même - inversement proportionnelle à la longueur d’onde.

Ondes plus courtes, accélérateurs plus petits

L’idée que des chercheurs de l’université de Stanford aux Etats-Unis ont poursuivie consiste justement à accélérer des électrons avec des impulsions lasers infrarouges dont la longueur d’onde est de l’ordre de 1000 à 100 000 fois plus courte que les microondes. Cela signifie aussi des dimensions autant de fois plus petites. La taille d’un accélérateur comme le LHC devrait donc pouvoir être réduite à quelques dizaines de mètres, voire à moins d’un mètre. Pour le moment, les physiciens sont parvenus à accélérer des électrons à 1 keV (mille électronvolts) sur une distance de 25 micromètres. En effet, le « tube » de l’accélérateur a été dessiné sur une puce en silicium de 25 micromètres de long : il s’agit d’un sillon de 0,25 micromètre de large. C’est dans ce sillon que les électrons ont été accélérés à mille volts, grâce à 100 000 impulsions lasers par seconde traversant le sillon perpendiculairement. Afin que l’énergie des électrons atteigne 1 MeV soit 94% de la vitesse de la lumière, il faudrait mille tubes de ce type, soit une longueur de 25 mm. Compte tenu de l’exploit réalisé, les accélérateurs ultra-miniaturisés devraient voir le jour prochainement.

En savoir plus 
Sur l'utilisation des lasers pour accélérer les particules
https://home.cern/fr/news/news/physics/nobel-work-shines-light-particle-physics

Publié le 20/05/2020
 

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Véhicules autonomes : situation et défis
Où en sont les développements des véhicules autonomes aujourd'hui, et quand les verra-t-on à grande échelle sur les routes

Les véhicules autonomes font l'objet d'importants efforts de recherche et développement chez les industriels du secteur automobile ou encore chez les géants de la Silicon Valley. Les premiers développements ont commencé dans les années 2000 et aujourd'hui, de nombreuses sociétés testent leurs prototypes sur les routes.

Un système robotique

Dans un véhicule autonome, l'utilisateur n'a idéalement plus qu'à entrer sa destination et à se laisser conduire sans avoir à intervenir. Ces véhicules sans chauffeur mettent en oeuvre des capteurs pour collecter des données sur l'environnement, et un ordinateur central pour prendre des décisions en fonction de ces données et gérer les commandes permettant la navigation.

L'un des moyens les plus fiables de reconnaître de tels véhicules sur la route, c'est le lidar. Monté sur le toit de la voiture, ce "radar laser" détecte les objets environnants, dans un rayon compris entre 50 et 100 mètres, afin de produire en continu une cartographie 3D de la situation. D'autres détecteurs, placés tout autour du véhicule fournissent son positionnement. De plus, des radars placées à l'avant et l'arrière du véhicule, mesurent à chaque instant la distance qui le sépare des autres véhicules ou des piétons. Enfin, la voiture dispose de capteurs et d'émetteurs lui permettant de communiquer avec les infrastructures et les autres véhicules connectés proches, via internet par exemple, de manière à disposer en temps réel de l'information sur leur vitesse, leur position, leur itinéraire... ce qui permet une gestion globale optimisée du trafic.

Toutes ces données sont ensuite transmises à l'ordinateur central du véhicule, qui constitue le coeur du fonctionnement des automobiles sans chauffeur. Il définit la vitesse à adopter, le chemin à emprunter, ou encore la voie sur laquelle se placer, à l'aide d'algorithmes d'intelligence artificielle. Par exemple, les problèmes de reconnaissance des objets rencontrés sont traités grâce à des réseaux neuronaux convolutifs (une des disciplines principales du deep learning). Si ces technologies n'en étaient qu'à leurs balbutiements il y a 25 ans, elles permettent aujourd'hui à certains véhicules autonomes d'être en phase d'essais sur route.

Les défis de la conduite autonome

Une voiture autonome est donc un système robotique qui reprend les composantes du système de conduite classique, "biologique" : les données reçues par les radars, lidar, caméras et autres capteurs viennent remplacer les sens du conducteur humain (en premier lieu la vue), et l'informatique se substitue au cerveau du chauffeur, pour la prise de décision.

De nombreux défis technologiques et sociétaux en découlent. En 2016 par exemple, on déplore le décès d'un conducteur esssayant un modèle autonome de la marque Tesla, lors d'un accident avec un camion. La société avait par la suite fait savoir que la machine n'avait pas fait la différence entre la couleur du camion et... le ciel ensoleillé de Floride. Les défis technologiques à relever sont donc encore importants, mais pas moins que les nombreuses questions sociétales engendrées.

L'un des aspects majeurs de cette technologie est bien sûr la sécurité. Si les conducteurs humains ne sont plus en charge, ce sont donc les algorithmes qui vont devoir prendre les décisions. Or, sur la route, les décisions peuvent souvent avoir des conséquences graves. Par exemple, quelle réaction programmer dans la voiture dans le cas d'un piéton imprudent qui traverse au rouge ? Dévier brutalement et risquer la vie du passager, ou continuer sa marche ? Et dans le cas où dans la déviation de la marche se trouve, par exemple, des enfants en bas-âge ? Toutes ces questions, qui étaient traitées de manière « instinctive » par les conducteurs humains (qui dans de telles situations n'ont en effet pas le temps de réfléchir), vont devoir être traitées « rationnellement » par des algorithmes, qui, eux, ont un temps de réction beaucoup plus faible que celui des conducteurs humains.

Outre les impacts sociaux liés à une éventuelle disparition des emplois de chauffeurs routiers, il faudra prendre en considération les dépenses engendrées pour les infrastructures, telles que la construction de bornes de rechargement électrique (les développements des véhicules autonomes et électriques allant de pair).

Enfin, les problèmes de fiabilité face aux pirates, figurent parmi les plus importants à prendre en compte pour les concepteurs de voitures autonomes. L'État devrait-il obliger les industriels à publier les algorithmes utilisés ? Et quelles possibilités de contrôle donner aux humains à l'intérieur du véhicule ? Le piratage informatique dans le cadre des véhicules autonomes prend une ampleur différente de ce à quoi sont habitués les consommateurs quotidiens de smartphones et d'ordinateurs, notamment via les communications véhicule-véhicule et véhicule-infrastructure, effectuées par internet. Des tests de fiabilité ont déjà été menés, à l'issue desquels des pirates ont été capables de prendre, à distance, le contrôle du véhicule automatique. Cela pose de nombreux problèmes de sécurité, et il sera nécessaire de disposer d'algorithmes de cryptographie très performants pour y remédier, ainsi que de dispositifs physiques de basculement du contrôle de l'automobile à l'utilisateur humain, si il y en a un présent dans le véhicule.
Publié le 02/03/2018

Pour en savoir plus :

http://www.vedecom.fr/larrivee-du-vehicule-autonome-remet-elle-en-cause-le-regime-dindemnisation-de-la-victime/

https://news.stanford.edu/2017/05/22/stanford-scholars-researchers-discuss-key-ethical-questions-self-driving-cars-present/ (Université de Stanford, lien en anglais)


 

Jérôme Robert
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