Autorégulation
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Un système qui ne pourrait régler son propre fonctionnement en permanence est exposé à des risques d’emballement ou au contraire d’étouffement. C’est pourquoi dans la plupart des systèmes ayant une certaine pérennité on observe un ou plusieurs mécanismes, parfois spontanés, d'autorégulation. Ces mécanismes sont étudiés par la cybernétique.
C’est dans certains cas le fait qu’ils possèdent cette autorégulation qui leur donne une stabilité suffisante pour qu’on ait l’occasion de les observer. C’est le cas par exemple des phénomènes de trombe, tornade, cyclone, et vraisemblablement de la grande tache rouge de Jupiter.
Cet article essaie de recenser les mentions d’autorégulation déjà présentes dans des articles existants à l’intérieur d’un canevas homogène.
[modifier] Trois exemples typiques
[modifier] La neige
L’exemple le plus simple est celui de la neige : il est commun d’en observer parce qu’elle se trouve être blanche, c’est-à-dire réfléchit la plupart des longueurs d’onde qui l’atteignent, et fond donc d’autant moins vite. Si la neige se trouvait être noire, elle n’en existerait pas moins, mais nous aurions moins le temps de l’observer. Cet exemple montre aussi que l’autorégulation :
- ne nécessite pas la vie
- ne nécessite pas de processus intentionnel pour se mettre en place
Cette considération simple marque la frontière entre l’hypothèse Gaïa de James Lovelock, hypothèse scientifique comme une autre, et la Théorie Gaïa d’aspect plus mystique qui en a été induite par quelques-uns de ses lecteurs, et qui est plus contestée - y compris par Lovelock lui-même..
[modifier] Les solutions tamponnées en chimie
Les réactions chimiques répondent à une loi d’équilibre nommée loi d'action de masse qui peut être utilisée pour réaliser des solutions-tampon : de telles solutions montrent un pH beaucoup plus stable en présence d’un acide ou d’une base que ne le ferait de l’eau pure : une autorégulation se produit donc.
De tels effets tampon s’observent en biologie, et fournissent une stabilité propice au bon déroulement des processus vitaux.
[modifier] Autorégulation dans le monde vivant
Dans le cas des êtres que nous nommons vivants, le processus darwinien de sélection naturelle constitue une forme complexe d’autorégulation : en effet, une espèce elle-même ne s’autorégule pas (excepté par l’épuisement de ses ressources), mais un système composé par des proies et des prédateurs s’autorégule selon un mécanisme décrit par l’équation de Bernoulli - faute de quoi proies comme prédateurs disparaissent.
Les autorégulations de la cellule sont étudiées sous le nom d’homéostasie.
[modifier] Autorégulation physique
[modifier] Thermostat
Son principe de fonctionnement est décrit dans l’article spécialisé Thermostat.
[modifier] Régulateur à boules de James Watt
Le problème de faire conserver à une machine à vapeur une vitesse constante sous la charge sans agir constamment sur ses manettes a été posé et résolu par James Watt. Voir la section Comment assurer la régulation ? de l’article Régulateur à boules.
[modifier] Autorégulation du Soleil
- Article détaillé : Autorégulation du Soleil.
Le fonctionnement du Soleil est à la base une transformation continue d'hydrogène en hélium par fusion, avec perte continue de masse (4×106 tonnes par seconde).
- Si pour des raisons d'agitation thermique (chaleur de la réaction thermonucléaire) le Soleil augmente de taille, le résultat est un plus grand écartement moyen des atomes d'hydrogène, donc un ralentissement de la réaction.
- Réciproquement, une diminution de taille se traduit par une plus grande densité de l'hydrogène et une plus grande fréquence des réactions de fusion.
[modifier] Autorégulation en chimie
[modifier] Principe de Le Châtelier
Le chimiste Henry Le Chatelier remarqua plusieurs phénomène de stabilité dans le monde chimique : une réaction favorisée par la chaleur, par exemple, en absorbait. Une réaction favorisée par la pression se traduisait par une plus grande absorption de gaz, etc. De façon plus générale :
Toute action suscitait une réaction qui aurait eu l’effet inverse si elle s’était produite seule.
Il en tira la loi de stabilité de l’équilibre chimique qui porte aujourd’hui son nom.
[modifier] Loi d’action de masse et effet tampon
La loi de Le Châtelier, qui n’était que qualitative, avait donné naissance à d’autres lois du même ordre comme celle de Van’t Hoff. Les travaux de Guldberg et Waage donnèrent naissance en 1864 à la loi d'action de masse, quantitative, qui fut très étudiée par Marcellin Berthelot et Svante Arrhénius (Berthelot était si admiratif de cette loi qu’il en vint à supposer que la chimie serait bientôt une science achevée). Le comportement bizarre de ces solutions chimiques qui semblaient s’adapter comme rentrent les cornes comme un escargot quand elles touchent un obstacle se révélait n’être en fin de compte qu’une affaire de concentration d’ions conduite spontanément à minimiser un potentiel chimique.
[modifier] Autorégulation en biologie
(cas d’un seul organisme, par opposition aux populations)
[modifier] Glycémie
L’autorégulation de la glycémie dans un organisme est abordée dans cet article.
[modifier] Système hormonal
Les hormones jouent un rôle de régulation dans l’organisme, traité dans les articles hormone et homéostasie.
[modifier] Neurotransmetteurs
[modifier] Système immunitaire
[modifier] Expression / promotion / inhibition et autres régulations des gènes
[modifier] Autorégulation et économie
Il peut sembler gênant d’aborder dans un article sur l'autorégulation la question de l’économie, domaine qui ressort en principe davantage de la volonté des hommes que de la mise en place de mécanismes naturels.
- Techniquement, ce serait oublier que ces mécanismes se sont en général mis en place à l’insu des hommes eux-mêmes (du moins en tant que mécanisme de régulation) et que la science économique - qui n’a commencé à vraiment émerger que vers les XVIIIe et XIXe siècle - n’a suivi que de très loin l’invention de la monnaie, qui existait déjà du temps de Babylone.
- Pédagogiquement, la monnaie est quelque chose que nous utilisons tous, et il est tentant d’illustrer l’autorégulation en s’appuyant sur des concepts bien connus.
[modifier] La monnaie
La monnaie constitue un outil de régulation efficace des biens matériels dans une société artisanale, rurale ou nomade, et cela pour une raison stucturelle :
- Les conditions de production les plus favorables (bonne forme physique en début de journée, meilleure terre, meilleures bêtes) étant exploitées en premier (voir : loi des rendements décroissants), le coût de production unitaire augmente dans un tel type de société avec les quantités produites.
- En revanche, ces productions ont elles-même, en raison de la même loi des rendements décroissants appliquée par le consommateur, une utilité de plus en plus faible. L’économiste Charles Gide donne comme exemple le seau d’eau que l’on extrait du puits :
- Le premier sert par priorité à assurer la ration d’eau de la famille
- Le second à donner à boire au bétail
- Le troisième à arroser le potager
- Le quatrième à faire un brin de toilette
- Le cinquième à laver le sol
- Le sixième peut-être à arroser quelques fleurs d’agrément
La conjonction des coûts unitaires croissants et de la valeur unitaire décroissante garantit que l’on arrivera à un équilibre. Il existera un moment où on ne jugera plus intéressant de tirer du puits, pour ce jour-là, un seul seau d’eau de plus. Le point d’équilibre s’atteint structurellement, et obligatoirement, dans ce cas précis.
Dans le monde réel, toutefois :
- les utilités peuvent ne pas être décroissantes, mais au contraire croissantes (s’il n’existe qu’un téléphone dans le monde, son utilité pour le monde est nulle; plus il en existe, plus l’utilité possible de chacun augmente ou, du moins, il est facile de démontrer qu’elle ne saurait diminuer.
- les coûts unitaires peuvent ne pas être croissants : si mille lecteurs ont besoin d’un journal, celui-ci reviendra relativement cher. Si c’est un million de lecteurs, il sera possible de répartir les coûts sur une plus large base.
L’existence d’un point d’équilibre unique peut alors ne pas être garantie. Il peut par exemple en exister plusieurs distincts qui seront comme autant d’optimums locaux.
[modifier] La concurrence
Autorégulation concurrentielle
[modifier] Dans le cas du monopole (concurrence des divers emplois de la monnaie pour le consommateur)
Sauf cas très particuliers (eau, médecine...), le producteur ne peut augmenter indéfiniment son prix, sans quoi le consommateur pourrait à son tour réorienter sa consommation. Ainsi, s’il estime les voyages trop chers, il peut décider d’occuper ses loisirs à autre chose comme le cinéma, le jardinage ou le bricolage.
[modifier] Dans le cas de l’oligopole (pression bien plus forte à la baisse des coûts)
[modifier] La « main invisible » d’Adam Smith
- Métaphore de la main invisible d’Adam Smith (« l’homme est conduit par une main invisible à remplir une fin qui n’entre nullement dans ses intentions ; tout en ne cherchant que son intérêt personnel »). Ainsi le marché s’autorégule et maximise la seule production; toutefois, Smith avait oublié que son modèle ne réglait pas la question de la répartition. (Il faut considérer ce concept sous son seul aspect technique et non sous d’éventuels aspects de propagande ou de dénigrement de la théorie libérale)
[modifier] Autres aspects de l’autorégulation en économie
- Ricardo
- Pareto et les lois scalantes : loi empirique des 80/20.
[modifier] Limitations structurelles de l’autorégulation
- Perte d’efficacité de la monnaie comme régulateur avec la révolution industrielle.
- Importance croissante des frais fixes : la loi des rendements décroissants, même globalement vraie, devient parfois localement fausse.
- Instabilité associée
==> ce phénomène technique engendre des crises économiques.
- Analyse de Karl Marx (se limiter aussi à l’aspect technique)
- Effets pervers de la non-concavité.
- Exemple du Control Data Cyber 72, qui était un Cyber 74 muni de lignes à retard.
- Intel 486 SX, qui était un 486 DX bridé
- « Golden screwdriver » d’IBM. Cas de l'« émulateur VM » qui était en fait un non-freineur.
- Problème de la régulation de l’immatériel. Conséquences de quelques dérégulations (le désert du Mojave).
[modifier] Autorégulation et politique
- Exemple extrême : « la monarchie absolue tempérée par le régicide ».
- Féodalité
- Monarchie
- Système démocratique bicaméral. Séparation des pouvoirs
- Comparaison du scrutin d'arrondissement et de la proportionnelle en matière d’autorégulation.
- Le système de Hare
- Paradoxe de Condorcet
- Théorème d'Arrow
- Au-delà de Condorcet : Modèle de Marcotorchino et Michaud. Data mining.
« En 1794, Le marquis de Condorcet eut à écrire un texte « littéraire » d’un contenu mathématique puissant. Il s’agissait de déterminer l’homme « moyen », le triangle équilatéral moyen en partant de plusieurs triangles équilatéraux. Plus généralement, cela peut se voir en termes de vote à la majorité relative. N votants classent M candidats selon leurs préférences dans l’ordre. Si on l’applique à M produits, c’est le tableau des préférences des consommateurs. Vu l’état des mathématiques d’alors, il était difficile de trouver une solution satisfaisante à la règle de Condorcet. Même dans les années 60, un « expert » américain Weles a obtenu le Prix Nobel d’économie en décrétant un « théorème » de l’impossibilité de l’agrégation des préférences individuelles et du coup la seconde mort de Condorcet. Or dans les années 80, Michaud et Marcotorchino ont levé le voile sur le paradoxe. Le paradoxe de Condorcet n’en est plus un. Il suffit de d’abord coder la réponse des individus par 1 ou 0, ensuite par un algorithme du simplexe ou une programmation linéaire maximiser la dispersion ou autrement dit augmenter la variance interclasses (il faudra utiliser un lagrangien) pour trouver la solution à la règle du vote à la majorité relative ». (ceci vient du site * http://perso.wanadoo.fr/aygosi/1P.html : effectuer une clarification)
- Cas particuliers
- Clientélisme
- Corporatisme
- Système africain
[modifier] Autorégulation des microsociétés
[modifier] Communauté GNU/Linux
[modifier] Communauté Slashdot
Voir Le système d’autorégulation de Slashdot dans l’article Slashdot.
[modifier] Communauté Wikipedia
[modifier] Système de gestion de contenu Mambo
- Le CMS Mambo (en anglais)
[modifier] Autorégulation et droit de l'Internet
[modifier] En français
- Voir
- La part nécessaire de l'autorégulation dans le droit de l'internet, par Claude-Étienne Armingaud - http://armingaud.free.fr/dess-ntsi/docs/janus/autoregulation.pdf (Fichier PDF)
- Voir aussi le site d'e-Juristes :
- http://www.e-juristes.org/rubrique.php3?id_rubrique=6 (fiches techniques)
- http://www.e-juristes.org/rubrique.php3?id_rubrique=203 (veille juridique)
[modifier] En anglais
- Site de la bibliohèque de droit de Santa Clara : * http://www.scu.edu/law/library/
- Site de la bibliothèque de droit de Cornell : http://www.lawschool.cornell.edu/lawlibrary/guides/foreign2/
[modifier] Processus émergents d'autorégulation
- Autorégulation dans le domaine du logiciel libre
[modifier] Autorégulation des populations
[modifier] Modèles proies-prédateurs de Bernoulli
Le modèle linéaire propose l'étude de l'évolution d'une colonie de proies en croissance permanente :
Avec la décroissance de la colonie des prédateurs :
Mais les prédateurs peuvent survivre grâce aux proies :
De même la colonie des proies va-t-elle diminuer :
On verra dans une approche avancée le modèle de Volterra-Lotka.
Liens :
[pdf] http://www.bretagne.ens-cachan.fr/math/people/gregory.vial/files/cplts/volterra.pdf
[modifier] Espace des phases et domaine de stabilité
[modifier] Raymond Lindeman et l’écologie quantitative
[modifier] Stabilité structurelle, morphogenèse et émergence
[modifier] Auto-organisation
[modifier] Signature du chaos
[modifier] Modèles de Santa-Fe
[modifier] Sujets liés
- cybernétique
- automatique
- rétroaction
- homéostasie
- régulateur à boules
- Analyse systémique
- Auto-organisation
[modifier] Théoriciens ayant travaillé sur l’autorégulation
- Thomas Malthus
- Adam Smith
- Charles Darwin
- Nikolaï Kondratieff
- Ross Ashby
- Benoit Mandelbrot
[modifier] Mathématiques de l’autorégulation
[modifier] Équilibre stable
[modifier] Valeurs propres
Lorsqu’au voisinage d’un de ses points d’équilibres un système peut être approximé par un modèle linéaire de rétroaction, alors ses valeurs propres sont nécessairement négatives (ce qui constitue une expression de cette stabilité).
[modifier] Cercles de Gerschgorin
Le calcul exact des valeurs propres, incommode pour les matrices de très grande dimension, n’est pas toujours indispensable. Le théorème de Gerschgorin démontre en effet que toutes ces valeurs propres sont situées, dans le plan complexe, à l’intérieur de cercles nommes cercles de Gerschgorin. Il est à noter qu’indépendamment de l’autorégulation, ces cercles possèdent une caractéristique intéressantes : s’ils sont disjoints, la matrice est inversible (ce qui signifie en clair qu’on peut sans difficulté particulière « remonter le temps » en ce qui concerne l’évolution du système, d’autant plus loin que la précision de l’approximation linéaire du comportement du système autour de ce point de stabilité local est bonne.
[modifier] Équation de Volterra-Lotka
L'équation de Volterra-Lotka régit au départ des modèles composés de proies de de prédateurs; qualitativement :
- plus les proies sont nombreuses et plus les prédateurs vont survivre et se reproduire,
- plus les prédateurs sont nombreux à la génération suivante, plus nombreuses sont les proies qui seront alors consommées.
- cela aboutira à au bout de quelque temps à une diminution des proies, donc à une famine des prédateurs et à une réduction de leur nombre
Le résultat peut être un cycle amorti, un cycle non-amorti, ou une excursion qui peut se traduire par la disparition des deux espèces.
