Annoncés en grande pompe en novembre dernier par des chercheurs de Google DeepMind, ces 400 000 nouveaux matériaux ont été étudiés par de vrais chimistes et leurs résultats sont très négatifs.
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400 000 nouveaux matériaux créés par une IA ?
Dans un article de novembre 2023, nous vous parlions d’une publication venue de Google DeepMind (entité issue des fusions de DeepMind (start-up rachetée en 2014 par Google contre 628 millions de dollars) et Google Research.
Cette publication parue dans Nature se nommait « Scaling deep learning for materials discovery » et décrivait comment les chercheurs avaient réussi à créer des centaines de milliers de nouveaux matériaux grâce à l’IA.
En tout, utilisant différentes « techniques d’intelligence artificielle » et de machine learning et deep learning, les chercheurs vantaient que leurs travaux représentaient « une expansion d’un ordre de grandeur dans des matériaux stables connus de l’humanité ».
Un ordre de grandeur qui dépassait même les centaines de milliers, puiqu’ils expliquaient avoir en tout généré « plus de 2,2 millions de structures ».
Et ce sont de ces deux millions de créations IA que 400 000 structures considérées comme stables ont été répertoriées dans une base de données nommée Stable Structure. Plus de 2000 de ces nouveaux composés ont aussi été placés dans une autre base nommée GNoME Explorer.
Deux chimistes « expérimentés » ont étudié les résultats
Oui mais voilà : quelques mois après l’annonce et son effet « wahou », les scientifiques traditionnels se sont penchés sur cette publication et sur les matériaux créés par l’IA.
Et les calculs sont pas bons, Kelvin.
Dans un article publié le 8 avril dernier dans ACS, Ram Seshadri et Anthony Cheetham expliquent être partis des « affirmations audacieuses » de l’article paru dans Nature en novembre. Selon eux, celles-ci « méritent d’être examinées » de près par la « communauté traditionnelle » qui travaille dans le domaine de la chimie des matériaux.
D’autant que celle-ci a jusqu’à présent « travaillé à la découverte de nouveaux matériaux« en utilisant « l’approche de la synthèse de nouveaux composés en fonction de leur relation avec ce qui est déjà connu, avec l’expérience et la connaissance empirique servant de guides« .
En deux mots : en chimie, on ne crée pas des choses par hasard pour faire du nombre, on les crée en partant de connaissances fiables et en recherchant en conséquence des choses ayant un but ou une destination (ils citent d’ailleurs dans ce sens « la découverte de la supraconductivité à haute température et les batteries au lithium-ion »).
Les deux hommes l’affirment d’ailleurs plus clairement plus loin : « La plupart des percées ne sont pas réalisées par conception ou par sérendipité, mais en explorant les possibilités offertes par le vaste répertoire de composés déjà connus. »
Ils taclent aussi la nomenclature utilisée par les chercheurs de DeepMind : « La pratique habituelle dans ce domaine veut que les composés chimiques deviennent des matériaux lorsqu’ils font preuve d’une certaine utilité. »
D’ailleurs, dans la première base, « Les compositions ne sont souvent pas présentées d’une manière qu’un chimiste des matériaux expérimenté trouverait appropriée ou utile, et les règles habituelles de la nomenclature chimique ne sont pas non plus suivies. »
Alors, les deux chercheurs ont passé « au crible » les affirmations des chercheurs de Google DeepMind en examinant en détail un extrait « aléatoire » des matériaux trouvé dans les bases GNoME Explorer et Stable Structure « afin d’évaluer leur nouveauté ».
Une approche faites par des « chimistes expérimentateurs de matériaux ayant des décennies d’expérience dans la recherche de découverte » (Ram Seshadri et Anthony Cheetham) et qui disent cependant accueillir « favorablement » les « nouvelles approches » en matière de découverte de matériaux.
La confiance n’exclut pas le contrôle.
Et leur étude va rapidement lever quelques lièvres, et beaucoup de problèmes sérieux :
- « {…} un problème récurrent que l’on retrouve dans la base de données GNoME, à savoir que de nombreuses entrées sont basées sur l’ordre d’ions métalliques qui sont peu susceptibles d’être ordonnés dans le monde réel. »
- « Les états d’oxydation sont souvent incompatibles avec les matériaux connus, ou les caractéristiques structurelles sont obscures ou totalement inédites dans les matériaux connus. »
- À propos d’un exemple en particulier : « Aucune de ces caractéristiques ne se retrouve dans la littérature sur les composés fluorés connus, et leur existence à pression ambiante semble hautement improbable du point de vue d’un chimiste structural. »
- Un autre choque : « TbSmF30 (mp-3170019) Il défie toutes les règles habituelles de valence et contient un ordre improbable de Tb3+ et Sm3+«
- Enfin, entre des « Malheureusement, cet improbable ordre des terres rares obscurcit le fait que la structure désordonnée de (Tb/Sm)SeO 2 serait isomorphe », des « Plusieurs des nouvelles structures proposées présentent des analogues évidents, ce qui affaiblit quelque peu l’impact de leur prédiction » ou encore des « Nous considérons qu’il s’agit de prédictions dont il est très peu probable qu’elles soient confirmées« , les auteurs concluent : « Il semble y avoir d’innombrables exemples similaires dans la base de données GNoME. »
Mais les chercheurs ne s’arrêtent pas là et le constat catastrophique continue avec une nouveauté de taille : la radioactivité. Histoire de joindre l’utile à l’agréable.
Les chercheurs citent « l’actinium », une molécule « courante » dans les matériaux créés mais qui n’existe pas « en quantités utilisables dans la nature » : une tonne d’uranium produit moins d’un milligramme d’actinium. Mais surtout, quand bien même il est presque introuvable, l’actinium est « intensément radioactif ».
Et 6754 ‘matériaux’ de la base Stable Structure s’en servent, pour 27 dans la petite base GNoME. Et plus largement, il y a en tout « 18 138 ‘composés’ de ces éléments radioactifs« dans Stable Structure (comprenant « Pm », « Ac » et « Pa »). Et il existe enfin 23 529 autres entrées pour les ‘composés’ contenant « les éléments hautement radioactifs Tc, Np et Pu ».
Ce qui fait des dizaines de milliers de créations improbables mais potentiellement radioactives.
L’étude avance encore ensuite vers d’autres problématiques majeures dans les créations des chercheurs de DeepMind qui ne parleront là qu’aux chimistes les plus érudits.
Conclusion : « Aucun nouveau matériau » ni « Aucune fonctionnalité »
Mais enfin, Ram Seshadri et Anthony Cheetham concluent sans concession : « Il convient d’examiner de plus près les ‘nouveaux’ matériaux avant de les introduire dans une base de données et d’affirmer qu’il s’agit d’une « expansion d’un ordre de grandeur des matériaux stables connus de l’humanité ». »
Pire : « Nous suggérons respectueusement que les travaux ne rapporte aucun nouveau matériau mais rapporte une liste de composés proposés. À notre avis, un composé peut être qualifié de matériau lorsqu’il présente certaines fonctionnalités et, par conséquent, a une utilité potentielle. Aucune fonctionnalité n’ayant été démontrée pour les 384 870 compositions de la base de données Stable Structure, ils ne peuvent pas encore être considérés comme des matériaux. »
Mais ils nuancent : « Bien que l’analyse ci-dessus puisse sembler critique, nous pensons que bon nombre de nos points pourraient être adoptés dans la prochaine version des travaux des chercheurs. »
Enfin, si vous souhaitez briller à l’avenir par vos connaissances fictives de chimiste, vous pouvez citer « la cinquième règle de Pauling, la règle de parcimonie. le nombre d’unités géométriques que la nature utilise pour assembler les cristaux est assez limité et s’appuie fortement sur un petit nombre de motifs polyédriques récurrents tels que les tétraèdres ou les octaèdres. »
Retrouver la publication complète à ce lien.
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