À la base du concept d'émergence on trouve l'idée commune selon laquelle : « le tout est plus que la somme des parties. » La notion d'émergence est ainsi liée à la non-linéarité en ce qu'un processus émergent ne respecte pas le principe de superposition.
« On peut appeler émergence les qualités ou propriétés d'un système qui présentent un caractère de nouveauté par rapport aux qualités ou propriétés des composants considérés isolément ou agencés différemment dans un autre type de système 1. » L'association complexe d'éléments induit l'apparition de phénomènes, de mécanismes nouveaux. «À chaque niveau (de l'évolution prébiotique, biotique et sociale) émergent des propriétés nouvelles qui ne peuvent être expliquées par la somme des propriétés de chacune des parties qui constituent le tout. Il y a un saut qualitatif (...) La propriété d'émergence est liée à la complexité. L'accroissement de la diversité des éléments, l'accroissement du nombre de liaisons entre ces éléments et le jeu des interactions non linéaires conduisent à des comportements difficilement prédictibles 2. » Les émergences dites « globales » caractérisent donc les propriétés d'un système qui sont nouvelles par rapport aux propriétés de ses composants isolés ou organisés de manière différente. La vie en fait indéniablement partie 3.
Les processus émergents sont généralement fondées sur la multiplication des interactions parallèles entre éléments indépendants. Les automates cellulaires fonctionnent précisément selon ce principe. Ils consituent ainsi un outil précieux d'analyse de l'émergence.
On a examiné plus haut le comportement d'une ligne de trois cellules verticales : à la première génération on obtient trois cellules horizontales et à la seconde de nouveau trois cellules verticales, etc. Une ligne de trois cellules vivantes engendre donc un cycle.
Animation d'un clignotant
Cette figure appartient à la catégorie des « clignotants » (blinker) ou oscillateurs. Un oscillateur n'est pas constitué d'un groupe de cellules données, c'est une configuration dynamique au sein de l'espace de l'automate cellulaire. Le clignotant semble être autonome, il est une structure spécifique, particulière au sein de son milieu.
D'une manière générale, les règles du Jeu de la vie ont été fixées de façon à engendrer une grande diversité de structures imprévisibles. Les spécialistes ont recensé toute une faune de configurations aux comportements plus étonnants les uns que les autres. Des bibliothèques entières sont disponibles 4. L'une des plus fameuses est le « planeur » (glider) qui apparaît souvent après un remplissage aléatoire. Une configuration donnée de cinq cellules se réplique toutes les quatre générations à une cellule de distance.
Animation d'un planeur
Plus encore que les oscillateurs, les planeurs évoquent le phénomène d'émergence. On a l'illusion d'un être rampant, parcourant l'espace en ligne droite. Un planeur n'est pas un ensemble de cellules. À chaque génération, les cellules qui le composent sont remplacées. De la même manière que les atomes qui vous constituent ne sont pas ceux dont vous disposiez à votre naissance, les composants du planeur sont perpétuellement renouvelés. L'application des règles du Jeu de la vie fait ainsi apparaître une structure dynamique, cohérente et autonome, ayant des propriétés spécifiques, c'est le caractère même de l'émergence. Ces propriétés -- en l'occurrence le déplacement -- peuvent être utilisées à des fins spécifiques. Le planeur permet de représenter un signal, on en trouve un exemple dans LogiCell 5.
On peut également citer une autre figure remarquable : le canon à planeur (glider gun). Il s'agit d'un ensemble de cellules engendrant des planeurs. Il a permis de prouver que la population du Jeu de la vie peut croître indéfiniment. Le classique canon de période 30 est utilisé comme générateur dans LogiCell.
Le canon à planeur
2- Autoréplication
Avec le kinématon rencontré plus haut, von Neumann a essayé de rendre compte des conditions de l'autoréplication. Il se posait plus précisément la question de l'organisation logique d'un automate suffisante pour assurer l'autoréplication 6. Face à l'impossibilité physique de réaliser cette machine, on a vu que von Neumann s'est tourné vers les automates cellulaires pour construire son automate autoréplicateur. Cet automate était extrêmement complexe car il intégrait un constructeur universel. En 1968, Edgar Codd a proposé une version simplifiée de l'automate de von Neumann n'utilisant que huit états, mais là encore, Codd intégrait un constructeur universel. Les choses ont changé dans les années 1980 avec Christopher Langton.
Langton a considéré que l'étude des systèmes vivants au sein d'un calculateur nécessitait de considérer les seuls éléments nécessaires et non les éléments suffisants 7. Il a ainsi abandonné l'idée d'universalité du réplicateur.
L'idée de base de Langton est qu'il est possible de concevoir un automate cellulaire supportant une structure dont les composants constituent l'information nécessaire à sa propre réplication. Cette structure est donc à la fois elle-même et représentation d'elle-même.
L'automate de Langton 8 utilise huit états et vingt-neuf règles. La structure qui se réplique est une boucle constituée d'une « membrane » au sein de laquelle circule l'information nécessaire à la réplication.
La boucle de Langton
Les cellules à l'état 2 forment la membrane, les cellules internes contiennent l'information de réplication. D'une certaine manière, elles sont l'ADN de la boucle. Les séquences 7-0 et 4-0 se propagent vers la queue. Quand elles atteignent l'extrémité, les premières prolongent la queue, les secondes construisent un angle droit vers la gauche 9.
L'ajout d'une règle de « stérilisation » qui bloque l'évolution au bout d'un certain nombre de générations permet la cristallisation des boucles les plus anciennes et amène à la construction d'une sorte de corail.
D'après S. Levy, Artificial Life., Penguin, 1992.
Les boucles de Langton
Les boucles de Langton, comme l'automate de von Neumann montrent que : « (...) l'une des propriétés fondamentales des organismes vivants, l'autoreproduction, est explicable en termes d'interactions d'éléments simples et qu'elle peut être étudiée dans ses principes logiques indépendamment de sa réalisation physique 10. »
En aucune manière, les boucles
de Langton ne peuvent être considérées comme « vivantes
», elles ne sont qu'une construction autoréplicatrice limitée.
1.Morin E.,La Méthode. I-La Nature de la Nature., Points, Seuil, Paris 1977 , p. 106.
2.Rosnay (de) J., Le macroscope. Vers une vision globale. Points, Seuil, Paris, 1975, pp.131-132.
6.Adami Ch., Introduction to Artificial Life, Springer-Verlag, New-York, 1998, p. 27.
7.Adami Ch., idem, p. 27.
8.Langton C.G., Studying Artificial Life with cellular automata, Physica D 22, 1986.
9.Langton C., Artificial Life in The philosophy of Artificial Life, Boden M. A. dir., Oxford readings in Philosophy, Oxford University Press, 1996, pp. 64 et suivantes.
