Chemin de fer, informatique, biologie: une histoire de Noëls

Noël 1954: une épidémie de déraillements mine ma maquette ferroviaire. Une seule parade s’impose, l’automatisation complète des signaux (verts ou rouges) et des aiguillages (directs ou déviés). Ni mon père, ni mon oncle, ni mon grand-père, tous ingénieurs électriciens, ne satisfont mes interrogations. Mais j’entends parler des premiers ordinateurs, du côté de la lointaine Amérique, et, mieux encore, de l’algèbre de Boole, traitant les symboles binaires 0 et 1, clefs de mon projet. Ma décision est prise: je suivrai des études polytechniques pour faire tourner mes trains en toute sécurité. Mes recherches à l’EPFL (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne) m’ont ainsi conduit à traverser l’informatique, d’abord matérielle (le «hardware»), puis logicielle (le «software»). Ce voyage m’a permis de proposer le concept de «magiciel»(1) pour décrire une approche unifiée expliquant les équivalences et transformations entre les assemblages de portes logiques, le matériel, et les assemblages équivalents d’instructions, le programme ou logiciel (Figure 1).

Fig. 1: Le magiciel, ou l’art de transformer des portes logiques (matériel) en instructions (logiciel) (dessin de Nicolas Mange).

Une histoire d’arbre

L’arbre de décision binaire s’impose comme le mode de représentation le plus… naturel de ces structures: il part d’un tronc originel se divisant en deux branches principales, chacune d’elles se divisant à son tour en deux branches secondaires, et ainsi de suite. La gare de triage de la figure 2 traduit parfaitement cette arborescence, commune au chemin de fer comme à l’informatique, matérielle ou logicielle.

Fig. 2: L’arbre de décision binaire, mode de représentation commun au chemin de fer, à l’informatique et à la biologie (photo de Marc Wilwert, Luxemburger Wort, 6 décembre 2018).

De la biologie moléculaire à l’embryonique

Eté 1987, Université de Stanford: c’est le coup de foudre biologique. J’y découvre d’abord que chaque organisme vivant est décrit par une signature unique, son ADN (acide désoxyribonucléique), un interminable message chimique bâti sur quatre composants, désignés par les lettres A, C, G et T. Ce langage quaternaire est donc très proche du langage binaire du chemin de fer et des ordinateurs… à tel point que l’embryologiste C. H. Waddington avait précisément utilisé une gare de triage, en 1940 déjà, comme mode de représentation du programme génétique ou génome. Celui-ci est décodé, dans chaque cellule, par une molécule géante, le ribosome, analogue à l’ordinateur exécutant son programme. L’attrait du vivant est irrésistible, et le projet «embryonique», pour embryologie électronique, visera dorénavant le développement de nouveaux circuits intégrés, les fameuses puces de silicium, incorporant les deux mécanismes de division et différenciation cellulaires. La redondance massive d’une telle architecture, avec la présence d’une copie du génome dans chaque cellule, lui confère des propriétés jusqu’alors réservées aux seuls organismes vivants: l’autoréparation (cicatrisation) et l’autoréplication (clonage). En 2002, le concept théorique sera finalement testé à l’EPFL sur une paroi électronique géante, le BioWall(2).

De l’embryonique au chemin de fer

L’ordinateur infaillible, à structure embryonique, pourra donc piloter en toute sécurité les trains sans conducteur de demain.

Malgré ce long cheminement, le retour au train miniature, version Noël 2018, a été rude: l’informatique a bouleversé le paysage ludique, envahi les microscopiques locomotives qui renferment aujourd’hui de véritables processeurs, décodant les signaux binaires émis par une puissante station centrale… Faire démarrer un train à vapeur nécessite de stocker le charbon virtuel, d’attendre la température de chauffe adéquate pour avoir enfin le droit de s’ébranler dans le fracas des divers chuintements de soupapes, pistons, jets de vapeur et autres sifflements, couplés à l’émission d’un torrent de fumée…

Le jouet rustique de Noël 1954 est devenu, 64 ans plus tard, un jeu informatique sophistiqué; l’émerveillement de l’enfant a laissé la place à la réflexion de l’ingénieur, et la raison a remplacé l’émotion. Décidément, le retour à l’enfance est un périple impossible…

Daniel Mange, 2 janvier 2019

Références

(1) D. Mange, Systèmes microprogrammés: une introduction au magiciel, Collection technique et scientifique des télécommunications, Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 1990.

 (2) G. Tempesti, C. Teuscher, Biology Goes Digital. An array of 5’700 Spartan FPGAs brings the BioWall to «life», Xcell Journal, No 47, Fall 2003, pp. 40-45.

 

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«Le rail… dinosaure de la mobilité digitale»

Cette affirmation préhistorique conclut l’interview accordée au quotidien Le Temps du 17 mars 2018 par Daniel Müller-Jentsch, expert en mobilité chez Avenir Suisse.

Si l’on dresse l’arbre généalogique des moyens de transport motorisés, Daniel Müller-Jentsch a raison: le chemin de fer, et plus précisément la locomotive à vapeur, est l’ancêtre incontesté. Mais aujourd’hui, face à la prolifération des systèmes de transport où Daniel Müller-Jentsch voit clairement la domination des véhicules électriques et du pilotage automatique, le chemin de fer n’est plus en queue du peloton, mais à la première place. Pourquoi?

L’essence même du chemin de fer repose sur les deux files de rails qui figent complètement son déplacement. Le volant, visible dans la cabine de pilotage des locomotives, ne fixe que la vitesse du train; la trajectoire, c’est-à-dire l’entrelacs d’aiguillages emprunté par le convoi, est déterminée par de lointains postes de commande, pilotés par ordinateurs et supervisés par du personnel «au sol».

Mieux encore: avec l’introduction du nouveau système européen de contrôle des trains ETCS (pour European Train Control System), le réglage de la vitesse, y compris le démarrage, le freinage et l’arrêt du convoi, est entièrement pris en charge par l’ordinateur. On parle dans ce cas de pilotage automatique, et le conducteur fait place à un superviseur, entraîné à réagir aux situations d’exception. Dans l’étape ultime, à l’image du métro m2, à Lausanne, les passagers se confient à leur mode de transport favori sans aucun pilote à bord.

Le dinosaure a bien évolué. Avec sa nouvelle descendance –Hyperloop ou Cargo Sous Terrain– enterrée, sous vide d’air partiel, à sustentation et propulsion magnétiques, le chemin de fer risque de renvoyer aux oubliettes de l’histoire les glorieux mammouths aériens, les interminables cargos à containers et les 40 tonnes sur pneumatiques, tous voraces en combustible fossile et gros émetteurs de gaz à effet de serre.

Références

Bernard Wuthrich, «La conduite automatique va se généraliser», interview de Daniel Müller-Jentsch, expert chez Avenir Suisse. Le Temps, T Magazine, 17 mars 2018, pp. 42-44.

Alain Jeannet et Bernard Wuthrich, «L’avenir est aux moteurs d’avions hybrides», interview de Siegfried Gerlach, directeur général de Siemens Suisse. Le Temps, 28 mars 2018, p. 15.