Dans un livre blanc, Christophe Rosol, Benjamin Steininger, Jürgen Renn et Robert Schlögl soulignent l'importance de la numérisation dans l'Anthropocène et décrivent le contexte et les objectifs du nouveau domaine de recherche de la géoanthropologie. Les chercheurs visent à analyser le changement global dans une approche interdisciplinaire globale des sciences naturelles, sciences humaines et techniques, développer des perspectives pour la conservation de l'habitat de la Terre.

Nous vivons un moment de transitions profondes, un moment où la dynamique accélérée du changement planétaire devient de plus en plus perceptible. Les actions humaines ont atteint des dimensions comparables aux processus naturels du système Terre et auront des effets biophysiques durables d'importance géohistorique. Ces changements sont de plus en plus interprétés comme des signes que nous sommes entrés dans une nouvelle ère géologique :l'Anthropocène.

Les taux de changement accélérés dans nos sociétés hautement technologiques et axées sur le savoir sont directement liés aux développements dirigés par l'homme. Les progrès rapides de la science et de l'ingénierie, dans le système énergétique et sur les marchés du travail, les changements dramatiques dans l'économie mondiale et aussi l'économie politique - mais aussi l'impact direct des nouvelles formes de réglementation et du droit international - affectent de plus en plus les fonctions métaboliques des habitats naturels à l'échelle mondiale.

Un élément très puissant mais souvent négligé de cette incursion à l'échelle du système est la transformation numérique. Les technologies numériques marquent non seulement un changement profond dans le domaine socio-économique et culturel, mais occupent également un rôle crucial dans la première entrée et maintenant l'occupation de l'Anthropocène. À la fois déclencheur et indicateur de changements rapides dans l'économie mondiale, les flux de ressources et d'énergie, et la gestion des exigences et des forces sociétales complexes, la numérisation est essentielle pour comprendre la gravité de notre moment historique actuel et un pivot à travers lequel le contrôle sur les voies les plus dangereuses à venir peut être perdu ou gagné.

Un nouveau, forme intégrative de la science fondamentale devrait fournir des orientations dans les phénomènes multi-échelles mentionnés ci-dessus et devrait en outre fournir les outils pour développer des actions appropriées visant à contrôler les effets de ces développements. L'approche intégrative semble réalisable, notamment parce que le virage numérique a déjà eu de multiples effets sur la manière de faire de la science (la science y est soumise, il essaie de le comprendre et il contribue à le façonner). En ce qui concerne la compréhension actuelle de l'impact de la transformation numérique, nous sommes à peu près au même niveau de connaissances que la recherche climatique il y a 30 ans, au début de la recherche sur le système Terre et l'apparition du climat comme sujet de politique mondiale.

Pour étudier le verrouillage croissant entre les sphères naturelles et une « technosphère » densément peuplée d'appareils numériques, nous avons besoin de nouvelles formes de recherche conjointe homme-Terre qui se concentrent sur la co-évolution et la dynamique interne des interactions entre les deux domaines. De plus, une telle recherche n'est complète que lorsqu'un dialogue ouvert avec la société est inclus, dans lequel on peut réfléchir, discuter et façonner le pouvoir des instruments numériques de manière collective.

En guise d'introduction à une telle entreprise, Cet article décrit les aspects qui mettent en évidence comment les technologies numériques fonctionnent comme des médiateurs efficaces dans la transition en cours vers l'Anthropocène et donnent un aperçu historique de la façon dont elles ont atteint le rôle de mégastructure accidentelle mais très conséquente.

La profondeur historique du changement

L'information a des effets asymétriques. Les lettres et les chiffres sont un média presque sans poids, mais ils fournissent un moyen d'organiser les États, déplacer des légions et diriger des économies. Depuis les premiers exemples d'alphabétisation et de calcul, l'information a façonné les processus d'occupation des sols et d'urbanisation, cycles de production et transport longue distance. Des tablettes cunéiformes en Mésopotamie (Fig. 1), papyrus dans l'Empire romain et les codex médiévaux à la composition moderne, les signaux télégraphiques dans les câbles sous-marins ou l'infrastructure de données critiques créée dans le sillage de la finance automatisée, les médias d'information offrent des moyens de signalisation et de mobilisation toujours plus discrets de systèmes sociétaux et matériels toujours plus vastes.

L'impact des technologies de l'information sur les sociétés et les environnements physiques ne se limite donc pas aux temps modernes. Encore, l'état actuel de l'asymétrie entre l'information codée et ses effets physiques est incarné par des électrons traversant des microprocesseurs numériques qui orientent efficacement les flux de matière et d'énergie au sein d'une technosphère couvrant le globe à partir des orbites des satellites 40, 000 km au-dessus de la surface de la Terre à 10 km dans la lithosphère.

Une telle prolifération a des effets. Parallèlement à l'essor et à la diffusion des technologies numériques, il y a la « grande accélération », l'augmentation exponentielle des indicateurs clés des tendances socio-économiques et du système terrestre depuis environ 1950 (Fig. 2). Dans la seconde moitié des années 1940, une révolution en quatre parties a eu lieu dans la théorie de l'information (Claude Shannon), conception informatique logique (John von Neumann), physique des semi-conducteurs (William B. Shockley et Walter H. Brattain), et la création d'un nouveau science intégrative appelée cybernétique (Norbert Wiener). Cette révolution a non seulement créé la base technique du monde numérique d'aujourd'hui, mais s'est également associée à la transformation parallèle des économies de guerre en sociétés de consommation civiles, une transition anglo-américaine du charbon au pétrole, et une forte augmentation des indicateurs socio-économiques clés tels que la consommation d'énergie primaire, produit intérieur brut, la consommation d'engrais et la croissance démographique.

La révolution informatique a coïncidé avec le point d'inflexion de la Grande Accélération vers 1950, lequel, comme ça arrive, est également considéré comme le début de l'Anthropocène en tant que tel. Le Groupe de travail sur l'anthropocène du Comité international de stratigraphie, qui a pour mission d'identifier un marqueur globalement synchrone pour définir la base stratigraphique de « l'âge de l'humanité », envisage le « pic de plutonium » comme principal candidat. Le pic de plutonium est une couche marquée de radionucléides trouvée dans les sédiments et les carottes de glace à travers le monde qui résulte de l'activité frénétique des essais nucléaires qui a commencé en 1945 et a culminé en 1962.

Les premiers ordinateurs ont joué un rôle déterminant dans le développement de la bombe nucléaire. Le défi présenté aux scientifiques de Los Alamos - le site secret de la Seconde Guerre mondiale sur lequel la bombe atomique a été conçue sous la supervision de Robert Oppenheimer - était de simuler avec précision les réactions de fission, une tâche impossible sans aides informatiques (Fig. 3). Tandis qu'analogique, des ordinateurs de style carte perforée étaient encore utilisés pour calculer le grand nombre d'équations différentielles pour construire la bombe atomique, le travail à Los Alamos a contribué à stimuler le développement des ordinateurs numériques électroniques, avec beaucoup dû aux efforts théoriques de John von Neumann. Fin 1945, le tout premier problème à être exécuté sur le nouvel intégrateur numérique électronique et ordinateur (ENIAC) était un calcul critique pour le développement de la bombe à hydrogène. Les essais mondiaux massifs de cette arme thermonucléaire depuis 1952 sont la principale cause du signal de pointe de plutonium qui peut être détecté dans les strates réparties à l'échelle mondiale. La planification des scénarios pour la guerre froide qui a suivi était à nouveau largement basée sur des simulations de Monte Carlo, avec de grands ensembles de nombres aléatoires exécutés sur des ordinateurs électroniques pour guider la prise de décision basée sur les probabilités face à une impasse nucléaire entre l'Est et l'Ouest.

En bref, l'ère nucléaire – probablement la marque la plus marquante de la culture technologique du XXe siècle et maintenant considérée comme le point de départ stratigraphique de l'Anthropocène – était directement liée au début et à l'essor de l'ère numérique. Le signal nucléaire important dans les nouvelles strates apparaît également comme un effet matériel de la puissance de calcul.

Dans les recherches historiques actuelles, ces corrélations chronologiques et matérielles sont encore largement obscurcies. Un livre récent décrivant la Grande Accélération ne mentionne même pas la transformation numérique. Les recherches futures doivent, donc, examiner la pénétration et le renforcement mutuels des technologies de l'information en expansion et les taux de production et de consommation également croissants. La montée en puissance exponentielle de la connectivité des télécommunications depuis les années 1950, comme le montre l'un des graphiques de la Grande Accélération, n'est qu'un indicateur parmi tant d'autres. Les premiers ordinateurs numériques ont commencé à augmenter considérablement les capacités humaines en aidant à la gestion des connaissances dans des contextes militaires et d'ingénierie, ainsi que l'administration publique, économie, exploration des ressources, industrie, et, de grande conséquence, les sciences naturelles et sociales. L'intelligence artificielle n'est pas un concept nouveau mais a été introduite au milieu des années 1950 pour étendre les possibilités de représentation et de traitement des connaissances avec des machines. Bon nombre des premiers rêves technocratiques de cybernétique, les processus d'autonomie au sein de la société n'ont pas été réalisés. Mais avec l'essor des réseaux informatiques - notamment la conception du réseau d'agences de projets de recherche avancée (ARPANET) et les technologies Internet de base telles que la commutation par paquets et le protocole Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - une nouvelle forme de données -l'intelligence en réseau intensive s'est matérialisée aujourd'hui.

Le capitalisme numérique

Les informations qui sont partagées presque instantanément à l'échelle mondiale via les réseaux numériques ont contribué à une accélération spectaculaire de tous les processus au sein de l'économie de marché. Les marchés ont toujours été fondés sur la possession et l'échange d'informations sur les biens et la condition de leur disponibilité. Mais avec l'introduction des technologies numériques et le statut omniprésent qu'elles ont atteint, l'information est devenue l'unité de base de l'économie mondiale.

De plus, cette économie est désormais de plus en plus synonyme de déblocage, transformer, stockage, diffusion et traitement des données, comme en témoigne la montée du capitalisme des données. La nature et les structures de ces mécanismes de transformation et d'accélération et leur impact direct sur la capacité du système terrestre nécessitent des efforts de recherche hautement intégratifs.

La transformation numérique de l'économie mondiale dépasse les cas évidents de financiarisation, le négoce à haute fréquence d'actions et de produits dérivés, et les transactions en monnaie numérique. Les outils et moyens de communication numériques affectent aussi profondément le monde réel de la production agricole et industrielle, la circulation mondiale des marchandises, les hommes et la biomasse, tout en contribuant à éclairer la planification macro-économique et la prise de décision politique.

Le seul facteur qui unifie ces activités, outre leur appétit pour l'information agrégée, est l'énergie et les ressources. L'effet résultant de ce couplage est qu'une économie numérisée accélère également l'économie fossile. Des moyens d'automatiser la production et la distribution, ou pour synchroniser les flux industriels et assurer la production à la demande/à l'heure, externaliser le travail, ou pour former un marché du travail planétaire pour les micro-tâches numériques5, ne vous contentez pas simplement d'augmenter l'efficacité avec laquelle la demande est satisfaite. L'effet que toute efficacité gagnée dans un processus est susceptible de conduire à la production d'encore plus de biens et de services est souvent négligé. Cette, de nouveau, se traduit directement par une consommation de matières premières, produits et énergie. Suite, plus rapide, plus élevé – c'est la promesse et aussi la livraison des technologies de réseau numérique.

Une bonne partie de cette accélération est autocatalytique. La numérisation de l'économie réelle (« industrie 4.0 ») crée un taux exponentiel de nouvelles interfaces entre les agents numériques et réels. La complexité qui en résulte ne peut être traitée qu'à l'aide de nouveaux instruments numériques qui tendent à contribuer à de nouvelles interfaces. Un exemple de cette autocatalyse est la croissance de l'infrastructure d'administration des entreprises. Le terme « efficacité » devient lié à l'unité d'analyse; plus on interprète l'efficacité de manière systémique, plus le gain d'effets au profit du système est discutable.

Aujourd'hui, il est clair que l'efficacité sans cesse croissante de cette accélération a entraîné un changement significatif dans la création de valeur économique et l'accumulation de capital. Les plus grandes entreprises en valeur boursière aujourd'hui sont des entreprises technologiques telles qu'Apple, Amazone ou Alphabet. Ces quelques capitaines d'industrie ont créé des monopoles intelligents qui dominent de plus en plus la répartition des richesses. Leur innovation est d'être le fer de lance des déclinaisons de plateformes d'échange et de propriété de toutes sortes de données, lancer une nouvelle chaîne de valeur qui met en péril le vocabulaire de longue date de l'économie politique et sa focalisation sur le travail humain, systèmes de valeur basés sur les produits ou les services publics.

Alors que la montée du capitalisme de plate-forme a forgé une symbiose entre en ligne et hors ligne en tant que modèle commercial, la mise en œuvre de technologies en réseau telles que l'identification par radiofréquence (RFID) et l'Internet des objets aborde l'infrastructure de l'information à partir de son extrémité physique. L'Internet des objets envisage une infrastructure mondiale dans laquelle des objets physiques sont couplés à des installations informatiques omniprésentes intégrées et à des représentations virtuelles au sein d'un réseau électronique, permettant de nouvelles formes d'interaction intelligente entre ces objets. Il y a dix ans, nous avions déjà atteint un point où la connectivité des machines à Internet était plus nombreuse que la connectivité humaine. Aujourd'hui, nous examinons environ 25 milliards d'appareils connectés et leur nombre augmente de façon exponentielle.

Le monde physique, de plus en plus peuplé et pénétré d'objets intelligents, se transforme en un espace d'adressage en expansion exponentielle pour les réseaux informatisés, à tel point que l'on prétend que nous avons atteint une échelle planétaire de calcul. Selon le théoricien des médias et du design Benjamin H. Bratton, la Terre n'est que la couche la plus externe de 'The Stack', un système totalisant d'architecture de traitement de l'information qui s'étend du bit au globe.

Pas d'information sans matière et énergie

Les technologies numériques ne fournissent pas seulement l'infrastructure de base pour contrôler le métabolisme industriel, ce sont aussi des consommateurs de ressources de premier ordre. Grâce à l'imbrication de la sphère numérique avec le monde physique et les cycles réels de l'énergie et des matériaux, la communication numérique est devenue étroitement liée à la dynamique actuelle d'usure des ressources terrestres. Aucune infrastructure informatique ne peut exister sans transformation préalable de la matière et aucune information sans transformation de l'énergie.

L'asymétrie des signaux et des effets ne doit donc pas être mal interprétée. L'informatique est le contraire d'une technologie immatérielle. Même l'appareil le plus intelligent a besoin de métaux stupides. Au moins 40 éléments chimiques sont utilisés dans chaque smartphone, ce qui signifie que nous transportons environ un tiers du tableau périodique dans nos poches. Ce qui semble être une affaire presque immatérielle de zéros et de uns utilise plus d'éléments chimiques que toutes les technologies précédentes de l'histoire. De tels éléments viennent avec des « histoires de choses » respectives, qui relient le monde numérique ostensiblement propre au sale business de l'extraction des terres rares, en proie à l'exploitation humaine et environnementale. Compte tenu de leur criticité, certains de ces métaux sont produits en quantités apparemment ridiculement faibles :environ 120 tonnes de germanium sont produites par an, et environ 500 tonnes d'indium, bien que ce ne soit pas un indicateur de la quantité d'effort et de minerai requis pour produire de telles quantités.

While we have reached a point at which functional materials such as indium may impose a bottleneck on further growth if consumption rates continue, there is also a staggering amount of physical electronic waste that results from the creation, maintenance and discarding of the micro-electronic components of macro infrastructures. The material residue of technological obsolescence, often toxic, marks the final stage of the life cycle of digital devices that contributes to the growing waste layer of the technosphere.

Before they die, cependant, digital devices consume. The expanding digital economy requires a seemingly ever-growing expenditure of primary energy. Cloud computing, the Internet of Things, the operation of platforms and neural nets, all devices always switched on. The digital golem's hunger for electric power is insatiable. A telling case is the current trend to transfer economical transactions to exchanges for cryptocurrencies and smart contracts. These transactions take place through blockchain software architectures that provide a highly decentralized, autonomous arbitration space between buyers and sellers. This requires immensely energy-intensive computation to ensure the validity of each transaction.

To bring the above metaphor of appetite for energy into an interesting comparison it is worth noting that the current energy consumption of the Internet is comparable to the energy we invest in producing ammonia for fertilizers. Without their existence only half of the global population could be fed on our planet. Human life and its foundation in the global environment is not primarily related to information and software but to the material world of biological, chemical and physical hardware and their interactions with the global material spheres in which we live. But both are increasingly tied to each other, co-dependent on massive energy infrastructures and market operations.

Data spheres in natural sciences and politics

Smart data technologies appear to many to offer ways out of the energy and resource dilemma. New accounting practices might improve attempts at sustainable resource allocation by reducing the resource intensity of production (Fig. 4), enabling self-provisioning use of renewable energy. As historian of infrastructure Paul Edwards writes:"[in] blending [the] social 'data exhaust' with physical and environmental information, an environmentally focused logistics might trim away excess energy and materials in production, find new ways to re-use or recycle waste, and generate new ideas for eliminating toxic byproducts, greenhouse gas emissions and other metabolites". However, in undertaking such endeavours, rebound effects should be a concern. As the well-known Jevons' paradox states, increasing efficiency will likely lead to an increase in consumption in response to lower prices. One will have to see if smart, adjustable technologies create a difference to that rule.

De plus, knowledge infrastructures that run on digital technologies provide the necessary data and assessment of mitigating strategies to achieve notable successes in environmental and climate regulation. The Montreal Protocol that has effectively limited ozone depletion, or the Paris Agreement that will hopefully achieve the same for greenhouse gases in the long run, would have been unthinkable without the expert judgment of a global network of atmospheric data and climate modelling efforts.

We would likely be unaware and unable to quantify global change if it were not for the metrological capacities of digital technology. Digital technologies are the backbone for monitoring and understanding the current dynamics of the Anthropocene. Global climate change (to just name one key example) can only be observed due to the availability of large quantities of data, adequate computing facilities and sophisticated modelling. Essentiellement, the age of planetary communication is also the age of planetary observation and simulation or, as Jennifer Gabrys puts it, we are dealing with "becoming environmental of computation". Earth system models, satellites and other remote sensing networks, environmental data aggregators and resource flow models mean that technical media have become an obligatory passage point in perceiving, analysing and mobilizing geoscientific knowledge.

More widely, this obligation not only concerns the collection and assessment of scientific data, but all kinds of digitally augmented knowledge, from social media-driven citizen science (as in the case of Instagram users sharing flotsam collages that help to trace maritime currents) to the imaginative knowledge drawn from the visual semantics of climate change in the digital charts and diagrams of the United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

In the end, the digital turn affects the way we do science in myriad ways. Digitalization creates great opportunities because it fills a gap between observation, experimentation, modelling and theory. But this transfer to a new medium not only makes science more effective, it also affects its criteria, par exemple, when it comes to issues of reproducibility, trustworthiness and causal explanations. Digitalization poses novel and challenging questions:Which tasks can intelligent machines handle better than humans? Where does human judgment play a part? How does machine-learning affect decision-making? How can machines best assist humans in their decisions? Where do biases creep in? What do optimal interfaces between human and artificial intelligence look like?

Personal data available on the Internet opens up immense possibilities for misuse and manipulation, as the case of now-closed UK-based data analysis firm Cambridge Analytica demonstrated. The firm improperly gathered personal information from more than 80 million Facebook users with the aim of influencing the formation of political opinion. The primary aim of the contemporary economic forces currently driving digitalization is increased effectivity in the intelligent control of societal processes. The problem is that this control focuses on a few parameters of an attention economy, geared, par exemple, to the time individuals spend on a Facebook page with the aim to maximize the efficacy of advertising. Data brokerage without safeguarding measures or the urge to superscore customers and citizens, as in the case of social credit systems, are an imminent threat to a free society.

The further integration of ubiquitous computing technologies into the deep fabric of our societies may become immensely useful when adapting the global metabolism to the challenges of the Anthropocene. But it may also lead, through the value-chain logics of companies that own our data, or companies that own Internet of Things-ready networks, to a surveillance society of unprecedented reach. Such developments may even constitute a step in the direction of turning the digital sphere into a self-organizing intelligence with potential control over human behaviour, a powerful political weapon that invites dangerous misuse.

Toward an integrative perspective:geo-anthropology

We are left with a paradoxical situation. Digital technologies have greatly contributed to a frenzy of unsustainable resource exploitation and consumption (Fig. 5), the generation of waste and political ambivalence, yet they appear as viable solutions to ameliorate those problems. The rapid and radical change that has occurred to the Earth system as a result of the impacts of industrialized societies has been accompanied – if not leveraged – by rapid and radical changes in information technologies and digital media. Yet still, the hope is that their potential and collaborative scalability for a rational counter approach to untenable developments is enormous.

The next years and decades will see further dramatic shifts in technology and an economy driven by fast-paced technological innovation. Machine learning and neural nets are unleashing exponential increase in autonomous computational power. With further technological step changes – changing forms of labour, the design of novel materials, synthetic biology, new energy systems and new technological modes of controlling and managing the planet's resources – industrial humanity will further deepen its imprint on the Earth and create further uncertainties and vulnerabilities for its safe inhabitation.

As meatspace and cyberspace (terms introduced decades ago by the American-born novelist William Gibson) converge today, what we cannot lose sight of is Earthspace. We are obliged to treat the 'critical zone', the thin but highly complex layer of life extending from the lower atmosphere to the upper lithosphere, with duty and care. Encore, as scientists and humanists working in silos, we lack a shared language and method to grasp the interconnected and comprehensive character of the current threat to our life-supporting system. Like the Anthropocene, the digital blends such former distinct categories as the Earth, economy, culture and the social into one another. Our sciences, jusque là, do not.

Novel forms of synoptic analysis, a new conceptual framework, new research tools and new research practices will be required to interpret and to help mitigate and steer the grand transformations underway. What is needed is independent research in a domain that is strongly shaped by technological developments and applied science, but also political and economic interests. Such research will have to overcome traditional borderlines, also between the natural sciences, the social sciences and the humanities. Many transversal connections between knowledge domains are needed to grasp the present situation and the interconnectedness of phenomena that we face.

We want to call such research 'geo-anthropology', the science of human–Earth interaction. Geo-anthropology studies the various mechanisms, dynamics and pathways that have moved us into the Anthropocene. A key challenge of this framework for future research will be to address multiple scales of description, drawn from multiple forms of expertise, that help to shift between the analysis of specific micro-spheres and the planetary macro-sphere. Various temporalities, including deep-time perspectives, the history of the present and scenarios for the future, will have to be brought into productive contact with each other.

The challenge is both to understand the systemic properties of the current transformation happening across many scales, but also to actively shape its future path as part of a broader dialogue with stakeholders in society, the arts, design, politics and industry. The Anthropocene calls for plurality of knowledge. Perspectives are opened up rather than reduced. The history of science and technology tells us that it is in these kinds of open spaces that critical and disruptive work can develop. Here and today it is for us to understand and possibly counter the critical features of a disruptive technology. A new Max Planck initiative concerned with geo-anthropology intends to contribute to this fundamental research.