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Publié le 08 juillet 2019 Mis à jour le 08 juillet 2019

Thèse - Système expérimental modèle d’un fluide actif polaire

Une thèse de physique pour nous aider à comprendre les dynamiques collectives humaines

Si vous avez franchi l’effet pour le moins technique du titre de cette thèse, vous êtes un véritable explorateur et votre temps ne sera pas perdu. En effet, Julien Deseigne réalise une passionnante thèse en sciences physiques pour nous révéler les comportements du vivant. Il nous rappelle quelques phénomènes difficilement explicables comme les nuées d’étourneaux, les immenses bancs de poissons qui s’assemblent pour semble-t-il tromper les prédateurs en les empêchant de cibler une proie sur une masse indistincte et en mouvement constant. Il relève encore les comportements de sauterelles qui s’assemblent en essaim et ceux des humains se rencontrant à des ronds-points.

Des affinités avec la matière

Il nous apprend que ce qui semble apparaitre comme des phénomènes distincts propres au vivant pourrait bien suivre des lois générales propres aux propriétés de la physique des fluides, des phénomènes tourbillonnaires et des polarités. Par exemple une loi d’interaction avec un nombre constant d’éléments voisins 6 à 7 pour les oiseaux et ce, quelle que soit la distance avec ses voisins.

Pour les sauterelles il constate que lorsque la densité des sauterelles augmente, le passage d’un mouvement désordonné de sauterelles à un mouvement dans le même sens des sauterelles est observable. Quand ce mouvement collectif apparaît, le sens de rotation des sauterelles change au cours du temps.

Pour les piétons il relate l’existence de forces considérées comme répulsives et des forces qui tendent à aligner les vitesses des piétons. Ces observations sont utiles pour concevoir des espaces publics réduisant les effets potentiellement dévastateurs d’une panique, ou encore de comprendre et d’organiser le croisement de Shibuya à Tokyo.  

Pour l’auteur les mouvements collectifs émergeraient dans des systèmes où les éléments ont une tendance à avancer dans une direction et un sens propre. La densité permettrait de contrôler cette mise en mouvement : « quand elle augmente, des paquets de plus en plus importants de particules avancent dans le même sens ». L’hypothèse qui est posée est celle de l’apparition de ces mouvements suite à l’interaction locale entre les différents éléments. Cette observation se généraliserait sur une gamme d’échelle de longueur allant du mètre au micromètre, observables à différentes échelles de la nature. Ce serait donc moins le caractère du vivant qui expliquerait ces formations de mouvements que des propriétés liées à la proximité. Pour l’auteur ces systèmes ont deux caractéristiques principales:

  • D’abord les mouvements collectifs émergent des interactions entre une quantité importante d’individus. La matière n’est finalement qu’un ensemble d’éléments qui interagissent ensemble.
  • Ensuite, les individus qui conduisent aux mouvements collectifs s’auto-propulsent parce qu’ils sont des systèmes qui produisent du travail en dissipant l’énergie qu’on leur injecte. Cela illustre l’aspect fondamentalement hors- équilibre de cette matière. Cela n’a donc rien à voir avec un phénomène qui serait propre au ≪vivant≫

La « matière active » ou particule active se repère à partir de trois caractéristiques :

  • Une particule active génère son mouvement en produisant du travail à partir de l’énergie disponible de manière homogène sur l’ensemble du système.
  • Un mouvement à une direction propre à la particule correspondant à des degrés de liberté internes de la particule.
  • La particule n’est soumise à aucune force résultante.

Ces éléments de définitions étant donnés, l’auteur constate que d’autres particules étrangères au monde du vivant obéissent aux mêmes lois de déplacement. Ce qu’il s’attache à démontrer dans sa thèse pour faire se rejoindre le monde du vivant et celui des éléments inanimés.

In fine, il modélise un système avec un fluide actif polaire basé sur des interactions. Au-delà de l’existence de la transition ordre/désordre décrite il est pour l’auteur particulièrement intéressant de caractériser la dynamique et la structure des fluides actifs (dans les régimes ordonnés et désordonnés) et de comparer avec ce qui est connu des fluides à l’équilibre et des fluides granulaires

Et en éducation ?

Une telle recherche en physique fondamentale est très indirectement liée aux questions de formation et d’éducation, cependant, elle stimule la réflexion sur l’organisation des réseaux sociaux ou des plateformes d’apprentissage. Où se situent les polarités ? Quels sont les bords qui contraignent les mouvements ? Quelles sont les fluidités observables ? Quels effets de tourbillons sont observables dans des groupes, des réseaux ou des forums en ligne ? Comment s’organisent les voisinages entre éléments des systèmes éducatifs ? Où se situent les sources d’énergie ? Comment s’initient les premiers mouvements ?

Un détour vers une thèse très étrangères aux sciences de l’éducation pourrait bien susciterde nouvelles questions pour le design de dispositifs de formation plus fluides ou de plateformes d’un nouveau genre.

Source

 Système expérimental modèle d'un fluide actif polaire - Julien Deseigne
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567513


Mots-clés: Intelligence Collective Mouvement Thèse Nues coopérer bancs de poissons modèle

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