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23 octobre 2009 5 23 /10 /octobre /2009 01:19

... ou l'émergence dans l'œil de l'observateur.

 
Quand vous faites chauffer une bouilloire d’eau froide, il n’y a pas de moment particulier où l’eau cesse d’être froide pour devenir bouillante, si bien qu’il est impossible de se faire une tasse de thé.

Richard Dawkins – The Ancestor’s Tale.
 

 

Le concept d’émergence est décidément une notion à la mode chez les physiciens, et ceux-ci ne ménagent pas leurs peines pour essayer de l’appliquer aux phénomènes biologiques. On peut cependant s'interroger sur l'acharnement de certains physiciens à débusquer des "comportements émergents" en toutes circonstances.

Ce courant de pensée me rappelle les poussées métaphysiques - tendance surnaturel - qui avaient envahies des physiciens dans les années 80, et l'interrogation perplexe d'un grand journal dans un article intitulé (si je me souviens bien) « Les physiciens saisis par le psy ».

 

En faisant quelques recherches sur internet en vue de la rédaction d’un article sur l’auto-organisation en biologie, je suis tombé sur un article dans lequel l’auteur chante les louanges du concept d’émergence.

Un « fameux papier » du physicien Philip Anderson est cité, avec un argument sensé justifier les propriétés des « comportements émergents », et qui pour moi illustre toute la dénaturation du concept. Je cite cet argumentaire :


Considérons une molécule d’ammoniaque. Cette molécule ressemble à un tétraèdre, avec un atome d’azote au sommet et trois atomes d’hydrogène à la base. Les lois de la mécanique quantique font que la molécule d’ammoniaque n’est pas stable : en fait, par effet tunnel, l’atome d’azote peut passer de l’autre côté par rapport au plan défini par les atomes d’hydrogène, si bien que la pyramide s’inverse. Mais une fois cette pyramide inversée, elle peut, avec la même probabilité, s’inverser dans l’autre sens. Cette inversion a lieu … plus de 30 milliards de fois par seconde. Si bien qu’en réalité, de façon “effective”, l’atome d’azote a l’air d’être dans le plan des atomes d’hydrogène […], et est donc “statistiquement” symétrique.

Mais considérons des molécules de plus en plus grosses. A mesure qu’on ajoute des atomes, les probabilités d’avoir un effet tunnel de ce type disparaissent. Dans des molécules plus grosses, l’équivalent de l’atome d’hydrogène met soudainement 15 milliards d’années à traverser le plan de symétrie. La symétrie est donc brisée : […] c’est juste l’ajout de composantes qui change le comportement qualitatif du système […]. On passe d’un système statistiquement symétrique à des molécules chirales stables en ajoutant des atomes. C’est ce qu’on appelle un comportement émergent.


Donc, en se déplaçant d'une extrémité à l'autre de l'échelle de tailles on passe de molécules asymétriques à des molécules symétriques, et cette symétrie serait un "comportement émergent". Fort bien... Mais à quel moment la symétrie est-elle brisée et apparaît ce comportement émergent ? Est-ce quand l’inversion de l’atome d’azote a lieu 29 milliards de fois par seconde ? Une fois par seconde ? Une fois par an ? Ou tous les 14 milliards  d’années ?

Cette question, qui peut paraître triviale d’un premier abord, ne l’est pas car l’artifice qu’elle dévoile sous-tend toute la problématique du concept d’émergence en biologie et la réfutation du réductionnisme qui en découle1.


En fait cette question n’amène aucune réponse pour une raison simple : le passage d’un système statistiquement symétrique vers des molécules chirales stables, et le changement de comportement qualitatif du système induit, est une transition fabriquée de toute pièce, et la frontière de l’émergence qu’elle pointe est une convention. L'apparition de cette symétrie n’existe pas : l'émergence qu'elle induit reste réductible à une inversion d'atome qui existe dans toutes les situations décrites, et dont seule la fréquence varie d'une extrémité à l'autre de l'échelle citée. Les mots « effectives » et  « statistiquement » qu’emploie l’auteur résument toute la subjectivité du phénomène.

Au final ce "comportement émergent" reste un concept pratique et existe principalement dans l'œil de l'observateur qui fixe une limite à son apparition. L’émergence est quasiment assimilable à un principe de dialectique2.


Je poursuis mes pérégrinations sur le site en question et je tombe sur un nouvel article :


On y trouve une problématique similaire quand l’auteur retrouve une nouvelle fois, «bien sûr un comportement émergent », dans la mise en évidence du nombre d’or et d’une suite de Fibonacci dans l’ordonnancement des graines dans la fleur du tournesol.


Que l’on doive forcément déduire un comportement émergent de la présence d’un nombre d’or dans le cœur du tournesol pose question.

Encore une fois, la notion d'émergence réside dans le regard porté par l'observateur sur le nombre d'or et le rôle qu'on lui accorde. En quoi un comportement émergent doit-il être plus associé à la présence du nombre d’or qu’à la forme en couronne de la fleur de tournesol, à la dimension de la tige, à la couleur des pétales ou à la forme des feuilles ? En effet, en cherchant bien, la totalité du plant de tournesol est réductible à quelques algorithmes clinquants et à des formules mathématiques sympathiques : cette plante peut alors être considérée comme une pure émergence.

 

La présence d’une suite de Fibonacci chez de nombreux végétaux résulte de contraintes purement mécaniques, elle permet d’optimiser les ressources biologiques en plaçant un maximum d’éléments sur une surface la plus petite possible. La suite de Fibonacci est de détermination génétique, elle est le résultat de l’évolution qui a sélectionné une structure optimale en termes d’économie des ressources, comme pour n’importe quelle autre structure biologique.

 

Un comportement émergent répond à un certain nombres de caractéristiques bien précises et bien définies. Que tout phénomène complexe, ou toute propriété remarquable, puissent être quasi systématiquement assimilés à un comportement émergent relève d’une dénaturation du concept « d’émergence » ou de celui de « comportement », voire des 2 termes à la fois.

 

Alors, quand est-ce que la mécanique s'enraye dans la tête des physiciens ? Quand, suivant une échelle de valeurs prédéfinies, un résultat est qualifié de remarquable par un observateur et, du fait de cette "remarquabilité", doit forcément correspondre à "un comportement émergent". Les échelles de valeurs possibles étant infinies, l'exercice est donc sans limite : de l’émergence peut être trouvée partout. Ainsi on fabrique de toute pièce, quasiment à volonté, la propriété que l'on recherche.


Cette faculté à débusquer de l'émergence dans toute situation peut s'apparenter :
- soit à l'attitude de Mr Jourdain qui découvrait - émerveillé - qu'il faisait de la prose sans le savoir3
; quand ici l’émergence constitue pour le chercheur le même type de révélation que celle du héros ingénu de Molière.
- ou à une panglosserie – telle que la dénonçait S.J. Gould à propos de l'adaptationnisme - dans laquelle le chercheur s'aperçoit, également extasié, que tout est pour le mieux (ou émergent) dans le meilleur des mondes possibles.


John Maynard Smith, dans son ouvrage « La construction du vivant – gènes, embryons et évolution », pointe bien les limites de l’auto-organisation et du concept de système émergent en biologie, et je termine en reprenant la dernière phrase de l’ouvrage :

Il est […] important pour les physiciens s’orientant vers la biologie d’avoir conscience qu’ils pénètrent dans un territoire inconnu, dans lequel deux concepts centraux – l’adaptation et l’information – leur sont étrangers.


Bref, contrairement à ce que pensent certains, le réductionnisme en biologie - avec ses succès expérimentaux considérables - reste un outil d’avenir et a encore de beaux jours devant lui.

 

***

 

1 : Ce difficile passage du concept mathématique d’émergence vers le monde physique me rappelle le paradoxe qu’entraine l’application de laxiome de choix à la réalité. Cet axiome de la théorie des ensembles, dans lequel aucune faille logique ne peut être décelée, postule pourtant qu’une prédiction presque parfaite d’un futur totalement arbitraire est possible, sans qu’il soit nécessaire d’identifier une structures intelligible ni la moindre régularité dans les événements du passé. Comme le souligne le professeur d’informatique J.P. Delahaye, ce postulat « devrait faire douter de certains axiomes qui, sous des dehors innocents produisent de graves absurdités ».


2 : Définir des molécules symétriques par rapport à des molécules asymétriques, et ainsi une brisure de symétrie, s'inscrit dans une démarche constructiviste, au sens kantien 
de construction ou de catégorisation effectuée par un sujet. La logique en œuvre utilise ici le principe du tiers exclu : une molécule est symétrique ou ne l'est pas. Le passage d’un système à variables continues (les fréquences d’inversion d’atome) vers des valeurs discrètes binaires (symétrie / asymétrie) constitue un saut conceptuel notable. Nous sommes effectivement à mille lieux d'une démarche réductionniste, et en pleine dialectique.


3 : Voir cette petite fable d’automne.

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