numéro 156 les d éfis du cea PHYSIQUE STATISTIQUE L’observation des populations grégaires constitue un nouveau sujet d’étude pour les physiciens. Les mouvements collectifs de ces êtres apparaissent, en effet, comme autant de systèmes complexes. Outre la dimension esthétique de ces phénomènes, c’est surtout la quête de lois universelles qui intéresse des scientifiques du CEA. TEXTE : Aude Ganier LES COLLECTIFS EN MOUVEMENT Àquoi peut bien penser un physicien en regardant les oiseaux danser dans le ciel ? Au-delà de la délectation contemplative ou de la récréation créative, il s’agit en réalité d’un nouveau sujet d’étude de la physique statistique. Inédit ? Cette observation consiste à analyser les mouvements collectifs de populations grégaires. Volées d’étourneaux, bancs de poissons, troupeaux de moutons, nuées d’insectes révèlent alors un même intérêt, celui de représenter une classe de systèmes complexes (voir encadré) maintenus hors de l’équilibre thermodynamique. « Nous concevons les mouvements collectifs comme un nouvel état de la matière ! Dans cette matière active, des entités dépensent de l’énergie pour se déplacer et nous étudions leur dynamique collective », explique Hugues Chaté, chercheur au CEA-Iramis 1. L’ambition de cette nouvelle discipline : analyser et comprendre les mouvements collectifs afin d’en dégager un principe universel, des lois générales. notes : 1. Voir rubrique « Les laboratoires », p.3 et sur http://iramis.cea.fr/Grégaire//Qualifie une espèce vivant en groupe ou en communauté ayant les mêmes comportements, sans nécessairement être organisée socialement. Équilibre thermodynamique//État d’un système, à la fois en équilibre thermique, mécanique et chimique, déterminé par des paramètres intrinsèques tels que la pression ou la température. Il n’y a, dès lors, rien de surprenant à voir un physicien scruter le ciel ou les fonds marins. Mais pister à l’œil nu ou au microscope des milliers d’animaux ou de cellules relève de la gageure. Il est en effet difficile d’avoir des données individuelles (trajectoires, vitesse, etc.) sur un million de sardines même si les pêcheurs industriels ont des techniques plus globales qu’ils se gardent bien de révéler. Même problème avec l’étude des volées d’étourneaux qui furent le sujet central du projet européen Starflag 2 auquel a participé Hugues Chaté. Réunissant des chercheurs aux disciplines variées (physiciens, biologistes, ornithologues, éthologues, modélisateurs), ce projet a notamment réussi à acquérir des images fixes et vidéo, et à reconstruire en 3D les positions et les trajectoires des oiseaux. Interaction, bruit et densité du mouvement Si ces données sont évidemment importantes pour les biologistes qui étudient notamment le comportement animal, que cherchent précisément les physiciens ? « Nous voulons comprendre l’incidence des déplacements individuels au niveau collectif. Nous voyons ces groupes en mouvement comme un fluide « actif », mais a-t-il les mêmes propriétés qu’un fluide ordinaire ? Pour le savoir, nous étudions des populations notes : 2. Projet coordonné par Giorgio Parisi, de l’Université de Rome. 7 » >