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Le 19.03.2018
Par :
Cyril Fiévet - Usbek & Rica

2067, la mémoire dans la peau

Matériaux indispensables du l’ère numérique actuelle, silicium et électronique pourraient s’effacer dans les prochaines décennies pour être remplacés par d’autres technologies. De l’informatique photonique au stockage d’information sur des brins d’ADN, les outils et supports numériques de demain pourraient connaître une diversité florissante, rendant matière et information indissociables et démultipliant les capacités de stockage à l’infini.

La frénésie du stockage


Si vous êtes un « Millenial », né à la fin du siècle précédent, le mot « disquette » ne vous dit sans doute rien. Si vous êtes plus âgé, il vous renvoie au début de l’âge d’or de l’informatique personnelle. 

Pendant deux décennies, les disquettes ont été le moyen de stockage ultra privilégié pour s’échanger des fichiers, installer des logiciels ou archiver des données. Ces galettes de plastiques carrées abritant un fin disque magnétique affichaient des capacités de stockage qui font sourire aujourd’hui. La disquette de 3,5 pouces, une des plus répandues jusqu’à la fin des années quatre-vingt-dix, contenait en général 1,44 Mo. Vingt ans plus tard, une clé USB offrant 6 000 fois plus d’espace de stockage (8 Go) coûte moins de 5€, et votre smartphone embarque en général l’équivalent de... 50 000 disquettes.

Pourtant, nos supports de stockage actuels, qui auraient autrefois été jugés pharaoniques, sont désormais tout juste suffisants. À l’heure des selfies, des live-feeds vidéo, de la HD, de la démultiplication des sources d’information et d’un monde ultra-connecté, nos disques durs et nos mémoires numériques sont souvent pleins – au point de nécessiter l’usage de service de stockage distants, qui ont donné naissance au cloud.

Et notre boulimie de stockage numérique ne semble pas faiblir. Selon IDC, le volume global mondial de données numériques va être multiplié par 10 entre 2016 et 2025, pour atteindre 163 Zo – soit 163 000 milliards de Go (!). L’équivalent de quelque 20 000 Go de données par habitant de notre planète.

Le stockage ressemble donc à une véritable course à l’armement : il faut de plus en plus de capacité et d’efficacité, sans perdre en fiabilité et sécurité. À court terme, on modernise les techniques existantes. Le fabricant Western Digital a par exemple présenté en octobre 2017 des disques durs offrant une capacité de 40 To (40 000 Go) d’ici à 2025.

Mais à plus long terme, de nouvelles approches laissent présager d’un futur où l’on a repoussé les limites, pour atteindre des densités de stockage proprement vertigineuses.

 

Du cristal indestructible au stockage atomique


Dans les laboratoires de recherche, on fait feu de tout bois. En 2016, l’université britannique de Southampton a montré un disque de quartz surnommé « cristal de mémoire Superman », où l’inscription des données est réalisée par « laser en 5D ». De la taille d’une pièce de monnaie, il offre une capacité de 360 To, reste stable jusqu’à 1 000°C et, à température ambiante, dispose d’une durée de vie quasiment illimitée - 13,8 milliards d’années, pour être précis. La prouesse montre aussi la rapide évolution dans la maîtrise de techniques émergentes. Trois ans auparavant, en 2013, la même technologie n’autorisait qu’un stockage de 300 Ko - un milliard de fois moins...

En mars 2017, une équipe internationale (Chine, Corée, Etats-Unis et Suisse) conduite par IBM est allée (beaucoup) plus loin, en montrant que l’on pouvait stocker durant quelques heures un bit d’information sur un seul atome. Le “plus petit aimant jamais réalisé” repousse ainsi le principe d’inscription magnétique jusqu’aux limites ultimes de la matière. Bien sûr, le procédé, qui utilise un microscope à effet tunnel opéré à une température proche du zéro absolu, est très loin de pouvoir se concrétiser dans un produit commercial. Mais pour les chercheurs, il démontre que “le stockage magnétique à base d’atomes uniques est possible”. Et quand on sait qu’un disque dur d’aujourd’hui utilise 100 000 atomes pour stocker un bit d’information, on comprend le potentiel de la technique, qui pourrait autoriser une incroyable compacité des supports de stockage. Des data centers qui tiennent dans un sac à dos ?

Entre le cristal indestructible et le stockage atomique, une autre voie est explorée depuis quelques années : l’ADN. L’idée peut paraître saugrenue mais, après tout, l’ADN est par essence un dispositif de stockage efficace, qui fonctionne depuis l’apparition de la vie sur Terre. 

 

Des bits dans l’ADN


Là aussi, la science-fiction nous a préparés à cette évolution, en imaginant quelques-unes des possibilités offertes par le détournement d’un processus naturel au profit du stockage d’information numérique. Dans La Théorie de l’information (roman d’Aurélien Bellanger, 1992), la mémoire de l’humanité est stockée dans l’ADN des abeilles, tandis que dans Year Zero (roman de Rob Reid, 2012), l’auteur suggère que le génome humain pourrait être modifié pour y stocker des œuvres musicales. Plus récemment, la série TV Incorporated (de David et Alex Pastor, 2017) montrait des hackers codant des informations sensibles à l’intérieur d’une feuille d’arbre.

Comme dans d’autres domaines, la science rattrape la fiction. Après diverses expérimentations embryonnaires, la possibilité de stocker des informations numériques au cœur de l’ADN a été démontrée pour la première fois en 2012 par l’université Harvard.

La technique est simple, dans son principe schématique au moins : on encode les octets d’information numérique en utilisant les éléments de base de l’ADN (A, C, G, T, bases nucléiques servant à exprimer l’information génétique), puis on synthétise l’ADN correspondant. Pour lire les informations stockées, il suffit de séquencer l’ADN pour déchiffrer sa structure et en déduire les données numériques qu’il décrit - avec une fiabilité de 100%.

Sans surprise, le procédé suscite un vif intérêt, tout en se perfectionnant. En 2016, Microsoft et l’université de Washington atteignent un record en parvenant à stocker 200 Mo dans de l’ADN. La technologie était présentée en Suisse en septembre dernier, à l’occasion du Festival de jazz de Montreux : deux morceaux de musique (Tutu, de Miles Davis, et Smoke on the Water, de Deep Purple) étaient enregistrés dans des brins d’ADN à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).

Si l’on parle là d’ADN synthétique, rien n’empêche d’explorer d’autres voies. En juillet 2017, Harvard repoussait encore les limites en stockant un court film numérique... dans l’ADN d’une bactérie vivante. Une prouesse étonnante, rendue possible par la maîtrise de l’outil de manipulation génétique CRISPR et revenant à créer “un disque dur vivant, effectuant des sauvegardes automatiques toutes les 20 minutes, au rythme des bactéries se reproduisant”, comme l’ont décrit certains.

Comme le souligne la société de biotechnologies Twist Bioscience, “le stockage ADN pourrait durer 2 000 ans sans altération, et permettre d’enregistrer mille milliards de Go (1 Zo) dans quelques grammes d’ADN”. Et si le procédé demeure complexe et cher, les prix pourraient rapidement s’effondrer, rendant la technologie accessible, au moins pour des archives ne nécessitant pas des accès fréquents. “Le coût d’écriture et lecture de l’ADN a été divisé par un million en neuf ans - du jamais vu, même en électronique”, notait George Church, pionnier du stockage ADN à Harvard, en 2013.

 

Vers un stockage illimité


Reste à savoir ce qu’il advient quand on peut stocker tous les livres publiés depuis l’invention de l’imprimerie, et tous les films de cinéma jamais produits, dans un objet de la taille d’une cerise.

Première inquiétude (légitime) : l’obsolescence des formats pourrait s’accélérer. Le cimetière des supports de stockage est déjà bien encombré : VHS, disquettes, CD-ROM... devenus difficiles voire impossibles à lire aujourd’hui, faute de câbles, prises, lecteurs et formats compatibles (à supposer même qu’ils n’aient été altérés par le temps). Il n’est pas certain que le passage à des technologies radicalement nouvelles améliore les choses. Pour autant, les solutions envisagées avec l’ADN pourraient résoudre le problème. “L’ADN existe depuis environ 3 milliards d’années et il est peu probable que les humains perdent un jour leur capacité de lire ces molécules. Si c’est le cas, alors nous aurons de bien plus gros problèmes que le stockage numérique”, rappelle Yaniv Erlich, coauteur en 2017 à l’université Colombia d’une méthode baptisée “Fontaine ADN” atteignant des records en matière de densité de stockage (215 Po, soit 225 millions de Go par gramme d’ADN).  

En même temps, malgré ses promesses, le stockage ADN pourrait présenter des désagréments d’une nature nouvelle : les données numériques et leur intégrité pourraient devenir sensibles à des facteurs biologiques. “Nous en sommes encore très loin, mais scientifiques et ingénieurs travaillant sur les technologies de stockage doivent admettre que des malwares à base d’ADN pourraient un jour être possibles, et anticiper ce problème avant qu’il ne survienne”, reconnaît Jeff Nivala, l’un des auteurs de l’étude sur le stockage dans les bactéries à Harvard.

Quelle que soit la technologie utilisée, reste à savoir où seront stockées les données. Comme aujourd’hui, chez les GAFA (qui seront sans doute les premiers à tirer parti de techniques accroissant les densités de stockage), ou directement chez l’utilisateur (disposant enfin de supports pérennes offrant des capacités quasi infinies) ?

Le cloud tel que nous le connaissons est principalement né des limites en matière de stockage personnel, pour devenir une commodité bon marché. Tandis que le coût de stockage numérique d’un Go a baissé exponentiellement, d’un facteur dix tous les cinq ans depuis les années quatre-vingts, l’usager s’est progressivement habitué à un stockage quasi illimité et gratuit (15 Go gratuits sur Google Drive, par exemple), sans se soucier des supports utilisés.

Mais le principe de cloud, sous cette forme, n’est pas forcément pérenne. Pour Samuel Nowakowski, maître de conférence à l’université de Lorraine et chercheur au LORIA dans l’équipe KIWI, le PIM (Product Information Management ou gestion de l'information produit), qui vise à centraliser toutes les données relatives à un produit donné, pourrait devenir le modèle dominant, y compris pour les données personnelles. “Le PIM va à l’encontre des modèles économiques dominants reposant sur le troc d’un service gratuit contre la marchandisation des données personnelles. Il a pour finalité de récupérer les données que nous générons sur les différents services en ligne (réseaux sociaux, banque, télécommunications, énergie…) que nous utilisons, d’en avoir une connaissance parfaite et de décider quelles données spécifiques il se chargera de donner pour nous à des services tiers”, décrit-il. Et d’anticiper : “Pour des raisons sociétales (prise de conscience du pouvoir informationnel des entreprises du Web), technologiques et commerciales, les PIM vont s’installer dans nos usages. Du coup, le cloud pourrait disparaître ou se reconfigurer autour de grappes de serveurs de stockage gérés par les usagers - cessant d’être la propriété des grands du Web”.

La principale conséquence de tout cela concerne assurément les usages. En première analyse, on peut penser que l’existence d’immenses volumes de stockage suscitera la tentation de tout conserver, y compris ce qui ne doit pas l’être, engendrant une nouvelle forme de pollution numérique. Mais ne faut-il pas aussi anticiper une transformation du paradigme même de stockage et d’archivage de données ? Dans sa “Feuille de route vers 2050”, publiée en 2011, l’Académie des sciences chinoise décrit un scénario étonnant : Àpartir de 2050, l’information de la vie quotidienne des gens sera automatiquement sauvegardée et pourra être accédée à la demande n’importe où et n’importe quand, sans impliquer d’opération de stockage explicite. La technologie de stockage évoluera vers une technologie assistive quasiment invisible”. Autrement dit, sauvegarder un fichier ou enregistrer une donnée serait désuet et cesserait d’être une action volontaire, pour s’inscrire dans une logique de “stockage omniprésent et permanent” (Ubiquitous storage). Pour le coup, nos “mémoires numériques” pourraient ainsi devenir indissociables de notre mémoire tout court, conservant en permanence tout ce que l’on fait, dit, entend, voit ou ressent à chaque minute de notre vie.

Au demeurant, la réflexion sur les futurs modes de stockage rejoint un questionnement de nature philosophique. À l’EPFL, on évoque avec le stockage ADN “une révolution qui ouvre des perspectives considérables dans notre rapport à l’information, à la mémoire, au temps”, autorisant “d’explorer des formes d’interaction radicalement nouvelles avec notre patrimoine, capables de traverser les civilisations.”

“Autant la connaissance scientifique nous avait rendus capables d’appréhender le temps long avec la géologie et l’astrophysique ; autant nous avons perdu ce qui nous permet de nous approprier ces échelles dans l’intimité de notre sentiment individuel des choses”, constate Samuel Nowakowski, fustigeant “l’obsolescence très rapide des formats, des logiciels et des matériels” et invitant à “responsabiliser les consciences devant le temps lent, celui des générations qui s’engendrent au fil des siècles, celui des cultures qui mutent au fil des millénaires, celui des continents qui dérivent sur les millions d’années”

Comme quoi, les supports de stockage de demain soulèveront un questionnement de nature éthique, philosophique et civilisationnel. Très loin de la bonne vieille disquette.

 

Crédits

1) Code de programmation / cc By 2.0 via Pwhere.
2) Carte mère / cc By 2.0 via Pixnio.
3) CC By 2.0 via Pxhere.
4) 
A l'occasion de la Fête de la Science, de jeunes collégiens et lycéens se sont succédé au « Lab 2067 » organisé par Inria en juin 2017. / © Inria / Dessin Tiphaine Bosdeveix

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