Sous le champ magnétique protecteur de la Terre, nous n’avons généralement pas à nous préoccuper des effets du rayonnement cosmique sur la santé, même si l’on sait qu’il affecte les astronautes dans l’espace et même les passagers des avions.
Mais il n’en va pas de même pour nos systèmes technologiques : de violentes tempêtes solaires peuvent causer des ravages sur les réseaux de communication de la Terre, et de nouvelles recherches montrent que même des niveaux ordinaires de rayonnement cosmique peuvent avoir un effet perturbateur sur nos appareils personnels.
“Il s’agit d’un problème très important, mais il est pratiquement invisible pour le public”, explique l’ingénieur électricien Bharat Bhuva, de l’université Vanderbilt.
Pour mesurer l’ampleur du problème, Bhuva et son équipe ont pris des puces informatiques de 16 nanomètres – le type utilisé dans de nombreux PC grand public d’aujourd’hui – et les ont exposées à un faisceau de neutrons, dans le but de reproduire ce qui se passe lorsque le rayonnement cosmique pénètre dans notre atmosphère.
Lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec le champ magnétique terrestre, ils créent des cascades de particules secondaires – notamment des neutrons, des muons et des pions énergétiques.
Des millions de ces particules frappent notre corps chaque seconde et, bien qu’on ne pense pas qu’elles aient un quelconque effet sur notre santé, elles peuvent interférer avec le fonctionnement des circuits microélectroniques.
En particulier, lorsqu’elles interagissent avec les circuits intégrés, elles peuvent modifier ou “retourner” des bits de données stockés en mémoire – un phénomène appelé ” single-event upset” (SEU).
La plupart du temps, un tel événement ne pose pas de problème majeur. Une application fonctionnant sur votre smartphone ou votre PC peut avoir un problème et faire une erreur de calcul, mais vous ne le remarquerez probablement pas plus d’un instant.
Mais dans certains cas, les UES peuvent avoir des conséquences dramatiques et potentiellement lourdes.
En 2003, un “bit flip” dans une machine à voter électronique belge a donné 4 096 voix supplémentaires à un candidat, avant que l’erreur ne soit découverte.
Plus inquiétant encore, en 2008, le système avionique d’un avion de ligne de la compagnie Qantas a mal fonctionné en raison d’une UES présumée, entraînant l’avion dans un brusque piqué qui a blessé environ un tiers des passagers à bord.
Les recherches de M. Bhuva ont été financées par un certain nombre d’entreprises de microélectronique et les résultats sont exclusifs, ce qui signifie qu’il est peu probable qu’ils soient publiés prochainement.
Mais lors d’une présentation des principales tendances des résultats lors d’une réunion de l’American Association for the Advancement of Science à Boston vendredi dernier, il a expliqué qu’à mesure que la technologie progresse et que les transistors deviennent de plus en plus petits, la probabilité d’UES dues aux rayons cosmiques augmente.
“[Les] fabricants de semi-conducteurs sont très préoccupés par ce problème, car il s’aggrave à mesure que la taille des transistors dans les puces d’ordinateur diminue et que la puissance et la capacité de nos systèmes numériques augmentent”, explique M. Bhuva.
“En outre, les circuits microélectroniques sont partout et notre société en est de plus en plus dépendante.”
En fin de compte, les transistors plus petits sont plus vulnérables aux particules énergétiques, car ils nécessitent moins de charge électrique pour représenter un bit logique – ce qui signifie qu’ils basculent plus facilement entre les états binaires (de 0 à 1, ou vice versa) lorsqu’ils sont frappés par les rayons cosmiques.
D’autre part, les transistors d’aujourd’hui sont plus petits que jamais, de sorte qu’ils sont moins susceptibles d’être frappés par des particules énergétiques volantes. Les transistors contemporains sont également assemblés en 3D, ce qui contribue à les rendre moins sensibles individuellement aux UES.
Mais comme les puces informatiques d’aujourd’hui comprennent un nombre beaucoup plus élevé de ces petits transistors, au niveau du dispositif, le risque qu’une UES se produise est plus grand que jamais, explique M. Bhuva.
Alors, quelle est la solution ? Malheureusement, il n’est pas possible de protéger les puces des particules d’énergie, car il faudrait plus de 3 mètres de béton pour empêcher les transistors d’être touchés. Selon M. Bhuva, la solution consiste à ce que les fabricants de dispositifs conçoivent des systèmes comprenant trois processeurs au lieu d’un seul. Dans les rares cas où deux puces vous disent une chose et la troisième une autre, la majorité l’emporte, car le troisième résultat erroné serait probablement dû à un SEU.
En comblant cette lacune, nos appareils fonctionneront plus facilement que jamais, mais en attendant, il n’est pas nécessaire de perdre le sommeil à l’idée que votre smartphone soit touché par une particule malveillante.
“C’est un problème majeur pour l’industrie et les ingénieurs”, explique M. Bhuva, “mais le grand public n’a pas à s’en inquiéter outre mesure.”
Les résultats ont été présentés lors de la réunion annuelle de l’American Association for the Advancement of Science à Boston vendredi dernier.