Défis transverses

Le CNRS a identifié six grands défis transverses auxquels il a l’ambition d’apporter des contributions substantielles à moyen terme : le cerveau, les matériaux du futur, la vie dans l’Univers, l’instrumentation sans limites, l’IA générative pour les sciences, les sociétés en transitions.

Comme pour les défis du COP 2019-2023, le CNRS entend mobiliser l’ensemble des disciplines de manière coordonnée afin de structurer les communautés scientifiques qui pourront apporter des contributions substantielles à ces sujets à moyen terme, environ 10 ans.

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Le cerveau 

Le cerveau est au cœur de nombreuses interrogations scientifiques : comment fonctionne-t-il pour produire pensées, souvenirs, émotions, apprentissages ou interactions sociales ? peut-il expliquer seul nos comportements ? comment inscrit-il l’espèce humaine dans l’évolution du vivant, et l’en singularise-t-il ? Les questions dépassent le domaine biologique : elles touchent à des enjeux sociétaux majeurs, comme la responsabilité pénale, la prise en compte de la neurodiversité dans l’éducation ou l’émergence de l’intelligence artificielle.

Les sciences contribuent à répondre à ces défis en mobilisant une approche pluridisciplinaire (neurosciences, biologie, sociologie, linguistique, science de l’éducation, physique, mathématiques, robotique, paléontologie, économie, etc.). Elles cherchent à modéliser les mécanismes complexes du cerveau animal et humain, à comprendre la variabilité entre individus, et à explorer l’influence des environnements physique et social tout au long de la vie. Ces travaux ouvrent la voie à des innovations médicales (médecine personnalisée et assistance à la personne, prothèses, interfaces cerveau-machine), éducatives (stratégies d’apprentissage adaptées) et technologiques (neurotechnologies et systèmes bio-inspirés).

Matériaux du futur

Les matériaux sont omniprésents dans notre quotidien et leurs domaines d’applications sont très larges et en lien avec les préoccupations contemporaines (chimie, transport, construction, électronique, métallurgie, etc.). Mais leur élaboration a longtemps négligé les contraintes environnementales et énergétiques. Face aux enjeux actuels de la transition énergétique et du développement durable, il devient nécessaire de développer des procédés plus économes en ressources, en énergie et en eau, et tendant vers des solutions recyclables.

La recherche sur les matériaux explore des innovations clés pour relever ces défis : batteries et supercondensateurs pour le stockage d'énergie, dispositifs photovoltaïques, matériaux pour éoliennes ou centrales nucléaires, catalyseurs pour transformer les petites molécules (CO2, NH3, H2…),, véhicules plus légers et résistants, et structures avancées pour l'électronique, la défense ou la santé. Les nouveaux matériaux (biosourcés, autoassemblés, ou métamatériaux) et les techniques de recyclage offrent des solutions prometteuses plus sobres, plus durables et respectueuses de l’environnement. De plus, l’intégration de l’intelligence artificielle révolutionne la conception des matériaux, permettant des avancées rapides mais nécessitant de repenser les approches scientifiques du domaine.

La vie dans l’Univers

La vie telle que nous la connaissons est, pour l’instant, restreinte à la planète Terre et les origines de cette vie restent un mystère. Pour répondre à cette question, il faut pouvoir décrire l’enchaînement des processus chimiques et physiques depuis la naissance de l’Univers qui a permis l’éclosion de cette vie : est-elle née dans les conditions extrêmes de l’espace ? quel a été le rôle des océans primitifs, de la géologie primordiale, de la radioactivité naturelle ? comment des molécules organiques complexes ont-elles pu devenir capables de s’auto-organiser et de s’amplifier ? Ces questions en induisent d’autres plus vastes encore : qu’est-ce que la vie et comment la définissons-nous, existe-t-elle ailleurs et d’autres formes de vie sont-elles possibles ? Si oui, quels sont les éléments à rechercher pour les trouver ? Et les conséquences des potentielles découvertes doivent être accompagnées : comment nos sociétés vont-elles intégrer ce nouveau savoir, voire la preuve que nous ne serions pas seuls ?

Grâce à de grands projets qui livreront leurs données et à nouveaux instruments au sol et dans l’espace, notre compréhension de l’histoire et de la physique de l’Univers et de ses constituants va faire un bond spectaculaire dans les années à venir, notamment concernant les planètes extrasolaires et les possibilités d’y trouver la vie, ou encore la nucléosynthèse. 

Instrumentation sans limites

Les technologies et les instruments à la pointe de l'innovation sont cruciaux pour une recherche scientifique de haut niveau. En retour, la recherche fondamentale fournit une mine d'idées novatrices qui pourraient radicalement transformer la manière dont nous concevrons, construirons et utiliserons des futurs instruments scientifiques. La prochaine décennie exploitera les nanotechnologies, les nouveaux matériaux, les capteurs quantiques et l'intelligence artificielle. Les instruments, capteurs et systèmes d’analyse seront miniaturisés, connectés, portables, automatisés, moins coûteux, plus efficaces, plus précis et plus durables. Ces avancées permettront des mesures distribuées, des expériences à haut débit et une collecte de données à grande échelle en temps réel. La réalité augmentée et virtuelle favorisera l’interaction immersive avec des données complexes, facilitant la compréhension et l'analyse des phénomènes scientifiques. L'intégration de l'IA optimisera l’analyse, les flux et le stockage des données, et permettra une automatisation efficace des processus expérimentaux. Les applications seront nombreuses dans des domaines tels que la médecine, l'environnement, les sciences de l’Univers, les technologies de l’information, la métrologie et la compréhension des changements environnementaux à l'échelle globale, le développement de nouveaux matériaux, la compréhension des mécanismes réactionnels, etc. 

IA générative pour les sciences

L'émergence de grands modèles de langage a bouleversé le domaine de l'intelligence artificielle (IA). Aujourd’hui capable de classification, prédiction ou génération au-delà du langage, l’IA est à même de transformer la recherche et d’accélérer les découvertes dans tous les domaines scientifiques où des données massives, multimodales et/ou hétérogènes sont disponibles. Cela concerne tout le spectre couvert par CNRS : en témoigne leur utilisation récente pour concevoir de nouvelles protéines, matériaux ou médicaments, des modèles climatiques, des réseaux de neurones artificiels et biologiques, etc. Ces modèles soulèvent des défis économiques, sociologiques et philosophiques.

Pour exploiter leur potentiel, l’interdisciplinarité est cruciale. Il est essentiel de créer des architectures mutualisées tout en adaptant les modèles aux spécificités des disciplines, de standardiser les méthodologies pour préparer et structurer les données, et de développer et maintenir des plateformes de calcul à haute performance. En amont, il faut comprendre les fondements des capacités des réseaux de neurones et leurs limites pour rendre les résultats robustes et éthiques, et concevoir de nouveaux modèles plus frugaux. Seul organisme à couvrir l'ensemble des sciences concernés, le CNRS pourra être le catalyseur de cette nouvelle manière de faire de la science qui nécessite de nouvelles compétences, en s’appuyant notamment sur son centre AISSAI.

Sociétés en transitions

De nombreuses sociétés se perçoivent et se décrivent aujourd’hui comme en transition : on parle d’entrée dans l’Anthropocène, de franchissement des « limites planétaires », du changement global, de transitions énergétique, écologique, démographique, numérique, épidémiologique, de mutations du monde du travail, de recompositions géopolitiques, de crise de la démocratie… Mais s’agit-il de transitions ou de simples évolutions ? Cette distinction soulève des questions méthodologiques majeures : qui peut affirmer qu’un groupe social est en transition, dans quelle position, avec quels outils et à quelle échelle temporelle ? Peut-on étudier une transition tout en y participant ? Quels indicateurs permettent de distinguer une transition durable d’un schéma récurrent ? Et comment éclairer au mieux la décision publique sur ces transitions, pour anticiper les événements extrêmes qui souvent les accompagnent ?

Étudier et analyser, par une pluralité d’approches scientifiques et disciplinaires, des transitions comme la sédentarisation, l'avènement de l'agriculture, l'invention de l'écriture, l'ère industrielle et urbaine, la transition démographique, l'avènement du numérique, voire de l'intelligence artificielle, permettra de mieux comprendre le phénomène et de construire un cadre théorique et des méthodologies adaptés. Puis de dépasser un second verrou : celui du transfert des fruits de cette recherche vers le monde extra académique.

Défis sociétaux 2019-2023

Les défis du COP 2019 - 2023 ont créé une réelle dynamique et permis de structurer les communautés dans chacun des six domaines retenus : le changement climatique, les inégalités éducatives, l’intelligence artificielle, la santé et l’environnement, les territoires du futur et la transition énergétique. Ces défis restent d’actualité et les actions lancées vont se poursuivre.

Changement climatique

  • La problématique : étudier le changement climatique et la recherche de solutions pour le limiter implique une recherche transdisciplinaire : des sciences du climat à l’écologie et aux sciences sociales, à toutes les échelles d'observation et d’expérimentation.
  • L’apport scientifique : Mettre en relation les disciplines et les équipes permet de produire une recherche de qualité, au croisement de thématiques des différents instituts.
  • Les actions engagées : Une cartographie des forces de recherche sur le changement climatique de chaque institut du CNRS pour identifier les questions les plus pertinentes à traiter en interdisciplinarité et la création du Groupement de recherche interdisciplinaire « Défis théoriques pour les sciences du climat » et d’une cellule permettant d’éclairer en amont les politiques publiques sur le sujet.
  • Voir la page dédiée sur le site de la MITI
  • Découvrir les fiches des Programmes et équipements prioritaires de recherche (PEPR) exploratoires liés au défi :
  • FairCarbon
  • OneWater
  • Traccs
  • Irima
  • Bridges

Inégalités éducatives

  • La problématique : Le système éducatif ne semble pas aujourd’hui en mesure de s’affirmer suffisamment comme un instrument au service de l’égalité des chances de tous les élèves. Alors comment affronter ce problème ?
  • L’apport scientifique : En croisant les regards de scientifiques de différentes thématiques, il s’agit d’identifier les causes des inégalités éducatives, individuelles et/ou collectives, de développer ou valider des outils de mesure des inégalités, des innovations pour y remédier, et d’engager une réflexion plus globale sur les enjeux et objectifs des systèmes éducatifs contemporains au regard des inégalités éducatives.
  • Les actions engagées : Un colloque international a été organisé pour ouvrir la voie à un futur champ de recherche interdisciplinaire structuré : et un observatoire dédié aux questions éducatives devrait bientôt voir le jour.

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Découvrir les fiches PEPR liées :

Intelligence artificielle

  • La problématique : Données massives, algorithmes complexes, apprentissage machine, automatisation… comment appréhender le défi du développement de l’intelligence artificielle dans la pratique scientifique ?
  • L’apport scientifique et les actions engagées : Le CNRS a lancé son centre AI for Science-Science for AI (AISSAI) dont l'objectif principal est de structurer et d’organiser les actions transverses impliquant l’ensemble des disciplines du CNRS aux interfaces avec l’IA.

En savoir plus sur le centre AISSAI

Santé et environnement

  • La problématique : Comme l’ont montré plusieurs épisodes infectieux d’origine zoonotique (HIV, Ébola, peste, COVID-19…), les interactions entre perturbations environnementales, exploitations écosystémiques et populations humaines peuvent conduire à des risques sanitaires globalisés.
  • L’apport scientifique : En adoptant une approche holistique, transdisciplinaire et multisectorielle ("One Health”), le CNRS coordonne les sciences biologiques, humaines, sociales, environnementales, physiques, mathématiques et informatiques pour comprendre les liens entre la santé humaine, animale et leurs écosystèmes, facilitant ainsi la prise de décisions publiques.
  • Les actions engagées : Développer des observatoires interdisciplinaires dans des lieux stratégiques, comme en Camargue, au niveau de la Seine ou en Arizona, pour étudier des enjeux de santé et permettre d'observer et de documenter l'émergence de situations à risque en mobilisant les expertises disciplinaires du CNRS

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Territoires du futur

  • La problématique : Les territoires du futur sont des systèmes complexes constitués d’un grand nombre d’entités en interaction dont l’intégration permet d’achever un but commun : vivre ensemble. Ce sont des lieux où l’on met en œuvre des actions techniques, économiques, sociologiques, politiques et écologiques qui doivent co-exister. La question des territoires du futur est un domaine d’expérimentation, un lieu d’interaction de nombreux défis sociétaux.
  • L’apport scientifique : Fort de données fiables, nombreuses et établies de longue date sur tous les territoires, le CNRS peut faire dialoguer personnels scientifiques et acteurs de terrain, notamment des collectivités territoriales, autour des problématiques locales de sobriété, de santé, d’écologie et d’inégalités.
  • Les actions engagées : Le défi Territoires du futur a choisi l’aire métropolitaine de Marseille comme territoire pilote pour expérimenter un dispositif de laboratoire commun chercheurs-acteurs potentiellement reproductible sur d’autres territoires.

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Transition énergétique

  • La problématique : Comment faire face à cet enjeu sociétal que représente la transition énergétique en général et le choc de la crise énergétique ?
  • L’apport de l’expertise scientifique : La transition énergétique exige des approches interdisciplinaires et pluridisciplinaires pour répondre aux besoins de la planète et des sociétés. Le défi Transition énergétique s’appuie fortement sur la cellule Énergie du CNRS qui favorise les interactions entre les recherches scientifiques et technologiques sur les systèmes énergétiques d’une part, et les recherches sur l’impact de ces technologies sur l’environnement et sur la société en termes de mode de vie, de comportements sociétal et économique, etc. d’autre part.
  • Les actions engagées : Le défi Transition énergétique a délimité trois ambitions majeures, soulignant l’importance des comportements humains : la résilience, la flexibilité́ et la sobriété́ à intégrer dans ses prospectives technologiques et sociales. Un séminaire sur le thème de l’énergie et de la transition énergétique en 2023 visait la fédération et la structuration d’une communauté interdisciplinaire focalisée sur les questions énergétiques.

Voir le site de la cellule Énergie du CNRS

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Crédit photo : © Jean-Claude MOSCHETTI / Géosciences Rennes / CNRS Images