Comment Pékin a transformé une cimenterie en pôle mondial des mathématiques

De l’usine à un campus au bord du lac Yanqi

À la périphérie nord de Pékin, une ancienne cimenterie abrite aujourd’hui un centre de mathématiques florissant. Le Beijing Institute of Mathematical Sciences and Applications, connu sous le nom de Bimsa, se trouve au bord du lac Yanqi, avec vue sur les montagnes et, par temps clair, un aperçu de la Grande Muraille. À l’intérieur, des équipes de recherche se réunissent dans des salles lumineuses pour étudier la géométrie, l’algèbre, les champs quantiques et la théorie des cordes. Le cadre est paisible, mais les ambitions sont grandes. L’institut est devenu un lieu de rencontre pour des mathématiciens de nombreux pays, qui y trouvent du temps, des collaborateurs et des ressources pour s’attaquer à des problèmes difficiles.

Bimsa s’est développé rapidement. Il emploie plus de 200 chercheurs à temps plein, dont environ un tiers viennent de l’étranger. Des mathématiciens de pays en conflit, notamment d’Ukraine et de Russie, travaillent côte à côte et partagent les tableaux noirs. L’attrait est évident pour les chercheurs en visite, qui décrivent une activité d’une ampleur rare, une grande diversité disciplinaire et une forte concentration de compétences sur un même campus.

L’institut est financé conjointement par la municipalité de Pékin et l’université Tsinghua. Ce modèle de financement permet de proposer des rémunérations compétitives aux chercheurs confirmés comme aux jeunes chercheurs. Selon les documents de l’institut et ses offres de recrutement, les salaires vont de 700 000 à 3,5 millions de yuans par an. Ces ressources s’accompagnent d’une organisation qui réduit au minimum les tâches administratives, afin que les enseignants-chercheurs consacrent l’essentiel de leur temps à la recherche et aux séminaires.

Cette vision porte la marque de son doyen et président fondateur, Shing-Tung Yau, lauréat de la médaille Fields, dont les travaux ont profondément renouvelé la géométrie différentielle et la physique mathématique. Sa renommée internationale a contribué à attirer des chercheurs chevronnés et de jeunes talents, tout en reliant Bimsa à un réseau mondial d’instituts et de conférences.

Qu’est-ce que Bimsa et comment fonctionne-t-il ?

Bimsa se présente comme un campus de recherche ouvert, consacré aux mathématiques fondamentales comme aux mathématiques appliquées. Environ la moitié de l’institut se consacre aux mathématiques appliquées, un quart aux mathématiques pures et le reste à des domaines transversaux comme l’intelligence artificielle et la science des données. Le campus accueille régulièrement des séminaires, des ateliers et des groupes de lecture qui favorisent les collaborations entre équipes et disciplines.

Une recherche diversifiée à grande échelle

Les travaux couvrent la géométrie algébrique, la topologie algébrique, l’analyse et la géométrie, la théorie des nombres, la physique mathématique et la relativité générale, les champs quantiques et les cordes, les symétries quantiques, la cryptographie, les mathématiques computationnelles, les statistiques et les probabilités. Dans le domaine appliqué, les enseignants-chercheurs travaillent sur l’apprentissage automatique, l’optimisation, les algorithmes de calcul scientifique et les modèles mathématiques de systèmes complexes, notamment dans le cadre de projets liés à l’économie numérique.

Des rencontres hebdomadaires permettent aux chercheurs de se tenir au fait des avancées réalisées en dehors de leur spécialité. Lors de ces séances, des enseignants-chercheurs de différents domaines présentent les résultats et les techniques les plus importants publiés récemment. L’objectif est de faire émerger de nouvelles idées et collaborations, et de réduire le délai entre une percée dans un domaine et son adoption dans un autre.

Le physicien théoricien sud-coréen Kimyeong Lee, qui a travaillé aux États-Unis et en Asie, a souligné l’ampleur et l’intensité des échanges quotidiens à Bimsa. Il a relevé que les grandes universités américaines disposent de vastes ressources, mais que les départements plus modestes peuvent se sentir isolés. À Bimsa, a-t-il expliqué, l’expérience quotidienne est différente.

Aux États-Unis, il y a beaucoup d’excellentes universités, mais les établissements plus modestes offrent parfois des possibilités limitées. À Bimsa, les échanges sont omniprésents.

Enseignement et vivier de talents

De nombreux chercheurs de Bimsa enseignent également au Qiuzhen College de l’université Tsinghua, qui a ouvert ses portes en 2021 pour former des étudiants se destinant à une carrière dans la recherche en mathématiques. Les enseignants décrivent des étudiants très motivés, qui assimilent rapidement de nouvelles notions, signe que Pékin se constitue un vivier solide de futurs enseignants-chercheurs et spécialistes de l’industrie.

Le mathématicien russe Semen Artamonov, qui enseigne à l’institut, a décrit simplement le rythme des cours.

C’est comme s’ils connaissaient déjà le programme et qu’ils étaient venus pour approfondir des notions de niveau avancé.

Une scène mondiale : le Congrès international des sciences fondamentales

Depuis 2023, Bimsa accueille le Congrès international des sciences fondamentales, une rencontre de deux semaines qui réunit des lauréats de la médaille Fields, du prix Turing et du prix Nobel, ainsi que des chercheurs en mathématiques, en physique et en informatique. Le programme comprend des conférences, des tables rondes et des cérémonies de remise de prix qui récompensent des articles marquants et l’ensemble d’une carrière. Parmi les organisateurs et les membres des comités figurent des personnalités de premier plan des mathématiques et de la physique.

Le congrès décerne les prix Frontiers of Science, qui distinguent des articles remarquables publiés ces dernières années en mathématiques, en physique théorique et en informatique. Parmi les lauréats du premier congrès figuraient les mathématiciens Máté Matolcsi et László Végh, dont les travaux ont suscité un vif intérêt dans leurs domaines, notamment grâce à des avancées sur des problèmes de longue date et à des percées algorithmiques. Des distinctions pour l’ensemble d’une carrière ont été attribuées à des chercheurs dont les contributions ont façonné des branches entières de la recherche.

Le physicien théoricien iranien Mohammad Hossein Yavartanoo, aujourd’hui professeur à Bimsa, a décrit simplement l’ampleur de l’événement.

C’était un événement d’une ampleur considérable. Je n’avais jamais rien vu de pareil nulle part dans le monde.

Des rencontres comme le congrès permettent aux jeunes chercheurs d’accéder directement et de manière intensive aux grands noms de leur domaine. Elles renforcent aussi la culture du campus, qui privilégie les séances ouvertes de résolution de problèmes et les cours intensifs. Pour Bimsa, elles indiquent également à la communauté scientifique internationale que Pékin entend devenir un carrefour de la recherche fondamentale, et pas seulement des projets appliqués aux retombées commerciales immédiates.

Collaborer sans frontières en temps de conflit

À Bimsa, les mathématiciens de pays par ailleurs en froid collaborent au quotidien. L’institut a tenu à accueillir des chercheurs ukrainiens et russes et a étendu cet esprit d’ouverture à ses partenariats institutionnels. Le projet Géométrie et physique, lancé avec l’université HSE de Moscou, en est un exemple. Cette initiative conjointe porte sur la symétrie miroir homologique et la géométrie algébrique birationnelle. La coopération a donné lieu à des conférences à Pékin et à Moscou, selon des formats hybrides réunissant des chercheurs chevronnés et en début de carrière.

En novembre 2024, une conférence conjointe consacrée à la géométrie algébrique et à la physique mathématique a réuni plus de 30 mathématiciens, dont trois lauréats de la médaille Fields parmi les intervenants. Une part importante du programme était consacrée à des doctorants et postdoctorants chinois et russes, qui ont présenté leurs nouveaux travaux et bénéficié des conseils de chercheurs chevronnés. L’approche consiste à faire naître des collaborations de long terme grâce à des rencontres récurrentes et à des projets communs, plutôt qu’à des visites ponctuelles.

Valery Gritsenko, directeur du laboratoire international de HSE consacré à la symétrie miroir et aux formes automorphes, a résumé l’apport pédagogique de ces programmes pour les chercheurs en début de carrière.

Ce fut une formidable expérience d’apprentissage pour la nouvelle génération de mathématiciens.

Pour les chercheurs, l’attrait tient autant au temps disponible qu’aux talents présents. Le mathématicien ukrainien Yevgen Makedonskyi a souligné la liberté de se concentrer sur ses travaux qu’il a trouvée sur le campus du lac Yanqi.

Bimsa est l’un des rares endroits au monde où je peux faire des maths sans presque me soucier d’autre chose.

Financement, rémunérations et course aux talents

Les rémunérations et les moyens mis à disposition par Bimsa l’aident à attirer des chercheurs de renom et de jeunes enseignants-chercheurs prometteurs. Les appels publics à candidatures indiquent des salaires annuels allant de 700 000 à 3,5 millions de yuans, auxquels s’ajoutent des moyens de recherche, une aide au logement et des possibilités de financement. L’institut continue d’étoffer ses équipes et ses postes, du postdoctorant au professeur.

Le cadre du campus est également un facteur d’attraction. La proximité du Yau Mathematical Sciences Center de l’université Tsinghua favorise le partage de séminaires, l’encadrement conjoint d’étudiants et les projets entre campus. Situé près des montagnes, le site offre un environnement calme propice à la recherche, tandis que le parc scientifique de Huairou, tout proche, est devenu un pôle d’instituts et de laboratoires consacrés aux sciences fondamentales.

Depuis une dizaine d’années, la Chine accroît les moyens consacrés à la recherche fondamentale, tandis que ses universités progressent dans les classements en sciences naturelles et en ingénierie et que de nouveaux programmes philanthropiques de long terme voient le jour en faveur des sciences fondamentales. Le secteur dépend encore largement des financements publics, mais les programmes non étatiques gagnent en visibilité. Ces tendances permettent à des instituts comme Bimsa de planifier des programmes pluriannuels en mathématiques pures et appliquées et de recruter à l’international avec des offres compétitives.

Pourquoi les mathématiques, l’IA et l’industrie convergent

À l’ère de l’IA, nombre des problèmes les plus complexes exigent une approche mathématique. Wu Rongling, directeur adjoint de Bimsa, a fait valoir que la maîtrise de l’IA avancée dépend de bien plus que de l’augmentation des jeux de données ou de la puissance de calcul. Il relie les objectifs de recherche de l’institut aux ambitions stratégiques plus larges de la Chine dans le domaine des technologies.

Selon Wu, une solide base en mathématiques est indispensable pour développer de manière autonome des cadres et des outils d’IA. Il a résumé son argument ainsi :

Ce n’est qu’en maîtrisant nous-mêmes les mathématiques que nous pourrons développer nos propres cadres d’IA.

L’IA moderne s’appuie sur l’algèbre linéaire, les probabilités et l’optimisation. Ces outils constituent un point de départ, mais de nombreux problèmes industriels et scientifiques reposent sur des structures que les modèles classiques ne prennent pas en compte. Les contraintes rigides en dynamique moléculaire, les symétries et les lois de conservation en physique, ou encore les contraintes topologiques dans les matériaux, par exemple, sont difficiles à apprendre sans structure mathématique pour les guider. Lorsque ces structures sont intégrées à l’architecture des modèles et aux objectifs d’entraînement, les systèmes peuvent être plus efficaces avec moins de données et moins fragiles.

Pour Wu, le défi actuel tient au fossé entre la complexité des problèmes du monde réel et la simplicité de nombreux modèles déployés. Selon lui, l’étape suivante consiste à intégrer les mathématiques avancées au cœur des systèmes d’IA afin de prendre en compte ces contraintes et de réduire les besoins en calcul considérables qu’impose souvent un entraînement par la force brute.

L’IA utilise aujourd’hui des mathématiques élémentaires, mais les problèmes du monde réel sont complexes. Les problèmes complexes exigent des outils complexes.

Les retombées concrètes pourraient inclure une découverte plus rapide de médicaments grâce à une meilleure modélisation moléculaire, des prévisions plus fiables pour le climat et les systèmes fluides, ou encore une conception améliorée en science des matériaux et en ingénierie. Ces domaines rejoignent les intérêts de plusieurs équipes de Bimsa et les programmes appliqués de Tsinghua et de ses établissements partenaires.

Vulgarisation, musées et dialogue avec le public

Bimsa cherche à développer une culture de la recherche dès le plus jeune âge. Des enseignants-chercheurs participent à des concours étudiants, à des camps d’été et à des ateliers thématiques organisés par le Yau Mathematical Sciences Center de Tsinghua. Le campus a inauguré le musée des mathématiques du lac Yanqi, qui propose aux élèves et aux visiteurs des expositions interactives expliquant des idées fondamentales et des problèmes célèbres. L’objectif est de rendre les mathématiques pures plus accessibles et d’inspirer de futurs chercheurs.

Dans le domaine appliqué, les laboratoires de Bimsa ont mené des projets avec des partenaires industriels et gouvernementaux. Parmi ceux-ci figurent des travaux sur des indices et des modèles de l’économie numérique, où les méthodes de mesure et les outils statistiques jouent un rôle important pour les politiques publiques et les entreprises. Ces programmes permettent aux étudiants de se confronter à des jeux de données réels et à leurs contraintes, tout en ancrant la recherche dans les principes fondamentaux.

Les défis à surveiller

La montée en puissance rapide de Bimsa s’accompagne aussi de difficultés. La coopération scientifique internationale reste confrontée aux tensions politiques, aux contrôles à l’exportation et aux obstacles liés aux visas. Les conférences, les laboratoires communs et les échanges d’étudiants ont besoin de canaux stables et de règles prévisibles pour maintenir leur dynamique. La diplomatie universitaire plus large de Pékin a permis à l’institut de nouer des partenariats, notamment avec des universités d’Asie et d’Europe, mais préserver cette ouverture exige une attention constante.

La direction du campus accorde une grande importance à la protection des chercheurs contre les lourdeurs administratives et les ingérences politiques. Maintenir ce cap tout en développant l’institut mettra sa gouvernance interne à l’épreuve. Recruter des enseignants-chercheurs aux profils divers, intégrer les nouveaux venus et trouver un équilibre entre recherche pure et recherche appliquée à grande échelle sont autant de défis concrets liés à la croissance.

La stabilité des financements est un autre facteur déterminant. Les budgets publics ont soutenu le développement de l’institut, et de nouveaux programmes philanthropiques en Chine renforcent le financement de la recherche fondamentale au moyen de subventions pluriannuelles. Une base de financeurs plus large, engagés sur le long terme, faciliterait la planification des campagnes de recrutement, des grandes conférences et des projets de longue durée, qui ne cadrent pas avec des financements annuels ou de courte durée.

À retenir

• Dans le nord de Pékin, Bimsa a transformé une ancienne cimenterie en un campus de mathématiques dynamique qui compte plus de 200 chercheurs à temps plein et accueille une forte présence internationale.
• L’institut est soutenu par la municipalité de Pékin et l’université Tsinghua et propose des rémunérations compétitives qui l’aident à attirer des talents du monde entier.
• La recherche couvre les mathématiques pures et appliquées, ainsi que des travaux interdisciplinaires dans des domaines comme l’IA, la science des données et la physique mathématique.
• Depuis 2023, Bimsa accueille le Congrès international des sciences fondamentales, une grande rencontre de chercheurs de premier plan qui comprend la remise des prix Frontiers of Science.
• Des partenariats, dont le projet Géométrie et physique avec l’université HSE, favorisent l’organisation de conférences conjointes et de programmes de formation pour les chercheurs en début de carrière.
• Les dirigeants de l’institut soulignent qu’une solide base en mathématiques est essentielle pour progresser de manière autonome dans l’IA et modéliser des problèmes complexes du monde réel.
• Les programmes de vulgarisation, un musée des mathématiques et des concours étudiants contribuent à former les futurs chercheurs et à rapprocher théorie pure et dialogue avec le public.
• Les principaux défis consistent à préserver l’ouverture de la coopération internationale, à garantir l’indépendance de la recherche et à diversifier les sources de financement à long terme.