Criticalité auto organisée

L'auto-organisation est un phénomène de mise en ordre croissant, et allant en sens inverse de l'augmentation de l'entropie; au prix d'une dissipation d'énergie qui servira à maintenir cette structure.

C'est une tendance, tant au niveau des processus physiques ou des organismes vivants, que des systèmes sociaux, à s'organiser d'eux-mêmes. Cette remarque a un côté tautologique, puisque c'est en fait parce qu'ils se sont organisés que nous les nommons sociaux, et non l'inverse.

Passé un seuil critique de complexité, les systèmes peuvent changer d'état, ou passer d'une phase instable à une phase stable. Ils peuvent aussi passer :

• d'une croissance lente à une croissance accélérée
• d'une croissance au début d'apparence exponentielle à une croissance logistique avec la déplétion des ressources.

Le terme auto-organisation fait référence à un processus dans lequel l'organisation interne d'un système, habituellement un système hors équilibre, augmente automatiquement sans être dirigée par une source extérieure. Typiquement, les systèmes auto-organisées ont des propriétés émergentes (bien que cela ne soit pas toujours le cas).

Sommaire 1 Enjeux de l'auto-organisation 2 Histoire de l'auto-organisation 3 Caractéristiques de l'auto-organisation 4 Exemples d'auto-organisation 4.1 Auto-organisation en physique 5 Notes et références 6 Voir aussi 6.1 Articles connexes

Enjeux de l'auto-organisation

Les exemples les plus évidents de systèmes auto-organisés sont issus de la physique. C'est d'ailleurs dans ce domaine que le terme est apparu pour la première fois. L'auto-organisation est aussi présente en chimie où elle a souvent été synonyme d'auto-assemblage. Le concept d'auto-organisation est aussi central dans les systèmes biologiques, que ce soit au niveau cellulaire ou social. On trouve encore de nombreux exemples de phénomènes auto-organisés dans d'autres disciplines dont les sciences sociales, l'économie ou encore l'anthropologie. Les automates cellulaires comptent parmi les premiers mécanismes mathématiques proposés pour étudier les systèmes auto-organisés de manière formelle.

Parfois la notion d'auto-organisation est associée à la notion d'émergence. On trouve fréquemment la définition suivante dans la littérature : un phénomène est dit émergent lorsqu'on ne pouvait pas prédire son observation à partir de la seule connaissance du système au sein duquel il apparaît. Cependant des modèles mathématiques peuvent être construits pour reproduire ces phénomènes, étudier leurs propriétés et leurs conditions d'apparitions. Ainsi d'autres personnes parlent de systèmes complexes. L'auto-organisation de Heinz von Foerster et Ross W. Ashby appartient à la Cybernétique de la première génération, celle du "signal" physique; puis a donné la Cybernétique de la deuxième génération, celle du "signe" psychique avec Gregory Bateson et Anthony Wilden dans une approche écosystémique.

Henri Atlan^[1] a développé le principe d'auto-organisation en "principe de complexité par le bruit", fondé sur la théorie de l'information de Claude Shannon, et sur les apports de Léon Brillouin, en distinguant les niveaux hiérarchiques de complexité, le bruit d'un niveau constituant en partie l'information du niveau supérieur. Jean-Louis Le Moigne^[2], en gestion, l'a nommé "principe d'organisation par disponibilité à l'événement". Pour Edgar Morin^[3], c'est simplement et poétiquement le "Désordre organisateur".

Histoire de l'auto-organisation

L'idée que les dynamiques d'un système peuvent, à elles seules, assurer l'accroissement de l'ordre interne du système a une longue histoire. Une des première évocation de cette idée fut faite par René Descartes dans le cinquième volume du Discours de la Méthode. Par la suite, Descartes a muri cette idée et l'a développée dans un livre nommé Le Monde qui ne fut jamais publié.

Les anciens atomistes (entre autres) croyaient que l'organisation était une propriété inévitable du moment que l'on fournissait suffisamment de temps, d'espace et de matière, bien qu'il n'y eût pas de raison particulière pour observer une organisation plutôt qu'un désordre. Descartes introduisit l'idée que les lois de la nature tendaient à produire de l'organisation (Pour plus de détails, voir Avram Vartanian, From Descartes to Diderot).

Au XVIII^e siècle est apparu le mouvement des naturalistes qui cherchaient à déterminer des lois universelles afin d'expliquer la diversité des organismes vivants. S'étant trouvées associées au lamarckisme, les nouvelles vues furent tenues en discrédit avant d'être remises à l'honneur par des pionniers tels que D'Arcy Wentworth Thompson (1860-1948) au début du XX^e siècle. Aujourd'hui, la plupart des scientifiques pensent qu'il existe des lois universelles (issues de la physique fondamentale et de la chimie) qui gouvernent les structures et leur évolution dans les systèmes biologiques.

Le terme « auto-organisation » a vraisemblablement été introduit en 1947 par le psychiatre et ingénieur Ross W. Ashby. Le terme d'auto-organisation fut alors utilisé par la communauté travaillant sur la théorie générale des systèmes dans les années 1960. Mais ce terme ne devint commun dans la littérature scientifique que lors de son adoption par les physiciens et autres chercheurs du domaine des systèmes complexes dans les années 1970 et 1980.

(Pour montrer l'importance croissante de ce concept, si l'on utilise le mot clé self-organ*, Dissertation Abstracts, une base de données de résumés d'articles, ne trouve rien avant 1954, et seulement 4 entrées avant 1970. Puis il y en a eu 17 dans la période 1971--1980, 126 en 1981--1990 et enfin 593 en 1991--2000).

Caractéristiques de l'auto-organisation

L'auto-organisation est habituellement caractérisées par:

1. des éléments ou agents ou particules
2. des interactions entre les éléments
3. des interactions entre les éléments et l'environnement
4. une capacité d'interaction limitée (par exemple une limite spatiale)
5. des phénomènes d'amplification ou retours positifs
6. des retours négatifs

Exemples d'auto-organisation

Les sections qui suivent présentent un certain nombre de phénomènes, (auto-?)organisés par disciplines, et qui font appel au concept d'auto-organisation. Notez néanmoins qu'il est impossible de déterminer si ces phénomènes sont autant de manifestations d'un même processus ou s'il s'agit uniquement d'analogies. Le concept d'auto-organisation, malgré son apparente simplicité, se révèle extrêmement difficile à cerner formellement ou mathématiquement, et il est fort possible qu'une définition rigoureuse en exclue nombre de phénomène actuellement rangés sous cette étiquette.

Il faut aussi mentionner que plus un phénomène est éloigné du champ de la physique, plus l'idée d'auto-organisation au sens physique est sujette à controverse. Aussi intuitivement auto-organisationnel qu'il fût, la recherche d'explications physiques ou statistiques à un phénomène est fustigée parce que réductrice (cf. holisme, "réductionnisme" dans philosophie des sciences, et émergence).

De même, lorsqu'on cherche à passer des caractères auto-organisationnels d'un phénomène biologique ou sociologique à une explication physique ou mathématique de ces caractères, on se heurte au fait que ces caractères ne pourraient pas exister sans une cause finale (cf. téléologie).

Auto-organisation en physique

Il existe nombre de processus génériques dont on peut dire qu'ils sont auto-organisationnels. Par exemple en physique :

• En thermodynamique à l'équilibre : (on peut se demander s'il est légitime de dire d'un système à l'équilibre qu'il est "auto-organisé")
  • le phénomène de transition de phase du premier ordre, et celui de brisure spontanée de symétrie comme par exemple :
    • ferromagnétisme spontané, cristallisation (cf. cristallogénèse, cristaux liquides)en physique classique,
    • le laser, la supraconductivité et la condensation de Bose-Einstein en physique quantique, qui ont des effets macroscopiques.
  • le phénomène de transition de phase du second ordre, lié à la notion de point critique où le système possède des propriétés invariantes par changement d'échelle (cf. fractales). On peut citer :
    • l'opalescence critique des fluides au point critique,
    • la percolation dans un milieu aléatoire.

• En thermodynamique des systèmes hors équilibre, l'apparition d'une structure décrite par la théorie des systèmes dissipatifs (cf. système dissipatif :
  • la turbulence, et la convection (par exemple ) en mécanique des fluides,
  • en cosmologie, la formation des structures (étoiles, galaxies),
  • la croissance de l'univers de de Sitter,
  • la percolation,
  • les systèmes à réaction-diffusion comme la réaction de Belousov-Zhabotinsky,
• les systèmes dynamiques, systèmes constitués d'entités identiques liées les unes aux autres, possèdent souvent des propriétés d'auto-organisation:
  • La criticalité auto-organisée (SOC).
• Dans la théorie des fonds (ou réseaux) de spins en gravitation quantique à boucles. L'idée qui nous intéresse est d'éviter d'avoir recours à un ajustement des constantes cosmologiques aux observations ('fine-tuning' en anglais), artifice qui peut être jugé insatisfaisant d'un point de vue métaphysique. On cherche alors un mécanisme qui mène aux constantes observées par un phénomène proche de l'idée d'auto-organisation.
  • Ce modèle est très sommaire car limité à un réseau de spins. Malgré tout il s'agit là de la première tentative sérieuse de description de l'expansion de l'univers sur la base d'une théorie auto-organisée dans laquelle les constantes cosmologiques ne sont pas ajustées 'à la main', mais déduites du modèle lui-même.

....la suite est en cours de traduction ....

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• autogestion
• B-ADSc (L'Auto-organisation comme définition de la complexité)
• théorie du chaos
• Percolation
• Autopoïèse
• Émergence
• Système complexe
• Ilya Prigogine
• Henri Atlan
• Structure dissipative
• Autorégulation
• Néguentropie
• Self-stockage

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