L’effet papillon se manifeste également dans les essaims d’insectes

Une nouvelle enquête a vérifié que les comportements naturels apparemment chaotiques observés dans les essaims d’insectes montrent des schémas similaires à ceux manifestés par les phénomènes météorologiques, le mouvement de certains corps célestes ou l’évolution d’un écosystème, entre autres processus naturels.

Plus précisément, il a découvert que « l’effet papillon » décrit par la théorie du chaos se manifeste dans les essaims et les troupeaux d’animaux, et en particulier chez les insectes.

L’effet papillon est une caractéristique de systèmes chaotiquesqui sont ceux qui présentent un comportement dynamique apparemment aléatoire.

effet papillon

L’effet papillon indique que toute petite variation des conditions initiales d’un système chaotique entraîne une amplification de ses effets à court et moyen terme.

Cela indique que, contrairement à ce qu’il pourrait sembler, un système aléatoire contient des motifs : il y a un ordre même dans le chaos.

Un proverbe chinois reflète bien ce phénomène lorsqu’il dit : le battement d’ailes d’un papillon se fait sentir à l’autre bout du monde. Ainsi, il s’inspire de l’effet physique qui porte son nom pour expliquer la théorie du chaos qui décrit les schémas cachés de la nature.

Chaos et modèles d’essaimage

La nouvelle recherche, développée par des chercheurs de l’Université Carlos III de Madrid (UC3M) et de l’Université Complutense de Madrid (UCM), et publiée dans la revue Physical Review E, a découvert les modèles cachés dans le comportement chaotique des essaims qui forment le insectes, qu’ils soient dans un espace clos ou dans un espace ouvert.

Les auteurs de ce travail comprennent que la formation d’essaims est due à la tendance de deux insectes à voler ensemble qui se détectent et un potentiel harmoniqueune sorte de force motrice qui rassemble les insectes suivant un constante de proportionnalité entre force et déplacement. C’est comme le motif du chaos dans les essaims d’insectes.

La recherche a également observé que ces essaims produisent changements de phase entre états chaotiques, caractéristiques des systèmes dynamiques aléatoires.

Un changement de phase se produit lorsque les conditions d’un système varient considérablement, par exemple lorsque l’eau passe d’un état liquide à un état solide lorsqu’elle gèle, expliquent ces auteurs.

changements de phase

Les chercheurs ont vérifié à cet égard que, pour des valeurs de confinement faibles, le déplacement des insectes dans l’essaim est chaotique (leurs déplacements changent beaucoup si les conditions initiales sont variées).

Et que le changement de phase se produit lorsque l’essaim se divise en plusieurs groupes qui sont pourtant étroitement liés les uns aux autres, car il y a des insectes qui passent de l’un à l’autre.

Sur la ligne critique entre les phases de ce changement, la distance maximale entre deux insectes de l’essaim qui ressentent l’influence l’un de l’autre est proportionnelle à la taille de l’essaim, même si le nombre d’insectes dans l’essaim croît indéfiniment, il a été en mesure de déterminer cette enquête.

Cette propriété s’appelle « chaos incessant» et elle n’avait pas été découverte jusqu’à présent, affirment les chercheurs, qui grâce à cette enquête ont étayé son existence.

Chaos ininterrompu

« À mesure que le nombre d’insectes augmente, la ligne critique se déplace vers un confinement zéro. Ce qui se passe, c’est que la distance maximale entre deux insectes qui ressentent encore l’influence de l’autre est proportionnelle à la taille de l’essaim. Peu importe le nombre d’insectes que nous y mettons. Et cela représente une nouveauté absolue que nous avons découverte », explique-t-il. Luis L. Bonilladirecteur de l’Institut Gregorio Millán Barbany de l’UC3M, dans un libérer.

Plus précisément, ce que ces mathématiciens prédisent à travers des simulations numériques, c’est que certains essaims d’insectes (en particulier une classe de petites mouches) ont un comportement chaotique sans échelle, qui se traduit par certaines lois de puissance avec des exposants similaires à ceux qui ont été mesurés dans la nature.

Ils ont également fait un théorie simplifiée milieu de terrain, qui permet l’étude du comportement de modèles complexes grâce à l’utilisation d’approximations qui les simplifient. Cette théorie corrobore le changement de phase du chaos sans échelle dans ces comportements d’insectes.

larges répercussions

Les auteurs soulignent que leur travail ne se limite pas au monde des insectes, car la formation de troupeaux ou d’essaims est l’une des manifestations de la soi-disant « matière active », composée de quelque chose comme des individus automoteurs qui constituent un tout. .

Cette matière active peut prendre la forme d’un essaim d’insectes, mais aussi d’un troupeau de moutons, d’un troupeau d’oiseaux, d’un banc de poissons, mais aussi de bactéries en déplacement, les mélanocytes (les cellules qui distribuent les pigments sur le peau) ou des systèmes artificiels tels que des grains irréguliers ou des graines secouées périodiquement.

« Les mécanismes de formation du troupeau jouent un rôle dans certains de ces systèmes, de sorte que les résultats que nous avons obtenus peuvent être liés à la biologie, à l’étude des cellules, et au-delà, à l’étude des tumeurs et d’autres maladies. « , Expliquer Rafael González Albaladejoun autre des auteurs.

paradoxes

Cette enquête révèle au moins deux paradoxes. Premièrement, les insectes, espèce à laquelle appartient le papillon, ne peuvent échapper à l’effet de la théorie du chaos qui porte son nom. Et deuxièmement : l’omniprésence du papillon dans la nature, même comme ressource pour les mathématiques, contraste avec sa disparition physique progressive, dont le biologiste évolutionniste et écologiste allemand ne cesse de mettre en garde. Josef H.Reichholf. Le chaos est partout et il ne cesse de nous étonner.

Référence

Chaos sans échelle dans le modèle de flocage Vicsek confiné. R. González-Albaladejo, A. Carpio et LL Bonilla. Phys. Rev. E 107, 014209; DOI du 17 janvier : https://doi.org/10.1103/PhysRevE.107.0142092023.DOI :