Création, innovation, en informatique et ailleurs

Maurice Nivat
membre d'honneur de l'EPI
 

Nous reproduisons ici un article de Maurice qu'il nous avait proposé pour le numéro d'EpiNet de juin 2011. Il argumente une fois de plus pour un enseignement précoce et spécifique de l'informatique. Citons les dernières lignes : « La politique d'innovation que notre gouvernement cherche à promouvoir doit passer par un enseignement de l'informatique qui donne à tous la possibilité d'utiliser l'informatique avec aisance. Et à l'évidence, s'agissant d'une discipline qui touche à des phénomènes extrêmement répandus auxquels tout le monde est confronté, cet enseignement ne peut qu'être assez long et commencer tôt. »

Le Bureau EPI

   Il est un point sur lequel il semble que tout le monde soit d'accord, c'est l'importance cruciale de l'innovation dans la société mondialisée et concurrentielle qui est désormais la nôtre.

   Les sociétés traditionnelles que l'on disait jadis « primitives » peuvent vivre très longtemps sans innovation grâce à des techniques, transmises de père en fils et de mère en fille, qui n'évoluent pas ou seulement très lentement et elles ne sont pas toutes mortes. Ces sociétés se méfient d'ailleurs de l'innovation, elles se caractérisent le plus souvent par une vénération des ancêtres et une initiation qui peut durer très longtemps pour transformer les enfants en hommes et en femmes ressemblant le plus possible à leurs parents, répétant les mêmes histoires, et reproduisant les mêmes gestes dans un environnement immuable.

   Même si les Chinois étaient techniquement en avance sur le monde occidental européen c'est en occident qu'a été développée la notion d'innovation dans tous les domaines, scientifique, technique ou artistique depuis au moins deux mille cinq cents ans, depuis les Grecs. S'il est une idée ancrée dans nos mentalités au plus profond c'est bien que le copiste, celui qui reproduit fidèlement un modèle, ne saurait être confondu avec le créateur qui, lui, invente de nouveaux modèles. Et cela frappe encore quand on voyage en Asie aujourd'hui : la sculpture et la peinture bouddhiste sont extrêmement répétitives, on va voir religieusement des murs ornés de mille ou dix mille statues identiques, le guide local qui vous les montre s'enorgueillit de cette répétition à l'identique et à l'infini alors qu'en Europe, le guide qui vous fait visiter une église romane ou un groupe de stalles dans le choeur d'une cathédrale insiste sur le fait que les chapiteaux ou les miséricordes sont tous différents.

   Notre culture est avant tout une culture de l'innovation, les hommes politiques et tous ceux qui prétendent gouverner nos sociétés sont aussi sommées d'innover, chaque élection est la recherche désespérée d'un homme neuf qui va construire un monde nouveau.

   En ce qui concerne la science et la technique, l'innovation est le moteur de l'industrie donc de l'économie : confrontés à la concurrence de pays émergents de plus en plus capables de concurrencer notre industrie, américains et européens ne peuvent guère compter que sur leur avance technologique (et militaire, mais c'est de plus en plus la même chose, comme l'ont montré les récents conflits) pour maintenir leur suprématie et un assez injuste partage entre les peuples des ressources de la planète. C'est ce qui explique le fait que les gouvernements européens et notamment le gouvernement français dans une vaste réforme des modes de recherche et d'enseignement universitaire mettent, comme ils le font, l'innovation en avant.

   Il reste à savoir en quoi consiste vraiment l'innovation.

   L'innovation pure c'est l'invention, la découverte d'un nouveau phénomène ou l'idée d'exploiter un phénomène déjà connu pour fabriquer des objets ou des mécanismes nouveaux et qui sont assez attirants ou utiles pour constituer rapidement un marché. L'invention ne se commande pas, ne se dirige pas, tout au plus peut-on dire que plus il y a d'inventeurs ou de gens susceptibles d'inventer, plus les chances d'invention réelle sont grandes. L'invention se manifeste dans tous les domaines y compris celui abstrait des mathématiques : la résolution d'un problème anciennement posé et non résolu, comme la résolution de la conjecture de Riemann par Perelmann récemment est une invention, il faut que quelqu'un, sans que l'on sache ni pourquoi, ni comment, ait une idée que les autres n'ont pas eue avant lui. La découverte des quasi-cristaux, très utiles pour faire des fonds de casserole qui n'attachent pas mais pour beaucoup d'autres choses aussi est une invention remarquable tout comme la description par Roger Penrose de pavages apériodiques du plan avant que les quasi-cristaux qui remplissent l'espace de façon apériodique, et ont ainsi une structure très proche de celle des pavages de Penrose en est une autre, tout aussi remarquable, même si l'on peut difficilement dire que Penrose a été l'inventeur des fonds de casserole qui n'attachent pas.

   Le reste de l'innovation c'est d'abord beaucoup de travail de gens compétents connaissant généralement très bien un domaine et si possible pas mal d'autres choses ; c'est le travail quotidien du chercheur et de l'ingénieur qui se traduit quand tout se passe bien par des améliorations de l'existant, des objets fabriqués, de leur mode de fabrication, ou simplement des connaissances des phénomènes mis en jeu, des lois qui les régissent. Des exemples tout à fait frappants nous sont donnés de l'amélioration de quelque chose : les automobiles ont peu changé en quarante ans, elles ont toujours quatre roues, un moteur, un volant, des freins. Et pourtant tout le monde sait bien qu'elles ne sont plus les mêmes : elles freinent beaucoup mieux, elles ne dérapent plus, les pannes de moteur sont devenues très rares, etc. Cela veut dire que des milliers, des centaines de milliers d'ingénieurs et chercheurs, au travail chez les constructeurs automobiles, n'ont rien inventé de révolutionnaire mais on beaucoup travaillé. Ils ont utilisé des connaissances nouvelles mises à jour par d'innombrables chercheurs de diverses disciplines, mécanique, science des matériaux, et, depuis une trentaine d'années, électronique.

   Le désir si fortement exprimé par les gouvernements dont le nôtre est un peu naïf : évidemment il peut y avoir des « miracles », une invention qui soudain rend caduque une ancienne technologie très répandue, telle celle du transistor qui a rapidement remplacé les fameuses lampes diodes ou triodes, mais ces inventions sont rares et, presque toujours, il s'écoule un laps de temps assez long entre l'invention et son exploitation fournissant des retombées économiques significatives. Ce que peuvent faire les entreprises ou un gouvernement pour accélérer cette éventuelle exploitation c'est mettre des gens au travail ayant la qualification voulue et leur donner les moyens de travailler.

   Maintenant il n'est pas besoin d'être grand clerc pour s'apercevoir que l'innovation passe en grande partie par l'informatisation d'innombrables processus ou produits fabriqués, innovation qui peut se traduire par l'apparition d'objets différents de ceux qui existaient ou remplissant des fonctions jusque-là inconnues ; c'est le cas des fax, téléphones mobiles, appareils de photo numériques, scanners et autres appareils d'imagerie médicale, etc. Mais qui peut se traduire aussi par une moins visible mais très réelle invasion de diverses machines par quantités de puces qui améliorent le fonctionnement, la fiabilité ou les performances des dites machines : c'est le cas en particulier des voitures automobiles, des trains, des avions.

   L'informatique permet d'innover, permet de créer, en fait, elle est devenue un outil indispensable de la création et de l'innovation dans presque tous les domaines des activités humaines et c'est ce phénomène que nous cherchons à analyser dans cet article.

L'informatique est d'abord un langage

   La surabondance des matériels informatiques vendus de par le monde amène à croire que ce sont les machines à calculer qui font le succès planétaire de l'informatique et en rendent l'utilisation de plus en plus indispensable un peu partout.

   Ce qui est vrai c'est que s'il n'y avait pas eu de machines à calculer, il n'y aurait pas eu d'informatique, mais la naissance de l'informatique date beaucoup plus de 1960 que des premières machines construites par von Neumann ou Zuse. 1960 voit en effet la naissance de ce que l'on appelait alors les langages de programmation de haut niveau dont trois ont vu le jour cette même année, Fortran, Algol et Lisp. Et ce sont ces trois langages qui ont constitué le progrès décisif, quelque chose qui dans l'histoire des sciences est à comparer à la loi de la gravitation universelle de Newton, la loi de conservation de la matière de Lavoisier ou le principe de Carnot.

   En détachant le langage de description d'un algorithme de la machine avec laquelle on se proposait de le faire exécuter, ces langages ont permis de commencer à étudier les algorithmes innombrables qui existaient et d'en inventer aussi d'innombrables nouveaux. L'homme et même l'animal, c'est-à-dire tout organisme vivant susceptible de se déplacer, utilise quotidiennement, ou plutôt à chaque instant, un algorithme, pour se déplacer, pour attraper un objet ou une proie, pour se repérer sur un certain territoire. Tout outil, même le plus rudimentaire est accompagné d'une mode d'emploi, d'une gestuelle qui permet de s'en servir qui est un algorithme, c'est-à-dire la description de suites d'opérations ou de gestes élémentaires à effectuer pour se servir de l'outil et parvenir à un but que l'on s'est fixé. Ainsi depuis qu'il pense l'homme connaît les algorithmes et s'efforce d'améliorer ceux qu'il connaît pour en rendre l'exécution plus facile ou moins coûteuse en temps et en énergie à fournir : faute de description de ces algorithmes nous ne les connaissons pas tous en dépit de nombreux efforts pour deviner comment nos ancêtres procédaient que ce soit pour dresser un menhir à Carnac, pour construire une pyramide en Égypte ou tailler les blocs de grès qui composent les murs incas du Pérou avec une stupéfiante précision et sans outil métallique.

   On connaît beaucoup mieux les étapes qui ont jalonné la très longue vie des métiers à tisser qui n'ont jamais cessé d'être améliorés depuis la préhistoire à nos jours.

   L'étude des algorithmes en vue de leur amélioration ou mécanisation partielle était même tout à fait explicite au dix-huitième siècle dans les travaux et inventions de Vaucanson et de beaucoup d'autres et a conduit à de formidables innovations dont le métier à tisser de Joseph-Marie Jacquart.

   Même ce que nous appelons programmes aujourd'hui, c'est-à-dire des suites d'instructions, que l'on enregistre d'une façon ou d'une autre, à faire exécuter par une machine était connu au dix-huitième siècle : inventés apparemment dès le dix-septième pour faire marcher des orgues de barbarie, les programmes enregistrés pilotant des métiers à tisser existaient dès le début du dix-huitième siècle bien avant Jacquart.

   Un simple coup d'oeil sur l'histoire des techniques suffit à se convaincre que de très nombreuses innovations qui l'ont marquée sont le fruit d'une réflexion sur les algorithmes et leur mise en oeuvre par des machines. Et les mathématiciens connaissaient aussi les algorithmes que ce soit celui d'Euclide pour le PGCD, le crible d'Ératosthène pour fabriquer la suite des nombres premiers ou les très nombreux algorithmes utilisés pour effectuer les opérations arithmétiques élémentaires d'addition, soustraction ou multiplication. Le langage mathématique n'est cependant pas plus adapté à la description des algorithmes que les autres, il lui manque l'aspect dynamique que revêt tout algorithme.

   Le fait que l'apport de langages adaptés à la description d'algorithmes, constituait un progrès majeur s'est manifesté très vite dans deux domaines :

• les mathématiques qui ont vu se constituer ce que nous appelons en France l'analyse numérique qui est devenue un chapitre important de la mathématique appliquée, s'attachant à résoudre tous les problèmes modélisables dans le langage mathématique.

• la gestion, c'est-à-dire tous les problèmes de rangement, de tri, de classement des documents les plus divers, domaine qui était celui de la mécanographie et qui avait donné naissance depuis la fin du dix-neuvième siècle à une puissante industrie de la carte perforée.

   La décennie 1960-1970 a vu des progrès majeurs et des innovations considérables dans ces deux domaines. Il a fallu un peu plus de temps pour que l'informatique et les langages qui en sont le fondement évoluent vers des problèmes plus complexes qui sont ceux de la programmation de systèmes faisant intervenir plusieurs processeurs, des capteurs fournissant des données en temps réel, et donc des problèmes de synchronisation entre tous les éléments composant le système. Ce n'était pas là non plus des problèmes nouveaux, l'automatique et la robotique se penchaient déjà sur ce genre de problèmes mais il n'y avait pas de langage universel pour décrire les algorithmes que développaient ces deux disciplines. Ce fut chose faite vers 1985, grâce notamment aux travaux de nos amis anglais, Sir Tony Hoare et le regretté Robin Milner.

   Et cela a donné une formidable impulsion à ce que l'on a appelé l'informatique embarquée, c'est-à-dire le pilotage par des logiciels temps réel des machines les plus diverses et les plus compliquées, qu'il s'agisse d'avions ou de centrales nucléaires. Et aussi à deux étonnantes innovations, internet et le téléphone mobile où, en temps réel, de multiples serveurs reçoivent et dispatchent des messages de toute nature.

   Aujourd'hui, de nouveaux progrès dans l'expression d'algorithmes complexes amènent à la construction de systèmes d'informations qui, au niveau d'une entreprise qui peut être de grande taille, gèrent toutes les informations reçues et engendrées par l'entreprise, les font parvenir à ceux qui ont à en connaître, et ceux-là seulement, en s'assurant également que les destinataires répondent aux questions que ces informations soulèvent. Là, on n'en est plus à l'informatique pourvoyeuse d'outils, elle est devenue le coeur même de l'entreprise, le véritable « coeur de métier ».

Innovation et langage

   Une idée courante est que point n'est besoin d'apprendre l'informatique et que l'on n'a pas plus besoin d'en savoir pour se servir d'un ordinateur que l'on n'a besoin de savoir de mécanique pour conduire une automobile. Cette idée est évidemment répandue par tous les fabricants de matériels et logiciels informatiques qui en font un argument de vente : ce logiciel a tout prévu, vous n'avez qu'à cliquer ici ou là quand il vous le demande.

   Malheureusement c'est une idée fausse, plus exactement l'idée fausse est que l'on conduit des automobiles sans rien savoir : certes on ne sait pas et l'on n'a pas besoin de savoir exactement ce qui se passe dans le moteur mais l'on ne peut conduire si l'on n'a pas de notions assez précises (même si elles ne sont pas formalisées) de puissance et d'accélération, d'inertie et de force. Et si une connaissance assez précise de ces choses permet de conduire comme tout le monde il est évident que les coureurs automobiles qui poussent ces machines à leurs limites doivent avoir, eux, des connaissances très précises. Ces connaissances indispensables ne s'acquièrent pas dans les auto-écoles, elles s'acquièrent tout au long de la scolarité primaire et secondaire et dans la rue ou dans la voiture paternelle : nul parent ne laissera un enfant de quatre ou cinq ans traverser seul la chaussée s'il n'est raisonnablement sûr que son enfant sait le faire avec la prudence nécessaire et se rend bien compte du danger, ce qui évidemment suppose qu'il ait une bonne idée de la vitesse des véhicules.

   Toutes les techniques de grande diffusion nécessitent une certaine connaissance de tous ceux qui les utilisent ou même seulement cohabitent avec elles et ces connaissances sont véhiculées par un langage spécifique lié à ces techniques, généralement un fragment de la langue vernaculaire. Avant l'automobile, le chemin de fer et les trains ont engendré un langage dont la diffusion était la condition de la disparition des réactions de rejet et d'effroi qu'ils avaient d'abord suscitées. L'électricité, la radio, le téléphone ont aussi donné naissance à des langages spécifiques véhiculant une certaine connaissance de ces techniques indispensable à leur utilisation.

   Il est un peu effarant de constater, ce que l'on peut faire tous les jours, que la majorité des utilisateurs de machines informatiques et de logiciels n'ont pas la moindre idée de la puissance de ce qu'ils utilisent ni des limites à cette puissance, faute du moindre enseignement. Le langage qui devrait véhiculer les connaissances nécessaires à une utilisation raisonnable et raisonnée de l'informatique n'existant pas, toutes les croyances même les plus erronées peuvent prospérer tranquillement : les magazines de kiosques à journaux fort nombreux consacrés à l'informatique, utilisent un langage ésotérique et rebutant véhiculant avec un même bonheur vérités et contrevérités, informations fondées et publicités mensongères.

   Le langage ne véhicule pas que des connaissances : le langage véhicule aussi des images qui agissent sur l'inconscient et nourrissent l'imaginaire. Pendant la période dite des trente glorieuses qui fut une période étonnante de reconstruction de la France meurtrie par la guerre, qui a vu se constituer une industrie française puissante, dont il subsiste encore heureusement des morceaux importants, tout un discours accompagnait ce magnifique essor et, enfant au sortir de la guerre, j'ai rêvé de construire des ponts, ou des barrages hydroélectriques, ou des radars, ou tout ce qu'on voudra dont parlaient aussi bien la presse que mes professeurs. Je n'ai rein construit de tout cela mais ces rêves d'adolescents m'ont quand même conduit à devenir scientifique. Mes condisciples et moi vibrions à la mise en eau de tout nouveau barrage, nous connaissions les caractéristiques de chaque barrage, concernant sa hauteur, le volume de la retenue, son type (voûte ou poids), la puissance énergétique fournie. Il y avait un discours rationnel accessible à un enfant de douze à seize ans, propre à faire travailler son imagination voire à provoquer son enthousiasme. Ce discours s'accompagnait naturellement de l'idée que pour devenir ingénieur, pour avoir le droit, devenu grand, de participer à quelque grand projet de développement, il fallait être bon, il fallait travailler, idée simple que nous ne remettions pas en question. Comme je n'étais pas seul dans mon cas mais que c'est toute ma génération de gamins qui trouvait dans ce discours des motivations à travailler, c'est sans peine que l'industrie trouvait les ingénieurs et techniciens sans laquelle elle n'existerait pas et la recherche des candidats de grande valeur. L'innovation indispensable pouvait s'alimenter et prospérer, ce qu'elle a fait. La croyance au miracle, soigneusement entretenue actuellement en informatique par quelques-uns qui y ont évidemment intérêt et nourrie par l'ignorance des concepts fondamentaux, est le principal ennemi de l'innovation. Chercher ce qu'on ne peut pas trouver, faute de connaissances suffisantes, faute de moyens adéquats ou bien parce que ça n'existe pas, est le meilleur moyen de ne pas trouver.

   L'informatique est une technique qui a vocation à diffuser dans à peu près tous les secteurs des activités humaines du fait de l'omniprésence des phénomènes qu'elle appréhende et permet de maîtriser ; phénomènes que j'appellerai de « calcul », faute de mieux et bien que ce mot, fortement connoté, peut faire croire que l'informatique n'est qu'une branche des mathématiques, alors qu'elle est beaucoup plus. De fait, on calcule chaque fois que l'on cherche à atteindre un but par transformations successives d'une situation initiale ou que l'on cherche à coordonner les actions de plusieurs éléments d'un système ; et les calculs numériques ou géométriques dont s'occupent les mathématiciens, pour importants qu'ils soient, ne représentent qu'une faible fraction de tous les calculs effectués par tous les ordinateurs de la planète, eux mêmes faible fraction de tous les calculs effectués par toutes les puces incorporées aux innombrables machines qui en contiennent.

   Même si l'on fait de l'informatique l'usage le plus servile qui soit, le plus répétitif, dans le cadre de son métier par exemple, je pense qu'il vaut mieux avoir quelques connaissances de base en informatique. Mais nous parlons d'innovation et nous avons déjà dit qu'une grande partie de l'innovation actuelle passe par une réflexion systématique sur des algorithmes existants et la mécanisation d'une partie des tâches que celle-ci requiert en les confiant soit à un ordinateur soit à une puce dédiée. Et là il est clair que cette utilisation de l'informatique pour innover ne peut être le fait que de gens ayant une connaissance assez intime de l'informatique et de ce que l'on peut en attendre comme de ce qu'il est vain d'en attendre ; il faut que l'informatique, au moins dans ses principes fondamentaux, soit intégrée au paysage mental de l'individu.

   Former comme on le fait aujourd'hui des ingénieurs, des techniciens, des managers qui n'ont pas une connaissance suffisante, ni une familiarité suffisante avec l'informatique considérée comme un outil intellectuel est absurde, c'est former des handicapés qui courent sur la scène internationale, en compétition avec leurs homologues d'autres pays, avec un boulet aux pieds. Si je reviens sur les trente glorieuses, leur étonnant succès est beaucoup dû à la qualité d'ingénieurs, techniciens, chercheurs et managers qui savaient sans doute un peu plus de mathématique que leurs compétiteurs étrangers. C'était une période où les grands secteurs d'activité, hydroélectrique, nucléaire, automobile, chimie, BTP utilisaient beaucoup l'outil mathématique traditionnel. Aujourd'hui l'informatique a remplacé un peu partout la mathématique et nos ingénieurs, qu'on aurait dû prendre soin de former convenablement à l'informatique, pour la plupart en savent très peu, ou encore pire en ont peur, comme l'on a peur de ce que l'on connaît mal, de ce que l'on n'a pas vraiment compris. La politique d'innovation que notre gouvernement cherche à promouvoir doit passer par un enseignement de l'informatique qui donne à tous la possibilité d'utiliser l'informatique avec aisance. Et à l'évidence, s'agissant d'une discipline qui touche à des phénomènes extrêmement répandus auxquels tout le monde est confronté, cet enseignement ne peut qu'être assez long et commencer tôt.

Maurice Nivat
membre d'honneur de l'EPI

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