Favoriser et encourager une recherche interdisciplinaire

Dossier : Recherche et sociétéMagazine N°650 Décembre 2009
Par Michel BLANC (68)

REPÈRES

REPÈRES
Avec le projet Campus, le potentiel de recherche du plateau de Saclay est aujourd’hui promis à un fort développement. L’objectif du gouvernement est d’y implanter un cluster scientifique de renommée internationale. Dès 2015, 34 000 étudiants (dont 7 000 doctorants) et 12 000 chercheurs et enseignants-chercheurs devraient y travailler. Car de nombreux laboratoires publics et privés, ainsi que des écoles, vont venir s’installer sur le plateau et notamment à proximité des bâtiments de l’X. Le projet Campus devrait donc permettre d’accélérer le projet de développement de l’École polytechnique, qui en profitera pour renforcer encore le positionnement de son Centre de recherche.

Quelques chiffres
Le Centre de recherche de l’École polytechnique, c’est 22 laboratoires, 1600 personnes dont 500 chercheurs permanents et 500 doctorants, plus de 1300 publications par an. Via sa participation au PRES ParisTech, ce Centre de recherche fait partie d’un ensemble plus vaste : 109 laboratoires, 450 thèses par an, 15000 publications au cours des cinq dernières années.

Le Centre de recherche de l'École polytechnique rassemble 22 laboratoires qui recouvrent toutes les grandes disciplines. Depuis leur création, ces laboratoires cultivent l'excellence et sont plutôt orientés vers la recherche fondamentale. Le projet du Centre de recherche est d'allier l'approfondissement des aspects les plus fondamentaux de la recherche pour le progrès des connaissances, au développement de grands domaines plus appliqués qui répondront aux enjeux scientifiques, technologiques et sociétaux du xxie siècle. Or, dans la plupart des domaines, la diversité des disciplines est un atout maître pour notre campus : le dialogue et les collaborations permettront de bâtir des projets communs afin de relever les grands défis des années futures.

14 thématiques pour favoriser l'interdisciplinarité

L'Institut Coriolis et l'environnement
Créé en 2008, l'Institut Coriolis soutient des recherches fondamentales ou appliquées et des développements technologiques de pointe sur les thématiques en lien avec l'environnement. Il fédérera des compétences allant des sciences physiques jusqu'à l'économie. L'Institut a deux missions principales : la coordination des projets interdisciplinaires et un rôle d'animation et de communication auprès de la communauté scientifique internationale, de l'industrie et du grand public.

Pour favoriser l'interdisciplinarité, le Centre de recherche a donc identifié 14 grandes thématiques. Parmi elles figurent les énergies du xxie siècle, la maîtrise et l'utilisation des nano-objets, l'environnement et le développement durable, les systèmes de communication à l'échelle du globe, etc. L'objectif est d'amener les chercheurs de toutes les disciplines à se mobiliser sur ces thématiques, et de faire du Centre de recherche un carrefour stimulant pour travailler et innover ensemble. Les interfaces sont sources de découvertes. Dans le domaine de la santé par exemple, la mise au point d'un nano-objet capable une fois injecté dans une cellule d'établir un diagnostic nécessite que physiciens (pour synthétiser le nano-objet) et biologistes (pour concevoir les biocapteurs) travaillent ensemble. C'est de leurs travaux communs que naîtront des innovations dans le domaine de la santé.

Nous fédérons l'environnement et le développement durable, domaines dans lesquels de nombreuses disciplines vont devoir coopérer :

Faire du Centre de recherche un carrefour stimulant pour travailler et innover ensemble.

la mécanique, la physique et la chimie pour mieux comprendre et modéliser les fluides de l'environnement, la pollution, les gaz à effets de serre et pour concevoir des matériaux respectant la planète, l'économie pour bâtir une économie durable, fondée sur des objets et processus à basse production de CO2, etc.

Grâce à l'Institut Coriolis, que nous avons créé en 2008, nous allons fédérer les différentes approches. Cet institut va d'ailleurs être un élément structurant pour les extensions des laboratoires de l'École.  

Des thématiques pour favoriser l'interdisciplinarité
Les grands domaines thématiques auxquels l'École souhaite contribuer sont : sciences et techniques de l'information et de la communication (avec Digiteo, l'Inria et l'Institut Télécom) ; mécanique et matériaux pour l'énergie (avec l'Ensta et Mines ParisTech) ; économie, finances, gestion (avec l'Ensae, en synergie avec HEC) ; optique, lasers et plasmas (avec l'Ensta et l'IOGS, l'université Paris-Sud et le CEA) ; nanosciences, nanotechnologies et nano-innovation (action conduite par le CNRS, l'université Paris-XI, le CEA) ; sciences et ingénierie du vivant pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (action conduite par l'Inra et Agro ParisTech) ; biologie et interfaces (opération École polytechnique et organismes de recherche) ; mathématiques et interactions ; environnement et développement durable.

Maîtriser les systèmes complexes

 Par ailleurs, les méthodes de la recherche font de plus en plus appel à des process de développement complexes. Ainsi, le projet européen Extreme Light Infrastructure, dont l'Institut de la Lumière extrême a la charge, veut bâtir un laser délivrant le faisceau le plus intense au monde soit jusqu'à 100 pétawatts de puissance.

De nombreux systèmes naturels sont aussi des systèmes complexes.

C'est un défi scientifique majeur : aller à la limite de l'intensité de la lumière et peut-être recréer les conditions qui régnaient quelques millisecondes après le big-bang. Mais pour cela, il faut repousser les limites de ce qui a déjà été fait, bâtir de nouveaux dispositifs techniques, savoir amplifier la lumière avec des cristaux de grande taille, concevoir des dispositifs capables de guider la lumière et la focaliser avec des miroirs aux formes parfaitement contrôlées. Le défi que constitue la construction de ce laser repose sur de nombreuses disciplines techniques qui vont bien au-delà de l'optique, comme la mécanique, l'automatique, l'informatique mais aussi un management de projet qui doit être très solide. En effet, ELI regroupe une cinquantaine de laboratoires européens et son budget avoisine les 400 millions d'euros.

Bref, c'est la définition parfaite de la gestion d'un système complexe. Mais au-delà de l'exemple d'ELI, de nombreux dispositifs industriels ou opérationnels (réseaux de télécommunications, chaînes de production, véhicules du futur), mais aussi de nombreux systèmes naturels (de la cellule à l'écosphère) sont aussi des systèmes complexes que nous devons apprendre à comprendre et maîtriser.

Un laser ultra-puissant
L'Institut de la Lumière extrême, programme national basé dans les locaux de l'ENSTA sur le campus de Palaiseau, a pour objectif la construction d'un laser ultra-puissant d'ici quatre à six ans. Ce même institut pilote les travaux de 300 chercheurs européens répartis dans 50 laboratoires de 13 pays, dans la perspective du projet Extreme Light Infrastructure (ELI), un projet européen encore plus ambitieux.
Le campus de Palaiseau s'est d'ailleurs porté candidat pour héberger les infrastructures de ce laser, en compétition avec quatre autres pays. Les nouvelles technologies qui en découleront auront un impact sociétal important dans le domaine de la santé (avec des retombées sur l'imagerie médicale et le traitement du cancer), en science des matériaux (résoudre et ralentir le vieillissement des réacteurs nucléaires) et de l'environnement (avec de nouvelles méthodes pour traiter les déchets nucléaires).

Développer l'ingénierie du vivant
La biologie a beaucoup évolué au cours des cinq dernières années. C'est devenu un domaine omniprésent qui interagit avec beaucoup d'autres disciplines. L'École a donc décidé de doubler le potentiel de recherche de son département de biologie, dans le cadre du programme Biologie et Interfaces. Son ambition est de renforcer les collaborations qui existent déjà sur le campus avec les physiciens, les mécaniciens ou encore les informaticiens et d'en créer de nouvelles.La procédure de recrutement de sept à huit nouvelles équipes devrait être réalisée dans les quatre ans. " Dans la biologie moderne, aujourd'hui, on travaille déjà assez naturellement avec les autres disciplines. Il y a donc un grand intérêt à implanter plus de biologie dans un environnement où les sciences dures sont majoritairement représentées " estime Thomas Simonson (79), président du Département de biologie du Centre de recherche. Et de conclure : " Biologie et Interfaces, ce sera l'ingénierie du vivant. "

5 000 m2 de nouveaux laboratoires

Le projet Campus, qui fera du plateau de Saclay un des premiers clusters technologiques au monde, repose sur un programme immobilier important. Pour faire de notre Centre de recherche un carrefour pour la diversité des thématiques, nous voulons doubler notre potentiel de biologie en accueillant, dans un nouveau bâtiment de 2 000 m2, des équipes recrutées sur appel d'offres international. Une extension de 1 500 m2 du département de physique permettra de faire venir de nouvelles équipes sur les domaines optique, laser, plasma – où l'École est déjà très en pointe – et les nano-sciences et nanotechnologies. Enfin, un accroissement de 1 500 m2 du département de mécanique va nous permettre de développer des activités nouvelles dans les domaines de l'environnement et du développement durable ainsi que des matériaux, des systèmes mécaniques et de l'énergétique.

Relier la recherche fondamentale aux applications

Un partenariat avec Total sur le photovoltaïque
Total et le Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (LPICM), une unité de recherche du CNRS et de l'École polytechnique, ont créé en juin dernier une équipe de recherche commune sur l'énergie solaire photovoltaïque. NanoPV, qui regroupe une vingtaine de chercheurs et doctorants, va travailler sur les technologies de couches minces de silicium et explorer de nouveaux concepts utilisant, par exemple, des nanofils de silicium. Objectif : aider au transfert préindustriel de ce que le LPICM a déjà développé et travailler sur les générations futures. Les deux partenaires espèrent, d'ici quelques années, réduire le coût du solaire photovoltaïque à moins de 1 ? le watt grâce aux couches minces contre 2 à 3 ? le watt aujourd'hui pour la filière classique. Ce n'est pas une première pour le laboratoire de Bernard Drévillon qui a déjà organisé des transferts industriels avec Samsung pour des écrans plats.

L'originalité du campus de Palaiseau viendra du fait qu'il sera un continuum entre la recherche fondamentale, une démarche interdisciplinaire et des domaines thématiques à fort potentiel applicatif permettant de transférer les résultats de la recherche vers les acteurs économiques et industriels.

Des actions menées avec nos partenaires de ParisTech et du plateau de Saclay et des grands acteurs industriels. Sur la communication planétaire, par exemple, notre Laboratoire d'informatique (LIX) va collaborer avec Digiteo, l'Inria et l'Institut Télécom. En matière d'énergies nouvelles, notre Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (LPICM) a constitué une équipe de recherche commune avec Total, baptisée NanoPV, pour explorer et valoriser les technologies des cellules photovoltaïques en couches minces ; ce projet s'inscrit dans la perspective encore plus ambitieuse de la création d'un Institut photovoltaïque avec Total, EDF et plusieurs écoles de ParisTech (cf. encadré).

Dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies et de leurs applications, le CNRS, l'université Paris-XI et le CEA vont construire sur notre campus un grand centre de R & D auquel nous souhaitons participer activement. Le potentiel d'innovation du campus pourra continuer à se développer à travers l'action des pôles de compétitivité (System@tic, Medicen…) et l'implantation de nouveaux acteurs industriels sur le campus : EDF, Horiba Jobin-Yvon, EADS envisagent de nous rejoindre venant enrichir une recherche industrielle déjà bien présente avec Thalès et Danone.

Une démarche conjointe entre recherche et enseignement

 L'ensemble des recherches du campus, notamment celles menées avec nos partenaires industriels dans le cadre de chaires, nourrit les enseignements dispensés par l'École. Nous avons ainsi mis en place un master sur les systèmes industriels complexes avec Thalès. Ainsi, dès la troisième année du cycle ingénieur, nos étudiants peuvent développer un savoir-faire dans ce domaine, aujourd'hui stratégique.

30 % des élèves et 18 % des enseignants- chercheurs viennent de l'étranger.

De même, avec notre master sur les énergies renouvelables, nous formons des ingénieurs qui seront capables, par exemple, de diffuser les technologies du photovoltaïque. Avoir une recherche dynamique permet d'attirer des chercheurs de renom. C'est en recrutant les meilleurs enseignants-chercheurs que nous maintiendrons un enseignement de qualité tout en développant notre rayonnement international. L'École et le Centre de recherche sont déjà très ouverts sur le monde puisque 30 % des élèves et 18 % des enseignants-chercheurs viennent de l'étranger. Ce mouvement va se poursuivre.

Continuer à développer le Centre de recherche

Une vingtaine de chaires d'entreprises
Au cours des cinq dernières années, l'École a créé une vingtaine de chaires avec des industriels, permettant de mêler enseignement et recherche sur des thèmes tels que le développement durable (avec EDF), l'ingénierie des systèmes complexes (avec Thalès), le management de l'innovation (avec Arcelor, Dassault Systèmes, Renault et Valeo), etc. L'École va continuer sur cette voie. Ces chaires mises en place avec des industriels nourrissent les masters et les thèses, mais également les enseignements du cycle ingénieur.

Ainsi avec nos partenaires nous avons de grandes ambitions pour le campus de Palaiseau. Il faut maintenant mobiliser toutes les énergies pour réussir à les concrétiser et assurer leurs financements. Nous sommes convaincus que nos projets communs sont motivants pour nos partenaires comme pour nous-mêmes, mais aussi pour la collectivité et nos citoyens.

Dans ce contexte, le Centre de recherche de l'École polytechnique doit accompagner cette dynamique en poursuivant son développement, et tirer mieux parti de sa richesse pluridisciplinaire. Il lui appartiendra de maintenir un bon équilibre entre recherche fondamentale et recherche appliquée, de continuer à rechercher " par curiosité " pour faire avancer la connaissance, tout en s'ouvrant plus encore aux grands domaines d'application.

Des applications qui bien souvent sont impossibles à prédire au départ et qui naissent justement fréquemment des questionnements scientifiques les plus fondamentaux.

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