L'homme symbiotique

 

Seuil, 1995

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Extrait du livre

 

Avant-propos


J'ai toujours aimé les molécules. En 1965, au sortir de ma thèse de doctorat ès sciences menée à l'Institut Pasteur, j'ai écrit un livre sur la biologie que l'on venait tout juste de nommer "moléculaire". Un petit livre de vulgarisation intitulé "Les Origines de la Vie". Ce qui me passionnait à cette époque, c'était l'apparition des êtres vivants sur la Terre primitive à partir de matériaux de construction formés dans l'atmosphère et les océans. Comment a pu naître l'extraordinaire complexité de la cellule, unité microscopique du monde vivant ?
Après une expérience de recherche et d'enseignement acquise à Boston au Massachusetts Institute of Technology (MIT) entre 1967 et 1971 - avec en prime la découverte de l'informatique - j'ai travaillé dans une entreprise de "capital risque" spécialisée dans le financement et le lancement d'entreprises technologiques. Ce fut l'occasion d'une nouvelle découverte : celle de la complexité des entreprises, de l'économie et des grands cycles de régulation.
Pour mieux décrire cet infiniment complexe j'ai forgé un outil symbolique : le macroscope. Il a donné son nom à un livre publié en 1975, consacré à l'approche systémique. Pour moi, le macroscope était complémentaire du microscope et du télescope, instruments d'observation de l'infiniment petit et de l'infiniment grand. C'était un nouvel outil destiné à mieux comprendre la complexité.
Aujourd'hui, après une douzaine d'années d'utilisation de micro-ordinateurs personnels, il me semble que l'outil symbolique que je décrivais a désormais une existence réelle : grâce à ses capacités de simulation, l'ordinateur est devenu un macroscope. Il nous permet de mieux comprendre la complexité et d'agir sur elle avec plus d'efficacité pour construire et gérer les grands systèmes dont nous sommes les cellules : entreprises, villes, économies, sociétés, écosystèmes Grâce à ce nouveau macroscope, une autre vision du monde est en train de naître. Elle se fonde sur une approche unifiée des processus d'auto-organisation et d'évolution des systèmes complexes. Certains appellent cette nouvelle pensée "science de la complexité".
A partir de cette vision de synthèse, j'ai eu envie de raconter l'origine d'une nouvelle forme de vie sur la Terre : celle d'un macro-organisme planétaire constitué par l'ensemble des hommes et des machines, organismes, réseaux, nations Un macro-organisme encore embryonnaire, tentant de vivre en symbiose avec l'écosystème planétaire.
C'est l'histoire de l'émergence de cette macro-vie que je vous propose dans ce livre. Une nouvelle histoire des origines de la vie à laquelle, cette fois, nous participons directement en tant que cellules. Une histoire destinée à éclairer l'avenir que nous construisons encore à tâtons : celui de l'homme symbiotique.
Je suis conscient de l'ampleur de cette tâche et de l'ambition d'un tel projet. On pourra le considérer comme une utopie réalisable plutôt que comme un scénario du futur. Une utopie destinée à donner un sens à nos actions quotidiennes en vue de bâtir ensemble le monde de demain.

 

Remarque : Pour faciliter la lecture, certains mots d'usage peu courant sont regroupés dans un glossaire à la fin de l'ouvrage. 

 

Remerciements.
Je remercie particulièrement pour leur aide précieuse lors de la préparation et de la relecture du manuscrit : Stella de Rosnay, Elizabeth Roumanteau, Tatiana Jolly-de Rosnay, Agnès Gros-Daillou, ainsi que Jacques Bessieres, Bérangère Colas, Brigitte Coutant, Yves Cumunel, Claude Grenié, Aymar de Mengin, Claire de Narbonne.

 

Introduction


L'histoire et les lois naturelles

 

La myopie des politiques face au futur est parfois consternante. Dix ans paraissent une éternité. Le monde est trop complexe, son évolution imprévisible. L'avenir se cache sous un voile pudique. A cinq ans de l'an 2000, qui ose se hasarder à décrire les structures possibles de nos sociétés technologiquement avancées aux alentours de 2030 (dans une génération) et leurs relations avec les pays moins avancés ? A part les extrapolations démographiques (10 milliards d'habitants dans 30 ans !) ou technologiques, filière par filière, pour le prochain siècle, l'avenir semble bouché. Un mur se dresse devant nous. L'an 2000, longtemps considéré comme un horizon prospectif mythique, est désormais banal et 2100 ne présente que peu d'intérêt pour la gestion des affaires courantes. L'avenir se cantonne aux débats de personnes, généralement focalisés sur les prochaines échéances électorales.
La prévision est impossible, nous disent les experts, car les évolutions sont chaotiques, fluctuantes, aléatoires, buissonnantes, soumises à de brutales accélérations suivies de périodes de stagnation. Un fait banal survenant dans un contexte favorable, et amplifié par les médias, peut changer le destin d'une nation. C'est "l'effet papillon" popularisé par Edward Lorenz, un des pères de la théorie du chaos. Selon sa célèbre expression, le battement d'ailes d'un papillon à Singapour peut déclencher une tornade dans les Caraïbes en raison de l'instabilité des masses d'air de l'atmosphère. 
Aucune prévision d'ensemble ne semble réaliste à plus de deux ou trois ans. Et chacun de ressortir les exemples de l'effondrement de l'ex Union Soviétique à la suite de la destruction du mur de Berlin, de la paix entre Israël et la Palestine ou de l'impact économique et politique du sida. Evénements tous impensables il y a 15 ans. Certes, ces événements font l'histoire. Mais écrire l'histoire en parallèle avec la conduite de l'évolution ne représente plus la chasse réservée des politiques, des économistes, des industriels, voire des journalistes ou des sociologues. Il existe des lois naturelles encore plus fortes que celles qui régissent nos sociétés. Des lois auxquelles sont soumises toutes les organisations de la nature -celles que forment les molécules, les cellules, les insectes ou les hommes. Une meilleure connaissance de ces lois, avec lesquelles il est impossible de transiger, peut éclairer notre chemin. 
Cette connaissance est sur le point d'émerger. Elle jette les bases d'un compromis entre la gestion politique et économique traditionnelle du monde et son pilotage concerté à l'aide d'outils et de tableaux de bord nés sous le regard unificateur des sciences de la complexité. N'oublions pas que "cybernétique" (l'art du pilotage des machines) et "gouvernement" (l'art de la gestion des systèmes complexes) ont la même étymologie* .

 

La métaphore du cybionte

 

Puisque l'histoire et la politique ne parviennent pas à éclairer l'avenir, que nous disent les lois de la nature ? Que des bouleversements se préparent. Que la vie, par exemple, va réapparaître sur la Terre. Certes, elle n'a jamais disparu. Elle existe au contraire à profusion : l'explosion démographique en rappelle la vitalité. Mais il s'agit cette fois d'une nouvelle forme de vie, d'un niveau d'organisation encore jamais atteint par l'évolution : une macro-vie à l'échelle de la planète, en symbiose avec l'espèce humaine. Cette vie hybride, à la fois biologique, mécanique et électronique est en train de naître sous nos yeux. Nous en sommes les cellules. De manière encore inconsciente nous contribuons à l'invention de son métabolisme, de sa circulation, de son système nerveux. Nous les appelons économies, marchés, voies routières, réseaux de communication ou autoroutes électroniques, mais il s'agit des organes et systèmes vitaux d'un super-organisme en cours d'émergence. Il va bouleverser l'avenir de l'humanité et conditionner son développement au cours du prochain millénaire.
C'est la naissance de cet organisme et sa signification pour notre vie actuelle, nos décisions individuelles et collectives dans la construction de l'avenir qui constituent le thème central de ce livre.
Toute vie nouvelle a droit à un nom. Je propose de baptiser cet organisme planétaire le cybionte - nom que j'ai formé à partir de "cybernétique" et de "biologie". Il représente, comme on le verra, un modèle hypothétique, une métaphore utile pour envisager une des étapes possibles de l'évolution de la matière, de la vie et de la société humaine sur notre planète. Situé dans un avenir dont la date précise importe peu (au cours de la première ou de la seconde moitié du millénaire qui s'annonce ?), ce macro-organisme existe déjà à l'état primitif et vit dans sa globalité. Il ne naîtra jamais en une seule étape et ne sera jamais achevé. Je le décrirai plus loin d'une manière anecdotique et narrative.
Le recours à un tel modèle constitue une forme de prospective qui me paraît nécessaire à la construction des sociétés de l'avenir. Son avantage est qu'il nous permet d'éclairer le présent immédiat par une démarche rétroprospective . En imaginant - ou mieux, en visualisant - les relations symbiotiques entre l'homme et le cybionte il devient possible de choisir telle voie, telle structure, telle étape intermédiaire. Grâce à ce processus itératif entre présent et avenir à partir d'un modèle - point de départ et non point d'aboutissement - les événements, situations, courants, évolutions, prennent un autre relief, se mettent en perspective, se hiérarchisent et facilitent les décisions. Le caractère imprévisible du monde résultant des extrapolations classiques fait place, par application de la démarche rétroprospective, à des hypothèses constructives. L'aller-retour entre prévision, vérifications, cohérence, permet la validation des faits. Plutôt que l'analyse de situations disjointes projetées vers un futur incertain, c'est la synthèse de faits porteurs d'avenir, convergeant vers un modèle transitoire, qui enrichit cette nouvelle vision prospective. Comme le rappelle la devise des chercheurs de la société d'informatique américaine Xerox, la meilleure façon de prédire ce que sera demain, c'est encore de l'inventer.

 

Les nouvelles sciences de la complexité

 

Bien sûr, il faut pour cela des outils nouveaux et performants. L'analyse cartésienne découpant la complexité en éléments simples ne suffit plus à rendre compte de la dynamique des systèmes et de leur évolution. Apte à isoler les facteurs déterminants dans le fonctionnement de tel ou tel mécanisme, elle échoue dans la compréhension des processus d'auto-organisation et d'auto-sélection. La méthode systémique, née dans les années 50 de l'essor de la cybernétique et de la théorie des systèmes, vient compléter la démarche analytique traditionnelle. En se concentrant sur les liaisons entre éléments variés constituant des systèmes, leurs niveaux d'organisation et la dynamique de leurs interactions, la systémique permet de mieux décrire la complexité, et surtout d'agir sur elle avec une plus grande efficacité. "Analytique" et "systémique" sont complémentaires, comme on le verra dans la première partie. 
Au cours de ces dernières années, une synthèse de niveau supérieur a été réalisée entre ces différentes approches. Cette synthèse est accomplie par les "sciences de la complexité" regroupant ce qu'on appelle la "théorie du chaos" et celle de l'auto-organisation. Elle jette un regard neuf sur les systèmes physiques, biologiques, sociaux ou écologiques. C'est une approche unifiée qui dégage les grandes lois de la nature dont je parlais plus haut, et fait apparaître la généralité de leurs applications. La systémique, objet du "Macroscope", était une démarche descriptive, pédagogique, permettant de mieux comprendre la complexité. La nouvelle approche unifiée des sciences de la complexité propose les moyens d'agir sur la complexité. Elle tente d'expliquer comment se réalise la transition entre une organisation d'un niveau donné et celle dont elle constitue les éléments de construction. La nature procède en effet par regroupements hiérarchiques de structures et de fonctions dans des assemblages d'ordre supérieur recombinés entre eux : cellules dans les organismes, organismes dans les populations, populations dans les écosystèmes Comme je le montrerai à la fin du premier chapitre, il est possible de proposer une théorie unifiée de l'auto-organisation et de la dynamique des systèmes complexes. Elle deviendra essentielle pour nous aider à éclairer l'avenir tout en permettant de mieux choisir, en cohérence avec les lois naturelles, les structures et fonctions nécessaires à la vie de l'homme symbiotique et à sa liberté d'action. Cette théorie unifiée constituera le fil directeur du livre.
L'instrument qui me servira tout au long de ce parcours, c'est l'ordinateur. Pas seulement l'ordinateur "catalyseur", accélérateur du fonctionnement de nos sociétés, mais aussi l'ordinateur outil d'observation directe de la complexité : l'ordinateur macroscope. Par son pouvoir de simulation il rend possible des expériences informatiques du type de celles réalisées traditionnellement au laboratoire. Utilisé par les pionniers des sciences de la complexité il permet, par exemple, de mieux comprendre l'origine de la vie, l'évolution biologique, la création d'ordre à partir du désordre, le fonctionnement régulé d'un écosystème ou de l'économie. Cette nouvelle fonction de l'informatique sera décrite dans le premier chapitre consacré aux outils d'étude de la complexité et aux expériences de simulation qui permettent de dégager les grandes lois de l'auto-organisation. 
Une forme nouvelle de compréhension de la nature est en train de naître de l'utilisation de ces outils : comprendre par la synthèse plutôt que par l'analyse. La quête des particules élémentaires, sensées expliquer de manière causale l'évolution ultérieure de la matière vers des états croissants de complexité, ne rend pas le monde plus intelligible, ni d'ailleurs plus proche. L'explication signifiante s'éloigne avec l'analyse. En revanche, comprendre par la synthèse - éventuellement avec l'assistance de l'ordinateur - comment les éléments se combinent dans des ensembles plus complexes ou comment l'évolution généralisée de la matière naît de ces interactions, nous rapproche de la nature. Nous en sommes une partie intégrante. Notre place et notre rôle dans l'univers deviennent ainsi plus compréhensibles, fondant et légitimant toute action consciente. L'émergence de secteurs nouveaux et parfois inquiétants, comme la vie artificielle ou la réalité virtuelle, se situe harmonieusement dans le cadre du nouveau paradigme des sciences de la complexité.

 

Une symbiose planétaire

 

Un des grands défis du troisième millénaire sera pour l'humanité la construction réfléchie et consciente de son symbiote planétaire. Cette prochaine étape de l'évolution biologique et socio-technique est déjà entamée. Dans le cadre de l'évolution prébiologique qui conduisit à l'origine des premières cellules, furent sélectionnées les structures et fonctions fondamentales du vivant : ADN, membrane, centrales énergétiques, systèmes de locomotion, métabolisme de base à partir des réactions de fermentation, de photosynthèse et de respiration. Aujourd'hui, nous construisons de l'intérieur une nouvelle vie hybride. Nous sommes les acteurs d'une pièce encore inédite : les nouvelles origines de la vie. Enzymes d'une protocellule aux dimensions de la planète, nous travaillons sans plan d'ensemble, sans intention réelle, de manière chaotique, à la construction d'un édifice qui nous dépasse. Prendre conscience que les fonctions, énergétiques, économiques, écologiques, éducatives de nos sociétés sont les fonctions de base d'un super-organisme vivant est non seulement motivant, mais responsabilisant. Elle resitue l'action individuelle au coeur de l'évolution du monde.
Dans une telle optique la vieille question sur la nature de "l'homme du futur" prend un tout autre sens. Ni surhomme, ni biorobot, ni super-ordinateur, ni mégamachine, l'homme du futur sera simplement l'homme symbiotique , en partenariat étroit - s'il parvient à le construire - avec le système sociétal qu'il a extériorisé à partir de son cerveau, de ses sens, de ses muscles. Un super-organisme nourricier, vivant de la vie de cellules, ces neurones de la Terre que nous sommes en train de devenir. 
Après l'homo sapiens cherchant par son intelligence à dominer les espèces vivantes, l'homo faber maîtrisant outils et machines, ou encore l'homo economicus, consommateur et prédateur, voici venu le temps de l'homme symbiotique vivant en harmonie avec un être plus grand que lui, qu'il a contribué à produire et qui le produit en retour. 
Dans le "Macroscope", en 1975, j'avais tenté de cerner cette nouvelle forme de vie collective que je décris aujourd'hui : 

"La Terre abrite l'embryon d'un corps et l'esquisse d'un esprit. Ce corps se maintient en vie grâce aux grandes fonctions écologiques et économiques qui constituent l'écosphère. La conscience collective émerge de la communication simultanée des cerveaux des hommes. (...) "Au-delà du "management" de la nature, c'est la reconnaissance de la nature symbiotique des relations entre la société humaine et l'écosystème, l'un utilisant l'autre pour leur bénéfice mutuel."

La synthèse de cette macro-vie planétaire et les conditions d'apparition de l'homme symbiotique feront l'objet des premiers chapitres. J'insisterai particulièrement sur les trois étapes majeures de cette naissance : l'auto-organisation, la coévolution et la symbiose.
La seconde partie du livre aborde les relations entre le cerveau humain, les ordinateurs et le cerveau planétaire. Elle décrit la vie quotidienne du cybionte et débouche sur la naissance d'une conscience collective résultant de la symbiose des cerveaux et des réseaux dans de nouveaux espaces intériorisés de communication.

 

Un monde à inventer

 

Je suis bien sûr conscient des risques d'une telle approche. Un seul super-organisme planétaire, le cybionte, serait le point de convergence de toutes les formes de sociétés humaines ? La variété du monde ne saurait se réduire à un tel modèle simplificateur. De plus, le cerveau planétaire du cybionte (cerveaux humains, ordinateurs et réseaux de communications interconnectés) et son métabolisme d'autoconservation (économies et énergétiques mondiales) découlent de la coévolution entre des sociétés technologiquement et industriellement avancées. Quelle sera la participation du reste du monde à la construction de cet organisme ? Comment se traduiront les réactions de rejets légitimes d'une telle hypertechnicité ? Intégrismes et idéologies travaillent en profondeur les sociétés humaines. Des communautés vivent, comme on le verra, dans des "bulles temporelles" de "densités" différentes, même si elles coexistent dans le temps universel mesuré par les horloges. 
Pour tenter de répondre à ces questions, la troisième partie abordera les politiques, les industries, les modes d'éducation et les valeurs du futur, faisant place à la variété des courants et des voies alternatives. Mais il convient de préciser à nouveau que la métaphore du cybionte est un modèle hypothétique et simplificateur destiné à favoriser une prise de conscience : celle de l'étape prochaine - et selon moi probable - du développement de l'espèce humaine en coévolution avec ses machines et ses organisations.
La liste des dangers qui guettent mon entreprise est longue. Tenter d'abolir la frontière entre le naturel et l'artificiel expose aux dangers du réductionnisme ou d'un "impérialisme" scientifique partant à la conquête les sciences sociales. Je ne cherche ni à réduire les inventions de l'homme à des émergences spontanées découlant des lois naturelles de l'auto-organisation, ni à extrapoler les lois de la physique ou de la biologie aux systèmes sociaux. Mon objectif est de mettre en évidence des lois simples s'appliquant à l'évolution de l'ensemble de la matière organisée, et d'en tirer des leçons pour notre action en société.
Surgissent aussi, dès que l'on décrit la vie d'un organisme d'un niveau de complexité supérieur à celui des sociétés humaines et les englobant dans une relation symbiotique, les critiques potentielles de vitalisme, d'animisme, voire de panthéisme. Ni anthropomorphisme ni animisme n'ont évidemment guidé mon propos. Seules comptent les lois systémiques générales mises en lumière par la scienza nuova du XXIe siècle : les sciences de la complexité. Aucune idéologie non plus dans le modèle collectif d'une prochaine étape possible de l'évolution humaine. Collectivisme ou vision totalitaire sont absents de ma démarche. Seule intervient la nature des organisations par niveaux hiérarchiques rassemblant des collectivités d'éléments dans des systèmes complexes, depuis les atomes jusqu'aux sociétés humaines. Enfin, même si l'accent est mis sur les avancées technologiques permettant l'émergence des fonctions vitales du cybionte, je n'oublie pas l'influence des religions, des inégalités économiques et sociales, de la peur, de la violence, de la maladie, de la faim, de la guerre. Comme je l'expliquerai dans la dernière partie, notre vision du monde est faussée par le reflet médiatisé de son évolution. Catastrophes, drames sociaux, scandales, guerres, émeutes, actions terroristes, drogues et épidémies en sont les formes les plus visibles, démotivant parfois et décourageant souvent l'exercice salutaire de la responsabilité. Pourtant, nous devons mieux comprendre le monde pour pouvoir mieux changer les choses. La nouvelle vision de notre rôle dans la nature apportée par la science unifiée nous en rend, me semble-t-il, capables. 
C'est à une vision optimiste d'un monde à inventer que je vous invite. Je resterai dans l'orbite scientifique et technologique qui est la mienne, conscient de l'importance complémentaire de la conduite politique, économique ou spirituelle de l'évolution des sociétés. Lois cybernétiques et gouvernement des hommes sont complémentaires. Je ne considérerai ici qu'une face de l'exercice de notre responsabilité individuelle et collective : celle qui découle des avancées scientifiques et techniques.

 

Un livre fractal

 

Un dernier mot sur la structure du livre. Il propose une nouvelle forme de communication. Je l'appelle la communication "fractale". Ce terme, créé par le mathématicien français Benoît Mandelbrot en 1969, s'applique à toute forme ou structure qui reste identique à elle même quel que soit le niveau auquel on l'observe. Ainsi, une petite branche d'arbre ressemble à une grosse, laquelle ressemble à l'arbre dans sa totalité ; la feuille d'une fougère à l'ensemble de la plante ; un cristal de neige à la plus petite des structures cristallines qui le compose ; le découpage d'une côte rocheuse à celui de son plus petit rocher. Une structure fractale reste fine à tous les niveaux d'observation. Dans ce livre, je mets en oeuvre une forme de communication fractale : plutôt qu'un discours linéaire et séquentiel faisant se succéder les arguments dans l'ordre arbitraire de l'exposé, je cherche à communiquer mes idées par des séries de modules organisés sous forme fractale. De chaque mot peut naître une page et de chaque page, un livre Alors que la démarche linéaire traditionnelle cherche à éviter les répétitions, je ne les crains pas. Tel thème sera repris plus loin, développé, éclairé dans un autre contexte. Les formes de communication fractales de ce livre sont emboîtées les unes dans les autres. Une simple phrase peut contenir la totalité de ma thèse et les redondances d'un chapitre, enrichir une proposition déjà discutée dans un autre contexte.
On peut générer des formes fractales d'une grande complexité à partir de règles mathématiques simples et répétitives. La complexité émerge de la simplicité partagée. C'est une des grandes lois de la nature. Puisse ce livre être un germe de complexité simple. 

 

Chapitre 1 - Des molécules, des insectes et des hommes
 
La clé du futur : maîtriser la complexité.


En cette fin de vingtième siècle, nous vivons en direct un véritable choc du futur. Il résulte principalement des progrès des sciences physiques et biologiques des trente dernières années. La physique et l'électronique ont conduit au développement de l'informatique et des techniques de communication. La biologie, aux biotechnologies et à la bio-industrie. Certes l'humanité a déjà connu de telles transitions historiques. La révolution agricole se réalisa en plusieurs millénaires. La révolution industrielle a duré plus d'un siècle. Nous entrons maintenant dans la révolution de l'information et de la communication qui devrait s'opérer en quelques décennies. Ces évolutions conduisent à un accroissement de la complexité de la société et des organisations, systèmes et réseaux dont nous avons la charge. Une complexité qui défie nos méthodes traditionnelles d'analyse et d'action.
Nous ne sommes pas préparés à de tels changements. Notre raisonnement face à la complexité reste analytique, notre vision du monde disciplinaire, nos connaissances, de nature encyclopédique. Nous continuons à extrapoler de manière linéaire les données du passé, alors que les évolutions que nous vivons sont non linéaires, exponentielles, en constante accélération. Pour les politiques, économistes, planificateurs et organisateurs du monde, la complexité des situations et des organisations est abordée avec des méthodes et outils intellectuels inspirés de ceux du XIXe siècle, en référence à des évolutions linéaires et homogènes, à un monde stable où les mêmes causes produisaient les mêmes effets. Or les effets rétroagissent sur leurs causes. Les processus, réseaux, systèmes, s'enchevêtrent dans un maillage inextricable. Il nous faut donc de nouveaux outils, de nouvelles méthodes de pensée pour aborder une évolution dont nous sommes les acteurs principaux. Il importe de prendre du recul. De nous élever pour mieux voir, de relier pour mieux comprendre, de situer pour mieux agir.
La complexité de la vie ou de l'écosystème peut être abordée par raisonnement déductif ou inductif. Si l'on décompose par l'analyse la complexité en éléments simples, on perd en route la qualité des propriétés émergentes. Si l'on recompose par la synthèse le tout à partir de ses parties, on ne dispose pas de preuves expérimentales confortant ses hypothèses. C'est la combinaison de l'analyse et de la synthèse qui peut contribuer à éclairer la complexité. La démarche de l'écologie par exemple, est une synthèse systémique à partir d'éléments analytiques. Elle met en relation des phénomènes naturels répondant à des lois générales et des actions humaines individuelles et collectives.
Jusqu'à une date récente, notre gestion du monde est restée sourde et aveugle aux grands courants qui façonnent l'écosphère, la biosphère et la technosphère. Notre vision et nos actions se trouvaient liées à une conception de la création humaine essentiellement historique. Dans un tel cadre, les politiques pouvaient légitimement estimer être les seuls à disposer du savoir-faire nécessaire pour changer le monde ; et par leurs décisions, les seuls capables de faire avancer les sociétés dans une direction choisie. Pourtant, d'autres forces sont à l'oeuvre. Faute de méthodes, d'outils d'observation, de capacités d'évaluation, elles ont longtemps échappé à l'analyse. C'est pourquoi elles sont rarement prises en compte dans les politiques traditionnelles. Difficiles à saisir elles impliquent une connaissance des plusieurs disciplines et domaines différents. La spécialisation à outrance de notre vision du monde les a rendues invisibles. 
Ces grandes forces sont celles de la nature : lois de l'auto-organisation, de l'autocatalyse, de l'exclusion compétitive, de la hiérarchie des niveaux de complexité, de la dynamique des évolutions ou de la sélection naturelle. Elles ont produit le monde, des atomes aux molécules et des cellules aux espèces vivantes qui peuplent la planète. Ce sont des tendances fortes, des pesanteurs et des contraintes qu'il est désormais impossible d'ignorer dans la conduite de tout système complexe. Liée et associée à de telles lois, la responsabilité humaine prend tout son sens. Elle doit désormais tenir compte des contraintes de la nature pour mieux en tirer parti. Savoir économiser l'énergie humaine comme celle des machines, accroître l'efficacité de ses actions, orienter les grandes évolutions dans des directions favorables au développement de l'homme, de ses ressources et de ses libertés. 
Les lois de la gravité sont un exemple de contraintes créées par les lois de la nature mais surmontées par l'homme. Quoi de plus anti-intuitif que le vol d'un avion ? Certes un oiseau, léger, peut voler. Mais un avion de plusieurs tonnes ? Ce miracle repose en fait sur la combinaison de plusieurs propriétés, rassemblées par les inventeurs et sans lesquelles tout vol serait impossible : la connaissance des lois de la mécanique des fluides liées à celles de la pesanteur ; la force propulsive des moteurs et la portance créée par la forme aérodynamique des ailes. Par le concours de ces trois éléments, l'avion vole. De même, la dynamique des systèmes sociaux ne peut seulement reposer sur des lois "humaines" ; elle doit aussi tenir compte de lois générales de la nature que la science commence désormais à comprendre et à mettre en oeuvre.

Quelles sont ces lois de la nature et surtout, comment s'expriment-elles à notre niveau d'observation ? Par des similitudes, des hiérarchies, des optimums, s'appliquant à des domaines très différents de la nature et de la société. En voici quelques exemples :


* Les grandes fonctions de la vie, de l'économie, de l'écosystème reposent sur les mêmes types de structures : des réseaux de communication fluides et adaptables, des cycles énergétiques, des circulations d'informations et de matériaux, des interfaces transactionnelles, des boucles de régulation. Ainsi en est-il du système immunitaire, du système nerveux ou hormonal ; des cycles fournissant à la cellule vivante l'énergie qui la fait fonctionner ; des marchés de produits et de services, de la bourse des valeurs ; des grands cycles biogéochimiques, enfin, qui recyclent les composants de base de l'écosystème.
Pourquoi de telles similitudes entre des domaines si divers ?

 

*La nature utilise les mêmes règles d'assemblage pour construire des structures de complexité croissante : la recombinaison de modules élémentaires devenant les éléments de construction des niveaux supérieurs. Particules élémentaires, atomes, molécules, cellules, organismes multicellulaires, familles, tribus, populations, entreprises, villes, sociétés, nations, écosystèmes, s'organisent à partir de blocs de construction emboîtés et reliés en réseaux interdépendants. 
Pourquoi une telle économie de moyens ?

 

* Les êtres vivants se développent dans une zone étroite de grandeurs physiques et chimiques, (température, lumière, composition de l'atmosphère, de l'eau de mer) qui sont justement - et comme par miracle -, compatibles avec la vie. 
Qui a fixé les thermostats, réglé les régulateurs, défini les compositions idéales ?

 

* Certaines formes, structures ou fonctions émergent d'un ensemble d'autres formes, structures ou fonctions en compétition. Elles s'imposent par autosélection et deviennent des points de passage obligés, déterminant et conditionnant la suite de l'évolution. C'est le cas des premières cellules vivantes issues d'une soupe primitive indifférenciée, d'espèces animales et végétales résultant de la sélection naturelle, de produits nouveaux s'imposant sur un marché, d'idées-forces, de modes de fonctionnement obligatoires, de règles ou de standards universels. 
Pourquoi de telles réussites alors que d'autres innovations de la nature ou de l'homme n'ont pu aboutir ?

 

* Les ordinateurs et les réseaux de communication connaissent une évolution accélérée, catalysée par le multimédia, la numérisation et la compression des données. Internet, le réseau mondial des réseaux interconnectés, s'alimentant à ces progrès, évolue de manière spontanée, chaotique, autocatalytique. 
Qui a fixé les normes et les règles d'une telle évolution ?

Des réponses à ces questions de fond peuvent être apportées pour la première fois par les sciences de la complexité. Des lois générales peuvent s'appliquer à des domaines aussi différents que l'entreprise, les marchés, les grandes organisations internationales, les populations animales en compétition, les sociétés d'insectes, le développement cellulaire, les réactions chimiques, la reproduction des virus ou la formation des planètes.

 

La magie des cercles vertueux.


Parmi les nombreux exemples possibles, dont certains seront discutés dans la suite, je voudrais décrire un mécanisme de reproduction et de sélection naturelle pour en montrer la grande généralité.
Dans le monde des molécules, ce mécanisme porte le nom d'autocatalyse et d'autosélection. Dans celui de l'économie on parle de rendements croissants, de cercle vertueux, d'effet boule de neige. Derrière ces termes se cache une des lois fondamentales de l'évolution vers des niveaux de complexité croissante.
Aussi étonnant que cela puisse paraître, des molécules se reproduisaient avant même que la vie n'apparaisse. Imaginons que dans les océans primitifs une molécule naisse d'une succession de longues étapes d'assemblage se réalisant au hasard à partir d'élément de construction présents sous forme dispersée dans le milieu environnant. Cette molécule nouvelle possède une propriété particulière : c'est un catalyseur. Elle accélère certaines étapes de son propre assemblage. La deuxième molécule se fabrique donc beaucoup plus vite que la première, et les suivantes encore plus vite. Une boucle de rétroaction positive se met en place : c'est l'autocatalyse. A vitesse accélérée ces molécules trient et sélectionnent des blocs de construction plus simples présents dans l'environnement et les intègrent à leur propre structure. Elles se reproduisent de plus en plus rapidement et envahissent le milieu : elles s'autosélectionnent. Contrôlant les flux de pièces intermédiaires, cette espèce moléculaire en vient à occuper tout l'espace dans lequel elle se développe, interdisant d'autres évolutions, nécessairement plus lentes. 
Un tel phénomène intéresse aussi l'économie, mais les économistes ont mis un certain temps à découvrir sa généralité. Alors que l'économie traditionnelle ne considérait que des évolutions soumises à la loi des rendements décroissants (saturation des marchés, nécessité de réduction des prix, de campagnes publicitaires, compétition sur les marges etc.), la nouvelle école issue des sciences de la complexité s'intéresse aux lois des rendements croissants. Ceux qui conduisent à l'explosion d'un marché, à l'autosélection de nouveaux produits ou services et à l'exclusion compétitive des autres. Le produit s'impose, devient obligatoire, incontournable, et dicte sa loi aux autres générations de produits analogues. L'occupation exclusive d'un secteur par autocatalyse et autosélection de tels produits ou services a été nommé par les nouveaux économistes : réaction de "lock-in". Expression que l'on peut traduire par phénomène de "verrouillage" ou de fermeture. 
Il suffit d'analyser quelques développements technico-économiques, culturels ou politiques récents pour comprendre la portée de cette loi naturelle.
Le fax : au début, quand il n'existait que quelques télécopieurs, d'ailleurs fort onéreux, en posséder un ne présentait guère d'intérêt car il n'y avait pas suffisamment de correspondants potentiels. Mais plus le nombre de fax s'accroît, plus la valeur d'usage de chaque fax augmente. Ce qui crée de nouvelles applications et une incitation à s'en procurer un. Un cercle vertueux s'amorce. 
Le satellite Astra : ce satellite de télécommunication a été lancé sous la critique des experts. Relayant 25 chaînes, et bientôt 150 avec la numérisation, il a imposé - mieux que par quelque décision politique - la vraie télévision européenne. Son succès à créé des niches d'expansion commerciales et culturelles pour les producteurs de paraboles, de décodeurs, de programmes, de films, de disques, de magazines tous renforçant par rétroaction positive le rôle de catalyseur d'Astra. Phénomène de fermeture : tant pis pour ceux qui ne diffusent pas leurs émissions à partir d'Astra. La place est prise !
La société Microsoft : cette entreprise a diversifié ses produits en modules de construction indispensables à des réseaux et chaînes de producteurs du savoir informatisé. Chaque produit crée une nouvelle niche d'expansion qui renforce par rétroaction positive l'ensemble des produits existants.
Le réseau Internet : ce réseau de réseaux reliant des ordinateurs dans le monde entier compte aujourd'hui 20 millions d'utilisateurs et croît à raison de 1,5 million de nouveaux usagers par mois. Chaque application nouvelle crée un champs de complexification amplifiant "l'intelligence" globale du réseau. Des nouvelles solutions et applications apparaissent plus rapidement, catalysant la croissance du système. Plus d'utilisateurs sont connectés, plus la motivation à se brancher s'accroît et plus les interfaces s'améliorent. En France, Télétel et le minitel ont connu un tel phénomène de développement autocatalytique du secteur de la télématique grand public. Mais faute de nouvelles niches d'expansion internationales renforçant le système français, il entre aujourd'hui dans la voie incertaine des rendements décroissants. Avec, en outre, un système de tarification à la durée qui n'incite pas l'opérateur à proposer des techniques d'échange rapide d'information : plus le systèmes est lent, plus l'opérateur gagne d'argent! 
L'anglais : n'en déplaise aux défenseurs du multilinguisme, le développement de l'anglais comme langue universelle de communication primaire suit un processus irréversible de verrouillage par autocatalyse. De plus en plus d'utilisateurs choisissent l'anglais comme première langue professionnelle ou de contact et créent de nouvelles niches d'applications et d'expansion : livres, cours, guides, procédures, appareils techniques, instruments, logiciels, disques ces applications renforcent le rôle catalytique de l'anglais dans les choix de nouveaux utilisateurs et la création d'autres niches. Une boucle de rétroaction positive est amorcée. Cette autosélection d'une langue par exclusion compétitive des autres (du moins pour certains types d'applications) ne signifie évidemment pas qu'il faille abandonner le multilinguisme. Il est indispensable à la préservation de la variété culturelle et constitue donc un facteur déterminant d'évolution complexifiante. L'autosélection de l'anglais, sorte d'espéranto commode mais limité, est probablement un phénomène transitoire dans l'attente des systèmes de traduction automatique individuels en temps réel.

 

Le phénomène de verrouillage par autocatalyse et autosélection met en évidence de nombreux aspects des processus généraux d'émergence de la complexité organisée : variations, mutations, catalyse, amplification, sélection, stabilisation, auto-organisation, coévolution. Il démontre qu'en inversant (ou en croisant) des boucles de rétroaction on peut passer d'une situation de rendements décroissants à une situation de rendements croissants : une règle d'or dans la gestion des systèmes complexes pour débloquer des situations inextricables. 
Une anecdote pour l'illustrer. Un prince réunit ses deux fils Godefroy et Lancelot. "Je lègue ma fortune et mon domaine à celui dont le cheval franchira le dernier les portes de la ville. Partez derrière la grande colline et revenez à votre guise". Godefroy monte un cheval noir et Lancelot un cheval blanc. La progression vers la ville devient une course de lenteur, chacun cherchant à arriver le dernier. La situation est bloquée. Le prince s'ennuie. Tout à coup, Godefroy et Lancelot franchissent la porte de la ville à bride abattue et dans un nuage de poussière. Que s'est il passé ? Godefroy monte le cheval blanc et Lancelot le cheval noir. Les deux fils - dont la course s'éternisait - ont simplement décidé d'échanger leurs montures pour qu'en arrivant premier, le vainqueur force son cheval (monté par l'autre) à arriver en dernier. Une rétroaction positive vers zéro, cause d'une course de lenteur, a été transformée en rétroaction positive à rendements croissants, cause d'une course de vitesse permettant l'exclusion compétitive du concurrent. 
L'observation de lois de la nature s'appliquant aux systèmes physiques, biologiques ou sociaux met en lumière la généralité de phénomènes communs. Je l'ai montré pour des formes d'organisation, des mécanismes de régulation, des systèmes d'amplification, à partir de quelques exemples empruntés au monde des molécules ou à celui de l'économie. Progressivement émerge une nouvelle vision de la nature. Un regard essentiel pour comprendre la prochaine étape de l'organisation des sociétés humaines et éclairer notre chemin. 

 

L'émergence de la science du XXIe siècle


Dans une ancienne abbaye, au coeur du nouveau Mexique, une poignée de chercheurs travaille à l'émergence de la science du XXIe siècle. Ce haut lieu de la synthèse et de la rencontre des disciplines est le Santa-Fe Institute. Il abrite une équipe de jeunes chercheurs post-doctorants encadrés par un comité de scientifiques de haute réputation dont plusieurs prix Nobel. Une des particularités de cette organisation est que les chercheurs y résident en permanence, assistés par des moyens administratifs et informatiques importants, tandis que leurs directeurs de projets poursuivent leur enseignement dans leurs universités d'origine, faisant des séjours réguliers au Santa-Fé Institute. C'est le cas de pionniers de la nouvelle science comme John Holland, Brian Arthur, Stuart Kaufmann ou Christopher Langton dont je reparlerai plus loin. Les séminaires que j'ai eu l'occasion de présenter au Santa-Fe m'ont permis de vivre l'étonnante atmosphère transdisciplinaire qui y règne : tel groupe travaille sur l'immunité, tel autre sur les écosystèmes, tel autre encore sur l'économie ou la vie artificielle. Il n'y a pas de frontière entre disciplines. Seule compte l'approche commune par la complexité, la dynamique des systèmes et l'utilisation de l'ordinateur-macroscope. 
Autre lieu respecté de la nouvelle science, l'Université Libre de Bruxelles ou travaillent Ilya Prigogine, Grégoire Nicolis et Jean-Louis Deneubourg. Ces équipes se sont illustrées dans la thermodynamique des systèmes irréversibles permettant de mieux comprendre en chimie et dans les sciences sociales les processus d'auto-organisation et l'émergence de la complexité. Des équipes de chercheurs français sont associées aux travaux de ces deux Instituts, comme celles dirigées par Francisco Varela du CNRS, Paul Bourgine du Cemagref, ou Gérard Weisbuch de l'Ecole Normale Supérieure de Paris.
Après l'éclatement, l'éparpillement, la dispersion des disciplines qui découpaient la nature en territoires de plus en plus spécialisés, une vision de synthèse émerge. Elle rapproche et féconde les disciplines dans une harmonieuse cohérence. Paradoxalement c'est une discipline au nom étrange, bien éloignée en apparence de cette harmonieuse construction qui a joué un rôle décisif dans cette convergence : la théorie du chaos, la mal nommée. Elle débouche sur les sciences de la complexité, nouveau carrefour de la rencontre entre l'analytique et le systémique.
La nouvelle vison du monde issue des travaux sur la théorie du chaos et la complexité permet en effet un rapprochement entre deux modes complémentaires d'analyse et d'action : la méthode analytique, née de la démarche cartésienne et l'approche systémique, issue de la cybernétique et de la théorie des systèmes. Déjà, un bouleversement radical s'était produit dans le courant des années 50 et 60 avec le changement de paradigme induit par la synthèse systémique. Des chercheurs en sciences physiques, biologiques ou sociales se réunissaient alors dans le cadre de la Josiah Macy Foundation ou de la Société pour l'Etude des Systèmes Généraux, pour fonder les bases d'une nouvelle approche de la complexité. On y retrouvait des équipes du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Université Harvard avec Norbert Wiener, Warren McCulloch, Arturo Rosenblueth, Julian Bigelow, Walter Pitts. Mais aussi des philosophes, anthropologues ou économistes comme Gregory Bateson, Margaret Mead, Anatol Rappoport, Kenneth Boulding ou Ross Ashby. Des ponts étaient lancés entre les sciences physiques, mécaniques et biologiques, par le biais de la cybernétique et de la théorie des systèmes. En France, s'est créé à la fin des années 60 le Groupe des Dix, auquel j'ai participé. Composé en fait d'une vingtaine de personnes, il réunissait entre autres, autour de Jacques Robin, Henri Atlan, Jacques Attali, Henri Laborit, Edgar Morin et Michel Serres. Ce groupe a également travaillé dans l'optique de la systémique.

 

Réconcilier la partie et le tout


Quelles sont les relations entre analyse cartésienne et approche systémique ?
René Descartes nous a aidé à mieux comprendre la complexité du monde en la réduisant à un certain nombre d'éléments simples qu'il est possible d'étudier un à un. Il nous a appris à jeter les bases de l'acquisition des connaissances par le raisonnement rigoureux, l'accès à l'expérimentation pour vérifier ou infirmer les hypothèses. Cette méthode scientifique, toujours appliquée aujourd'hui, a conduit à l'essor de la science, de la technique et de la société. Mais elle a des effets pervers. Elle sépare et isole, disperse et émiette. L'ensemble des connaissance apparaît ainsi "à plat" sans relief ni hiérarchie : au même niveau. Le savoir se fragmente en une multitude de territoires disjoints; sans cesse des frontières surgissent entre eux, recréant des îlots séparés. C'est ainsi qu'apparaissent les disciplines scientifiques qui prétendent décrire la réalité de la nature. Une juxtaposition d'éléments parcellaires. Une juxta-disciplinarité plutôt qu'une véritable synthèse des connaissances.
La méthode analytique a fait éclater la complexité du monde en une succession de disciplines. Un problème de communication est ainsi né de cette mosaïque de savoirs dispersés, créant la nécessité d'une culture encyclopédique ; besoin de classer par différentes clefs (alphabétique, chronologique...) des faits, des objets, des éléments, de manière à organiser et à retrouver les informations. Une telle méthode n'est pas sans inconvénients quand il s'agit de relier des domaines différents ou de procéder à des références croisées entre éléments encyclopédiques. 
Indispensable pour fonder la science, la démarche analytique ne suffit plus pour expliquer la dynamique et l'évolution des systèmes complexes, les rétroactions, les équilibres, l'accroissement de la diversité ou l'auto-organisation. Il était donc nécessaire qu'émergent de nouvelles méthodologies d'organisation des connaissances face à la complexité du monde. 
C'est ainsi qu'est née l'approche systémique. Complémentaire de l'approche analytique, elle s'applique à des domaines variés allant de la biologie à l'écologie en passant par l'informatique, les réseaux de communication, l'éducation, la psychiatrie, les sciences du management ou l'économie. Si la méthode analytique consiste à découper la complexité en éléments distincts, la méthode systémique recombine le tout à partir de ses éléments en tenant compte du jeu de leurs interdépendances et de leur évolution dans le temps.
La systémique est issue de la convergence de la cybernétique, de la théorie de l'information et de la biologie. Je la définis comme une nouvelle méthodologie permettant d'organiser les connaissances en vue d'une plus grande efficacité de l'action. Cette approche se consacre à l'étude des systèmes. Un système est un ensemble d'éléments en interaction dynamique organisés en fonction d'une finalité. Cette finalité est le maintien de la structure du système. La cellule, une société d'insectes, le corps humain, l'entreprise, la ville, l'écosystème sont des exemples de systèmes.
L'organisation des systèmes se produit à plusieurs niveaux. Certains jouent le rôle de blocs de construction dans les niveaux supérieurs. Ainsi les atomes dans les molécules; les molécules dans les macromolécules; les macromolécules dans les cellules; les cellules dans les organes ; les organes dans les organismes; les organismes dans les populations. La systémique considère cet emboîtement comme un jeu de poupées russes. Elle n'envisage jamais un élément isolé, mais toujours en relation avec le niveau qui le précède, celui qui le suit et son environnement global.
La systémique s'attache à l'étude des réseaux de communication comme le système nerveux, le système immunitaire, les systèmes de transport, les réseaux de télécommunication. Elle considère également les réseaux de régulation au sein desquels des informations sont renvoyées au système pour lui permettre d'adapter son fonctionnement aux contraintes face auxquelles il se trouve placé. 
En systémique, on étudie les effets des régulations positives et négatives. Une régulation négative renvoie une information de la sortie d'un système vers son entrée pour le faire varier en sens inverse (rétroaction négative). Il en va ainsi d'un thermostat : si la température s'accroît, un signal est envoyé à l'entrée pour arrêter le chauffage et diminuer la température. Si celle-ci diminue, un signal parvient à l'entrée pour rallumer le chauffage et la température remonte. On oscille donc autour d'une valeur stable. Dans une régulation dite positive (rétroaction positive) le plus entraîne du plus. Les effets agissent sur les causes dans la même direction : c'est l'autocatalyse. Il en résulte une évolution de nature explosive (explosion atomique, démographique ou prolifération de cellules cancéreuses), ou une fuite ("runaway") vers zéro: tels une peau de chagrin, les phénomènes ralentissent et finissent par s'éteindre d'eux-mêmes.
La systémique intègre la durée. Elle considère des évolutions de systèmes complexes dans le temps. De quelle manière un système se transforme, comment il évolue, comment il modifie son environnement ou comment cet environnement rétroagit sur lui. D'où l'importance d'une telle approche pour la gestion des entreprises et des grands projets. 
L'action systémique adopte une méthode combinatoire qui permet d'agir sur les systèmes en les modifiant par éléments distincts, mais reliés. Non d'une manière ponctuelle, comme on aurait tendance à le faire en appliquant la méthode cartésienne pour isoler un facteur jugé important et en agissant sur lui seul, mais en intervenant sur plusieurs éléments à la fois, tout en respectant certaines séquences. Face à un réseau complexe, on agit en plusieurs points pour conduire le système à sortir de son état de conservatisme et à évoluer dans le sens souhaité. 
L'approche systémique, complémentaire de la démarche analytique, est à l'origine d'un changement profond dans notre relation au monde. Les philosophes et les scientifiques l'appellent un changement de paradigme. Nous nous trouvions enfermés dans un paradigme disciplinaire, analytique, séquentiel, linéaire. On commence aujourd'hui à se référer à un paradigme systémique. L'interdépendance est plus importante que l'isolement, la complémentarité que l'exclusion. Alors que l'analytique a conduit à une logique d'exclusion, la systémique s'ouvre à une logique de la complémentarité.
La méthode systémique modifie radicalement le processus d'apprentissage et d'acquisition des connaissances. Une image pour mieux le faire comprendre : un gratte-ciel et une sphère. Le gratte-ciel symbolise la démarche encyclopédique. Il est construit pour abriter toute la connaissance du monde rangée par disciplines comme dans une gigantesque bibliothèque. A chaque connaissance nouvelle correspond une salle, à chaque nouveau domaine, un étage. On peut ajouter, grâce aux techniques modernes de construction, des étages et des salles à l'infini, vers le haut ou latéralement. Chaque salle ou étage dispose d'un code signalétique permettant l'orientation des visiteurs et la recherche des informations. Il va sans dire que l'orientation devient vite impossible dans un tel bâtiment. Comment retrouver les informations pertinentes en utilisant un simple classement topologique ? A quel étage et dans quelle salle commencer si l'on cherche à s'instruire ? 
La sphère symbolise l'approche systémique. Elle peut être aussi petite qu'un point ou avoir les dimensions de la planète, mais c'est toujours une sphère. A l'intérieur il n'existe aucun compartiment, section ou niveau : toutes les connaissances venant de l'extérieur sont brassées en permanence et remises en perspectives les unes par rapport aux autres. Le contenu de la sphère s'enrichit ainsi globalement, se densifie, se fractalise. La partie contient le tout et le tout la partie. Chacun reste signifiant pour l'autre. Comme pour le gratte-ciel encyclopédique, l'expansion du volume des connaissances est illimitée. Mais elle se réalise dans la cohérence et non par simple juxtaposition des savoirs.
Approches analytique et systémique apparaissent ainsi plus complémentaires qu'antagonistes. De manière paradoxale, le lien entre elles a pour nom "chaos".

 

Le chaos : une organisation cachée ?


Qu'est-ce que la complexité ? Un système complexe n'est pas nécessairement "compliqué". Grâce à des méthodologies appropriées et adaptées, on peut comprendre la complexité et agir sur elle. Un système compliqué, lui, résiste à toute forme d'analyse utilisant les méthodes traditionnelles. 
Un système complexe se caractérise d'abord par le nombre des éléments qui le constituent -par exemple le nombre de molécules dans une cellule, ou de personnes dans une ville. Ensuite, par la nature des interactions entre ces éléments, le nombre et la variété des liaisons qui relient ces éléments entre eux. Un tas de sable contient des milliards de grains mais leurs interactions sont simples par rapport à celles qui réunissent des hommes dans une société. On considère enfin la dynamique non linéaire de son développement, c'est à dire les accélérations, les inhibitions, les oscillations, difficilement prédictibles.
Une cellule vivante, un organisme, une termitière, un arbre, un écosystème, le système économique, une ville et ses habitants, un système international de réservations de place d'avions sont des systèmes complexes. La révolution moderne apportée par les sciences de la complexité est la compréhension des processus qui donnent naissance à de tels systèmes à partir de lois simples.
Analytique et systémique fusionnent aujourd'hui au coeur des sciences de la complexité. Cette approche de la nature est dérivée de la théorie du chaos. Selon cette théorie, née au début des années 70 à partir notamment des travaux de Jim Yorke de l'Université du Maryland, Edward Lorenz du MIT, Joseph Ford du Georgia Institute of Technology, Paul Glansdorff et Ilya Prigogine de l'Université Libre de Bruxelles, la complexité peut naître d'interactions simples répétées des myriades de fois à partir d'éléments en constante interaction. Un changement minime peut être amplifié et conduire à des états de très haute organisation, reconnus par l'observateur comme une forme ou une information. Par exemple, les gouttelettes d'eau ou les cristaux de glace d'un nuage subissent des mouvement de convection, des turbulences, des regroupements ou dispersions chaotiques. Pourtant, au cours du temps des agrégations se forment ou se déforment, persistent ou disparaissent, créant une forme caractéristique. Selon les circonstances qui lui ont donné naissance et son évolution dans le temps, cette forme deviendra à nos yeux d'observateurs un cumulus, un stratus, un cirrus. Des nuages caractéristiques de certains types de temps, riches d'information et permettant de faire des prévisions météorologiques.
Ces formes instables mais pérennes sont issues du chaos déterministe -une forme d'organisation de la matière répandue dans tous les phénomènes naturels. Jusqu'à présent, notre puissance d'analyse et de simulation n'était pas assez forte pour rendre compte de ces phénomènes et les reproduire. Avec les ordinateurs modernes, la compréhension et la simulation des processus d'auto-organisation devient possible.
Un autre exemple d'organisations complexes à partir de lois simples est représenté par les structures fractales que le mathématicien Benoît Mandelbrot a rendues populaires . Le grand public a découvert avec étonnement à la télévision, en photo, sur des cassettes vidéo ou des programmes d'ordinateurs, ces magnifiques formes en couleur ressemblant à des bijoux, à des motifs de tapisseries indiennes, à des fleurs, des queues d'hippocampes, des ailes de papillons, des embouchures de fleuves, des chaînes de montagne ou des éclairs. Ce sont des structures fractales, qui résultent d'équations simples recalculées un grand nombre de fois par l'ordinateur et produisant des résultats sous forme de nombres auxquels on peut associer des lignes ou des couleurs. Des structures se construisent et évoluent ainsi sur l'écran comme des êtres biologiques avec lesquelles elles présentent davantage qu'une ressemblance analogique : elles sont produites par des processus codés et itératifs voisins de ceux qui génèrent l'étonnante variété des êtres vivants.
Une structure fractale est une structure dont la résolution reste fine à différents degrés ou niveau d'observation. En d'autre termes, elle est construite de motifs répétitifs se réorganisant à des niveaux différents pour produire une forme conservant une structure de base analogue. Ainsi en est-il d'une fougère, d'un cristal, d'une côte rocheuse vue d'avion ou observée à l'échelle humaine. Longtemps invisible, la nature fractale des formes de la nature apparaît aujourd'hui en pleine lumière et se simule facilement sur ordinateur. Une célèbre forme fractale résulte simplement d'un triangle sur lequel le programme d'ordinateur fait apparaître trois nouveaux triangles au milieu de chacun des côtés. Une nouvelle structure apparaît, sorte d'étoile à six pointes. Puis la même modification se poursuit sur les douze nouveaux côtés, et ainsi de suite à l'infini. Le même principe simple de modification appliqué systématiquement à chaque forme nouvelle crée une structure d'une extraordinaire complexité.
La théorie du chaos et les formes fractales conduisent à une vision unifiée de la nature. Des phénomènes séparés par l'analyse élémentaire traditionnelle apparaissent communs, se rapprochent. De même que le concept de sphère établit une relation entre une goutte d'eau, le globe terrestre et une bulle de savon, les formes fractales de la nature se rangent dans un certain nombre de catégories, reliant la biologie à la chimie, la physique aux sociétés animales. On perçoit pour la première fois l'unité cachée derrière des formes aussi diverses qu'un arbre, des nuages, un rivage. Formes, diversités et unités sont le résultat de processus chaotiques faisant intervenir des myriades d'éléments en interaction. La théorie du chaos permet de comprendre comment des bifurcations successives constamment amplifiées conduisent à s'écarter très rapidement de l'état initial pour conduire à l'émergence de formes nouvelles, à l'auto-organisation de structures complexes. 
Grâce à ces nouvelles approches de la complexité, on explique mieux l'émergence de formes nouvelles, structures, fonctions, réseaux et systèmes. Par exemple l'apparition des structures organisées, bases des processus vitaux à l'origine des êtres vivants, l'émergence d'un réseau de communication international, ou la constitution des réseaux financiers et de la bourse.
Voici comment les spécialistes de la théorie du chaos décrivent l'auto-organisation d'un système complexe par le jeu d'interactions chaotiques. Même si les termes employés peuvent paraître à certains quelque peu techniques, l'ensemble de cette description permet d'illustrer la portée générale de la théorie.
Au sein d'une population d'éléments ou d'agents en interaction (molécules, gouttelettes d'eau, fourmis, individus) se produisent des fluctuations aléatoires (des écarts) autour d'un état d'équilibre dynamique. Ces changements infimes mettent certaines parties du système hors de l'équilibre. Ces fluctuations peuvent s'amplifier et donner naissance à des oscillations plus régulières. Par suite de bifurcations évolutives et d'amplifications successives, des sous-ensembles du système peuvent ainsi quitter l'état d'équilibre et constituer des structures organisées traversées par un flux d'énergie. Ces "structures dissipatives" s'organisent pour optimiser l'écoulement du flux d'énergie qui les traverse, et maintiennent leur structure au cours du temps. Ainsi, une forme organisée peut naître de mouvements chaotiques aléatoires et se stabiliser. Certaines structures organisées peuvent accélérer la formation de nouvelles structures. Il en résulte un phénomène d'autocatalyse et d'accélération analogue, comme on l'a vu précédemment, à une forme de reproduction. La nouvelle structure émerge plus rapidement que celle qui lui a donné naissance.
De telles évolutions peuvent être simulées et visualisées par l'informatique. Le catalyseur qui a favorisé le rapprochement de l'analytique et du systémique et permis l'émergence des nouvelles sciences de la complexité est sans aucun doute l'ordinateur.

 

Pour comprendre le chaos: l'ordinateur macroscope


Un des grands défis du monde moderne, dans les sciences comme dans la conduite des grandes organisations, est la maîtrise de la complexité. Comment mieux la comprendre et agir sur elle avec plus d'efficacité ? Nous voici à nouveau confrontés à un insondable infini, le troisième : l'infiniment complexe. Après l'infiniment grand et l'infiniment petit qui fondèrent la science moderne suite au questionnement incessant des savants et des philosophes, l'infiniment complexe influence directement nos actions et notre vision du rôle de l'homme dans le monde. 
La connaissance avance par bonds successifs liés à la représentation du monde. Voir pour comprendre, comprendre pour mieux voir. La visualisation des phénomènes, structures et évolutions est déterminante dans les progrès de la science et des représentations qui en découlent. Dans cette quête des représentations, le télescope et le microscope ont occupé une place privilégiée. Aujourd'hui encore, avec les nouvelles générations d'instruments comme le télescope Hubble ou le microscope à effet tunnel (MET) ils jouent un rôle essentiel dans l'élargissement du champ du visible. Sans la lunette de Galilée les théories de la mécanique céleste, puis celle de la gravitation n'auraient pu trouver leur base d'observation. Sans le microscope de Antonie Van Leeuwenhoek (1632-1723) et celui de Louis Pasteur, le monde des microbes n'aurait pu être découvert, ni celui des cellules, donnant naissance à la biologie moléculaire et aux biotechnologies.
Depuis une dizaine d'années émerge un prodigieux instrument d'observation de la complexité, et d'action sur ce troisième infini : l'ordinateur. Et particulièrement l'ordinateur personnel, démultiplicateur des capacités du cerveau individuel à traiter la complexité. Certes, l'ordinateur existe depuis un demi-siècle et on en connaît les multiples applications. Sans un tel sociocatalyseur, les sociétés humaines ne pourraient fonctionner à des rythmes accélérés et avec l'efficacité nécessaire pour coordonner en temps réel une multitude d'actions imbriquées et d'une immense variété. Mais ce sont surtout les nouvelles caractéristiques de l'ordinateur personnel, relié en réseau à d'autres machines, qui bouleversent les données. Ces caractéristiques tiennent en trois mots : puissance, visualisation, simulation. 
Un ordinateur moderne fonctionne à partir de microprocesseurs dotés de capacités de traitement sans commune mesure avec ceux qui existaient au milieu des années 80. Vitesse, mémoire, adressage, parallélisme des opérations confèrent à ces ordinateurs la capacité de calcul des plus puissantes machines des années 80 d'un prix mille fois plus élevé. Chacun peut désormais au laboratoire, au bureau, ou en voyage s'il est muni d'un portable, résoudre simultanément des cohortes équations différentielles non linéaires et visualiser les résultats sur des courbes, graphiques en couleurs, cartes en trois dimensions ou formes animées Une tâche impensable avec un crayon et un papier ! Tout à coup, par suite de ces discontinuités ou seuils critiques propres à la coévolution des connaissances, l'ordinateur émerge comme un outil de prédilection dans l'observation et la simulation de l'infinie complexité du vivant, de la société ou de l'écosystème. Et surtout comme un outil opérationnel pour agir sur elle. 
L'ordinateur est ainsi devenu le macroscope du troisième infini. Désormais, ce n'est plus un symbole, mais une réalité. Et cette réalité est en train de bouleverser notre vision du monde.
L'ordinateur-macroscope contracte ou dilue le temps et l'espace, rendant perceptibles des évolutions trop lentes ou trop rapides pour notre cerveau. Faisant interagir des myriades de paramètres simultanément et autorisant à tout instant le changement des règles du jeu, il forme une véritable symbiose avec son opérateur. Les contrôleurs du trafic aérien peuvent ainsi suivre en temps réel des trajectoires et flux d'avions ; les chimistes fabriquer des modèles moléculaires capables de réagir les uns avec les autres ; les chirurgiens voyager à l'intérieur du corps avant une opération grâce aux images provenant des scanners et retraduites par l'ordinateur ; les financiers analyser des courbes pour détecter les tendances des marchés ; ou les militaires engager des chars et leurs conducteurs sur un champ de bataille virtuel Mais un des grands atouts de l'ordinateur-macroscope est de mettre en lumière les relations entre ordre, chaos et complexité dans une multitude de phénomènes naturels allant de la physique à la chimie, de la biologie aux sciences sociales et à l'écologie. C'est grâce à la visualisation et à la simulation sur leurs ordinateurs que les fondateurs de la théorie du chaos et des sciences de la complexité ont découvert la généralité de certains phénomènes et proposé leurs hypothèses. Ainsi Edward Lorenz en météorologie, Benoît Mandelbrot pour sa géométrie de la nature et sa découverte des formes fractales, Stuart Kaufman et Doyne Farmer pour les réactions chimiques qui ont donné naissance à la vie, John Holland pour les algorithmes génétiques, Brian Arthur en économie. Ilya Prigogine et Grégoire Nicolis pour les systèmes sociaux. Et bien d'autres chercheurs en sciences de la complexité de par le monde.
L'ordinateur est un laboratoire portatif de chimie, de biologie, de sociologie, d'économie, d'écologie. Il renferme dans ses logiciels de simulation une infinité de mondes modifiables et manipulables au gré de l'opérateur. Une simulation n'est autre qu'une expérience informatique. Elle a les mêmes caractéristiques, avantages et portée intellectuelle qu'une expérience traditionnelle de laboratoire ou effectuée sur le terrain. Tout type d'expérience peut être tenté sans qu'il soit nécessaire d'engager une expérimentation en vraie grandeur avec les risques qu'elle représente, surtout quand elle implique des hommes, des entreprises, des économies. Dans une expérience in vitro, les biologistes reconstituent en tube à essai la machinerie de base des cellules et y ajoutent les ingrédients moléculaires qui lui permettent de fonctionner. Les informaticiens réalisent, eux, des expériences in silico, mais les objectifs et les retombées sont analogues. Pour la première fois il devient possible de tenter de comprendre la nature, non plus seulement en la décomposant en ses composants toujours plus infimes - molécules, atomes, particules élémentaires - selon la démarche traditionnelle de la science, mais en la reconstruisant à partir d'éléments et de lois simples faisant naître la complexité des organisations et des fonctionnements. On peut ainsi vérifier la validité des hypothèses en observant la manière dont le modèle se comporte dans son environnement simulé, la validation ne résidant pas seulement dans l'explication causale, mais aussi dans la cohérence du fonctionnement d'ensemble et la pertinence de l'organisation qui le supporte.
L'ordinateur-macroscope fait ainsi émerger progressivement une théorie unifiée de l'organisation des systèmes complexes.

 

Drôles d'oiseaux et fourmis virtuelles


On dispose donc aujourd'hui, grâce en particulier aux travaux des équipes du Santa-Fe Institute et de l'Université Libre de Bruxelles, d'une palette d'outils pour comprendre l'auto-organisation des systèmes complexes et leur comportement dans le temps. Au-delà des molécules, des cristaux ou des nuages, l'important est de rendre compte de l'apparition de comportement collectifs "intelligents" tels que ceux observés dans les sociétés animales ou humaines. Ce qui est évidemment nécessaire pour envisager la formation du macro-organisme planétaire que les hommes sont en train de construire par le jeu de leurs créations et interactions.
La théorie du chaos le permet-elle ? Les cas des essaims, des nuées d'insectes ou d'oiseaux sont des modèles féconds, simulables sur ordinateur. Le comportement collectif de millions d'êtres vivants, leurs constructions sociales, leur adaptation à des contraintes d'environnement, fascinent les scientifiques depuis de nombreuses années. Les théories de l'auto-organisation et l'ordinateur-macroscope permettent aujourd'hui d'adapter ces modèles aux organisations humaines.
La règle de base ainsi mise en lumière et dont la signification est profonde, peut s'exprimer de la manière suivante : une multitude d'individus agissant en parallèle et de manière simultanée à partir de règles simples peut faire émerger un comportement collectif intelligent susceptible de résoudre les problèmes globaux qui se posent à la communauté.
Ce principe fondamental peut s'illustrer par des exemples empruntés aux vols de nuées d'oiseaux et aux sociétés d'insectes.

Craig Reynolds, de la société Symbolics à Los Angeles, a tenté un jour une expérience dont le résultat inattendu l'a privé de sommeil pendant quelques nuits, tant sa surprise fut grande. Il voulait simplement simuler sur son ordinateur le comportement d'un vol d'étourneaux. Pour cela, il programma dans la machine des règles contrôlant le mouvement individuel de centaines d'oiseaux représentés par des triangles et qu'il appela "boïds"*. Au début, le programme était très complexe car il devait tenir compte des multiples possibilités d'actions individuelles et d'interaction des "oiseaux " entre eux. Le résultat visualisé sur l'écran de l'ordinateur n'était pas très concluant : les "boïds" se déplaçaient comme un régiment soumis à des règles strictes, la structure d'ensemble n'était pas très réaliste et les courbes ou les changements de route saccadés, ou symétriques, bien éloignées du vol réel d'étourneaux vivants. 
Reynolds entreprit alors de s'inspirer des théories du chaos et de programmer dans son ordinateur quelques règles simples inspirées de celles que lui communiquèrent les spécialistes de l'étude des vols d'oiseaux. Voici ces règles : 
· maintenir une distance minimale avec les objets présents dans l'environnement, ainsi qu'avec les autres oiseaux.
· adapter sa vitesse à celle des oiseaux situés dans le voisinage.
· se déplacer vers le centre perçu de la masse des oiseaux présents dans le voisinage.
C'est tout. On est loin de la programmation détaillée d'une organisation vivante complexe telle qu'on aurait pu l'imaginer à partir de l'analyse traditionnelle. Pour corser les situations, Craig Reynolds introduisit dans le paysage des colonnes jouant le rôle d'obstacles. Règle d'or: si un "boïd" arrive de face, il prend la tangente. Si c'est impossible (chance infime), il la percute, tombe à sa base, puis doit voler plus vite pour rattraper le vol.
Ayant ainsi créé quelques règles simples introduites dans le programme de simulation, Reynolds lance son ordinateur et observe le comportement de son vol de "boïds" à travers les colonnes. Stupeur et émotion : une situation totalement imprévue survient. Un comportement quasi "vivant" d'un boïd ! Le vol hésitant, heurté, collectif, harmonieux et imprévisible des "boïds" s'approche des colonnes. La quasi totalité des triangles se faufile à travers elles en prenant les tangentes, en se divisant en sous-groupes ou en accélérant leur vol. Mais un seul "boïd" arrivant dans une trajectoire improbable de collision, hors de toute tangente possible, percute une colonne. Il tombe à terre, fait le tour de la colonne et repart "à tire d'aile" rattraper les autres "boïds" qui poursuivent leur vol collectif ! Une situation non programmée à "émergé" des contraintes et du comportement collectif des individus obéissant à certaines règles. Le programme a "inventé" une solution à une situation particulière. Le plus étonnant est qu'indépendament de la répartition ou la dispersion des "boïds" au départ de la simulation, un vol groupé se constitue à chaque expérience, bien que la formation "vol groupé" ne soit programmée dans aucun individu.

L'intelligence collective des fourmis résulte de l'interaction du comportement de myriades d'individus répondant à des règles simples. La fourmilière est une société qui constitue un macro-organisme ayant un comportement global intelligent. Les réseaux de communication des sociétés d'insectes forment un "réseau neuronal", une intelligence collective susceptible de résoudre des problèmes se posant à la communauté. Par exemple : trouver le chemin le plus court pour se rendre à une source de nourriture et la ramener à la fourmilière ; réparer le dôme de leur habitation détruit par les intempéries ou un prédateur ; isoler les fourmis mortes des vivantes. 
Pour mieux comprendre ce propos, voici quelques données de base. La fourmi ne dispose pas d'un cerveau suffisamment développé pour résoudre seule de tels problèmes. Elle est l'exécutante fidèle et obstinée d'une certain nombre de routines pré-programmées modifiées par des informations venant de l'extérieur. L'environnement des fourmis (représenté par la fourmilière, les pistes qui l'entourent, la lumière solaire, les UV), est perçu par des capteurs appropriés. Mais un des éléments parmi les plus importants est la mémoire collective de la communauté, inscrite, et comme "engrammée" dans la topologie du milieu -sur le sol, par exemple, grâce à des pistes reconnaissables à leur odeur. Les fourmis sécrètent en effet des phéromones, substance chimique à l'odeur desquelles elles sont très sensibles. Au cours de son déplacement chaque fourmi touche régulièrement le sol avec la partie arrière de son corps et dépose une microgoutte de phéromone. Son effet est tel qu'on estime qu'un milligramme de cette substance permettrait à une colonne de fourmis de se guider sur une piste faisant trois fois le tour de la Terre ! Cette odeur se dissipe au bout d'un certain temps. Son caractère attractif, orienteur, diminue donc graduellement. Grâce à la combinaison de ces éléments, il est possible d'expliquer le "choix" effectué par les fourmis du chemin le plus court pour chercher de la nourriture. C'est une propriété des colonies d'insectes sociaux parfaitement simulable sur ordinateur.
La source de nourriture se trouve par exemple à 20 mètres de la fourmilière. Une route étroite sur laquelle circulent des milliers de fourmis relie la source à la fourmilière. Des fourmis reviennent chargées de nourriture et croisent celles qui montent vers la source. Chaque fourmi laisse sur le sol une trace de phéromone qui attire et guide d'autres congénères. Imaginons qu'un obstacle (dissymétrique par rapport à l'axe de la route) se dresse en son milieu. Pour le contourner il faut suivre deux voies différentes, l'une plus directe, l'autre plus longue.
Au départ, à peu près autant de fourmis contournent l'obstacle par la gauche que par la droite. La probabilité de choix gauche ou droite est en effet identique. Mais le chemin de droite étant plus long, la durée de parcours plus grande, la circulation y sera plus fluide. L'odeur de phéromone va donc s'estomper un peu plus rapidement que sur la piste de gauche. Il va en résulter un léger déséquilibre de densité de circulation car un nombre moindre de fourmis empruntera cette piste. La production de phéromone se réduira, attirant encore moins de fourmis. Sur l'autre route, par contre, la circulation est de plus en plus dense, la concentration de phéromone s'accroît et son l'odeur devient de plus en plus attractive pour les fourmis. Une boucle de rétroaction positive se met ainsi en place, amplifiant encore l'attractivité de cette route et conduisant au "verrouillage" de cette voie privilégiée au détriment de l'autre. Le chemin de gauche s'autosélectionne par rapport à celui de droite. Il y a exclusion compétitive de l'un par rapport à l'autre. Les fourmis ont collectivement "choisi" la route la plus courte, utilisant une "logique" autocatalytique et économisant ainsi leur énergie, réservée à d'autres tâches prioritaires. Le réseau neuronal "fourmilière" a fonctionné comme un système intelligent sélectionnant une solution optimale pour l'ensemble de la communauté.
Autre exemple : celui de la constitution d'un cimetière de fourmis. Savent-elles "enterrer" leurs morts ? Là encore quelques règles simples : les morts ayant une odeur particulière qui attire les prédateurs et met en danger la communauté, les écarter de la fourmilière accroît donc les chances de survie de la colonie. Voici les règles simples programmées dans l'ordinateur et spécifiant le travail d'une fourmi :
· ramasser un cadavre et le déposer n'importe où.
· si un cadavre déposé par une autre fourmi est rencontré, déposer celui qui est transporté à ce même endroit.
· si des petits tas de fourmis mortes sont rencontrés, les déplacer sur un tas plus gros (plus attirant).
Il se forme progressivement des petits tas de fourmis mortes, puis des paquets plus importants. Au bout d'un certain temps, par suite de l'action chaotique de centaines de fourmis, tous les cadavres se trouvent rassemblés en un seul gros tas, le "cimetière". 
Bien des exemples pourraient ainsi être donnés, allant de la construction de la fourmilière à l'entretien des larves et des reines ou au combat avec des envahisseurs. Un dernier exemple illustre la puissance de simulation de l'ordinateur quand il s'agit de reconstituer un comportement collectif analogue au comportement réel, répondant à des lois similaires.

Le Professeur John Koza de l'Université de Stanford a réussi à simuler le comportement d'une fourmilière à la recherche de nourriture. Il a utilisé pour cela un programme d'ordinateur à partir d'algorithmes génétiques. Cette forme de programmation s'inspire de la biologie. Elle génère dans la machine une sorte d'évolution darwinienne entre morceaux de programmes, sélectionnant les codes les mieux adaptés à la résolution d'un problème donné. Pour y parvenir, les programmeurs écrivent des lignes de programmes dans un langage spécial comportant de nombreux modules indépendants pouvant "muter", c'est-à-dire subir des variations aléatoires de leur code, génération après génération. Grâce à une évaluation permanente des résultats et un "biais" permettant de renforcer par une boucle de "récompense " les solutions les plus proches de la résolution du problème posé, le programme converge par essais et erreurs vers la solution recherchée, d'une manière analogue à l'évolution biologique. D'où le nom d'algorithmes génétiques.
John Koza a utilisé un ordinateur capable de suivre en temps réel des dizaines de petits carrés noirs représentant les fourmis. L'écran de son ordinateur a été quadrillé à la manière d'une grille de mots croisés. En haut à gauche de l'écran figurent une centaine de carrés bleus réunis en une masse représentant la nourriture. En bas à droite une centaine de carrés rouges rassemblés en une surface continue représentent la fourmilière. Programmées dans les algorithmes génétiques, les règles simples du comportement des fourmis, inspirées des observations des entomologistes, sont les suivantes :

· Chercher la nourriture. Si un carré bleu est trouvé, le prendre et l'amener dans la surface rouge (la fourmilière) en laissant sur son passage une trace de "phéromone" (ligne grise).
· En l'absence de nourriture, parcourir les cases à la recherche d'une piste de phéromone. En la croisant, la suivre dans le sens inverse de la fourmilière (les fourmis savent se repérer dans l'espace) : c'est dans cette direction que se trouve la nourriture.
· En l'absence de nourriture ou de pistes, chercher au hasard de case en case en parcourant le plus possible de cases.
Au début de l'expérience des dizaines de carrés noirs (les fourmis) sont réparties au hasard et dans tout l'espace. Quand la simulation commence, certaines se trouvent près des carrés bleus (la nourriture). Quelques unes s'associent à eux (les transportent) et se dirigent vers la surface rouge (la fourmilière) en laissant de case en case une trace grise (phéromone). Quand ces fourmis arrivent à la fourmilière une diagonale grise sépare en deux l'espace occupé par l'ensemble de la population. Certaines fourmis vont ainsi se trouver au nord, d'autres au sud. La probabilité qu'un nombre élevé de fourmis traverse la piste s'accroît. Une colonne plus dense d'insectes se dirige ainsi vers les carrés bleus, les saisissent avec leurs "mandibules" et se dirigent vers la fourmilière en laissant une trace de phéromone. La petite piste d'origine devient une route, puis une autoroute attirant encore plus de fourmis (rétroaction positive, amplification). Pour celles qui se déplacent encore au hasard, de case en case, la probabilité de rencontrer cette autoroute s'accroît. Toute la nourriture (carrés bleus) est bientôt rangée dans la fourmilière (carrés rouges). Même si l'on recommence l'expérience des centaines de fois, le temps mis par les "fourmis" pour acheminer toute la nourriture à la fourmilière ne sera jamais le même. Tout dépend des conditions initiales et de l'amplification des effets en cours d'action.

 

Les choix démocratiques des abeilles


L'étude des sociétés d'abeilles offre également des voies d'observation enrichissantes pour la compréhension des mécanismes d'auto-organisation que l'on retrouve également dans les sociétés humaines. 
Beaucoup a été écrit sur le langage des abeilles à travers leurs danses, leurs systèmes d'orientation, la production d'hormones de communication, qui fait de la ruche un macro-organisme social comme la fourmilière. Il est intéressant de considérer certains mécanismes fondamentaux sous l'angle de la théorie de chaos et de l'auto-organisation. L'ordinateur permet de simuler la construction des ruches, la formation des alvéoles hexagonales, la répartition du stockage du miel, du nectar, et la position des larves par rapport à celle de la reine. Une telle simulation réalisée par Scott Camazine de l'Université Cornell est particulièrement riche de signification, notamment par référence au fonctionnement d'un marché. C'est la prise de décision collective par les abeilles pour le choix d'une source de pollen.
Les abeilles au travail sont confrontées à un problème permanent : comment économiser leur énergie tout en rapportant à la ruche le maximum de nourriture (ressources énergétiques) et en évitant des déplacements trop fréquents, improductifs ou trop lointains ? L'ensemble du mécanisme de décision ressemble à un microprocesseur effectuant une opération logique :

Deux sources de pollen sont situées à des distances différentes de la ruche. La source "jardin" et la source "champ". Les abeilles de la source "jardin" s'y rendent directement, collectent le pollen, le ramènent à la ruche et y retournent aussitôt. Même action pour les abeilles habituées à la source "champs". Une partie des abeilles ("fatiguées" ou "démotivées") reste dans la ruche. Une autre partie danse sur une plate-forme réservée à cet effet pour informer d'autres abeilles de la qualité et de la distance de la source. Elles se mêlent à d'autres abeilles de la source "champs" informant la collectivité de la richesse de leur source. Selon la densité de l'information fournie par les unes ou les autres, la probabilité pour que des abeilles de la source "jardin" partent vers la source "champs" peut s'accroître. Un nombre plus élevé d'abeilles "champ" viendra "convaincre" un nombre croissant d'abeilles "jardin". Progressivement, l'équilibre se déplace vers la nouvelle source plus riche ou plus proche.
Une décision collective a conduit à un choix stratégique bénéfique pour l'ensemble de la colonie -par exemple pour économiser l'énergie en évitant les déplacements inutiles. Une décision entièrement fondée sur une probabilité de commutation individuelle vers l'une ou l'autre des solutions présentées. Et des effets amplifiés à l'échelle de la communauté par des règles et des contraintes strictes. 

Les exemples des "boïds", des fourmis ou des abeilles me paraissent illustrer plusieurs points importants. 
Des règles simples appliquées par une multitude d'agents agissant en parallèle font émerger un comportement collectif intelligent. On retrouve dans ces mécanismes "décisionnels" les propriétés générales de rétroaction positive, d'autocatalyse, d'amplification et d'autosélection également à l'oeuvre dans les sociétés humaines (marché, manifestations, modes, paniques collectives). 
L'ordinateur apparaît plus que jamais comme un outil d'observation de la complexité et de la dynamique des systèmes en temps réel. Il joue le rôle d'un laboratoire portatif d'expérimentation sur des systèmes sociétaux -c'est-à-dire constitués de multitudes d'éléments en interaction, associés à des structures émergentes créées par eux, à des fonctions de maintien et de développement et à des réseaux d'information et de régulation. 
Enfin, dans les sociétés d'insectes, il n'existe aucune représentation globale des situations, capables de donner naissance à des plans d'ensemble ou à des "stratégies". Les interactions directes et indirectes entre individus et avec l'environnement remplacent les plans d'action. La "mémoire" du groupe, son modèle de coordination, est l'environnement dans lequel il évolue. Un environnement-mémoire imprégné de marqueurs physiques ou chimiques résultant des activités de la collectivité. 

 

Entre ordre et désordre, une étrange frontière


Grâce aux exemples précédents on voit progressivement prendre corps une approche générale des mécanismes d'auto-organisation. Une approche qu'il semble pertinent d'appliquer aux sociétés humaines afin d'éclairer la vision prospective des formes possibles de leur organisation. La théorie du chaos dépasse en effet l'auto-organisation des structures du monde physique et chimique. Elle s'applique aussi aux systèmes biologiques, aux sociétés d'insectes, aux sociétés humaines, à l'écosystème. A chaque niveau hiérarchique émergent des propriétés nouvelles spécifiques.
Comment des interactions chaotiques peuvent-elles générer de la complexité organisée ? La simulation sur ordinateur de systèmes complexes permet de dégager les principes généraux d'une telle évolution et de répondre aux questions posées précédemment sur les similitudes de structures, les zones optimales d'évolution ou les règles de construction des réseaux.
Lorsque des multitudes d'agents sont en interaction (on l'a vu pour des molécules, des insectes, mais ce serait également le cas pour des acheteurs dans un marché), plusieurs types de situations peuvent émerger. Dans un premier cas les turbulences résultant de ces interactions sont trop fortes. Des structures se forment, mais se détruisent aussi vite qu'elle se construisent. Les associations qui se créent peuvent aussi conduire à un ordre rigide et sclérosé, inhibant toute forme ultérieure d'évolution et d'adaptation. Mais il peut aussi se former une zone instable de transition entre ordre et turbulence. Dans cette zone particulière peuvent apparaître des structures organisées, s'amorcer des chaînes, des cycles, des boucles qui stabilisent l'ensemble du système malgré le renouvellement permanent de ses constituants et les perturbations venant de l'environnement. 
On sait par exemple que des fluctuations aléatoires peuvent se transformer en oscillations stabilisées. Cela se produit lorsqu'une chaîne de réactions successives se boucle sur elle-même pour donner un cycle reproduisant les mêmes substances ou régulant leur apparition ou leur disparition. La formation de cycles de régulation est un des phénomènes de stabilisation parmi les plus répandus de la nature. On le retrouve à la base des grands cycles de l'écosystème qui maintiennent les fonctions vitales de la planète (cycles du carbone, de l'azote, de l'oxygène), dans les cellules vivantes pour la production d'énergie ou le recyclage de substances nécessaires au métabolisme, comme dans les processus de base de l'économie.
Une organisation complexe peut ainsi se maintenir au cours du temps, évoluer, s'adapter, donc exister, comme par miracle, dans un océan de désordre et de turbulences. C'est précisément le cas de la vie et des organisations humaines.
Il semble que ce soit là, dans cette zone de transition particulière, en bordure du chaos, comme le propose Christopher Langton, que la complexité puisse naître, les organisations, systèmes et réseaux, croître et se développer. Cela peut s'illustrer par le schéma suivant :
Deux abîmes s'ouvrent de chaque côté de la bordure du chaos. D'une part le désordre total, une turbulence anarchique non génératrice d'organisation. D'autre part l'ordre structuré et sclérosé, la rigidité statique. Entre les deux, comme dans une transition de phase, à la limite de l'ordre parfait et de l'anarchie totale : la fluidité, l'adaptabilité, l'auto-organisation de formes, structures et fonctions qui naissent et meurent dans un perpétuel renouvellement autorégulé. L'émergence de l'organisation et de la complexité. C'est dans cette fine frange, à cette frontière précise, dans cet état de transition instable et pourtant stabilisé, temporaire et pourtant permanent, que se situent les phénomènes qui construisent la vie, la société, l'écosystème. Comment les comprendre pour mieux les canaliser? Comment les utiliser pour construire des symbioses enrichissantes à tous les niveaux de partenariat entre la nature, l'homme et ses machines ? Telles sont quelques unes des questions fondamentales qui conditionnent notre avenir. 
Les sciences de la complexité, sciences du XXIe siècle, peuvent nous aider à penser le futur des sociétés humaine à un siècle ou au delà. La combinaison de la rationalité (ou de l'irrationalité) politique avec les grandes lois de la nature crée une tension permanente en bordure de l'ordre idéal et de la turbulence stérile. C'est dans cette niche particulière que peuvent naître les phénomènes spontanés d'auto-organisation et d'accélération. C'est à ce point précis que la capacité d'adaptation et d'efficacité est la plus grande. A nous de comprendre comment s'y maintenir, afin de coévoluer avec le monde que nous avons créé et l'écosystème planétaire. A nous d'exploiter ses propriétés pour assurer une symbiose riche de signification avec le cybionte en train de naître.

 

Une théorie générale de l'auto-organisation


Les sciences de la complexité débouchent sur une nouvelle vision des processus d'auto-organisation. Mais la théorie du chaos qui se consacre à de tels processus évoque, par son appellation, son contraire. La génération d'ordre à partir du désordre ne permet pas de se représenter de manière claire et synthétique la généralité des phénomènes considérés.
De nombreux auteurs ont cherché à faire la synthèse des grands courants de pensée sur l'évolution, l'organisation et la complexité croissante. Certains avaient noté la différence profonde entre les deux grandes dérives de la matière vers la vie et l'entropie. D'autres, comme Teilhard de Chardin, ont cherché à expliquer par une loi de "complexité / conscience" l'émergence de la vie, de la pensée et de la conscience réfléchie. D'autres encore comme Francesco Varela, Jean Piaget, Edgard Morin, ont mis en avant les conditions d'autonomie d'un système complexe au cours de son évolution créatrice.
Je voudrais tenter d'enrichir ces approches en leur intégrant l'apport de la théorie du chaos et des sciences de la complexité. Ces différents domaines pourraient être rassemblés dans le cadre d'une théorie unifiée. Elle se fonderait notamment sur l'étude des organisations complexes et la simulation informatique de leur comportement dans le temps.
Je propose de l'appeler : théorie unifiée de l'auto-organisation et de la dynamique des systèmes complexes. Mais cette dénomination, qui en résume pourtant l'essentiel, est longue et d'un emploi délicat. De manière plus concise, je propose le terme de symbionomie pour décrire l'ensemble des phénomènes couverts par cette théorie unifiée*. 
Je définis la symbionomie comme l'étude de l'émergence des systèmes complexes par auto-organisation, autosélection, coévolution et symbiose. Je parlerai ainsi, dans la suite de ce livre, de processus ou d'évolution symbionomique pour décrire les phénomènes liés à l'émergence de la complexité organisée, comme ceux que l'on peut observer dans des systèmes moléculaires (dans le cadre, par exemple, de l'origine de la vie), les sociétés d'insectes (fourmilières, ruches), les systèmes sociétaux (entreprises, marchés, économies) ou les écosystèmes.
Une des voies privilégiées de l'évolution symbionomique est la symbiose. Cette notion s'applique généralement à des organismes vivants, mais plusieurs auteurs l'on étendue à des associations entre l'homme et des systèmes non vivants. Sans entrer dans la discussion sur l'existence ou l'absence de frontière entre le "naturel" et "l'artificiel" (j'en traiterai dans les chapitres suivants), et par simple commodité de langage, je considère indistinctement des symbioses se réalisant dans le monde "naturel", avant l'intervention de l'homme et des symbioses intervenant depuis son apparition, dans le monde dit "artificiel", celui des machines, des organisations, des réseaux ou des villes. Je continuerai donc à employer le terme de symbiose pour qualifier aussi bien les liens entre l'homme et ses artefacts (avec les ordinateurs, par exemple) qu'entre l'homme et l'écosystème.

L'évolution symbionomique se déroule en suivant certaines étapes et en empruntant des points de passage obligés. Les éléments (ou fonctions élémentaires) suivants m'apparaissent fondamentaux : agents, liaisons, reproduction, renforcement, réseau, chaos, amplification, autosélection, organisation, émergence, transmission et symbiose. Leur ordre de succession est destiné à faciliter la présentation et ne doit pas être considéré comme une nécessité séquentielle.
Agent. C'est un opérateur individualisé doté de fonctions lui permettant d'agir sur son environnement. (Molécules, cellules, abeille, homme, entreprise, organisation.)
Liaisons. Les agents disposent de mécanismes et de moyens de connexion, d'assemblage et d'interactions permettant de créer entre eux des liaisons matérielles ou immatérielles.
Reproduction. Les agents sont capables de coder et de reproduire leurs structures et leurs fonctions.
Renforcement. Des échanges entre agents sont valorisés (ou éliminés) par renforcement (ou inhibition) de certaines liaisons ou boucles de régulation. Seuls les renforcements sont considérés ici car ils conduisent à la conservation des agents et de leurs liaisons. Les autres sont éliminés et ne jouent aucun rôle dans la suite de l'évolution.
Réseau. Les agents, leurs liaisons et échanges constituent les noeuds et les liens de réseaux caractérisés par le parallélisme et la simultanéité des multiples opérations qui s'y déroulent. Un réseau de cette nature est analogue, en informatique, à un multiprocesseur parallèle d'informations. (Réseaux de molécules, cellules, insectes ; système immunitaire, système nerveux, écosystème ; réseau téléphonique, télématique, marché)
Chaos. La dynamique des interactions conduit à des fluctuations aléatoires générant une grande variété d'états, de situations ou de comportements imprédictibles. (Mutations, inventions, événements, bifurcations, turbulences)
Amplification. Certains états, situations, ou comportements sont amplifiés par rétroaction positive drainant à leur profit à vitesse accélérée des flux d'énergie, de matière et d'information. L'amplification peut naître à partir de réactions d'autocatalyse ou de catalyse croisée entre plusieurs agents ou sous-systèmes. (Infection virale, cancer, panique boursière, explosion démographique)
Autosélection. L'accélération résultant des mécanismes d'amplification isole le système dans une "bulle temporelle" de plus forte densité conduisant à une divergence temporelle avec d'autres systèmes en évolution. Le système s'autosélectionne par exclusion compétitive des systèmes concurrents. (Sélection naturelle darwinienne, prédominance d'un produit sur un marché, "révolution" technologique)
Organisation. C'est un système individualisé, capable de maintenir sa propre structure et son fonctionnement. Une organisation se définit par son fonctionnement global résultant des interactions entre les agents qui la constituent. (Cellule, entreprise, ville, société)
Emergence. Le fonctionnement global d'un système complexe conduit à l'émergence de structures, de fonctions et de propriétés nouvelles imprédictibles. (Vie, intelligence collective d'une société d'insectes, intelligence humaine, opinion publique)
Transmission. Les informations structurelles et fonctionnelles, les mécanismes relationnels, reproductifs et évolutifs sont mémorisés sous une forme codée, transmissible aux générations suivantes. Ce codage peut prendre une forme matérielle ou immatérielle. (Forme des molécules, ADN, plans, lois, codes sociaux, cultures)
Symbiose. Association d'organismes ou d'organisations conduisant à un avantage mutuel des partenaires. Ces associations se créent par le jeu de coévolutions. Les symbioses donnent naissance à des organisations d'un niveau de complexité supérieur. Une nouvelle génération d'agents peut naître.

Trois remarques peuvent être faites sur les processus symbionomiques et les étapes décrites :
Il s'agit d'une évolution généralisée s'étendant des particules élémentaires aux sociétés humaines, aux organisations construites par l'homme et en symbiose coévolutive avec lui.
Cette évolution n'est pas linéaire, ni même en accélération unidimensionnelle. Elle se produit de manière multidimensionnelle au sein de "bulles temporelles" contemporaines mais présentant des densités, des "qualités" différentes du temps. Chaque évolution symbionomique se fait dans un temps fractal. (Je reviendrai sur cette importante notion dans la troisième partie)
Enfin, l'évolution symbionomique peut être représentée par une trajectoire en spirale : à chaque cycle (auto-organisation, coévolution, symbiose, émergence) correspond un nouveau degré dans la complexité et le passage à un niveau hiérarchique supérieur. 
Cette approche unifiée permet de décrire la naissance d'une organisation complexe en reliant les différents éléments ou fonctions élémentaires présentés plus haut sous forme d'une liste séquentielle. L'histoire de cette naissance peut être racontée en employant les mots et les expressions rencontrés au cours de ce chapitre. La voici : 
De multiples agents capables de se reproduire et de maintenir leurs structures et fonctions constituent une population en coévolution avec leur environnement. Exemples : des molécules dans les océans primitifs, des cellules individuelles en interaction, des insectes en colonies, des espèces vivantes dans un écosystème, des usagers dans un réseau de télécommunication, ou des acheteurs et vendeurs sur un marché. 
Leurs interactions chaotiques, qui s'effectuent par l'intermédiaire des réseaux de communication, conduisent à une grande variété de structures, de situations et de comportements. Certains de ces comportements peuvent être renforcés et amplifiés par des boucles de rétroaction positives. Des structures peuvent ainsi se conserver et se maintenir par suite du jeu et des effets des mécanismes de catalyse (autocatalyse et catalyse réciproque) et l'établissement de cycles se bouclant sur eux-mêmes. Un ensemble de molécules capables de catalyser des étapes de leur assemblage, ou bien une chaîne de fabrication où le dernier objet accélère la production du premier en sont des exemples. 
L'autocatalyse conduit à l'autosélection des systèmes les mieux adaptés et à leur évolution accélérée, "verrouillant" le secteur dans lequel ils se développent. Des symbioses se créent par coévolution avec d'autres organismes ou organisations, des propriétés collectives émergent. La mémorisation des structures, des mécanismes reproductifs et évolutifs, par le codage chimique ou électronique, ou encore par la culture, assurent la transmission des informations aux générations suivantes.
Une organisation complexe est née.

Dans l'optique symbionomique, il devient possible de retracer les phases essentielles de l'émergence sur la Planète d'une nouvelle forme de vie, une macro-vie, dont l'homme, cette fois, n'est pas le point d'aboutissement évolutif, mais la cellule de départ et le catalyseur. Les principales étapes en sont l'auto-organisation, la coévolution et la symbiose.

 

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