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Incubateur de complexité

Incubateur de complexité

17.05.2014, par
Vue d’artiste montrant l’évolution de l’embryon de poisson zèbre.
Visite d’un lieu où les mathématiciens s’intéressent aux embryons de poissons zèbre, où les physiciens font de la politologie et où les historiens parlent aux neurobiologistes : l’Institut des systèmes complexes, à Paris.

Hormis la plaque discrète apposée au rez-de-chaussée d’un bâtiment cubique perdu dans les grands ­ensembles du XIIIe arrondissement de Paris, nul autre indice n’avertit le visiteur impromptu qu’il est bien arrivé au pied d’un nouveau laboratoire de pointe : l’Institut des systèmes complexes - Paris Île-de-France (ISC-PIF). Ce même visiteur devra encore gravir deux étages et traverser un open space rempli de jeunes chercheurs s’affairant sur leur console d’ordinateur pour obtenir la réponse aux deux questions qu’il se posait en arrivant : qu’est-ce au juste qu’un système complexe, et pourquoi un institut leur est-il consacré ?

Institut des sciences complexes à Paris
L’Institut des systèmes complexes est situé à Paris, au cœur du XIIIe arrondissement.
Institut des sciences complexes à Paris
L’Institut des systèmes complexes est situé à Paris, au cœur du XIIIe arrondissement.

« Un système peut être qualifié de complexe lorsque la multitude des interactions locales entre les éléments qui le composent fait émerger de nouvelles propriétés globales, celles-ci pouvant, dans certains cas, rétroagir sur ces mêmes éléments, explique David Chavalarias, directeur de l’Institut. On peut, par exemple, étudier le cerveau sous l’angle de la neurologie, de la psychologie, voire de la psychanalyse, mais lorsqu’on l’étudiera en termes de systèmes complexes, on va s’intéresser aux liens entre structures locales et globales, comme la manière dont la structure des connexions neuronales permet d’engendrer des phénomènes de synchronisation pouvant correspondre à des traitements cognitifs de haut niveau. » L’ISC-PIF catalyse ainsi de nombreuse recher­ches interdisciplinaires, qu’il s’agisse d’étudier une loi mathématique liant abstention électorale et taille des communes, ou bien de visualiser, modéliser et simuler le développement embryonnaire du poisson zèbre, ou encore d’analyser en masse les références bibliographiques scientifiques pour établir des arbres généalogiques des thèmes de recherche, voire des cartographies de controverses.

Un lieu 2.0 pour la recherche

L’ISC-PIF a une double mission. D’une part, il anime un réseau régional regroupant tous les acteurs académiques ou privés concernés. Il coordonne notamment un des seize Domaines d’intérêt majeur définis par la Région Île-de-France pour la période 2012-2015. D’autre part, il constitue un pôle visible à l’international sur les systèmes complexes. Il accompagne ainsi plusieurs projets européens et participe au développement de la Complex Systems Society, principale société savante dans ce ­domaine au niveau mondial.

« Ce tiers lieu mutualisé propose de multiples services et permet notamment à des chercheurs de développer leurs projets dans un environnement dynamique qui leur offre une grande visibilité », précise David Chavalarias. Il héberge des projets résidents sur des périodes allant d’une à quatre années et offre un environnement de travail comprenant espaces de co-working, salles de séminaires et ressources pour le calcul intensif et le traitement de données. Car l’étude des systèmes complexes requiert des moyens spécifiques pour leur analyse et leur modéli­sation. L’ISC-PIF met à disposition des ressources pour le stockage et la fouille de données massives, le calcul intensif ou la visualisation de données complexes. Par exemple, grâce au logiciel OpenMole1, l’ISC-PIF permet à des non-experts de formuler des plans d’expériences sur des ressources de calcul distribuées (grilles et clusters) tout en bénéficiant de formations à son utilisation.

Cartographier l’évolution du commerce maritime

Soutenu et financé à hauteur de 1,5 million d’euros par le Conseil européen de la recherche, le projet World Seastems vise à quantifier, à analyser et à cartographier l’évolution des échanges commerciaux maritimes depuis trois siècles. Il s’appuie sur les informations publiées par le journal Loyd’s List, qui référence depuis 1734 les escales des navires commerciaux. Une masse de données qui n’avait jusqu’ici jamais été exploitée de manière exhaustive. L’objectif du projet est d’abord d’établir une cartographie dynamique des flux commerciaux maritimes ; ensuite d’analyser, à l’aide d’outils mathématiques tels que la théorie des graphes et des réseaux complexes, les relations – locales comme globales – entre l’évolution du réseau interportuaire et les changements socio-économiques qui ont marqué la période.

Carte du réseau mondial des flux commerciaux maritimes.
Carte du réseau mondial des flux commerciaux maritimes en 1890.
Carte du réseau mondial des flux commerciaux maritimes.
Carte du réseau mondial des flux commerciaux maritimes en 1890.

Simuler les processus biologiques

Plateforme associée à l’ISC-PIF, BioEmergences a pour but de reconstruire et de simuler, à toutes les échelles (cellules, tissus, organes, organismes), la dynamique des processus biologiques à partir de mesures in vivo. Ce cadre général requiert la conception et la mise au point de techniques, de méthodologies et d’outils inédits permettant d’acquérir et d’interpréter des données en 3D en temps réel à tous les niveaux du vivant. Cette démarche doit conduire à une compréhension approfondie des systèmes biologiques, de leur fonctionnement et de leur évolution dynamique, notamment lors du développement embryonnaire et de la formation des organes. Une connaissance indispensable aux progrès de la médecine qui était jusque-là difficile à acquérir à l’aide de la simple observation ponctuelle de capteurs isolés et découplés dans le temps.

Visualisation des lignées cellulaires de l’embryon de poisson zèbre
Visualisation des lignées cellulaires de l’embryon de poisson zèbre.
Visualisation des lignées cellulaires de l’embryon de poisson zèbre
Visualisation des lignées cellulaires de l’embryon de poisson zèbre.

Étudier la dynamique des mémoires collectives

Piloté par l’historien Denis Peschanski2 (responsable scientifique) et le neurobiologiste Yves Burnod3, l’équipement d’excellence Matrice (Memory Analysis Tools for Research Through International Cooperation and Experimentations) vise à mettre au point une plateforme technologique étudiant larticulation entre mémoire individuelle et mémoire collective à partir d’un corpus de témoignages écrits, oraux et audio-visuels de deux moments majeurs de l’histoire contemporaine : la Seconde Guerre mondiale et les attentats du 11 septembre 2001. Porté par heSam Université, cet Équipement d’excellence (Équipex) réunit 24 partenaires.

La démarche s’appuie sur une hypothèse clé : il est impossible de comprendre pleinement la mémoire sociale sans prendre en compte les dynamiques cérébrales de la mémoire, et réciproquement. Appréhendant l’objet mémoire comme un système complexe, le programme fait appel à des moyens de calcul, de stockage et de modélisation importants, et l’ISC-PIF apporte au projet ses ressources computationnelles mutualisées et favorise le développement de collaborations scientifiques avec les membres de la communauté des systèmes complexes.

La première expérience du projet a été menée au sein du Mémorial de Caen : elle consiste à équiper des volontaires avec un appareil enregistrant en temps réel la direction de leur regard au cours d’une visite. Elle s’accompagne de la mise en place de capteurs électroniques permettant de suivre, anonymement, la masse des visiteurs dans leur périple. Approchant, pour la première fois, le comportement réel des visiteurs de mémoriaux, il permettra de s’interroger sur le rapport à l’histoire et à la mémoire. En parallèle, près de 100 000 documents audio et audiovisuels ont été extraits des fonds de l’INA pour une transcription automatique speech to text et une analyse textométrique du texte qui en est issu. Mieux que toute autre source, celles-ci permettront de mieux appréhender la mémoire collective et son évolution au cours du temps.

Le Mémorial de Caen.
Le Mémorial de Caen.
Le Mémorial de Caen.
Le Mémorial de Caen.

Voir aussi : « Abstention : la politique n’explique pas tout »

Notes
  • 1. Développé en partenariat avec l’ERC GeoDiverCity.
  • 2. Du Centre d’histoire sociale du XXe siècle (CNRS/Univ. Paris-I) - HeSam.
  • 3. Du Laboratoire d’imagerie biomédicale (CNRS/UPMC/Inserm).
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Coulisses

Fondé en 2005 mais récemment installé au 113, rue Nationale, l’ISC-PIF est en France l’un des deux instituts pionniers (avec l’Institut rhône-alpin des systèmes complexes) autour desquels s’est constituée la communauté nationale et européenne travaillant sur les systèmes complexes. Il est porteur d'un Groupement d’intérêt scientifique dans lequel seize EPST et universités sont actuellement impliqués.

Auteur

Yaroslav Pigenet

Journaliste scientifique

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