MANIFESTE n. m. XVIe siècle. Emprunté de l'italien manifesto, (dénonciation publique). 1. Déclaration écrite et publique par laquelle un souverain, un état, un gouvernement, un parti fait connaître ses vues sur un certain sujet ou rend raison de sa conduite dans quelque affaire importante. 2. Texte, écrit par lequel un mouvement littéraire ou artistique expose ses intentions, ses aspirations.
Dictionnaire de l'Académie française

Le Centre Européen de Réalité Virtuelle (CERV) a été créé à l'initiative du Laboratoire d'Ingénierie Informatique (LI2) de l'Ecole Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB). Ce projet, initié en 1996, a été retenu dans le cadre du Contrat de Plan Etat-Région (CPER 2000-2006 du 17/04/00, volet recherche) et acté par un Comité Interministériel à l'Aménagement et au Développement du Territoire (CIADT du 18/05/00). Le CERV a été financé à hauteur de 3,8 ME par l'Etat (MEN et FNADT), les collectivités territoriales (CR, CG, CUB) et l'Union Européenne (FEDER). Il est devenu opérationnel en juin 2004 et occupe 2000 m² sur le site du Technopôle Brest-Iroise où il permettra à terme d'accueillir une centaine de personnes. Il s'inscrit dans un dispositif portant sur la thématique des Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (STIC) : le Pôle des Technologies de l'Information, destiné à conforter l'agglomération brestoise dans l'un de ses axes majeurs de développement économique.

Le CERV constitue à Brest un pôle d'excellence en réalité virtuelle à vocation européenne. Il participe à la production de connaissances, à leur diffusion, à leur valorisation, et intègre en un même lieu :

• un centre de recherche inter-établissements pour fédérer les travaux de différentes équipes de recherche en privilégiant la vocation pluridisciplinaire de la réalité virtuelle,
• un centre de transfert de technologie pour favoriser les relations recherche-entreprise autour de projets innovants utilisant la réalité virtuelle,
• un centre de formation à la réalité virtuelle,
• un centre de découverte de la réalité virtuelle pour sensibiliser les scolaires et le grand public aux sciences et technologies du futur.

Le manifeste scientifique du CERV expose les orientations scientifiques du CERV qui explorent les relations qui peuvent être tissées entre la réalité virtuelle et la modélisation des systèmes complexes.

Les systèmes complexes sont omniprésents, que ce soit en biologie - la source d'inspiration la plus importante -, en physique, en informatique ou en économie. De nouvelles méthodes d'analyse sont indispensables dès que l'on souhaite les étudier en détail, sans faire appel à des simplifications qui les dénaturent. [...] Pour étudier les systèmes complexes, on pourrait tenter d'utiliser les méthodes analytiques classiques : on écrirait un ensemble d'équations censé décrire le comportement global du système et on résoudrait ces équations, mais, généralement, on ne sait pas les écrire.
Zwirn H., La complexité, science du XXI^ème siècle ?, 2003

Les systèmes que l'on cherche à modéliser sont de plus en plus complexes. Cette complexité provient essentiellement de la diversité des composants, de la diversité des structures et de la diversité des interactions mises en jeu. Un système est alors a priori un milieu ouvert (apparition/disparition dynamique de composants), hétérogène (morphologies et comportements variés) et formé d'entités composites, mobiles et distribuées dans l'espace, en nombre variable dans le temps. Ces composants, parmi lesquels l'homme avec son libre arbitre joue souvent un rôle déterminant, peuvent être structurés en différents niveaux connus initialement ou émergeant au cours de leur évolution du fait des multiples interactions entre ces composants. Les interactions elles-mêmes peuvent être de natures différentes et opérer à différentes échelles spatiales et temporelles. Mais comme le suggère la citation placée en exergue de cette section, il n'existe pas aujourd'hui de théorie capable de formaliser cette complexité et de fait, il n'existe pas de méthodes de preuves formelles a priori comme il en existe dans les modèles hautement formalisés. En l'absence de preuves formelles, nous devons recourir à l'expérimentation du système en cours d'évolution afin de pouvoir effectuer des validations expérimentales a posteriori.

La réalité virtuelle fournit aujourd'hui un cadre conceptuel, méthodologique et expérimental bien adapté pour imaginer, modéliser et expérimenter cette complexité.

La réalité virtuelle est un domaine scientifique et technique exploitant l'informatique et des interfaces comportementales en vue de simuler dans un monde virtuel le comportement d'entités 3D, qui sont en interaction en temps réel entre elles et avec un ou des utilisateurs en immersion pseudo-naturelle par l'intermédiaire de canaux sensori-moteurs.
Fuchs P., Arnaldi B., Tisseau J., La réalité virtuelle et ses applications, dans le Traité de la Réalité Virtuelle, 2003

Selon la définition précédente de la réalité virtuelle issue des travaux de la communauté scientifique nationale en réalité virtuelle, la simulation en réalité virtuelle autorise donc une véritable interaction avec le système modélisé. A l'instar du biologiste qui réalise des expérimentations in vitro, cette simulation permet d'observer le phénomène comme si l'on disposait d'un microscope virtuel déplaçable et orientable à volonté, et capable de mises au point variées. L'utilisateur spectateur-acteur-créateur peut ainsi se focaliser sur l'observation d'un type de comportement particulier, observer l'activité d'un sous-système ou bien l'activité globale du système. A tout moment, l'utilisateur peut interrompre le phénomène et faire un point précis sur les corps en présence et sur les interactions en cours; puis il peut relancer la simulation là où il l'avait arrêtée. A tout moment, à l'aide d'interfaces comportementales sensori-motrices, l'utilisateur peut perturber le système en modifiant une propriété d'un élément (état, comportement), en retirant des éléments ou en ajoutant de nouveaux éléments; il peut ainsi tester un comportement particulier, et plus généralement une idée, et immédiatement en observer les conséquences sur le système en fonctionnement.

La réalité virtuelle place l'utilisateur au coeur d'un véritable laboratoire virtuel qui le rapproche ainsi des méthodes des sciences expérimentales tout en lui donnant accès aux méthodes numériques.

L'expression in virtuo (dans le virtuel) est un néologisme construit ici par analogie avec les locutions adverbiales d'étymologie latine in vivo (dans le vivant) et in vitro (dans le verre). Les biologistes utilisent souvent l'expression in silico (dans le silicium) pour qualifier les calculs sur ordinateur; cependant, in silico n'évoque pas la participation de l'homme à l'univers de modèles numériques en cours d'exécution : c'est pourquoi nous lui préférons in virtuo qui, par sa racine commune, rappelle les conditions expérimentales de la réalité virtuelle.
Tisseau J., Réalité virtuelle : autonomie in virtuo, 2001

Dépassant la simple observation de l'activité du modèle numérique en cours d'exécution sur un ordinateur, l'utilisateur peut tester la réactivité et l'adaptabilité du modèle en fonctionnement, tirant ainsi profit du caractère comportemental des modèles numériques. Nous appelons ce nouveau type d'expérimentation : l'expérimentation in virtuo.

Une expérimentation in virtuo est ainsi une expérimentation conduite dans un univers virtuel de modèles numériques en interaction et auquel l'homme participe. La réalité virtuelle implique pleinement l'utilisateur dans la simulation, rejoignant ainsi l'approche de la conception participative (participory design) qui préfère voir dans les utilisateurs des acteurs humains plutôt que des facteurs humains. Une telle simulation participative en réalité virtuelle met en oeuvre des modèles de types différents (multi-modèles) issus de domaines d'expertise différents (multi-disciplines). Elle est souvent complexe car son comportement global dépend autant du comportement des modèles eux-mêmes que des interactions entre modèles. Enfin, elle doit inclure le libre arbitre de l'utilisateur humain qui exploite les modèles en ligne.

L'expérimentation in virtuo implique ainsi un vécu que ne suggère pas la simple analyse de résultats numériques. Entre les preuves formelles a priori et les validations a posteriori, il y a aujourd'hui la place pour une réalité virtuelle vécue par l'utilisateur qui peut ainsi franchir le cap des idées reçues pour accéder à celui des idées vécues.

Nous proposons de placer cette expérimentation in virtuo au coeur du laboratoire du XXI^ème siècle afin de rendre intelligible la complexité inhérente aux systèmes, qu'ils soient naturels ou artificiels.

Microscope, téléscope : ces mots évoquent les grandes percées scientifiques vers l'infiniment petit et vers l'infiniment grand. [...] Aujourd'hui, nous sommes confrontés à un autre infini : l'infiniment complexe. Mais cette fois plus d'instrument. Rien qu'un cerveau nu, une intelligence et une logique désarmés devant l'immense complexité de la vie et de la société. [...] Il nous faut donc un nouvel outil. [...] Cet outil, je l'appelle le macroscope (macro, grand ; et skopein, observer). Le macroscope n'est pas un outil comme les autres. C'est un instrument symbolique, fait d'un ensemble de méthodes et de techniques empruntées à des disciplines très différentes. Evidemment, il est inutile de le chercher dans les laboratoires ou les centres de recherche. Et pourtant nombreux sont ceux qui s'en servent aujourd'hui dans les domaines les plus variés. Car le macroscope peut être considéré comme le symbole d'une nouvelle manière de voir, de comprendre et d'agir.
De Rosnay J., Le macroscope : vers une vision globale, 1975

Les systèmes modélisés sont de plus en plus complexes, mais aujourd'hui encore, il n'existe pas de formalisme capable de rendre compte de cette complexité. Seule la réalité virtuelle permet de vivre cette complexité. Il nous faudra donc approfondir les relations entre la réalité virtuelle et les théories de la complexité pour faire de la réalité virtuelle un outil d'investigation de la complexité, tel le macroscope que Joël de Rosnay imaginait dans les années 1970. Au terme de macroscope, nous préférons celui de virtuoscope qui rappelle que ces systèmes sont étudiées avant tout à travers les modèles que nous nous en faisons et que nous expérimentons au sein de nos laboratoires virtuels.

Ce projet de virtuoscope doit permettre à terme de mettre à la disposition des scientifiques, toutes disciplines confondues, des méthodes et des outils leur permettant l'étude de systèmes complexes au sein de laboratoires virtuels mettant en oeuvre l'expérimentation in virtuo telle que la propose la réalité virtuelle.

Mieux vaut utiliser la possibilité neuve d'un certain recul par rapport à l'impérialisme intellectuel de la science, non pour nier son importance ou son intérêt et tenter son impossible occultation, mais, au contraire, pour essayer d'enfin la voir, de loin, et lui assigner une place propre dans le paysage culturel. Il serait dérisoire de nier l'efficacité et la portée du savoir scientifique, il serait absurde de refuser l'utilisation de ses instruments de pensée. Encore faut-il décider qu'en faire.
Lévy-Leblond J.M., Aux contraires, 1996

Décrire, expliquer, prédire et simuler les comportements de systèmes complexes, naturels ou artificiels, constituent pour les scientifiques le défi majeur du XXI^ème siècle. La réalité virtuelle contribuera à relever ce défi dont les enjeux associés sont tout autant scientifiques, méthodologiques et technologiques que sociétaux.

La science moderne poursuit le désir de connaissance qui existait déjà au néolithique. C'est évidemment plus approfondi, plus étendu, parce que nous avons d'autres concepts à notre disposition, mais le désir de connaître notre environnement est le même. Auparavent, on pensait qu'avec la loi de Newton et deux ou trois autres lois, on pouvait la comprendre. La nature était perçue comme fondamentalement simple, alors qu'aujourd'hui, on voit qu'elle est fondamentalement complexe. [...] Je me rappelle avoir lu, il y a des années, un livre du physicien américain Richard Feynmann, La nature des lois physiques. Feynmann pensait que le monde était comparable à un énorme jeu d'échecs où la complexité n'était qu'apparente et où chaque coup était simple; la règle du jeu connue, on pourrait déchiffrer le monde. Or, quoi de plus complexe qu'un proton ? Un proton est formé de quarks, les quarks interagissent par des gluons et toutes sortes de choses. La nature a cessé d'être simple.
Prigogine I., Entretien avec Ilya Prigogine, 2002

La nature a cessé d'être simple et les systèmes complexes qui la constituent - systèmes ouverts composés de nombreuses entités en interaction - sont des systèmes dynamiques en perpétuelle évolution. Leur compréhension passe par leur modélisation.

La modélisation est l'action d'élaboration et de construction intentionnelle, par composition de symboles, de modèles susceptibles de rendre intelligible un phénomène perçu complexe, et d'amplifier le raisonnement de l'acteur projetant une intervention délibérée au sein du phénomène, raisonnement visant notamment à anticiper les conséquences de ces projets d'actions possibles.

La modélisation des systèmes complexes posent alors de nombreuses questions théoriques auxquelles il faudra répondre. Quelle démarche modélisatrice adopter ? Comment expliciter dans le modèle l'intention modélisatrice ? Comment caractériser un système complexe, son organisation multi-niveaux ? Comment aborder la notion d'émergence de comportements d'ensemble à partir des comportements individuels ? Comment intégrer des modèles ayant des dynamiques spatio-temporelles différentes ? Comment prendre en compte le libre arbitre de l'homme participant à ces systèmes ? Comment confronter la singularité d'un système complexe aux exigences de reproductibilité de la démarche scientifique ? Comment valider les modèles ? Quels liens entre le réel et le virtuel ? ...

En réalité virtuelle, l'homme est dans la boucle en interaction multisensorielle avec des systèmes multi-modèles et multi-disciplines. Se posent alors 3 questions principales :

• Quelle est la place et le rôle de l'homme dans ces environnements virtuels ?
• Quelle est la place et le rôle des entités virtuelles qui évoluent au sein de ces environnements ?
• Quels dispositifs mettrent en oeuvre pour assurer des interactions quasi-naturelles entre l'homme immergé dans l'environnement et les entités qui peuplent cet environnement ?

Les réponses à ces questions, dont la liste précédente n'est pas exhaustive, nécessite de définir une nouvelle démarche méthodologique adaptée à l'étude des systèmes complexes.

Plus une science est complexe, plus il importe, en effet, d'en établir une bonne critique expérimentale, afin d'obtenir des faits comparables et exempts de causes d'erreur. [...] Pour être digne de ce nom, l'expérimentateur doit être à la fois théoricien et praticien. S'il doit posséder d'une manière complète l'art d'instituer les faits d'expérience, qui sont les matériaux de la science, il doit aussi se rendre compte clairement des principes scientifiques qui dirigent notre raisonnement au milieu de l'étude expérimentale si variée des phénomènes de la nature. Il serait impossible de séparer ces deux choses : la tête et la main. Une main habile sans la tête qui la dirige est un instrument aveugle; la tête sans la main qui réalise reste impuissante.
Bernard C., Introduction à l'étude de la médecine expérimentale, 1865

Afin d'en établir une bonne critique expérimentale, l'étude et la validation des modèles de systèmes complexes passent par leur simulation. Dans le cadre de la réalité virtuelle, la simulation devient participative et propose l'expérimentation in virtuo des modèles numériques en cours d'exécution.

L'expérimentation in virtuo doit être conduite à partir d'une modélisation multi-modèles nécessitant une cohabitation/intégration de modèles différents, tout en autorisant une analyse multi-niveaux (local/global) du système expérimenté. Elle doit permettre la dialogique cognitivisme/constructivisme entre les approches formelles et les approches expérimentales afin de valider les modèles expérimentés.

La réalité virtuelle, qui permet aux utilisateurs de vivre des activités sensori-motrices dans des mondes artificiels, vient instrumenter l'approche énactive de Varela selon laquelle la cognition n'est pas uniquement représentation mais également action incarnée : l'intelligibilité d'un système relève tout autant d'une praxis en situation que d'un pur traitement d'informations.

Chaque programme d'ordinateur est un modèle, forgé par l'esprit, d'un processus réel ou imaginaire. Ces processus, qui naissent de l'expérience et de la pensée de l'homme, sont innombrables et complexes dans leurs détails. A tout moment, ils ne peuvent être compris que partiellement. Ils ne sont que rarement modélisés d'une façon satisfaisante dans nos programmes informatiques. Bien que nos programmes soient des ensembles de symboles ciselés avec soin, des mosaïques de fonctions entrecroisées, ils ne cessent d'évoluer. Nous les modifions au fur et à mesure que notre perception du modèle s'approfondit, s'étend et se généralise, jusqu'à atteindre un équilibre métastable aux frontières d'une autre modélisation possible du problème. L'ivresse joyeuse qui accompagne la programmation des ordinateurs provient des allers-retours continuels, entre l'esprit humain et l'ordinateur, des mécanismes exprimés par des programmes et de l'explosion de visions nouvelles qu'ils apportent. Si l'art traduit nos rêves, l'ordinateur les réalise sous la forme de programmes !
Abelson H., Sussman G.J., Sussman J., Structure and interpretation of computer programs, 1985

Si l'art traduit nos rêves, l'ordinateur les réalise sous la forme de programmes et, afin de les expérimenter in virtuo, il faut les instrumenter. Le virtuoscope, qui vient instrumenter les modèles numériques de la réalité virtuelle, doit bien entendu disposer d'une infrastructure informatique importante, véritable paillasse virtuelle du XXI^ème siècle. L'élaboration de cette paillasse virtuelle doit assurer en temps réel, de manière fiable et quasi-naturelle, une interopérabilité des systèmes pour permettre la réalisation d'expériences sensori-motrices crédibles sur des systèmes multi-modèles et multi-disciplines.

Ainsi, nous pourrons disposer de nouveaux outils autorisant une activité collective en environnements virtuels, à moindre risque et à moindre coût. Les utilisateurs du virtuoscope pourront alors s'extraire de leurs propres espaces spatio-temporels pour interagir et participer au sein d'un même univers virtuel à une vie artificielle simulant le réel ou l'imaginaire du modélisateur.

Les mondes virtuels doivent être réalisés, c'est-à-dire qu'on doit s'efforcer de mettre au jour ce qui est virtuellement présent en eux, à savoir les modèles intelligibles qui les structurent et les idées qui les animent. La "vertu fondamentale" des mondes virtuels est d'avoir été conçus en vue d'une fin. C'est cette fin qu'il faut réaliser, actualiser, que l'application soit industrielle, spatiale, médicale ou artistique, ludique ou philosophique. Les images du virtuel doivent nous aider à révéler la réalité du virtuel, qui est d'ordre intelligible, et d'une intelligibilité proportionnée à la fin poursuivie, théorique ou pratique, utilitaire ou contemplative.
Quéau Ph., Le virtuel, vertus et vertiges, 1993

La "vertu fondamentale" des mondes virtuels est d'avoir été conçus en vue d'une fin. En effet, la compréhension des systèmes complexes et leur expérimentation instrumentée au sein du virtuoscope doivent permettre de maîtriser la complexité dans toutes ses dimensions sociétales.

• Au niveau technologique (aide à la conception, maquette virtuelle, simulation...), l'expérimentation in virtuo des maquettes virtuelles intervient à chaque étape de la vie d'un nouveau produit - du rasoir jetable à la centrale nucléaire - : de l'idée d'un produit à son démantèlement éventuel en passant par sa conception, son prototypage, et sa maintenance.
• Au niveau culturel (musée virtuel, théâtre virtuel, fiction interactive, arts participatifs...), l'expérimentation in virtuo place le spectateur au coeur de l'oeuvre, lui permettant de devenir acteur et créateur (cré-acteur).
• Au niveau éducatif (environnements virtuels de formation, préparation de missions en milieux hostiles...), l'expérimentation in virtuo redonne toute leur place aux apprentissages des savoir-faire et des savoir-être.
• Au niveau de la santé (actes chirurgicaux, thérapies, bio feedback...) l'expérimentation in virtuo autorise une participation active des patients, en pleine coopération avec les soignants.
• Au niveau politique (aide à la décision pour l'urbanisme, pour la sécurité civile, pour la protection de l'environnement ...), l'expérimentation in virtuo permet aux décideurs de mieux appréhender les différents scénarii envisagés, et de tester différentes possibilités en agissant dans l'environnement virtuel. En réalité virtuelle, la décision devient ainsi simulation de l'action comme le propose le neurophysiologiste Alain Berthoz.
  La décision n'est donc pas seulement raison, elle est aussi action. Ce n'est jamais un processus purement intellectuel, un jeu logique que l'on peut mettre en équation. Une décision implique une réflexion, bien sûr, mais elle porte déjà en elle, tout en intégrant les éléments du passé, l'acte sur lequel elle débouche.
  Berthoz A., La décision, 2003

Ces quelques exemples, choisis parmi d'autres, illustrent clairement l'importance des enjeux liés à la compréhension, à l'étude, à l'expérimentation, à l'instrumentation et à la maîtrise des systèmes complexes. L'expérimentation in virtuo en réalité virtuelle apparaît alors comme un des moyens de mieux appréhender cette complexité.

Il faudra dissiper deux illusions qui détournent les esprits du problème de la pensée complexe. La première est de croire que la complexité conduit à l'élimination de la simplicité. La complexité apparaît certes là où la pensée simplifiante défaille, mais elle intègre en elle tout ce qui met de l'ordre, de la clarté, de la distinction, de la précision dans la connaissance. Alors que la pensée simplifiante désintègre la complexité du réel, la pensée complexe intègre le plus possible les modes simplifiants de penser, mais refuse les conséquences mutilantes, réductrices, unidimensionnalisantes et finalement aveuglantes d'une simplification qui se prend pour le reflet de ce qu'il y a de réel dans la réalité. La seconde illusion est de confondre complexité et complétude. Certes, l'ambition de la pensée complexe est de rendre compte des articulations entre des domaines disciplinaires qui sont brisés par la pensée disjonctive (qui est un des aspects majeurs de la pensée simplifiante); celle-ci isole ce qu'elle sépare, et occulte tout ce qui relie, interagit, interfère. Dans ce sens la pensée complexe aspire à la connaissance multidimensionnelle. Mais elle sait au départ que la connaissance complète est impossible : un des axiomes de la complexité est l'impossibilité, même en théorie, d'une omniscience.
Morin E., Introduction à la pensée complexe, 1990

Le Centre Européen de Réalité Virtuelle se propose donc d'explorer les relations qui peuvent être tissées entre la réalité virtuelle et la modélisation des systèmes complexes.

Le CERV est un centre de recherche, lieu de rencontres interdisciplinaires, où les chercheurs de différentes disciplines et de différents établissements, construisent ensemble le virtuoscope, outil d'exploration et de compréhension des systèmes complexes. Les travaux du CERV, fondés sur l'expérimentation in virtuo, visent à répondre en partie aux questions posées par les enjeux scientifiques, méthodologiques, technologiques et sociétaux de ces recherches.