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L'émergence est un phénomène qu'on trouve dans les domaines physiques, biologiques, écologiques, socio-économiques 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 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.

À partir d'un certain seuil critique de complexité, ces systèmes voient apparaître de nouvelles propriétés, dites propriétés émergentes. Celles-ci deviennent observables lorsqu'elles vont dans le sens d'une organisation nouvelle (voir aussi auto-organisation).

Une image de Stewart et Cohen

Ian Stewart et Jack Cohen montrent que le concept d'émergence est un point de passage obligé pour expliquer des propriétés macroscopiques que l'on ne saurait reporter sur des propriétés des seuls composants, et ainsi de suite ad infinitum  : 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 système nerveux et hormonaux.

• The Collapse of Chaos, 1994

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.

Emergences "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 des structures ou propriétés émergentes sont identifiées comme telles 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 intéragir 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.

Exemples

• 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, par le biais des sélections naturelles sucessives. Il utilise pour cela des simulations sur ordinateur.

• Zoologie : Chez les insectes sociaux comme les fourmis ou les termites, on parle d'émergence de comportement collectif. 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.

• Botanique : Les brousses tigrées sont des communautés végétales caractérisées par une structure spatiale périodique dite émergente. En effet, cette structure d'une longueur d'onde largement supérieure aux individus végétaux qui la composent est le résultat des interactions locales (positives et négatives) entre ces individus et leurs plus proches voisins.

• Économie : En économie, on parle de pays émergent (ou pays émergeant) lorsqu'un pays, jusque là sous-développé, s'est donné les moyens (en particulier juridiques et culturels) qui l'amènent en phase de démarrage économique et de croissance rapide de la production et du niveau de vie. Il y a alors apparition de nouvelles caractéristiques économiques et sociales, autrement dit des propriétés émergentes propres à l'évolution des systèmes dynamiques. De nombreux pays en voie de développement d'Asie, dont la Chine et l'Inde, sont généralement classés comme tel.

• Médias : Les technologies Internet changent la nature même des médias en inversant progressivement leur modèle de fonctionnement. L'audience des médias traditionnels recule devant des millions de mini-canaux individuels (blogs, forums, podcasts, wikis, sites personnels...) où l'information n'est plus parachutée et contrôlée d'en haut par des professionnels vis-à-vis de récepteurs passifs, mais provient de façon non hiérarchique et plus participative du public lui-même.

• Éthologie et entomologie, un comportement émergent est un effet global qui résulte de l'application de règles locales, généralement très simples. Par exemple, il est possible de simuler l'activité très complexe d'une fourmilière à l'aide de règles très simples concernant chaque fourmi.

• Systémique : L'accent est mis sur le phénomène d'émergence. Ce n'est plus une somme de comportements simples, mais le résultat d'une interaction entre ces comportements et la complexité du système. Par exemple, la création des Wikipompiers est un comportement émergent de la volonté d'information neutre et de l'envergure de wikipédia.

• Intelligence artificielle : On peut faire 'ranger' un espace à des robots avec une marche aléatoire et deux règles du type :
  • 'Si tu es à vide, ramasse quelque chose'
  • 'Si tu portes quelque chose et que tu trouves autre chose, pose ce que tu portes à côté'.

Le comportement émergent est que, petit à petit, les objets qui encombrent l'espace finissent par être rangés en quelques tas. Ces tas sont dûs à un effet cumulatif des comportements individuels au même endroit de l'environnement, donc à des interactions indirectes. La notion 'complexe' de tas, quant à elle, n'est pas présente au niveau individuel et pourtant elle apparait au niveau de la population du système.

Ces effets permettent notamment d'envisager d'envoyer sur les planètes du système solaire non plus un gros robot (sonde), mais plusieurs petits, très simples, mais dont l'action combinée permet par exemple de construire des usines qui multiplient le nombre de robots, et qui permettent de construire de nouveaux modèles et de réparer les anciens.

Voir aussi

• Fourmi de Langton ;
• Épiphénomène ;
• Système complexe ;
• Complexité ;
• Économie du développement ;
• Néguentropie ;
• Percolation ;
• Synergie ;
• Auto-organisation.

Lien externe

• Émergence et représentation, de Frédéric Fabre.