Émergence

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L'émergence désigne l'apparition de nouvelles caractéristiques à un certain degré de complexité.

C'est un phénomène qu'on trouve dans les domaines physiques, biologiques, écologiques, socio-économiques, linguistiques et autres systèmes dynamiques comportant des rétroactions.

On peut définir l'émergence par deux caractéristiques :

• l'ensemble fait plus que la somme de ses parties. Ceci signifie qu'on ne peut pas forcément prédire le comportement de l'ensemble par la seule analyse de ses parties.
• l'ensemble adopte un comportement caractérisable sur lequel la connaissance détaillée de ses parties ne renseigne pas complètement.

À partir d'un certain seuil critique de complexité, de nouvelles propriétés peuvent apparaitre dans ces systèmes, elles sont dites propriétés émergentes. Ces dernières deviennent observables lorsqu'elles vont dans le sens d'une organisation nouvelle (voir aussi auto-organisation).

Origine et orientation

Le concept d'émergence est historiquement apparu vers 1920 d'un groupe de philosophe et biologistes britanniques n'étant satisfaits ni par le réductionnisme (où comprendre l'élémentaire est censé expliquer le complexe) ni par le vitalisme (mouvement disparu depuis qui opposait au réductionnisme l'idée d'énergie vitale).

Dans son essai L'Homme et la coquille (Variété V, page 557 dans l'édition Folio), Paul Valéry utilise pour désigner l'émergence faible le mot émanation :

« Émaner me semble le seul terme assez près du vrai, puisqu'il signifie laisser suinter. Une grotte émane ses stalactites; un mollusque émane sa coquille. Sur le procédé de cette émanation, les savants nous redisent quantité de choses qu'ils ont vues dans le microscope; ils en ajoutent d'autres que je ne crois pas qu'ils aient vues : les unes sont inconcevables, quoi qu'on en puisse très bien discourir; les autres exigeraient une observation de quelques centaines de millions d'années (...); d'autres demandent çà et là quelque accident très favorable »

Le terme d'émergence désigne en physique théorique un mouvement de pensée externe à la Théorie du tout (théorie à la recherche de l'équation ultime s'appliquant à tous les phénomènes physiques), qui considère les grandes lois physiques comme émergentes, c'est-à-dire « qui ne peuvent pas être déduites de principes plus fondamentaux » comme le définit Robert Laughlin ce qui les rendraient donc relatives aux échelles d'observation.

Le concept d'émergence a été appliqué aux sciences humaines, notamment en théorie et en histoire littéraires, pour la création artistique, en philosophie de l'histoire, ..., par l'enseignement de Jean-Marie Grassin à l'Université de Limoges (v. en particulier : J. Fontanille, B. Westphal, J. Vion-Dury, éds. L'Émergence -- Poétique de l'Émergence, en réponse aux travaux de Jean-Marie Grassin, Bern, Berlin, etc., 2011, et l'article "Émergence" (en anglais) dans le Dictionnaire International des Termes Littéraires

Une image de Stewart et Cohen

Ian Stewart^{[réf. nécessaire]} et Jack Cohen^[1] montrent que le concept d'émergence est un point de passage obligé pour expliquer des propriétés macroscopiques que l'on ne sait pas reporter sur des propriétés des seuls composants, et ainsi de suite : En effet, si l'on constate que les chats sont vivement attirés par les souris, il semble absurde d'en inférer que ce sont les molécules des chats qui sont directement attirées par les molécules des souris. La cause de cet attrait doit donc être cherchée dans l'organisation interne de celles-ci, ou de structures plus complexes encore comme, ici, celles des systèmes nerveux et hormonaux.

Émergence et causalité

Lorsqu'on sait que certaines caractéristiques conduisent à l'apparition de propriétés émergentes, cette considération permet parfois de ne pas avoir à se préoccuper des détails de causalité sous-jacents et, en fait, contingents.

On considère par exemple que le refroidissement de l'eau va conduire à son organisation en glace sans avoir à descendre au niveau du comportement de chaque molécule. Voir Théorie des systèmes.

Émergences « faible » et « forte »

La notion d'émergence est encore à l'état de discussion, et un sujet de controverses. Ainsi, différents points de vue concurrents apparaissent, et donc différents types d'émergences.

• On parle d'émergence « faible » lorsque la dynamique causale du tout est entièrement déterminée par la dynamique causale des parties^[2], et est subjectivement interprétée comme émergente par un observateur extérieur. Dans le cas des molécules d'eau, leur cristallisation en glace est un phénomène qui n'appartient ni à l'hydrogène, ni à l'oxygène, ses constituants. Il s'agit toutefois d'un phénomène qui peut s'expliquer à partir des propriétés de l'hydrogène et de l'oxygène. Il n'y a donc pas de propriété réellement nouvelle, si ce n'est celle qu'un humain peut observer, et qui peut surprendre ce dernier de premier abord.

• L'émergence « forte » concerne des propriétés indépendantes de toute observation, intrinsèques au système, de sorte qu'elles vont interagir avec les autres constituants du système de manière originale. Il n'existe alors plus de lien causal entre les constituants de la structure émergente et ses propres propriétés. C'est l'existence de telles propriétés émergentes fortes qui est discutée : l'impossibilité de voir le lien entre le niveau micro et le niveau macro pourrait résulter des limites de l'être humain, comme pour tout système complexe. On peut toutefois citer deux exemples d'émergence qui semblent fortes : l'apparition de la vie à partir de l'inanimé, et l'émergence de la conscience.

Hugues Bersini^[3] dénie à la physique et la chimie, dont la pratique se doit d'être réductionniste, la possibilité de nous éclairer sur ce concept. En physique et en chimie, le meilleur niveau d'explication reste celui qui sous-tend le phénomène collectif. L'émergence n'existe que dans sa version « faible ». La température n'est en rien "davantage" que l'agitation erratique d'un ensemble de particules. En revanche, la biologie offre la possibilité d'une émergence « forte » car tout phénomène biologique collectif (vol d'oiseau, insectes sociaux, métabolisme cellulaire,...) ne peut être expliqué qu'à la faveur d'un environnement intégratif (jouant le rôle du macro-observateur) et de la sélection naturelle. Deux ingrédients épistémologiques additionnels s'avèrent indispensables à la pleine compréhension du phénomène: l'environnement et la sélection naturelle.

Exemples

Exemple de l'émergence de la propriété enzymatique

L'émergence est un phénomène physicaliste, c'est-à-dire qu'il peut être expliqué par les propriétés physiques, chimiques ou biologiques de la matière.

• Biochimie : l'émergence de la fonction enzymatique s'explique principalement par le repliement de la protéine d'une forme linéaire en une forme compacte (voir figure ci-contre). C'est le rapprochement dans l'espace tridimensionnel des acides aminés chimiquement actifs (rectangles rouges) qui fait apparaître (émergence) de nouvelles propriétés physico-chimiques dans une région localisée de l'espace : le site actif de l'enzyme.
• Anatomie : des considérations sur l'apparition de variantes de l'œil dans plusieurs branches très différentes de la classification du vivant incitent à penser que l'apparition de l'œil fait partie des propriétés émergentes prévisibles là où existe une source lumineuse. Dans son livre L'horloger aveugle, le biologiste Richard Dawkins étudie plus en détail le mécanisme de cette émergence à partir d'une simple cellule se trouvant douée au départ de photosensibilité^[4], par le biais de sélections naturelles successives. Il utilise pour cela des simulations sur ordinateur. Dans sa théorie de la complexité en mosaïque, Georges Chapouthier vise à expliquer cette émergence par la différenciation et l’intégration d’entités à l’origine juxtaposées et identiques^[5].

• Zoologie (Éthologie et entomologie) : chez les insectes sociaux comme les fourmis ou les termites, il apparait un comportement émergent, effet global qui résulte de l'application de règles locales. « Les études réalisées par les éthologistes ont montré que certains comportements collectifs des insectes sociaux étaient auto-organisés. L’auto-organisation caractérise des processus au cours desquels des structures émergent au niveau collectif, à partir d’une multitude d’interactions simples entre insectes, sans être codées explicitement au niveau individuel. »^[6],[7]. Par exemple, par le fait qu'un termite ait plus de chance de déposer une motte de terre en un lieu où il y en a déjà, on verra émerger la construction d'une termitière au sein d'un groupe de termites.

• Intelligence artificielle : des robots programmés avec des règles simples peuvent avoir des comportements émergents : « An agent typically has certain sensory-motor abilities, i.e. it can perceive aspects of the environment, and depending on this information and its own state, performs a particular behavior [...]. One point of interest has been the emergence of complex global behavior from simple rules and local interactions »^[8]

• Sciences sociales : les institutions, les langages sont des exemples de phénomènes émergent décrits par les sciences sociales^[9]. Si, comme l'explique Bernard Walliser, les « phénomènes d'émergence sont tout aussi pertinents dans les sciences sociales qu'en physique ou en biologie »^[9], les premiers se distinguent par l'intentionnalité des comportements humains, qui en ayant conscience du phénomène d'émergence peuvent en influencer le cours.

• Botanique : les brousses tigrées sont des communautés végétales caractérisées par une structure spatiale périodique dite émergente. En effet, cette structure en motif périodique décimétrique à hectométrique, échelle largement supérieure aux individus végétaux qui la composent, est le résultat d'interactions locales entre ces individus et leurs plus proches voisins^[10].

• Médias : les technologies Internet présentent des phénomènes d'émergence.^{[réf. nécessaire]}

• Neurosciences : des règles simples d'interactions neurales implantées comme des règles d'apprentissage non-supervisé permettent de voir l'émergence de structures complexes. Un exemple est l'organisation du cortex visuel primaire et en particulier l'émergence de la selectivité de ces neurones à de orientations locales dans l'image rétinienne^[11]

• Systémique : l'accent est mis sur le phénomène d'émergence : « Emergence is a concept embedded in system theory »^[12]. Ce n'est plus une somme de comportements simples, mais le résultat d'une interaction entre ces comportements et la complexité du système.

Notes et références

1. ↑ Jack Cohen, (en)The Collapse of Chaos : Discovering Simplicity in a Complex World, éditeur Perguin, 2000, 512 pages, (ISBN 9780140291254)
2. ↑ Bedeau M.A "Weak emergence" Philosophical Perspectives, vol. 11, 1997
3. ↑ Hugues Bersini, Qu'est-ce-que l'émergence, éditeur Ellipse, 2007, (ISBN 978-2729834425)
4. ↑ Dawkins, R., 1986. The Blind Watchmaker: Why the evidence of evolution reveals a universe without design. W.W. Norton and Company, New York, p. 93.
5. ↑ Chapouthier G., 2001. L'homme, ce singe en mosaïque, Editions Odile Jacob, Paris
6. ↑ Intelligence collective des fourmis et nouvelles techniques d'optimisation, CNRS Info n° 386, septembre 2000
7. ↑ Etude de l'INRIA sur les "Modèles d'inspiration biologique"
8. ↑ Iida F. et al., 2004, Embodied Artificial Intelligence, Springer, p. 9. Voir aussi Langton, C. G. (1995). Artificial life: an overview, Cambridge, Mass.: MIT Press.
9. ↑ ^{a et b} B. Walliser "Deux modes d'émergence" Hors série Siences & Avenir n°143 "L'énigme de l'Emergence"
10. ↑ Rietkerk, M., Dekker, S. C., De Ruiter, P. C. & Van De Koppel, J. (2004a) Self-organized patchiness and catastrophic shifts in ecosystems. Science, 305, 1926-1929.
11. ↑ B. A. Olshausen and D. J. Field. Emergence of simple-cell receptive field properties by learning a sparse code for natural images. Nature, 381(6583):607–9, jun 1996.
12. ↑ Beckenkamp, Martin, The Herd Moves? Emergence and Self-organization in Collective Actors (July 2006). MPI Collective Goods Preprint No. 2006/14 Available at SSRN

Voir aussi

• Psychologie de la forme (Gestalt).
• Auto-organisation ;
• morphogénèse ;
• Synergie ;
• Épiphénomène ;
• Système complexe ;
• Complexité ;
• Complexité irréductible ;
• Réductionnisme ;
• Néguentropie ;
• Percolation ;
• Fourmi de Langton ;
• Algorithme émergent

Liens externes

• Émergence et représentation, de Frédéric Fabre.
• RNSC, Réseau National des Systèmes Complexes.