E19 Dynamique collective

Topique

Le comportement collectif d'une volée d'oiseaux émerge des interactions locales entre ses membres, sans coordinateur central ni plan d'ensemble dirigeant le groupe.

Les murmurations d'étourneaux constituent l'exemple le plus spectaculaire de ce comportement collectif : des groupes pouvant compter jusqu'à un million d'oiseaux forment et reforment, dans les airs, des figures d'une extraordinaire beauté mathématique, sans qu'aucun étourneau meneur ne coordonne ce mouvement collectif depuis le centre ou l'avant de la volée.

Au lieu de suivre un chef, chaque étourneau de la murmuration obéit à des règles simples, basées sur la position de ses six ou sept voisins les plus proches, indépendamment de la distance physique qui le sépare d'eux : ce qui importe pour chaque étourneau, ce n'est pas la distance qui le sépare de ses voisins, mais leur nombre – toujours les mêmes six ou sept plus proches.

Le résultat macroscopique de l'application par chaque étourneau de ces règles simples, basées sur ses plus proches voisins, est la nuée elle-même : un système complexe dont les propriétés – la forme changeante du nuage d'oiseaux, la vitesse de propagation d'une perturbation – émergent de l'interaction microscopique entre chaque étourneau et ses voisins, sans qu'aucune de ces propriétés macroscopiques ne soit programmée dans les règles individuelles d'un seul étourneau.

Ce comportement collectif remplit également deux fonctions écologiques spécifiques. La première est la défense contre les prédateurs : un groupe dense désoriente un prédateur tentant d'intercepter un individu précis et dilue le risque pour chaque oiseau individuellement, car un prédateur attaquant une nuée entière a beaucoup plus de mal à résoudre le même problème géométrique d'interception que s'il s'agissait d'un oiseau isolé.

La seconde fonction écologique est l'optimisation collective de l'énergie : dans les formations migratrices, le rôle de leader est attribué à tour de rôle à différents individus au fil du temps. Ainsi, les économies d'énergie qu'offre la position dominante au sein de la formation à un oiseau suiveur sont, grâce à cette rotation, partagées par tous les membres du groupe, au lieu de toujours profiter aux mêmes quelques individus qui n'occupent jamais la position de leader.

Les lois physiques qui régissent ce comportement collectif, depuis les règles élémentaires de proximité jusqu'à la propagation d'une perturbation dans tout le groupe, sont les mêmes lois physiques qui régissent le comportement collectif des poissons, des insectes, voire des molécules lors d'une transition de phase. Par conséquent, la compréhension du vol d'un étourneau et la compréhension de la transition de phase d'un matériau reposent fondamentalement sur la même physique du comportement collectif.

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