Systèmes complexes · introduction
Introduction
« … et toutes s'entretenant par un lien naturel et insensible qui lie les plus éloignées et les plus différentes, je tiens impossible de connaître les parties sans connaître le tout, non plus que de connaître le tout sans connaître particulièrement les parties. »
Ce qui rend un système complexe
Un système est un ensemble d'éléments interconnectés. Il devient complexe lorsque son comportement est déterminé par les interactions entre ces éléments plutôt que par les éléments eux-mêmes — c’est-à-dire lorsque ce sont les liens, et non les parties, qui déterminent le comportement du système.
C'est là toute la différence entre un système complexe et un système compliqué. Un système compliqué — une calculatrice, un moteur, un texte juridique — peut comporter plusieurs composants, mais on peut le découper et le comprendre pièce par pièce pour reconstituer l’ensemble. Dans un système complexe, cela est impossible car l’ensemble est également défini par la manière dont les parties interagissent.
Chaque élément peut obéir à des règles locales simples, sans qu’aucune entité ne le contrôle, et produire un comportement collectif sophistiqué ou des propriétés nouvelles qu’aucun d’entre eux ne possède à lui seul.
Pourquoi s'intéresser aux systèmes complexes
Les systèmes complexes sont partout autour de nous, et beaucoup d’entre eux restent longtemps ignorés. La raison étant que, lorsqu’un système complexe est proche de l’équilibre, il peut être approximé localement par un système simple, et les règles que nous en déduisons continueront de s’appliquer jusqu’à ce que le système s’écarte de cet équilibre. Les épidémies, les marchés, les écosystèmes, les villes, la circulation et l'esprit humain sont autant de systèmes complexes qui peuvent être compris à l'aide d'un même ensemble restreint de concepts. Et la science des systèmes complexes fournit un cadre conceptuel qui nous permet d'étudier ces systèmes de manière interdisciplinaire.
Propriétés communes des systèmes complexes
Aucune propriété unique ne définit la complexité, mais cet ensemble en couvre la majeure partie. Certaines sont générales, d'autres caractérisent un type particulier de système complexe. Chacune comporte un lien vers sa source ; certaines sont également associées aux modèles disponibles ici, modèles.
Émergence
voir la nuée →Des comportements et propriétés de l'ensemble que les éléments pris isolément n'ont pas, et qui n'apparaissent que lorsqu'ils interagissent au sein d'un tout.
SEP, “Emergent Properties” ↗Auto-organisation
voir le jeu de la vie →Un ordre global qui naît des interactions locales, sans chef d'orchestre ni plan.
Mitchell, Complexity (2009) ↗Aucun contrôle central
Aucun composant ne commande ; l'ordre est réparti dans les interactions, il n'émane pas d'un centre.
Mitchell, Complexity (2009) ↗Non-linéarité
L'effet n'est pas proportionnel à la cause — de petites causes peuvent avoir de grands effets, et les effets ne s'additionnent pas simplement.
Ladyman, Lambert & Wiesner (2013) ↗Rétroaction
voir l'effet coup de fouet →La sortie d'un composant revient influencer son entrée future. La rétroaction positive amplifie ; la négative stabilise.
Wiener, Cybernetics (1948) ↗Adaptation
Dans bien des systèmes complexes, les composants s'adaptent aux motifs qu'ils créent ensemble — les « systèmes complexes adaptatifs ».
Holland (Santa Fe Institute) ↗Réseaux et connectivité
Ce qui compte, c'est la trame des interactions, pas le support ; le même réseau peut décrire un corps, une ville ou une économie.
Barabási, Network Science ↗Loin de l'équilibre
L'ordre complexe est en général entretenu par des systèmes ouverts, alimentés de l'extérieur par des flux d'énergie ou de matière — les « structures dissipatives » de Prigogine.
Prigogine, Nobel Prize (1977) ↗Sensibilité aux conditions initiales
voir le chaos →Dans les systèmes chaotiques, d'infimes écarts de départ divergent exponentiellement ; la prévision à long terme devient impossible en pratique.
Lorenz (1963) ↗Criticité et lois de puissance
voir le tas de sable →À un point critique, un système produit des événements de toutes tailles — des avalanches sans échelle caractéristique, distribuées en lois de puissance.
Bak, Tang & Wiesenfeld (1987) ↗Robustesse et fragilité
L'ordre du système résiste à bien des perturbations — mais la même structure peut receler des effondrements soudains et cachés.
Ladyman, Lambert & Wiesner (2013) ↗Hiérarchie
Des niveaux d'organisation emboîtés, où chaque niveau a des concepts et des régularités absents du niveau inférieur.
Anderson, “More Is Different” (1972) ↗