Après 25 ans passés à l’étranger, le chercheur Patrick Charbonneau revient dans son Montréal natal grâce à une chaire de recherche du Canada Eddie Goldenberg dotée d’un budget de huit millions de dollars sur huit ans qu’il a obtenue à l’Université de Montréal. Anciennement regroupées dans le programme Impact+, ces chaires ont été créées pour attirer au Canada des chercheurs et des chercheuses d’exception qui font carrière à l’extérieur du pays.
Avec sa famille, il se dit très excité de rentrer à Montréal – il a grandi à Ahuntsic et ses parents y vivent toujours – alors que l’expertise qui fait le pont entre la chimie et la physique acquise au cours de sa carrière à l’international est maintenant très recherchée avec la création de l’Institut Courtois.
Comprendre l’IA générative et l’améliorer
L’un des grands défis sur lesquels travaillera sa chaire: comprendre l’intelligence artificielle (IA) à l’aide des notions de physique statistique.
«L’un des grands problèmes, c’est que nous ne comprenons pas vraiment pourquoi les modèles génératifs de l’IA fonctionnent aussi bien, explique le chercheur de 47 ans. Par exemple, nous ne comprenons pas leurs limites. En sachant mieux comment une architecture fonctionne, nous saurons quand nous attendre à ce qu’elle échoue.»
Sa proposition est donc de prendre des modèles simples très bien connus en physique statistique pour les utiliser comme tests. «En essayant avec l’approche générative d’apporter des réponses aux problèmes soumis, nous verrons tout de suite si l’IA fait une erreur et pourquoi, ajoute celui qui a fait son doctorat à l’Université Harvard. L’objectif est de pousser ces outils dans leurs derniers retranchements pour ensuite les améliorer et pouvoir les employer pour des problèmes plus complexes.»
Quel est le lien avec les matériaux? «En physique statistique, on comprend mal la matière frustrée, indique celui qui en a fait une spécialité. Un peu comme lorsqu’on regarde les relations entre les personnes, il y a des matériaux qui ont des interactions défavorables qui influencent l’organisation de la matière. C’est central en physique statistique de comprendre comment ces systèmes fonctionnent et, en ce moment, les outils que nous avons pour le faire ne sont pas très performants.»
Pour relever ce défi, il embauchera des gens d’ici et de l’étranger pour travailler en collaboration notamment avec Mila – l’Institut québécois d’intelligence artificielle –, Samsung AI Lab Montréal et l’industrie des matériaux via PRIMA Québec.
Collaborateur d’un nobélisé
La réputation de Patrick Charbonneau n’est plus à faire dans son domaine. Celui qui a obtenu un poste à l’Université Duke, en Caroline du Nord, en 2008 après un stage postdoctoral à Amsterdam a même été cité deux fois par le comité du prix Nobel qui a primé le physicien italien Giorgio Parisi en 2021.
«Spécialiste des systèmes complexes depuis la fin des années 1970, il a conçu des outils d’analyse très influents dans différents champs d’études, dont les mathématiques, l’informatique, la physique et les matériaux, dit le chercheur. Il travaille avec le physicien Francesco Zamponi, avec qui je collabore depuis mes premières années à l’Université Duke, et nous avons joint nos expertises pour nous pencher sur les verres et d’autres matériaux désordonnés. Nous avons élaboré une approche numérique qui a permis de résoudre rapidement plusieurs problèmes relatifs à la transition de blocage et à la dynamique vitreuse.»
Une fascination pour les matériaux
Celui qui a fait partie des Petits Chanteurs du Mont-Royal et obtenu un diplôme d’études collégiales en sciences, lettres et arts s’est toujours intéressé à toutes sortes de sujets. Il pensait étudier en histoire jusqu’à ce qu’il se découvre une fascination pour les matériaux. «Je voulais comprendre comment la matière était assemblée, se souvient-il. Puis, j’avais de la facilité en sciences et en mathématiques.»
Patrick Charbonneau a même remporté un concours de l’Association mathématique du Québec, ce qui lui a permis de participer à un camp d’été à l’UdeM où différents membres de l’équipe professorale donnaient des minicours. Il se voyait déjà devenir professeur d’université.
Ayant pris part à des camps d’été anglophones lorsqu’il était enfant, il a choisi d’étudier à l’Université McGill parce que c’était celle qui lui offrait la meilleure bourse d’excellence. Il y a fait une majeure avec mention en chimie et une mineure en informatique.
Ayant occupé divers emplois d’été – il a même pelleté du fumier dans une ferme porcine –, il a eu envie au baccalauréat de travailler sur des projets de recherche. Il a ainsi obtenu une bourse du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada pour travailler en chimie théorique à l’Université McGill et, l’été suivant, il a été embauché par Henry F. Schaefer III à l’Université de Géorgie dans la ville d’Athens (UGA) grâce à un financement de la National Science Foundation.
«Dans les deux cas, j’ai été publié», précise-t-il.
Patrick Charbonneau a ensuite vu s’ouvrir les portes d’universités américaines prestigieuses. «Ce fut le premier des trois refus que j’ai eus de l’Université de Californie à Berkeley, raconte-t-il avec autodérision. En revanche, j’ai été accepté au MIT [Massachusetts Institute of Technology], à Harvard et à l’UGA. Je suis parti en voiture avec mon père un jeudi soir pour visiter les campus à Boston et j’ai choisi Harvard.»
Des objets de recherche variés
Celui qui donne maintenant des cours principalement en physique, même si sa formation est en chimie, a aussi un petit côté givré. Il a publié une série d’articles scientifiques ces dernières années sur l’histoire de la confiserie, plus particulièrement du sucre à la crème.
L’idée lui en est venue lorsqu’on lui a demandé d’écrire un chapitre de livre sur la gastronomie moléculaire. Puisqu’il donnait un cours en science de la cuisine dans lequel il aimait beaucoup faire un laboratoire sur le sucre à la crème pour illustrer des concepts fondamentaux en chimie physique, il a proposé ce sujet.
«Mais c’est une recette peu connue sur la planète, puisque c’est une particularité du Nord-Est francophone, souligne-t-il. Je devais donc expliquer ce que c’est. Je pensais que ce serait simple de trouver la bonne référence à citer. Puis, j’ai réalisé qu’énormément de gens avaient formulé des hypothèses sur l’origine du sucre à la crème, mais qu’aucune n’était soutenue par des preuves historiques.»
Il s’est dit qu’il allait prendre quelques semaines pour creuser la question. Il lui aura fallu six ans pour boucler ses recherches et en publier le résultat.
Des valeurs inconciliables avec le climat social américain
S’il se réalise pleinement dans son travail, c’est lui qui a levé la main pour revenir à Montréal lorsqu’il a vu le programme fédéral de chaires de recherche. Ce n’est pas sans lien avec le climat social actuel aux États-Unis. Il précise d’abord n’avoir jamais eu de fascination particulière pour ce pays.
«J’y suis allé pour les études et Harvard est un milieu universitaire extraordinaire en termes de plateforme pour rencontrer des gens, observe-t-il. Puis, j’aimais tout l’idéal démocratique des États-Unis qui se traduit par l’importance qu’on accorde à l’éducation, aux bibliothèques publiques, au service d’information public avec notamment NPR et PBS, qui sont d’une qualité incroyable. Toutes ces choses qui me plaisent et qui font partie de l’identité intellectuelle américaine sont systématiquement attaquées par l’administration actuelle.»
Avec sa conjointe québécoise, il a deux jeunes enfants et le couple est de plus en plus sensible aux changements qui se produisent au sud de la frontière. Il a entre autres remarqué que les nombreux enfants et leurs parents latino-américains qui, normalement, attendent l’autobus scolaire ont presque tous disparu en début d’année.
«Cette anecdote illustre bien l’inconfort que nous pouvons ressentir, témoigne-t-il, ému. Ce n’est pas correct, ce qui se passe. Veut-on être témoins de ça? Et les critiques diront que quiconque n’agit pas est complice. Mais comment agir sans s’attirer trop de problèmes? Nous votons à chaque élection. Il reste que c’est dur d’être au beau milieu de tout ça.»
C’est donc avec énormément d’enthousiasme que la petite famille s'installera à Montréal en juin 2027. «J’adore les transports en commun, donc nous avons mandaté un agent d’immeuble pour qu’il nous trouve une maison près d’une station de métro», signale-t-il.
C’est aussi, pour lui, un beau revirement dans sa carrière. Dans l’espoir de travailler à l’UdeM, il avait contacté le professeur Normand Mousseau vers la fin de son postdoctorat. «Il m’avait dit que je ne serais pas embauché en physique alors que j’avais été formé en chimie, se souvient-il. Vingt ans plus tard, j’ai recommuniqué avec lui et il m’a dit que c’était exactement mon profil qu’on cherchait pour faire le pont entre les deux domaines à l’Institut Courtois, qui est spécialisé dans les matériaux. Aujourd’hui, c’est probablement l’un des meilleurs endroits au monde pour accomplir mon travail. J’ai une chance inouïe.»
