ONDE

PLAN
        *         ONDE
        *         1. Les différents types d’ondes
        *         1.1. Les ondes mécaniques progressives
        *         1.1.1. Les vagues
        *         1.1.2. Les cordes
        *         1.1.3. Les ondes sonores ou acoustiques
        *         1.2. Les ondes mécaniques stationnaires
        *         1.3. La lumière et les ondes électromagnétiques
        *         1.3.1. La nature ondulatoire de la lumière
        *         1.3.2. Les ondes électromagnétiques
        *         1.3.3. La dualité onde-corpuscule
        *         2. Caractéristiques physico-mathématiques des ondes
        *         2.1. Généralités
        *        2.2. Grandeurs caractéristiques
        *         2.2.1. Période et fréquence
        *         2.2.2. Longueur d'onde
        *         2.3. Les ondes sinusoïdales
        *         2.4. Aspects énergétiques
        *         3. Le spectre des ondes électromagnétiques
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onde
(latin unda)

Cet article fait partie du dossier consacré à la lumière.
Modification de l'état physique d'un milieu matériel ou immatériel, qui se propage à la suite d'une action locale avec une vitesse finie, déterminée par les caractéristiques des milieux traversés.

Les techniques de télécommunication – radio, télévision, téléphone – nous ont rendu familière la présence des ondes. Avant de donner lieu à des utilisations de cette importance, les phénomènes ondulatoires ont progressivement occupé une place de plus en plus grande en physique. Ils ont révélé leur présence dans les domaines les plus divers, au point d'apparaître comme intimement liés, d'une certaine façon, à la constitution de la nature en ses aspects fondamentaux. Si l'onde sonore s'explique en termes mécanistes par les mouvements des particules dont l'air est constitué, il n'y a rien de tel, par exemple, pour les ondes hertziennes. Leur analyse mathématique n'en revêt que plus d'importance. Avec la mécanique ondulatoire, on est même tenté de dire qu'il ne s'agit plus que de mathématiques.

1. Les différents types d’ondes
1.1. Les ondes mécaniques progressives
1.1.1. Les vagues

       


Un objet – une simple goutte – qui tombe sur la surface d'une eau calme y produit des ondulations. Ce train d'ondes est constitué de quelques cercles qui, issus de la source du phénomène, vont en s'agrandissant et qui finissent par s'affaiblir. Si un corps flotte immobile, les ondes, en l'atteignant, ne le déplacent pas à la surface de l'eau dans le sens de leur mouvement. Elles l'agitent verticalement, tout comme le feraient les vagues de la mer. « Onde » vient d'ailleurs de unda, qui désigne l'eau de la mer, avec les mouvements qui s'y peuvent voir. Les rides circulaires à la surface de l’eau se propageant dans deux directions sont qualifiées d’ondes mécaniques progressives à deux dimensions.

1.1.2. Les cordes
Une autre manière de produire un phénomène semblable consiste à déployer une corde, sans nécessairement attacher l'une de ses extrémités, et à secouer l'autre assez vigoureusement. Chaque secousse engendre une déformation que l'on voit se propager le long de la corde. En faisant se succéder les secousses, on obtient un train d'ondes. Ces ondes se propageant dans une seule direction sont qualifiées d’ondes mécaniques progressives à une dimension.

1.1.3. Les ondes sonores ou acoustiques


C'est un phénomène analogue qui a servi à expliquer la nature physique du son et à étudier en finesse ses propriétés. La corde de lyre que l'on pince vibre rapidement. Ses vibrations se transmettent à l'air, s'éloignant dans toutes les directions. Les ondes acoustiques se propageant dans trois directions sont qualifiées d’ondes mécaniques progressives à trois dimensions. Une oreille, placée n'importe où autour, reçoit des ondes (→ audition). Les vibrations sont communiquées par l'air au tympan. La source peut être n'importe quelle membrane susceptible de vibrer : la peau d'un tambour, mais aussi les cordes vocales.

   



En vibrant, la membrane pousse l'air tout proche ; les particules d'air déplacées poussent à leur tour leurs voisines et ainsi de suite. Si l'on pouvait voir un petit corps flotter dans cet air, on observerait toutefois que l'agitation très rapide qu'il subit sur place ne se fait pas comme celle d'un bouchon sur l'eau. Ce dernier oscille verticalement, tandis que les ondes s'éloignent horizontalement de leur source : de telles ondes sont dites transversales. Dans le cas de l'air, l'objet est agité dans la direction même du mouvement des ondes : celles-ci sont dites longitudinales.

1.2. Les ondes mécaniques stationnaires
Les ondes des trois genres mentionnés auparavant peuvent donner lieu à des phénomènes stationnaires. Si un caillou tombe dans l'eau d'un bassin, les ondes se réfléchissent sur le bord. De même, si l'on secoue sans cesse le bout d'une corde qui est fixée à l'autre extrémité et légèrement tendue, les ondes repartent de cette extrémité. Certains points de la corde peuvent ne pas bouger du tout, alors que tout s'agite autour d'eux, parce que le mouvement qui y est créé par les ondes allant dans un sens est constamment contrarié par celui qu'y induisent les ondes allant dans l'autre sens. Les points pour lesquels l'oscillation est maximale sont appelés les ventres ; ceux pour lesquels elle est nulle, les nœuds.
Semblablement, si deux pointes vibrent ensemble à la surface d'un liquide, les deux trains d'ondes ainsi entretenus laissent immobiles des points de cette surface formant des lignes entières, des hyperboles très précisément. C'est le phénomène des interférences, difficile à observer sans un éclairage adapté.

1.3. La lumière et les ondes électromagnétiques
1.3.1. La nature ondulatoire de la lumière

       
Thomas Young (1773-1829) montra que des interférences peuvent s'observer aussi en optique : une lumière monochromatique passant par deux fentes parallèles donne sur un écran une alternance de franges brillantes et de franges sombres. L'apparition de ces dernières ne s'expliquerait pas si la lumière était constituée de corpuscules en mouvement, comme Isaac Newton (1642-1727) en avait fait admettre l'idée.
Augustin Fresnel (1788-1827) montra que, au contraire, si la lumière est de nature ondulatoire, les interférences s'expliquent jusque dans leurs aspects quantitatifs. Ainsi s'installa l'idée que l'espace est rempli par un milieu imperceptible, l'éther, dont les vibrations constituent la lumière, tout comme les vibrations de l'air et d'autres milieux matériels constituent le son. La découverte du phénomène de polarisation par Étienne Malus (1775-1812) contraria rapidement l'idée qu'il s'agissait, comme dans le cas du son, d'ondes longitudinales.

Un autre phénomène bien connu, la diffraction, s'explique mieux dans une théorie ondulatoire que dans une théorie corpusculaire de la lumière. On l'obtient en faisant passer de la lumière par un trou que l'on rétrécit. Le pinceau de lumière commence par s'affiner mais, à partir d'une certaine petitesse du trou, au lieu de continuer de se rétrécir, le pinceau se disperse.

1.3.2. Les ondes électromagnétiques

Un demi-siècle plus tard, James Maxwell (1831-1879) ayant réduit l'électricité et le magnétisme à quelques formules, il apparut par le calcul que la propagation des actions électromagnétiques devait prendre la forme d'ondes. Heinrich Hertz (1857-1894) les produisit et les étudia expérimentalement. Transversales elles aussi, elles se déplacent à une vitesse qui se trouve être celle de la lumière. Ainsi s'achemina-t-on vers la conclusion que la lumière n'est elle-même qu'une onde électromagnétique, occupant une modeste place dans la gamme des cas possibles. Si l'on préfère, ces ondes constituent une lumière généralement invisible, c'est-à-dire insensible à l'œil, à l'exception d'une petite partie. L'éther que l'on cherchait à mieux connaître n'était plus le siège des seules ondes lumineuses, mais celui des ondes électromagnétiques en général. Les diverses propriétés qu'il se devait de posséder étaient si difficiles à accorder entre elles qu'il constituait une grande énigme. On a fini par renoncer à cette notion.
On accepte l'idée qu'il puisse y avoir de telles ondes sans qu'elles soient les ondulations d'un milieu. On sait seulement que ce sont des charges électriques en mouvement qui les produisent.
Pour en savoir plus, voir l'article ondes électromagnétiques [santé].

1.3.3. La dualité onde-corpuscule

       
Albert Einstein (1879-1955), l'année même où il proposa la théorie de la relativité restreinte (1905), donna une explication de l'effet photoélectrique. Elle consistait à revenir à la conception corpusculaire de la lumière, sans renoncer pour autant à son aspect ondulatoire. Plus généralement, l'onde électromagnétique s'est vu associer un flux de photons, association purement mathématique et qui rendait encore plus intenable l'hypothèse d'un éther. Louis de Broglie (1892-1987), en l'inversant, étendit l'idée à toutes les particules : à chacune on associe une onde. L'expérience a confirmé la justesse de cette hypothèse : il fut établi qu'un faisceau d'électrons est susceptible de donner lieu au phénomène de diffraction.

La mécanique quantique prend désormais pour objets des quantons, qui se comportent comme des corpuscules dans certains contextes expérimentaux et comme des ondes dans d'autres. La fonction d'onde de la particule, obtenue par la résolution de l'équation de Schrödinger, sert à calculer les caractéristiques de son mouvement, mais en termes de probabilité seulement. On ne peut pas annoncer qu'à tel instant la particule sera en tel point, comme on le fait en mécanique classique. On peut seulement calculer avec quelle probabilité elle se trouvera dans telle portion d'espace.

2. Caractéristiques physico-mathématiques des ondes
2.1. Généralités

Un mécanisme de production et de propagation des ondes peut être détaillé dans le cas de la surface d'un liquide ou dans celui du son, parce que l'on peut analyser le comportement d'un milieu – le liquide, l'air – en termes mécanistes. Il n'en va plus de même pour les ondes électromagnétiques, et encore moins pour celles de la mécanique ondulatoire, puisqu'il n'y a plus de milieu connu dans ces cas-ci. Une étude générale des ondes doit donc se rabattre sur la description mathématique de la propagation.
→ mécanique.
Il convient de remarquer que, lorsqu'une description mécaniste est possible, elle n'explique pas la toute première apparence. Une onde, qu'il s'agisse d'une vague ou de la déformation d'une corde, se présente spontanément comme quelque chose qui se déplace. C'est ce déplacement qui est désigné par le terme « propagation ». Il ne se présente pas comme le déplacement d'un objet (navire avançant sur l'eau ou anneau coulissant sur une corde). Le phénomène offre le spectacle de quelque chose qui se meut et ne se meut pas à la fois.
Le mécanisme de la production de la perturbation à la source, et de sa transmission par le milieu, explique qu'un corps flottant ainsi que l'eau qui l'entoure montent et descendent alternativement. Il n'explique pas complètement l'illusion que constitue le déplacement de la vague. On peut dire néanmoins que c'est le déplacement transversal de l'eau qui se décale dans la direction de propagation.

2.2. Grandeurs caractéristiques

Lorsqu'aucun milieu n'est le siège de la propagation, on peut néanmoins concevoir qu'il y ait, attachée à chaque point de l'espace, une certaine grandeur qui soit l'analogue de l'altitude de la surface de l'eau. En prenant pour niveau de référence celui de la surface liquide au repos par exemple, le phénomène de l'ondulation peut être décrit mathématiquement en donnant, pour chacun des points de la surface, son altitude en fonction du temps. Pour une onde d'une autre nature, le rôle joué précédemment par l'altitude peut l'être par la valeur d'un champ, électrique ou magnétique.
De façon plus générale, en se plaçant en un point P de l'espace, a (t) désignera la valeur, à l'instant t, de la grandeur qui varie.

2.2.1. Période et fréquence
On se place dans l'hypothèse d'une onde entretenue et périodique : en P, la grandeur oscille sans cesse et elle reprend toujours la même valeur au bout d'un même temps T, appelé la période de l'onde. Autrement dit, quel que soit l'instant t,
a (t + T) = a (t)

On appelle alors fréquence de l'onde le nombre d'oscillations complètes que P effectue pendant une unité de temps. La fréquence f (aussi notée N, ou encore ν) est reliée à la période par
f = 1 / T
Si l'on adopte la seconde comme unité de temps, la fréquence s'exprime en hertz, de symbole Hz (ou cycles par seconde).

2.2.2. Longueur d'onde
La longueur d'onde λ est la distance parcourue par l'onde pendant le temps T. Si V est la vitesse de propagation, supposée constante, on a
λ = VT
soit encore
λ = V / f
C'est ainsi que, dans un cas comme celui de la lumière, où la vitesse de propagation est connue (près de 300 000 km.s−1 dans le vide), la détermination expérimentale d'une longueur d'onde permet de trouver la fréquence correspondante.

2.3. Les ondes sinusoïdales

Une situation particulière de grande importance est celle des ondes sinusoïdales, pour lesquelles
a (t) = A (sin ω t + ϕ)
L'importance des ondes sinusoïdales tient à ce qu'elles fournissent un modèle mathématique satisfaisant pour nombre de phénomènes. C'est le cas pour les ondes électromagnétiques en particulier, où se rencontre une complication par rapport aux situations envisagées jusqu'à présent : il n'y a pas, en un point, une grandeur a qui varie sinusoïdalement, mais deux, le champ électrique et le champ magnétique, vecteurs orthogonaux entre eux ainsi qu'à la direction de propagation (le rayon lumineux).


       


Une autre raison de l'intérêt porté aux ondes sinusoïdales est que l'on sait, depuis les travaux mathématiques de Joseph Fourier (1768-1830), que pour toute fonction périodique, on peut envisager une décomposition sous la forme d'une somme de fonctions sinusoïdales. La connaissance de ces dernières fournit donc la clef de l'analyse d'un phénomène périodique quelconque.
Lorsque t varie, a (t) varie perpétuellement entre − A et A.
• Amplitude. La constante positive A est l'amplitude de l'onde au point P.
• Phase. L'expression ω t + ϕ est appelée la phase ; ϕ est la phase à l'origine, c'est-à-dire la valeur de la phase à l'instant 0.
• Pulsation. Le coefficient ω est la pulsation ; il est lié à la période par T = 2 π / ω et à la fréquence par ω = 2πf ; il s'exprime en radians par seconde (rad / s ou rad.s−1).
La valeur de ϕ est propre au point P où l'on se place. Pour un point P′ autre, la phase à l'origine a une valeur ϕ′, alors que ω et A sont les mêmes partout. Mais si l'on prend pour P′ un point situé à une distance de P égale à la longueur d'onde λ, ϕ′ = ϕ + 2π, de sorte que la grandeur a prend à tout instant la même valeur en P et en P′. On dit que ces points vibrent en phase.

2.4. Aspects énergétiques

Le déplacement d'une onde est en un sens une illusion. Le point de vue énergétique permet au physicien de donner une certaine consistance à ce déplacement. À la source S, on fournit une énergie essentiellement cinétique aux parties de la corde qu'on y agite, celle du mouvement transversal. Cette énergie se transmet de proche en proche. Lorsque l'agitation atteint les parties les plus proches de l'extrémité S′, on peut l'utiliser pour mettre un objet en mouvement, ou pour obtenir d'autres sortes d'effets. Au total, il y a eu transfert progressif d'énergie de la source à l'extrémité. La quantité d'énergie qui se propage est, pourrait-on dire, un pseudo-objet qui s'éloigne de la source. Dans une perspective de communication, on préfère dire qu'un signal est émis en S et propagé jusqu'en S′.
Pour ce qui est de la mécanique quantique, la prise en compte de l'énergie est à la base même de l'association entre l'onde et la particule. Si ν et E sont respectivement la fréquence de la première et l'énergie dont la seconde est porteuse,
E = hν
(relation de Planck-Einstein, où h est la constante de Planck).
De manière analogue, si λ et p sont respectivement la longueur d'onde et la quantité de mouvement,
p = h / λ (relation de de Broglie)

3. Le spectre des ondes électromagnétiques

La première application pratique des ondes électromagnétiques a été la télégraphie sans fil, bientôt rebaptisée radiophonie (→ radiocommunication). La télévision devait suivre. Le radar, quant à lui, n'est rien d'autre que l'utilisation de la propriété qu'ont les ondes électromagnétiques, à l'instar de la lumière, de se réfléchir sur un obstacle. Le fonctionnement s'apparente étroitement à celui de l'écho sonore.

       

Chacune de ces applications fait appel à un certain domaine des ondes caractérisé par ses longueurs d'onde extrêmes (ou, ce qui revient au même, par ses fréquences-limites). Les cas évoqués ci-dessus sont des exemples d'ondes hertziennes. On désigne ainsi celles dont la longueur d'onde s'étend entre le centimètre et quelques kilomètres. La lumière visible correspond à la bande qui va de 0,4 à 0,8 micromètre. Entre celle-ci et les précédentes se situe le domaine de l'infrarouge. Au-delà, on passe dans l'ultraviolet, puis, entre 3 nanomètres et 0,01 nanomètre, aux rayons X. Enfin viennent les rayons gamma (γ) et le rayonnement cosmique. Les derniers cités, ayant la plus petite longueur d'onde, ont la fréquence la plus élevée. Conformément à la relation E = hν, ce sont leurs photons qui sont porteurs de l'énergie la plus grande. De fait, ultraviolet, rayons X et rayons γ sont connus pour le danger qu'ils représentent pour les organismes vivants, plus grand même pour les derniers que pour les premiers.
→ ondes électromagnétiques [santé].
Mais c'est aussi par l'analyse de la diffraction qu'un cristal impose aux rayons X que l'on a pu y étudier de manière précise, à partir de 1912, l'arrangement des atomes (→ cristallographie).

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matière
(latin materia)

Cet article fait partie du dossier consacré à la matière.
Substance constituant les corps, douée de propriétés physiques

PHYSIQUE
1. Qu'est-ce que la matière ?

La nature qui nous entoure, et dont nous faisons partie, offre à l'observation des réalités et des apparences, des substances et des phénomènes. Le magnétisme, cette capacité qu'ont les aimants de s'attirer ou de se repousser, est à ranger dans les phénomènes, mais on a pu se demander si l'aimant lui-même n'était pas une substance. Des interrogations tout aussi légitimes ont porté sur la chaleur, la lumière et l'électricité. La matière, en revanche, est sans hésitation possible le type même de la substance.
Elle est ce dont les corps sont faits, elle a des qualités et des propriétés, elle peut être le siège de divers phénomènes. En un sens, conformément à un usage bien établi, il y a plusieurs matières : un objet peut être en bronze ou en bois, en chêne ou en pin. Chaque variété de bois, chaque métal, a ses qualités propres. Mais ces matières – ces matériaux comme on dit aussi à propos des objets fabriqués, ces substances comme disent les chimistes – ont en commun d'être des variétés d'une seule et même substance, qui est ce que l'on appelle la matière.


Chacun sait qu'il y a des corps lourds, que certains sont chauds, bref que les corps ont des qualités plus ou moins définitives, plus ou moins changeantes. Quand toutes les qualités des corps viendraient à changer, quelque chose n'en subsisterait pas moins. C'est cette substance que la science appelle la matière et dont elle cherche, sinon la nature, du moins la constitution.
Au fil des siècles, la science s'est préoccupée de déterminer le plus possible de propriétés empiriques – ou macroscopiques – de la matière. Elle a eu à en chercher aussi la structure intime, ainsi que les propriétés de ses constituants, afin de pouvoir expliquer les différentes propriétés et les différents phénomènes dont la matière est le siège, telles la dureté et la chaleur. Ses succès remarquables ont, en un sens, déplacé le problème. Car la question est maintenant de savoir de quoi les particules élémentaires sont faites. Les seules réponses que l'on sache donner à cette question sont quasiment d'ordre mathématique.


2.1. Les conceptions anciennes
Les Grecs, dans leurs audacieuses spéculations, avaient proposé différentes conceptions de la matière. Pour certains, tels qu’Épicure (vers 341-270 avant J.-C.), puis Lucrèce (vers 98-55 avant J.-C.), il s'agissait de quelque chose de lacunaire, voire de particulaire ; pour d'autres, notamment Aristote (384-322 avant J.-C.), de quelque chose de continu. Rien n'avait véritablement permis de les départager sinon, au Moyen Âge, l'autorité reconnue par l'Université à Aristote.

La situation changea au début du xviie s. avec René Descartes (1596-1650). Celui-ci formula une doctrine mécaniste que l'on peut dire radicale. Non seulement la matière fut entièrement séparée de l'esprit, mais en outre elle ne devait plus avoir que le minimum le plus strict de qualités fondamentales : être étendue et divisible en parties susceptibles de se mouvoir, le mouvement devant suivre quelques lois extrêmement simples. Il s'agissait de rendre compte sur cette base de tout ce qui se rencontre dans la nature, par des explications données en termes de machineries, en quelque sorte. Le cartésianisme fut un temps de chasse aux qualités. Il ne niait pas que, dans les phénomènes, il puisse se rencontrer par exemple des attractions entre aimants, mais pas question d'y voir l'effet d'une vertu magnétique conçue comme qualité dernière. L'aimantation de la pierre de Magnésie était attribuée aux formes et aux mouvements d'une partie imperceptible de la matière. Quoique ce projet ait échoué, il avait marqué les esprits.

2.2. Du xviiie s. à nos jours

Petit à petit, il fallut admettre d'autres propriétés fondamentales de la matière. Isaac Newton (1643-1727) notamment, démontra que deux corps s'attirent toujours, quoique l'on n'ait jamais réussi à imaginer un mécanisme expliquant ce phénomène et les lois qui le régissent. La notion même de masse, déjà, ne se laisse guère expliquer en termes mécanistes. La masse a dû être acceptée comme qualité première, tandis que le poids devenait un simple phénomène, explicable par les masses et les forces de gravitation. Ces forces à distance, à l'existence bien établie, valurent un embarras certain à leurs premiers défenseurs, parce qu'elles semblaient réintroduire les qualités occultes.
C'est dans le cadre d'un mécanisme relatif, comme à regret, que les physiciens puis les chimistes ont emboîté le pas à Galilée (1564-1642). Reprenant la démarche qui avait réussi à Archimède en statique, celui-ci avait montré comment concentrer l'interrogation de la nature sur les grandeurs que l'on peut définir : longueurs, vitesses, poids, etc. Les physiciens inventèrent ainsi la température, au xviiie s., en la distinguant de la chaleur. Ils firent ensuite de celle-ci l'une des formes de l'énergie, nouvelle grandeur douée comme la masse de la propriété d'invariance : dans un système isolé, elle se conserve en quantité même si elle change de forme.


Un nouveau virage intervint au début du xxe s., où matière et énergie étaient encore considérées comme deux concepts indépendants, à l'origine de tout phénomène physique. En effet, la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, formulée en 1905, permit de regrouper ces deux concepts par la célèbre relation d’équivalence entre la masse et l’énergie : E = mc2. Puis se développa la physique quantique, sous l’impulsion notamment de Max Planck, qui accentua le bouleversement de notre conception de la matière : la matière, à son stade ultime de particule élémentaire, peut être considérée comme une perturbation de l’espace-temps.

3. Les états de la matière

De manière générale, la matière peut être solide ou fluide. Les corps solides conservent leur forme, tandis que celle des fluides s'adapte au récipient qui les contient. Parmi les fluides on distingue les liquides et les gaz : ces derniers peuvent être aisément comprimés. La matière se présente donc généralement sous trois états physiques : solide, liquide ou gazeux. De très nombreux genres de corps peuvent passer par ces trois états, selon les conditions. On sait bien que l'eau peut devenir glace comme elle peut devenir vapeur. Il suffit que la température varie. Les changements d'état d'un corps peuvent aussi résulter des variations de la pression.
Par ailleurs, il existe des états particuliers, comme l’état de plasma (gaz partiellement ou totalement ionisé), l’état superfluide (viscosité nulle), l’état supraconducteur (résistance électrique nulle) ou encore l’état de condensat de Bose-Einstein (atomes dans le même état quantique d’énergie minimale), qui nécessitent un formalisme quantique complexe.
La physique a établi, pour chaque substance et dans chacun des états, diverses propriétés quantitatives : masse volumique, densité, température de fusion à la pression atmosphérique, etc. La chimie a poursuivi de son côté l'idée qu'il se produit, lors d'une réaction, des changements qui affectent la matière plus profondément que ne le font les simples changements d'état. En d'autres termes, elle a fait sienne l'enquête sur la nature de chaque matière. Une fois devenue attentive elle aussi aux aspects quantitatifs des choses, elle a pu établir que la masse totale des corps se conserve au cours de toute réaction. La physique, peu après, affirma un principe de conservation de portée encore plus grande pour l'énergie, notion qui en est venue ainsi à concurrencer celle de matière.
→ transition de phase, phase.

4. La structure intime de la matière
La chimie, au début du xixe s., a commencé à donner une forme élaborée à l'une des vieilles conceptions de la matière, l'atomisme. L’histoire attribue généralement à Démocrite l'idée que la matière pouvait être composée de corpuscules insécables , plus ou moins semblables les uns aux autres, et que toutes les propriétés de la matière devaient pouvoir s'expliquer par leurs divers arrangements. Toutefois, il semblerait que Démocrite ne soit pas le matérialiste qu’on a l’habitude de décrire et que l’atomisme soit plutôt porté par Épicure puis par son disciple Lucrèce. Les chimistes, tout un siècle durant, tâtonnèrent à la recherche d'une théorie apte à rendre compte de tous les faits, qualitatifs et quantitatifs. Les physiciens prirent le relais à la fin du xixe s., et révélèrent enfin la structure générale de la matière.

4.1. Les atomes

Les atomes d'un même élément, le néon (Ne) par exemple, peuvent rester isolés les uns des autres. La plupart s'associent, en molécules ou bien en cristaux. Ainsi l'eau est-elle composée de molécules comportant chacune deux atomes d'hydrogène et un d'oxygène (H2O). Un cristal est constitué de nombreux atomes disposés de manière tout à fait régulière. Le chlorure de sodium, par exemple, c'est-à-dire le sel de table, est fait d'atomes de chlore (Cl) et d'atomes de sodium (Na) en nombre égal, rangés selon un ordre répétitif et rigoureux.
Dans une molécule, comme dans un cristal, les atomes restent ensemble sous l'effet des forces qu'ils exercent les uns sur les autres. Il s'agit de forces électriques dues à la présence de charges. Elles sont présentes dans tout atome, quoique celui-ci, au total, soit électriquement neutre.
Ces forces s'exercent aussi entre les molécules, plus ou moins selon les circonstances, ce qui explique les états physiques. Fortement liées entre elles, les molécules ne peuvent pas bouger les unes par rapport aux autres : le corps est solide. Totalement libres au contraire, elles se déplacent à grande vitesse et dans tous les sens : le corps est gazeux. Ces mouvements se produisent au milieu de beaucoup de vide, ce qui explique qu'un gaz puisse voir son volume réduit par compression. Le liquide est la situation intermédiaire où les forces s'exercent suffisamment pour limiter la liberté, mais pas assez pour empêcher un glissement relatif des molécules.
Quant à la température on l'explique, dans les trois états, par le degré d'agitation des atomes et des molécules.

4.2. Les noyaux atomiques

Les atomes sont tous composés d'un noyau autour duquel gravitent des électrons. Les nucléons, c'est-à-dire les constituants du noyau, sont des protons et des neutrons. Tous ont une masse. Protons et électrons portent en outre des charges électriques, égales et de signes opposés. Au sein du noyau, les protons, chargés positivement, devraient se repousser. Or l'attraction universelle est bien trop faible pour compenser la force électrique. C'est une autre force, l'interaction forte, qui retient les nucléons groupés.
Un atome peut s'ioniser, c'est-à-dire perdre ou gagner un ou plusieurs électrons. L'ionisation est un aspect important des atomes pour la chimie : de la capacité des atomes à s'ioniser dépend dans une large mesure l'aptitude des corps à réagir ou pas les uns avec les autres.
→  ion, réaction chimique
Dans des conditions extrêmes, les atomes peuvent même perdre tous leurs électrons. On obtient alors un plasma, considéré comme un quatrième état de la matière. Les étoiles, autrement dit la plus grande partie de la masse de l'Univers, sont à l'état de plasma.

4.3. Les particules

Les nucléons eux-mêmes se sont révélés être des particules composées par d’autres particules plus élémentaires encore : les quarks. La théorie des quarks a été élaborée puis confirmée expérimentalement dans la seconde moitié du xxe s. Elle consiste à expliquer l'existence et les propriétés des protons et des neutrons, et, avec eux, de toutes les particules que l'on place dans la catégorie des hadrons, par les combinaisons de six types de quarks, aussi appelés « saveurs ». Chacun est désigné par une lettre : u (up), d (down), c (charm), s (strange), t (top), b (bottom). Les quarks sont caractérisés par leur masse et leur charge électrique, mais aussi par d'autres paramètres tels que leur couleur. Le proton correspond à la combinaison uud, et le neutron, à udd. L'électron n'est pas concerné car il n'est pas de la famille des hadrons mais de celle des leptons, qui compte six particules (l’électron, le neutrino électronique, le muon, le neutrino muonique, le tau, et le neutrino tauique).

On a ainsi les douze particules élémentaires du modèle standard. Et la masse de ces douze particules fait intervenir une seule particule : le boson de Higgs, très probablement détecté en 2012 dans le grand collisionneur de hadrons (LHC) du Cern, près de Genève..

4.4. Formes et apparences de la matière
La matière était initialement regardée comme ce dont les corps « sensibles » sont faits. Elle était conçue comme une substance, opposée en cela aux phénomènes. De ces derniers, comme pour le magnétisme, on pouvait espérer trouver une explication qui les aurait réduits à un statut d'illusions inévitables. Or la matière n'est pas que formes et mouvements, c'est aussi de la masse ainsi qu'une capacité attractive liée à celle-ci. L'électricité, en revanche, n'apparaissait liée à la matière que de façon accidentelle. Il fallait électriser un corps pour qu'il portât une charge. Tout cela reste vrai lorsque l'on prend les choses au niveau de nos sens. Mais lorsque le regard pénètre plus en profondeur, grâce à tout l'arsenal de la science, expérimental et théorique à la fois, cet ordonnancement doit laisser place à d'autres, plus complexes.
4.5. Matière et ondes

La mécanique rationnelle de Newton, science des mouvements et de leurs rapports avec les forces, avait obtenu de beaux succès à l'échelle macroscopique, tout particulièrement dans l'étude du Système solaire. Pour l'atome isolé et pour ses constituants, il a fallu l'abandonner au profit de la mécanique quantique. Un des aspects majeurs de celle-ci est que toute particule se voit associer une onde, tout comme l'onde électromagnétique s'était vue associer une particule, le photon. L'opposition de la matière et de la lumière en a été sensiblement réduite ; la barrière qui les sépare peut être repérée dans les caractéristiques du photon. Notamment, bien qu'il ait une quantité de mouvement et une énergie, celui-ci n'a pas de masse. La mécanique quantique, en même temps, a limité drastiquement les espoirs de pouvoir acquérir une connaissance expérimentale aussi fine que voulue de l'infiniment petit : ce qui se gagne en précision dans la connaissance d'une grandeur (position, temps) ne peut que se perdre sur une autre (vitesse, énergie).

4.6. Matière et énergie

Une autre mécanique, celle de la relativité restreinte, nécessaire lorsque les particules sont animées de grandes vitesses (proches de celle de la lumière), a annoncé que la matière ne devait pas être opposée à l'énergie de manière trop tranchée. Plus exactement, la masse, qui passait auparavant pour la grandeur la plus caractéristique de la matière, peut se transformer en énergie (selon la célèbre formule d’Einstein : E = mc2). La technique des explosifs nucléaires et thermonucléaires témoigne de la justesse de cette conception, de sorte que la matière n'a pu conserver un statut de véritable substance.
Pis encore, lorsque de l'énergie se transforme en matière, il y a création simultanément d'antimatière. Le phénomène se produit dans le cosmos, ou bien à l'occasion de collisions dans les accélérateurs de particules. Pour chaque particule il existe une antiparticule, de même masse mais de charge électrique opposée : le positon (ou positron), par exemple, pour l'électron. L'antiparticule est détruite par la rencontre de sa particule associée, aussi ne peut-elle exister que pendant un temps extrêmement bref. Ainsi la matière se trouve-t-elle doublée, au moins sur un plan théorique, par quelque chose dont on ne sait trop s'il faut en parler comme d'une autre substance.
Mais le plus grand mystère concernant la matière est le fait que celle-ci représente moins de 5 % du total masse/énergie de l’Univers ! En effet, l’Univers serait également composé d’environ 25 % de matière noire de nature inconnue et de 70 % d’une d’énergie noire tout aussi mystérieuse…

4.7. Matière et interactions
L'analyse de la matière, depuis la découverte de la gravitation universelle jusqu'à nos jours, a constamment donné le beau rôle aux interactions, c'est-à-dire aux forces qui s'exercent entre les corps. La physique tend à réduire le nombre de celles-ci. Déjà l'interaction électromagnétique et l'interaction faible, propre aux particules à faible durée de vie, ont pu être réunies en une seule théorie, celle de l'interaction électrofaible, et les théoriciens espèrent bien parvenir à une théorie qui la réunirait aux deux autres, l'interaction forte et l'attraction universelle.
→ interactions fondamentales, gravitation.
Mais quelle que soit l'unité que l'on puisse mettre dans ce domaine, il faut tenir compte d'une nouvelle réalité, bien établie désormais : le phénomène de l'interaction entre deux particules A et B s'accompagne de l'échange, entre A et B, d'une troisième, à durée de vie limitée, désignée de manière générique sous l'appellation de boson vecteur. Celui de l'attraction universelle, qui n'a pas encore été mis en évidence expérimentalement, serait le graviton. Ainsi la distinction entre particules et interactions est devenue de plus en plus floue.

5. La nature de la matière
5.1. Une définition de plus en plus complexe

Au point où sont parvenues les sciences de la nature, la matière est une notion qui a perdu une partie de son importance au bénéfice de l'énergie, de l'interaction, de l'antimatière, voire du vide. Ce dernier s'est révélé posséder tant de propriétés qu'il est presque permis d'y voir une substance, moins évanescente, en un sens, que la matière.
→ vide.
À la question de savoir ce qu'est la matière, il n'est plus guère possible de donner une réponse unique. Il faut que la question soit précisée par l'indication du niveau visé (macroscopique, atomique ou particulaire). Une réponse simplifiée consiste à dire qu'elle est un assemblage de particules ; la propriété qui assure le mieux leur unité étant la masse.

5.2. Au carrefour de plusieurs sciences
L'étude de la matière est une tâche répartie entre différentes sciences de la nature. Si la physique a été la première héritière de la philosophie naturelle, la chimie l'a suivie et l'on a d'abord eu l'impression qu'elles pouvaient se répartir les rôles. Cette dernière se réservait la question de la nature intime de la matière, de ce qui fait que le bronze n'est pas le fer. Mais la chimie s'est vue en quelque sorte contournée : elle est science des molécules et autres arrangements d'atomes. Elle étudie les transformations au cours desquelles les atomes, ou du moins les noyaux, conservent leur intégrité. Dès qu'il n'en va plus ainsi, on parle de physique nucléaire et, au niveau inférieur, de physique des particules. Même la science de l'atome, indépendamment de toute transformation, est plutôt cataloguée comme physique atomique, malgré tout ce qu'elle doit aux efforts des chimistes du xixe s. D'un point de vue théorique, la chimie n'est qu'une branche spécialisée de la physique. Quant à la biologie prise dans son unité, elle vise elle-même à n'être qu'une branche spécialisée de la physique-chimie, celle qui se consacre à l'étude des phénomènes de la vie. Les chimistes, mais aussi des biochimistes et des astrochimistes, ont mis à mal l'idée d'une nature propre à la matière vivante, en réalisant notamment des synthèses de substances organiques. Si le passage de l’inerte au vivant reste encore une énigme, celle-ci semble de plus en plus à portée de main.

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Mieux comprendre les hommes...

Luc Steels dans mensuel 350
daté février 2002 -

Construirons-nous un jour des robots humanoïdes autonomes et aussi performants que nous-mêmes dans les domaines moteur, sensoriel et cognitif ? C'est peu probable. En revanche, la mise au point de machines de plus en plus perfectionnées permet de mieux comprendre les capacités humaines, telles que la marche ou l'apprentissage du langage.

IA, le récent film de Steven Spielberg, où un robot ressemble à s'y méprendre à un humain, est une histoire étonnante, dont chaque spectateur appréciera ou non l'intérêt dramatique. Toutefois, en ce qui concerne sa vraisemblance, les spécialistes de l'intelligence artificielle savent à quoi s'en tenir : non seulement aucun d'entre nous ne sait aujourd'hui fabriquer des machines aussi perfectionnées, mais cela ne fait même pas partie de notre programme de recherche.
Cette affirmation peut sembler paradoxale au vu des efforts intenses que poursuivent aujourd'hui quelques entreprises pour mettre au point des robots humanoïdes. De tels robots, qui marchent sur deux jambes, saisissent des objets avec leurs mains et interagissent avec leur environnement grâce à des capteurs visuels, auditifs ou tactiles, auront vraisemblablement des applications pratiques dans notre vie quotidienne, ne serait-ce que comme jouets.
Mais aux yeux des chercheurs en intelligence artificielle, ce n'est pas leur principal intérêt. Notre préoccupation est plutôt de mieux comprendre comment les hommes pensent, se comportent ou se développent. De ce point de vue, les robots permettent de tester des hypothèses en réalisant des expériences. Nous pouvons par exemple déterminer la validité d'un modèle théorique associé à une fonction telle que la marche ou le langage : sa mise en oeuvre révèle sans équivoque s'il permet à un robot de marcher ou de parler. En cas d'échec, le modèle est éliminé. En cas de réussite, nous n'avons bien sûr pas la certitude que les humains fonctionnent de la même façon, mais le modèle testé entre dans la catégorie des mécanismes plausibles, que les psychologues et les biologistes peuvent à leur tour soumettre à d'autres tests.

Avancées techniques. L'intelligence artificielle a émergé vers 1960, à une époque où les capacités des ordinateurs étaient bien trop faibles pour que quiconque puisse prétendre recréer une quelconque forme d'intelligence. Elle n'a en fait vraiment pris son essor que depuis une dizaine d'années, grâce à trois avancées importantes. D'abord, toutes les technologies nécessaires au fonctionnement de robots autonomes assez performants pour tester des modèles d'apprentissage ou de comportement ont énormément progressé : capacités des batteries, des moteurs, des microprocesseurs ou des capteurs.
Ensuite, dans la même période, les différents sous-domaines de l'intelligence artificielle ont aussi beaucoup progressé. Nous disposons désormais d'algorithmes performants pour l'apprentissage de connaissances, pour la vision par ordinateur voir l'article de Thierry Viéville p. 42, pour la planification de l'action ou pour le traitement de la parole. Le principal défi à relever aujourd'hui est l'intégration de toutes ces fonctionnalités au sein d'un système unique, dont les performances seraient supérieures à la somme des performances des systèmes spécialisés : ces derniers compenseraient mutuellement leurs éventuelles imperfections en interagissant. Par exemple, le système de vision et de reconnaissance d'objets d'un robot aiderait son système de traitement de la parole à comprendre des informations orales concernant les objets présents dans l'environnement.
La troisième grande avancée de l'intelligence artificielle, la plus importante, concerne l'architecture des robots. Contrairement aux deux autres, il ne s'agit pas seulement d'une amélioration de dispositifs existants, mais d'une totale remise en question des approches antérieures. Jusqu'au début des années 1990, en intelligence artificielle, on construisait un module de contrôle central, qui prenait toutes les décisions et qui ne déclenchait l'action qu'après une réflexion attentive. Avec Rodney Brooks, du Massachusetts Institute of Technology, j'ai alors proposé de développer une « robotique comportementale », où l'intelligence est distribuée dans plusieurs modules qui coopèrent de manière dynamique. Chaque module est entièrement responsable de l'accomplissement d'un certain nombre d'actions, telles que marcher, saisir des objets ou se lever. Il recueille des informations provenant de son environnement et de ses propres états, il décide de l'action à mener, et influence le comportement global du robot. Le fonctionnement résultant est complexe, mais le robot adapte mieux et plus vite ses actions aux variations de son environnement.

Modèles partiels. Ainsi, le robot n'a plus besoin d'un modèle du monde centralisé comme en intelligence artificielle classique, mais chaque module développe ses propres représentations, qui peuvent être partielles et spécialisées. Par exemple, afin d'éviter un objet, il n'est pas nécessaire de l'identifier, ce qui prend beaucoup de temps et qui n'est pas vraiment fiable : il suffit d'en détecter les contours pour réagir immédiatement. Cela donne un comportement moins sujet aux erreurs et des réponses plus rapides au monde extérieur, comme nous l'avons vérifié lors d'essais comparatifs entre les deux types d'approche1.

Décisions émotionnelles. Enfin, au lieu d'utiliser des procédures de décision rationnelle fondées sur le raisonnement logique, les architectures comportementales se fondent sur des modèles éthologiques du comportement animal : des états de motivation qui varient dans un espace continu et sont directement connectés à la perception et aux actions dans le monde, influencent mais ne contrôlent pas totalement l'activation des différents comportements et leurs interactions. Cela permet au robot de prendre des décisions dans des circonstances que les raisonnements rationnels de l'intelligence artificielle classique ne peuvent pas traiter, par exemple de décider ce qu'il doit regarder dans une scène où plusieurs objets bougent, accompagnés par des sons. De la même façon, un robot alimenté par une batterie tiendra compte de la charge de celle-ci avant de s'engager dans la réalisation d'une tâche.
La pertinence de cette approche comportementale a été validée dans le domaine sensori-moteur. C'est en effet en l'utilisant que Sony a mis au point Aibo , le robot chien de compagnie voir l'article de F. Kaplan, M. Fujita et T. Doi, p. 84 et le DreamRobot qui peut se lever, vous serrer la main ou danser la Macarena.
En revanche, dans le domaine cognitif, les résultats de la robotique comportementale ne sont pas encore très impressionnants. En particulier, les capacités de communication des robots restent limitées. C'est sur ce point que porte l'essentiel des travaux que nous menons aujourd'hui à Bruxelles et à Paris. Chez l'homme, le langage est le mode de communication le plus naturel et le plus efficace. Vers l'âge de deux ans, on assiste chez les enfants à une explosion de son utilisation et à un développement rapide de la conceptualisation. Pourrait-on atteindre au moins cette étape avec des robots ?

Au XXe siècle, la psychologie cognitive s'est focalisée sur l'individu, et la recherche en intelligence artificielle s'est engagée sur la même voie. Les behavioristes*, en particulier, ont défendu l'hypothèse que les enfants apprennent par induction à partir d'un ensemble de situations modèles. D'après eux, par exemple, l'enfant créerait des catégories naturelles telles que les couleurs, les formes ou les textures en catégorisant spontanément les caractéristiques des objets qu'il voit, et qui changent en permanence. Ensuite seulement, il nommerait ces catégories avec précision. Aujourd'hui, beaucoup d'algorithmes d'apprentissage fonctionnent de cette façon. Mais cela n'aboutit souvent qu'à des concepts très éloignés de ceux rencontrés dans les langues humaines, sauf si l'expérimentateur choisit très soigneusement les exemples proposés au robot comme support de l'apprentissage2.

Ce n'est en fait pas comme cela que nous apprenons à parler. Au milieu des années 1990, des psychologues tels que Michael Tomasello, aujourd'hui à l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutionniste de Leipzig, et Jérôme Bruner, aujourd'hui à l'université de New York, ont proposé une théorie alternative : l'apprentissage social. Selon eux, la plupart des apprentissages ne sont pas le fait d'un individu isolé : il nécessite l'interaction d'au moins deux personnes. Appelons-les l'apprenant et le médiateur. Le plus souvent, le médiateur est un parent et l'apprenant un enfant, bien que les enfants ou les adultes puissent aussi apprendre les uns des autres. Le médiateur impose des contraintes à la situation afin d'encadrer l'apprentissage : il encourage verbalement, donne des appréciations et agit sur les conséquences des actions de l'apprenant. Les appréciations ne sont ni très précises ni très régulières, mais le plus souvent pragmatiques, selon que l'objectif fixé a été atteint ou non. Le médiateur est absolument nécessaire, sans quoi le champ des possibilités qui s'offrent à l'apprenant serait vraiment trop vaste pour qu'il puisse deviner ce qu'on attend de lui.

Les jeux de langage sont un bon exemple de ce mode d'apprentissage3. Un jeu de langage est une suite répétitive d'interactions entre deux personnes. Tous les parents jouent à des milliers de jeux de ce type avec leurs enfants. Et, tout aussi important, les enfants jouent à ce type de jeux entre eux à partir d'un certain âge. En voici un exemple type, entre un père et son enfant devant des images d'animaux. L'enfant apprend à reconnaître et à reproduire les sons émis par les différents animaux, à associer son, image et mot.
Le père : « Comment fait la vache ? [il montre la vache] Meuh ».
L'enfant : [il se borne à observer]
Le père : « Comment fait le chien ? » [il montre le chien] « Ouah. »
L'enfant : [il observe]
Le père : « Comment fait la vache ? »
[il montre à nouveau la vache puis attend...]
L'enfant : « Meuh »
Le père : « Oui ! »

Cet apprentissage nécessite plusieurs modalités et capacités sensorielles son, image, parole et il contient un ensemble d'interactions répétitives qui est bien implanté au bout d'un moment, de sorte que ce qui est attendu est clair. Le sens d'un mot nouveau, par exemple, ici, du nom d'un nouvel animal, peut être deviné grâce à sa position dans la phrase prononcée par le médiateur.
Pour les théoriciens de l'apprentissage social, l'apprenant ne reçoit pas passivement les données qui lui sont transmises mais teste ses connaissances en interagissant avec son environnement et avec les personnes qui s'y trouvent. Toute interaction est une occasion d'apprendre ou de mettre à l'épreuve des connaissances existantes. Il n'y a pas de dichotomie marquée entre une phase d'apprentissage et une phase d'utilisation.

Jouer aux devinettes. Enfin, l'une des caractéristiques de l'apprentissage social - probablement la plus importante illustrée par ce jeu - est que l'apprenant essaie de deviner les intentions du médiateur. Ces intentions sont de deux ordres. D'abord, l'apprenant doit deviner l'objectif que le médiateur cherche à lui faire accomplir. Ensuite, il doit deviner la manière de penser du médiateur : l'apprenant doit, dans une certaine mesure, développer une idée de ce que pense son interlocuteur, ce qui lui permet de comprendre ses ellipses de langage.
Un robot humanoïde apprendra-t-il un jour de cette façon à parler comme nous ? J'en doute fort, mais, au moins dans un premier temps, les expériences menées avec les robots nous aideront à tester des modèles scientifiques de l'apprentissage social et de le comparer systématiquement à l'apprentissage solitaire de type behavioriste. Pour cela, le robot doit d'abord remplir certaines conditions préliminaires. En particulier, il doit pouvoir interagir avec des interlocuteurs. Divers chercheurs en intelligence artificielle explorent actuellement ce sujet.
Ainsi, en 1998, au Massachusetts Institute of Technology, Cynthia Breazeal a mis au point Kismet , une tête animée dont les yeux sont des caméras et les oreilles, des micros4. Il est équipé d'un synthétiseur pour produire des sons. Ses traits sont stylisés, mais ils traduisent bien l'animation du visage. Il a déjà prouvé qu'il pouvait établir un espace d'attention partagée avec un expérimentateur. Ainsi, lorsque ce dernier saisit un objet et le déplace, Kismet le suit des yeux. Il peut aussi identifier et suivre des visages, reconnaître quand les gens montrent un objet du doigt, prendre la parole à son tour même si les sons qu'il produit n'ont aucun sens, identifier et exprimer des états émotionnels comme la peur, l'intérêt ou la joie ce qui n'est évidemment pas la même chose que d'éprouver vraiment ces émotions. Toutes ces fonctions sont essentielles pour l'apprentissage social. Elles ont été obtenues par la combinaison d'algorithmes de reconnaissance des formes et d'analyse de scènes avec des programmes perfectionnés d'intelligence artificielle qui construisent les modèles du monde et des individus qui participent à l'interaction.

Nous avons franchi une étape supplémentaire en explorant l'apprentissage social par les jeux de langage avec différents robots possédant les mêmes capacités que Kismet , notamment des dérivés d' Aïbo voir aussi l'encadré : « Les têtes parlantes ». Dans une première série d'expériences, un expérimentateur a proposé à Aïbo de jouer à la balle. Le chien robot percevait des images de la balle dans son environnement. Contrairement à ce qu'on pourrait naïvement croire, il est extrêmement difficile de déterminer que différentes images correspondent à un même objet, en l'occurrence à une balle. On ne voit en effet jamais celle-ci en entier. En outre, sa couleur change selon sa position et l'éclairage de la pièce. Parfois, l'algorithme de reconnaissance d'objets détecte la présence de plusieurs objets au lieu d'un seul, simplement à cause d'une tache de lumière sur la balle. Avec des objets plus complexes, l'aspect peut même être complètement différent selon l'angle sous lequel on regarde. Au lieu de se fier à une reconnaissance d'objet rigoureuse selon, les critères de l'intelligence artificielle classique, le robot utilise donc une approche fondée sur la mémoire sensitive du contexte. Il mémorise toutes les caractéristiques des situations d'apprentissage, aussi bien sa propre position ou les actions qu'il est en train d'effectuer que la distribution des couleurs dans la scène visuelle, et la reconnaissance d'objet se fait avec un algorithme de recherche de la situation la plus proche. L'avantage de cette technique est que le robot peut mémoriser à tout moment de nouvelles situations décrivant l'objet. Ainsi la caractérisation d'un objet est affinée en permanence.

Chien parlant. Ici, le rôle du langage est fondamental pour déterminer ce qui est une balle. Le médiateur choisit les situations qui servent d'exemples et donne son appréciation sur les performances du robot. En utilisant ces mécanismes, nous avons programmé une version améliorée d' Aïbo pour qu'elle utilise un vocabulaire restreint de mots ancrés dans son expérience sensori-motrice.
Ces premiers résultats sont encourageants. Nous sommes bien sûr encore très éloignés d'humanoïdes entièrement autonomes dont les capacités cogni-tives s'approcheraient, même de loin, de celles de l'homme. Mais la fabrication de machines est bien un moyen puissant pour mieux comprendre ce qui nous rend uniques en tant qu'humains, ne serait-ce que parce que ces machines constituent des points de comparaison. Nos travaux montrent qu'un ancrage dans le monde par l'intermédiaire d'un corps physique et l'appartenance sociale à une communauté sont d'une grande importance pour apprendre les concepts et le langage utilisés dans les communautés humaines. Si nous sommes intelligents, c'est en partie parce que nous vivons en société. Si nous voulons des robots intelligents, nous devrons beaucoup interagir avec eux.

1 L. Steels et R.A. Brooks, The Artificial life Route to Artificial Intelligence : Building Embodied Situated Agents , Lawrence Erlbaum Associates, 1995.
2 L. Steels et F. Kaplan, AIBO's F irst W ords. The S ocial L earning of L anguage and M eaning. Evolution of Communication , 41, 2001.
3 L. Steels, IEEE Intelligent S ystems , September/October 2001, p. 16.
4 C. Breazeal et B. Scassellati, Infant-like Social Interactions Between a Robot and a Human Caretaker, in Special Issue of Journal of Adaptive Behavior, Simulation Models of Social Agents , guest editor Kerstin Dautenhahn, 1999.
5 L. Steels et al. , in The Transition to Language , édité par A. Wray et al. , Oxford University Press, 2002.

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