4 Septembre 2001
Notes par Jean Paul Baquiast

Ilya Prigogine

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Le grand succès actuel du darwinisme évolutionnaire, appliqué notamment aux sciences de la vie et aux sciences humaines et sociales, tend à faire oublier ce qui apparut dans les années 1980 comme une avancée considérable dans la compréhension de la logique de la vie, et plus généralement des divers mécanismes évolutifs, l'introduction de la flèche du temps et de l'irréversibilité dans la dynamique des systèmes physiques, la thermodynamique du non-équilibre. Ce furent Ilya Prigogine, Isabelle Stenghers et leurs disciples de l'Université libre de Bruxelles et de l'Université du Texas à Austin qui furent les initiateurs de cette véritable révolution conceptuelle, abondamment commentée ou complétée depuis et devenue incontournable.

Mais, comme toujours, le temps passant, le grand public et certains scientifiques eux-mêmes furent tentés d'oublier les apports de ce que certains ont appelé "la pensée-Prigogine", pour des concepts plus récents ou plus facilement intelligibles, ne fut-ce que ceux du darwinisme évolutionnaire. Il est ainsi assez surprenant que le numéro spécial de La Recherche consacré aux diverses théories du Temps, en date d'avril 2001, ne mention pas Prigogine. On peut expliquer ce phénomène par le fait que la nouvelle théorie, s'attaquant à tous les domaines des sciences, y compris la relativité et la mécanique quantique, a été reprise (ou critiquée) par de nombreux chercheurs, ce qui a dilué le rôle des précurseurs.
L'évolution de l'Ecole de Bruxelles en petit groupe d'initiés (qui plus est de langue française) a pu aussi éloigner certains. Mais on peut aussi mentionner le fait que Prigogine et ses disciples n'ont sans doute pas perçu la montée du darwinisme et de l'intelligence artificielle évolutionnaire. Ils ont donc négligé l'effort qui s'imposait de proposer une vaste synthèse intégrant l'ensemble des approches dans une théorie générale de ce que l'on pourrait appeler l'univers évolutif et imprédictible, qui nous paraît plus que jamais s'imposer aujourd'hui.

Dans ces conditions, la publication, sous l'autorité de Prigogine lui-même (âgé aujourd'hui, notons-le pour lui rendre hommage, de 84 ans) d'une série d'articles présentant les applications de la thermodynamique des systèmes ouverts, de l'irréversibilité et de l'incertain à toute une série de disciplines de la plus haute actualité, nous paraît présenter un grand intérêt scientifique. On verra en lisant ce livre que, comme généralement en science, et bien que ce ne soit pas assez souligné par les auteurs, les perspectives darwiniennes et prigoginiennes se complètent et doivent continuer à être conjuguées.

Mais peut-être n'est-il pas inutile, avant d'examiner quelques-uns uns des articles de L'homme devant l'incertain, de rappeler en quelques paragraphes l'apport des travaux de l'Ecole de Bruxelles.

L'introduction du temps et de l'irréversibilité dans la physique.

La réversibilité du temps fondait à l'époque classique, depuis Laplace et Newton, toutes les descriptions de la physique. Les mouvements des corps, considérés eux-mêmes comme des particules abstraites ne subissant pas de frictions, étaient présentés par la mécanique céleste comme se poursuivant indéfiniment, régulièrement et sans qu'il soit nécessaire d'inscrire le sens de l'écoulement du temps dans leur description. En d'autres termes, ils pouvaient se dérouler de façon réversible, en remontant le temps, sans qu'il soit nécessaire de modifier les équations. Par ailleurs, dans la mesure où l'on connaissait les données initiales des mouvements des corps célestes, il était possible de prévoir sans faute leur avenir. En d'autres termes, les modèles étaient prédictifs sur le mode déterministe. Ils excluaient l'apparition du changement. Le démon de Laplace avait éliminé aussi bien l'homme que Dieu, mais correspondait cependant à une représentation quasi mystique de l'éternité de l'ordre du monde. L'irréversibilité apparente des phénomènes de la vie terrestre, où les phénomènes naissent, vivent et meurent, était imputée à des approximations de l'observation, dont la science (résumée à la physique) n'avait pas à tenir compte, tant que ses instruments ne permettaient pas de les éliminer.

Les nouvelles lois de la physique, développées à partir du début du 20e siècle, avec la relativité et la mécanique quantique, n'avaient pas changé le point de vue de la dynamique newtonienne par rapport au temps. Elles conservaient la réversibilité du temps, ainsi que, sous la réserve du principe d'indétermination de Heisenberg, le déterminisme excluant la survenue de l'incertain et du nouveau. Les équations, une fois définies leurs données initiales, peuvent se dérouler aussi bien à l'endroit qu'a l'envers, de façon strictement déterminée par ces données. Lorsque, dans la mécanique quantique, l'observateur qui résout la fonction d'onde semble introduire une irréversibilité, on considère que celle-ci n'intéresse que la mesure.

L'irruption du darwinisme a sonné une première alerte. Pour Darwin et des successeurs, le mécanisme dit du hasard-sélection fait de l'apparition du nouveau dans le temps, et donc de l'irréversibilité, le ressort de l'évolution des systèmes vivants. Darwin ne l'a pas dit avec cette netteté, mais pour lui la flèche du temps et l'irréversibilité pouvaient s'apparenter à des lois fondamentales de la nature. Mais pendant longtemps, ces considérations, d'ailleurs rejetées par les partisans du fixisme, furent confinées au monde jugé difficilement descriptible par les sciences exactes et la physique, celui de la vie, où régnait en force un vitalisme quasi mystique.

Par contre, avec l'avènement au cœur de la physique elle-même de la thermodynamique, au milieu du 19e siècle, les points de vue durent changer. La mise en évidence de l'irréversibilité dans le fonctionnement des machines à vapeur permit d'introduire le célèbre concept d'entropie : une grandeur ou fonction marquant le degré de désordre d'un système, qui ne peut que croître avec le temps. Rappelons les deux lois de la thermodynamique : l'énergie de l'univers est constante - l'entropie de l'univers croît vers un maximum. Dans les processus réversibles, l'entropie reste constante. Au contraire, les processus irréversibles créent de l'entropie. Ceci formulé, il est apparu que les phénomènes irréversibles consitituaient l'écrasante majorité, y compris en physique, et que la réversibilité ne se rencontrait que dans des modèles théoriques. Il fallait donc introduire l'irréversibilité dans la physique classique.

Le physicien autrichien Ludwig Boltzmann tenta en 1895 de le faire dans le cadre de la théorie cinétique des gaz. Selon son théorème, l'évolution vers l'équilibre d'un gaz constitué de molécules ne peut être expliquée en suivant les trajectoires individuelles de chacune de celles-ci. Il faut recourir à la statistique. Il montre que les collisions entre molécules constituent le mécanisme conduisant le système à l'équilibre. L'état d'entropie maximale ou d'équilibre est ainsi plus probable que l'état de non-équilibre.

Mais Prigogine a décrit ce qu'il a appelé le drame de Boltzmann. Faisant appel à la probabilité statistique pour sauver la réversibilité (fondant ce faisant la thermodynamique statistique), il passait à côté de l'opportunité d'ériger l'irréversibilité en nouvelle loi générale des systèmes physiques. L'irréversibilité pouvait encore être considérée comme due à l'imprécision des moyens d'observation. C'est-à-dire que Boltzmann laissait à d'autres la gloire d'édifier la thermodynamique du non-équilibre.

Ce furent à Prigogine et Stenghers qu'échut cette gloire, suite il est vrai à de très nombreux travaux critiquant la possibilité de mettre en place des modèles prédictifs dans le cas de particules en interaction. Poincaré notamment avait montré qu'un système composé de particules sans interaction, donc au repos, pouvait être décrit mathématiquement, mais non un système de plus de deux particules en interaction - ce qui est le cas de tous les systèmes dans la nature. Un tel système n'est pas intégrable, c'est-à-dire qu'il ne peut être traité comme un système de particules libres sans interaction. Ceci oblige, pour prévoir l'évolution de ce système, de recourir à l'analyse statistique. De ce fait, on ne peut plus en calculer la réversibilité. L'irréversibilité entre au cœur même des descriptions mathématiques du monde physique.

Il n'est pas possible ici d'évoquer le cheminement mathématique suivi après la 2e guerre mondiale par Prigogine et son école pour, en s'appuyant sur le caractère chaotique du comportement de chaque système mécanique, introduire une formulation "essentiellement irréversible" de la mécanique classique - ceci, raconte notre auteur, face à l'hostilité générale des physiciens et tenants des sciences dures. L'origine de la démarche fut la découverte, dans le milieu du 20e siècle, du concept de chaos déterministe, caractérisant tout système mécanique. Une caractéristique du comportement chaotique est la "sensibilité aux données initiales". Si on regarde l'évolution de deux systèmes aussi similaires que l'on veut au départ, on constate qu'ils s'écarteront en évoluant de façon imprévisible.
Un autre phénomène caractéristique du chaos est l'apparition des "attracteurs étranges" qui régissent le comportement des trajectoires des particules dans l'espace à elles alloué par leurs caractéristiques de mouvement (l'espace des phases). Il s'agit de points et cycles stables sur lesquels se retrouvent toutes les trajectoires après un certain temps. La réversibilité s'y perd, car les trajectoires ne gardent pas la mémoire des conditions initiales dont elles procédaient. Les attracteurs étranges représentent la création d'ordre à une échelle plus grande. C'est le cas des célèbres "cellules de Bénard" apparaissant dans un liquide chauffé, où des millions ou milliards de molécules initialement indépendantes s'y coordonnent momentanément. Cet ordre résulte du fait que le système reçoit par chauffage de l'énergie de l'extérieur. Il y a donc conservation de la 2^e loi de la thermodynamique. Il crée de la néguentropie en consommant ou "dissipant" de l'entropie. Rappelons que, dans le vocabulaire de Prigogine, un système dissipatif est un système qui, loin de son état d'équilibre (le repos ou l'absence d'organisation), évolue spontanément, par apport d'énergie, vers plus d'organisation, c'est-à-dire un état dont l'entropie est inférieure à celle de l'état initial.

Prigogine et Stenghers, suivis par de nombreux chercheurs intéressés par l'auto-organisation dans la nature, eurent immédiatement l'idée de génie qu'il était possible d'étendre ce paradigme à la presque totalité, sinon à la totalité, des systèmes décrits par la science.
L'étude des systèmes chaotique, ou "systèmes dynamiques" est devenue la grande affaire de très nombreuses disciplines : physique, biologie, neurologie, sociologie, économie, art. Ainsi fut fondée une nouvelle approche de l'univers, sous la forme d'une science du devenir, ou de l'apparition de l'incertain, avec les concepts de flèche du temps, brisure de symétrie (notamment temporelle), non-linéarité, création d'ordre à partir du désordre et de hiérarchies d'ordre, équilibre loin de l'équilibre, points de bifurcation marquant l'instabilité d'une situation nouvelle et l'apparition de nouvelles possibilités, etc. On peut citer en France l'épistémologue renommé Edgar Morin, qui joua un grand rôle pour répandre ces concepts dans une communauté scientifique encore attachée à des vues moins évolutives.

Les organismes vivants, comme les groupes sociaux qu'ils constituent, sont l'exemple même de la création d'ordre à partir du désordre. Sous le contrôle initial du génome, ils se constituent et maintiennent constants leurs structures et milieux intérieurs (homéostasie) grâce à des processus chimiques leur permettant par catalyse, de rassembler dans le milieu les matières premières et l'énergie qui est nécessaire à la construction et à l'entretien de leurs architectures complexes. L'ordre, c'est-à-dire aussi le retour à l'équilibre de leurs composants, signifie pour eux la mort. Il leur faut donc par un effort continu de consommation-dépense, se maintenir en équilibre loin de l'équilibre, à mi-chemin entre la mort par retour à l'ordre et de l'explosion (ou implosion) par excès de dissipation.

Les applications de ces divers concepts sont aujourd'hui innombrables. Il faut évidemment chaque fois que possible sortir de l'image poétique pour trouver les algorithmes permettant de produire des modèles descriptifs des entités que l'on prétend décrire. Ces algorithmes, compte-tenu de la complexité des modèles, supposent un large usage des ordinateurs, voire le recours à la méthode des algorithmes évolutionnaires. Mais de plus en plus, leur traitement demande des mathématiques encore insuffisantes aujourd'hui. C'est le sens des travaux de Gilbert Chauvet, auxquels nous avons consacré un article dans nos colonnes, concernant la physiologie intégrative appliquée à l'organisme vivant. Les mêmes travaux, nous l'avons suggéré, devront un jour être développés pour la description des organismes économiques ou sociétaux fonctionnant loin de l'équilibre (les sociétés chaudes dont parlait Claude Lévi-Strauss, en opposition aux sociétés froides).

On voit que Ilya Prigogine et ses disciples ont véritablement fondé une science de l'univers en devenir ou en émergence, qui rejoint ainsi l'évolutionnisme darwinien. Certains ont voulu récupérer la critique radicale du déterminisme qu'elle implique au profit au profit de conceptions spiritualistes ou finalistes, mais rien ne les y autorise. Prigogine lui-même a crée de l'ambiguïté en parlant de "Nouvelle alliance". Il semblait  ici s'en prendre à  Jacques Monod, qui avait écrit dans Le hasard et la nécessité : "L'ancienne alliance est rompue. L'homme sait qu'il est seul dans l'immensité de l'univers dont il a émergé par hasard". Monod raisonnait encore d'une certaine façon en physicien classique pour qui l'univers physique, contrairement à la vie, n'est pas évolutif - d'où rupture. Prigogine a réintroduit le parallélisme entre les modes évolutifs des systèmes physiques et des systèmes biologiques, sur le mode finalement du hasard et de la nécessité. Pour la grande majorité des scientifiques, les systèmes dissipatifs n'obéissent en effet à aucune finalité, aucune prétendue "montée vers la vie et la conscience". Tout peut survenir.

L'homme devant l'incertain

Ce livre, nous l'avons dit, reprend un certain nombre de communications présentées au cours de deux séminaires organisés en l'honneur d'Ilya Prigogine en 1997 et 1999 par l'Université libre de Bruxelles. On le lira avec le plus grand intérêt, car il couvre une vaste palette des domaines scientifiques et intellectuels où s'inscrit dorénavant l'empreinte de la flèche du temps décochée il y maintenant un demi-siècle par l'Ecole de Bruxelles. Il montre l'actualité de ce paradigme, et, si l'on en croit les auteurs, sa pertinence toujours accrue, y compris dans les domaines difficiles de la cosmologie, de la mécanique quantique, mais aussi de la neurologie et des sciences du cerveau. Qui dit flèche du temps dit en effet hasard et imprédictibilité, ce qui oblige à plus de prudence ceux des scientifiques qui s'appuieraient sur leurs modèles pour prédire l'avenir du monde avec trop de précision Un seul regret, découlant de notre remarque précédente, tient au fait beaucoup de ces auteurs ne montrent pas suffisamment comment leurs travaux font le pont avec ceux de la biologie évolutionnaire - sauf l'entomologiste Jean-Louis Deneubourg, aux recherches duquel nous avons ici déjà fait allusion. (Information processing in social insects http://www.automatesintelligents.com/echanges/courrier/2001/mai/ecrire3.html - bas de la page). Ainsi les applications des probabilités irréductibles au domaine tout nouveau des systèmes massivement multi-agents de la nouvelle intelligence artificielle ne sont pas évoquées (Voir Alain Cardon).

Nous ne pouvons ici prétendre commenter les propos de plus de 25 auteurs. Retenons seulement à titre illustratif quelques-uns d'entre eux :

- Le futur n'est pas donné (par Ilya Prigogine)
Prigogine reprend ici le concept de bifurcation, à la base de l'événement ou changement impliquant l'idée de probabilité. Il confirme son point de vue, selon lequel il est illusoire de décrire l'individu isolé (y compris l'homme), mais qu'il faut étudier le groupe dans lequel il vit. Pour cela, s'impose la description en termes d'ensembles (introduite par Gibbs en thermodynamique il y a cent ans), non du fait de notre ignorance (avec la possibilité de revenir à l'individu si les méthodes se perfectionnent), mais parce que les probabilités irréductibles avec brisement de la symétrie temporelle constituent les "vraies" façons d'être du réel. Pour lui, il faut éliminer à tout jamais le démon de Laplace. Si le réel est "voilé", pour reprendre le terme d'Espagnat, il est voilé à lui-même. Autrement dit, il est irréversible, chaotique et donc imprédictible autrement qu'en termes de probabilités. On trouvera peut-être la thèse excessive, mais elle mérite le plus grand intérêt.

- Histoire de l'histoire de l'origine (par Edgard Gunzing)
Nous avons là ce qui nous a paru être un exposé magistral de l'extraordinaire tournant qui marque depuis quelques années la cosmologie, tournant dont le grand public est loin d'avoir encore pris conscience. Il s'agit de la réintroduction d'une histoire de l'univers avant le big bang, jusqu'ici considéré comme marquant sous forme de singularité irréductible l'anéantissement du temps et de l'espace. Aujourd'hui, pour tenir compte de nombreuses observations relatives notamment à une expansion de l'univers beaucoup plus forte que calculée précédemment, les physiciens ont introduit l'hypothèse d'une énergie répulsive du vide primordiale, ou plutôt de fluctuations quantiques de cette énergie, ayant donné naissance à notre univers via le big bang. Ainsi les hypothèses de Prigogine relatives à l'irréversibilité, notamment à l'inévitabilité du big bang, se trouveraient-elles confirmées, y compris par la perspective d'un temps en deçà du temps, celui de la mystérieuse Quintessence. L'auteur ne cache pas que les problèmes conceptuels découlant de ce qu'il appelle la catastrophe du vide sont encore loin d'être résolus. Les théoriciens, comme on le sait, attendent toujours la quantification de la gravitation, c'est-à-dire une interpénétration de la relativité générale et de la mécanique quantique dans le sein d'une théorie unifiée de toutes les interactions fondamentales.

- Plan d'organisation et population dans les sociétés d'insectes (par Jean-Louis Deneubourg & al)
Cet article reprend, comme nous l'avons indiqué, de nombreux exemples d'émergence de structures complexes et d'adaptations d'une grande flexibilité à partir d'algorithmes simples, tels que l'émission de phéromones.

- L'incertain et le libre-arbitre (par Robert Kane)
Nous terminerons par cet article qui nous a paru remarquable, sinon trancher définitivement l'apparemment insoluble problème du libre-arbitre.
Plutôt qu'évacuer la question comme relevant d'une illusion, ou ressusciter les hypothèses disons-le farfelues proposées il y a quelques années par Eccles et Penrose pour sauver le spiritualisme par les mystères de la mécanique quantique appliquée aux neurones, l'auteur propose une solution simple que nous résumons ici, en espérant ne pas la trahir. L'impression subjective de libre-arbitre, que nous ressentons face à deux possibilités dont nous choisissons l'une au dépend de l'autre (se lever au lieu de rester couché, tirer sur le président ou remettre son pistolet dans sa poche) tient au fait que les deux branches de l'alternative correspondent à deux versions de notre histoire quasiment équi-probables. J'ai autant de raisons valables de me lever que de rester couché. Sinon d'ailleurs j'aurais choisi l'une de ces possibilités sans même m'interroger. Il y a donc un petit quelque chose au niveau du hasard et de l'incertain dans nos neurones qui fait basculer notre choix en faveur de telle ou telle solution. A ce moment, comme une moitié de moi était déjà préparée à adhérer à ce choix, cette moitié, dans laquelle je me reconnais tout entier (d'où mon impression de libre choix) adhère au choix et en assume la responsabilité. L'hypothèse, on le voit, est dans la droite ligne de la pensée-Prigogine, selon laquelle une brisure de symétrie liée au hasard introduit une bifurcation, et l'émergence d'une structure dissipative nouvelle.

Cette thèse a été développée dans un ouvrage de Robert Kane, The significance of free will, Oxford University press, 1996 (voir http://uts.cc.utexas.edu/~rkane/)

Pour finir, voici une question d'école suggérée par un jeune physicien amateur: la toupie en mouvement constitue-t-elle un
système dissipatif ? Si oui, quelqu'un peut-il proposer les équations de ce mouvement ?

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