Systèmes

L'émergence

Au crépuscule, des milliers d'étourneaux dessinent dans le ciel des formes mouvantes, sans chef et sans plan. Sur l'autoroute, un bouchon se forme alors qu'il n'y a ni accident ni travaux. Dans les deux cas, quelque chose apparaît à l'échelle du groupe que l'on ne trouve dans aucun de ses membres. Cette fiche explique ce phénomène, l'émergence, et ce qu'il change à notre façon de chercher des causes.

L'idée en bref

Il y a émergence quand un ensemble présente des propriétés ou des comportements que ne possède aucune de ses parties prise isolément, et qui naissent de leurs interactions. Une molécule d'eau n'est pas mouillée, et un automobiliste seul ne fait pas un embouteillage.

On résume souvent l'idée par la formule « le tout est plus que la somme de ses parties », attribuée à Aristote. L'attribution est approximative : il s'agit d'une paraphrase d'un passage de la Métaphysique et non d'une citation. Le mot « émergent », dans ce sens, a été introduit par le philosophe anglais George Henry Lewes en 1875. Au XX^e siècle, le physicien Philip Anderson a donné à l'idée une formulation devenue classique dans l'article « More Is Different » (1972) : même si l'on connaît les lois qui régissent les éléments, on ne peut pas toujours en déduire le comportement d'un grand nombre d'entre eux, et chaque niveau d'organisation demande ses propres concepts.

L'émergence est un fait bien établi dans les sciences de la nature et reproduit par des simulations. Son usage pour parler d'une classe ou d'une entreprise est plus souple et relève souvent de l'analogie.

Des règles simples, un comportement d'ensemble

Le point le plus surprenant est que des comportements collectifs compliqués peuvent naître de règles individuelles très simples, appliquées localement, sans que personne dirige.

La nuée d'oiseaux et le bouchon fantôme. L'informaticien Craig Reynolds a présenté en 1987 une simulation de vols d'oiseaux où chaque oiseau virtuel suit trois consignes seulement : ne pas heurter ses voisins, s'aligner sur leur direction et rester près d'eux. Aucun oiseau ne connaît la forme du groupe, et pourtant la nuée se forme et se déplace comme un tout. Le même principe explique les « bouchons fantômes ». En 2008, l'équipe du physicien Yuki Sugiyama a fait rouler 22 voitures sur une piste circulaire de 230 mètres, en demandant aux conducteurs de garder une vitesse constante d'environ 30 km/h. Au bout de quelques minutes, de petits écarts de distance entre les voitures se sont amplifiés, et un bouchon est apparu, qui remontait la file vers l'arrière alors qu'aucun obstacle n'existait. Il suffit que chaque conducteur réagisse un peu trop fort au ralentissement de celui qui le précède pour que la perturbation grossisse. Le bouchon est une propriété de la file et non la faute d'un conducteur en particulier.

Les fourmis offrent un autre exemple classique. Aucune ne possède le plan de la fourmilière ni la carte des sources de nourriture. Chacune suit et renforce des pistes chimiques, et la colonie dans son ensemble trouve des chemins courts vers la nourriture. La reine, malgré son nom, ne dirige pas la colonie.

L'émergence dans les groupes humains

Dans les affaires humaines, l'émergence a une conséquence dérangeante : le résultat collectif peut ne correspondre à l'intention de personne.

Le damier de Thomas Schelling. En 1971, l'économiste Thomas Schelling a disposé des pions de deux sortes sur un damier, en laissant des cases vides. Il a donné à chaque pion une règle modeste : je reste où je suis tant qu'une proportion suffisante de mes voisins, par exemple un tiers, est de ma couleur ; sinon, je me déplace vers une case libre. Aucun pion ne demande à vivre entouré des siens, chacun accepte d'être minoritaire dans son voisinage. Pourtant, au fil des déplacements, le damier se sépare en grandes zones presque uniformes. Une préférence individuelle faible produit une ségrégation collective forte. La leçon est de prudence : on ne peut pas déduire ce que veulent les individus de ce que l'on observe à l'échelle du groupe. Ce modèle montre une possibilité logique et ne prétend pas expliquer à lui seul la ségrégation réelle des villes, où interviennent aussi les revenus, les prix des logements et les discriminations.

Une salle de classe connaît des phénomènes du même ordre. Le niveau sonore d'une classe qui travaille en groupes monte sans que personne le décide : chacun hausse un peu la voix pour être entendu de son voisin, ce qui oblige les autres à en faire autant. L'« ambiance » d'une classe, le fait que l'on ose ou non y poser une question, n'appartient à aucun élève en particulier. C'est pourquoi le même enfant peut se montrer très différent d'une classe à l'autre, et pourquoi retirer « l'élève perturbateur » ne suffit pas toujours à changer le climat.

Quand s'en servir

Pensez à l'émergence quand un phénomène collectif vous paraît inexplicable par les intentions de ses acteurs, ou quand vous cherchez un responsable sans le trouver. Les questions utiles sont alors les suivantes :

Ce que j'observe est-il voulu par quelqu'un, ou est-ce le produit de nombreuses petites décisions qui se répondent ?
Quelle règle simple chacun suit-il localement ?
Que se passerait-il si cette règle changeait un peu pour tout le monde ?

Limites et pièges

Le premier piège est de prendre le mot pour une explication. Dire que la conscience ou la culture d'une entreprise « émergent » ne décrit aucun mécanisme. Le mot devient utile quand on peut préciser quelles interactions produisent quel effet, comme dans les exemples de Reynolds ou de Schelling.

Le deuxième piège est de croire que l'émergence échappe à la science. Les philosophes distinguent une émergence dite faible, où le comportement d'ensemble découle des règles locales mais ne se découvre en pratique qu'en le simulant ou en l'observant, et une émergence dite forte, où le tout aurait des pouvoirs irréductibles à ceux des parties. La première est banale et bien documentée. La seconde reste une thèse philosophique très discutée, invoquée surtout à propos de la conscience.

Le troisième piège est de dédouaner tout le monde. Qu'un résultat ne soit voulu par personne ne signifie pas que personne ne puisse agir, puisque les règles et les incitations qui orientent les comportements locaux se décident. Enfin, émergent ne veut pas dire bon : une panique ou un harcèlement de groupe sont aussi des phénomènes émergents.

Pour aller plus loin

Les boucles de rétroaction — le mécanisme par lequel de petites variations s'amplifient dans un groupe.
La masse critique et le point de bascule — quand un comportement collectif change brusquement de régime.
La loi de Gall — pourquoi les systèmes complexes se construisent mal d'un seul coup.
La sélection naturelle et l'adaptation — un ordre sans concepteur, produit par un mécanisme simple et répété.

Sources principales : Philip W. Anderson, « More Is Different », Science (1972) ; Craig W. Reynolds, « Flocks, Herds and Schools: A Distributed Behavioral Model », Computer Graphics (1987) ; Yuki Sugiyama et al., « Traffic jams without bottlenecks: experimental evidence for the physical mechanism of the formation of a jam », New Journal of Physics (2008) ; Thomas C. Schelling, « Dynamic Models of Segregation », Journal of Mathematical Sociology (1971) ; George Henry Lewes, Problems of Life and Mind (1875).