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LES MACHINES DE DEMAIN

 

Les machines d'aujourd'hui et de demain


Dans cette vidéo, Albert Cohen montre les liens entre la science informatique et l'architecture des ordinateurs, donc leur conception. Il explique les outils logiciels permettant de profiter des performances des processeurs (du compilateur aux outils liés au système d'exploitation). Sur les processeurs classiques, il suffit de compiler (de traduire en langage machine) le programme pour l'exécuter et lui permettre d'accéder aux ressources de l'ordinateur. Sur les nouveaux processeurs, il y a une vraie rupture et les interactions entre architectures de machines et langages de programmation deviennent de vrais défis scientifiques passionnants. Un exemple est celui des langages de programmation pour le calcul parallèle à haute performance, jusqu'à péta-flopique (10^15 calculs numériques par secondes !).

Ce cours a été donné en juin 2010 lors des journées de formation à l'informatique organisées par l'INRIA à destination des professeurs de mathématiques d'Ile de France. Il est composé d'une heure et quart de cours et d'un quart d'heure de questions-réponses sur le cours.

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LE TRAITEMENT DE L'IMAGE

 

Le traitement des images


Mon exposé est centré sur un aspect du traitement d'images, celui du traitement de l'information tridimensionnelle. Je prendrai comme point de départ les idées de David Marr dont l'influence a été déterminante à la fois sur les neurosciences de la vision et sur le traitement d'images ou la vision par ordinateur. L'idée selon laquelle la vision est notamment un problème de traitement de l'information qui peut être abordé en utilisant des contraintes assez générales issues de la physique et de la géométrie pour construire une représentation des surfaces des objets présents et de leurs mouvements s'est avérée extrêmement fructueuse tant du point de vue théorique pour répondre précisément à une partie de la question " qu'est-ce que voir ? " que du point de vue applicatif pour résoudre de nombreux problèmes où intervient la perception visuelle robotique au sens large, c'est-à-dire celle d'un système mécanique/informatique.

En me plaçant de trois points de vue, mathématique, algorithmique et biologique, je montrerai comment une combinaison d'indices visuels tels que les variations spatiales d'intensité et de texture, le mouvement, les contours d'occultation ou encore la stéréoscopie peut fournir de l'information sur la forme et le mouvement tridimensionnels des surfaces des objets. J'illustrerai mon propos par quelques exemples d'applications comme le calcul de l'orientation d'un robot dans l'espace, la génération de déplacements, la reconnaissance d'objets et la réalité augmentée.

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NANOTECHNOLOGIE

 

Paris, 27 juin 2007

Transistors à base de nanotubes de carbone… de plus en plus rapides
Des chercheurs de l'Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN / CNRS – Universités Lille 1 et Valenciennes, Institut supérieur de l'électronique et du numérique) et du Service de Physique de l'Etat Condensé du CEA sont parvenus à réaliser des transistors à partir de nanotubes de carbone sur substrat de silicium. Ces transistors, principalement utilisés comme interrupteur commandé, atteignent des fréquences de coupure de 30 GHz(1), ce qui améliore d'un facteur 4 le dernier record obtenu par les mêmes équipes en août 2006. Ce résultat ouvre de nouvelles perspectives pour les applications grand public nécessitant des fréquences de fonctionnement élevées.
L'électronique moléculaire a pour objectif de développer des composants fondés sur différents types de nano-objets et des systèmes pour le traitement de l'information. C'est ce type de technologie qui est, par exemple, utilisé pour des systèmes d'affichage tels que le papier électronique. Pour réaliser les composants élémentaires, on utilise généralement des éléments organiques, comme les polymères, qui sont déposés sur les surfaces par des procédés simples, identiques aux techniques d'impression papier (jet d'encre). Cependant ces matériaux sont dotés d'une faible mobilité électronique, ce qui limite en fréquence le transport du courant, donc la fréquence de commutation de chaque transistor élémentaire, et restreint les applications de cette technologie. Les nanotubes de carbone sont, quant à eux, caractérisés par une grande mobilité électronique, compatible avec des applications en électronique rapide ; ils peuvent également être déposés par des procédés technologiques peu coûteux.

 

Des chercheurs de l'IEMN et du CEA soutenus par le projet « PNANO HF-CNT » de l'Agence nationale de la recherche, ont utilisé une technique appelée « di-électrophorèse » pour obtenir un dépôt uniforme d'un grand nombre de nanotubes alignés. Ils sont parvenus à réaliser des transistors à base de nanotubes de carbone sur substrat de silicium atteignant des fréquences de coupure de 30 GHz. Ce résultat améliore d'un facteur 4 le dernier record obtenu par les mêmes équipes en août 2006. Ce procédé d'élaboration mis en œuvre s'effectue à température ambiante, ce qui le rend aussi totalement compatible avec les autres substrats à faible coût (verre, plastique…) et ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour les applications grand public nécessitant des fréquences de fonctionnement élevées.

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LE CHAMP MAGNETIQUE DE LA TERRE

 

Paris, 14 octobre 2011

Le champ magnétique terrestre s'inverse au rythme de la tectonique des plaques

Au cours de l'histoire de la Terre, le champ magnétique s'est inversé à de nombreuses reprises, à un rythme irrégulier. De longues périodes sans inversion ont été séparées par des phases de renversements plus fréquents. Quelle est l'origine des inversions et de leur irrégularité ? Des chercheurs du CNRS et de l'Institut de Physique du Globe (1) apportent un élément de réponse nouveau en démontrant que la fréquence des inversions dépend de la répartition des plaques tectoniques à la surface du globe ces 300 derniers millions d'années. Ce résultat ne signifie pas que les plaques terrestres déclenchent elles-mêmes le basculement du champ magnétique. Il établit que si le phénomène d'inversion se produit in fine dans le noyau liquide de la Terre, il est sensible à ce qui se passe hors du noyau, plus précisément dans le manteau terrestre. Ces travaux sont publiés le 16 octobre 2011 dans Geophysical Research Letters.

Le champ magnétique terrestre est produit par les écoulements du fer liquide qui ont lieu dans le noyau, trois mille kilomètres sous nos pieds. Comment l'idée d'une relation entre la tectonique des plaques et le champ magnétique est-elle venue aux chercheurs ? De la découverte que la symétrie des écoulements de fer liquide joue un rôle dans les inversions magnétiques : des expériences et de travaux de modélisation réalisés ces cinq dernières années ont en effet montré qu'une inversion survient lorsque les mouvements de métal en fusion ne sont plus symétriques par rapport au plan de l'équateur. Cette « brisure de symétrie » se ferait progressivement : elle commencerait d'abord dans une zone située à la frontière noyau-manteau (le manteau sépare le noyau liquide de l'écorce terrestre), puis gagnerait l'ensemble du noyau (constitué de fer liquide).

Prolongeant ces recherches, les auteurs de l'article se sont demandés si une trace des brisures de symétrie initiales, à l'origine des inversions qui ont jalonné l'histoire de la Terre, se retrouvait dans les seules archives des écoulements géologiques à grande échelle que nous possédons, c'est-à-dire les déplacements des continents (ou tectonique des plaques). Il y a 200 millions d'années, la Pangée, nom donné au supercontinent rassemblant la quasi-totalité des terres, a commencé à se disloquer en une multitude de morceaux qui ont façonné la Terre comme on la connait aujourd'hui. En faisant le bilan de la surface des continents situés dans l'hémisphère Nord et ceux dans l'hémisphère Sud, les chercheurs ont pu calculer un degré d'asymétrie (par rapport à l'équateur) dans la répartition des continents durant cette période.

La conclusion ? Le degré d'asymétrie a varié au même rythme que le taux d'inversions magnétiques (nombre d'inversions par million d'années). On peut presque superposer les deux courbes tant elles ont évolué en parallèle. Autrement dit, plus le centre de gravité des continents s'éloignait de l'équateur, plus le rythme des inversions s'accélérait (jusqu'à atteindre huit par million d'années pour un degré d'asymétrie maximal).

Que faut-il en déduire sur le mécanisme à l'origine des inversions ? Les scientifiques envisagent deux scénarios. Dans le premier, les plaques terrestres pourraient être directement responsables des variations de la fréquence des renversements : après leur plongée dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction, les plaques parviendraient jusqu'au noyau, où elles modifieraient les écoulements de fer. Dans le second, les mouvements des plaques ne feraient que refléter le brassage de matière à l'œuvre dans le manteau et notamment à la base de celui-ci. Dans les deux cas, ce sont bien des mouvements de roches extérieures au noyau qui provoqueraient l'asymétrie des écoulements dans le noyau liquide, et détermineraient la fréquence des inversions.

Notes :

(1) Laboratoire de physique statistique de l'ENS (Ecole normale supérieure/CNRS/UPMC/Université Paris Diderot) et Institut de physique du globe de Paris (CNRS/IPGP/Université Paris Diderot)

Références :

Plate Tectonics May Control Geomagnetic Reversal Frequency. F. Pétrélis, J. Besse, J.-P. Valet. Geophysical Research Letter. 16 octobre 2011.

DOCUMENT         CNRS            LIEN

 

 
 
 
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