Nicolas Perony: Puppies! Now that I've got your attention, complexity theory

Traducteur: Leslie Louradour Relecteur: Mathieu Bastien

Science,

La science,

science has allowed us to know so much

la science nous a permis de savoir tant de choses

about the far reaches of the universe,

sur les immensités de l'univers,

which is at the same time tremendously important

ce qui est à la fois incroyablement important,

and extremely remote,

et extrêmement lointain, et pourtant, bien plus proche de nous,

and yet much, much closer,

much more directly related to us,

bien plus directement lié à nous,

there are many things we don't really understand.

il y a de nombreuses choses que nous ne comprenons pas.

And one of them is the extraordinary

Une de ces choses est l'extraordinaire

social complexity of the animals around us,

complexité sociale des animaux autour de nous

and today I want to tell you a few stories

et aujourd'hui, je veux vous raconter quelques histoires

of animal complexity.

sur la complexité animale.

But first, what do we call complexity?

Mais d'abord, qu'est-ce que la complexité ?

What is complex?

Que veut dire complexe ?

Well, complex is not complicated.

Eh bien, complexe n'est pas la même chose que compliqué.

Something complicated comprises many small parts,

Quelque chose de compliqué se compose

plusieurs petites parties, toutes différentes,

all different, and each of them

et chacune d'entre elles joue un rôle bien précis au sein du mécanisme.

has its own precise role in the machinery.

A l'inverse, un système complexe

On the opposite, a complex system

is made of many, many similar parts,

est composé de nombreuses parties toutes similaires,

and it is their interaction

et c'est leur interaction

that produces a globally coherent behavior.

qui produit un comportement globalement cohérent.

Complex systems have many interacting parts

Les systèmes complexes ont de nombreuses parties en interaction

which behave according to simple, individual rules,

qui se comportent selon des règles simples et individuelles,

and this results in emergent properties.

et ça donne naissance à des nouvelles propriétés.

The behavior of the system as a whole

Le comportement du système comme ensemble

cannot be predicted

ne peut être prévu à partir des seules règles individuelles.

from the individual rules only.

As Aristotle wrote,

Aristote a écrit : le tout est plus que la somme des parties.

the whole is greater than the sum of its parts.

But from Aristotle, let's move onto

Mais passons d'Aristote

a more concrete example of complex systems.

à un exemple plus concret de systèmes complexes.

These are Scottish terriers.

Voici des Scottish terriers.

In the beginning, the system is disorganized.

Au début, leur système est désorganisé.

Then comes a perturbation: milk.

Puis vient l'élément perturbateur : du lait.

Every individual starts pushing in one direction

Chaque individu commence à pousser dans une direction

and this is what happens.

et voici ce qui arrive.

The pinwheel is an emergent property

Le moulin à vent est une nouvelle propriété

of the interactions between puppies

des interactions entre ces chiots

whose only rule is to try to keep access to the milk

dont la seule règle est d'essayer d'atteindre le lait

and therefore to push in a random direction.

et donc de pousser dans une direction aléatoire.

So it's all about finding the simple rules

Il s'agit donc de trouver les règles simples

dont émerge la complexité.

from which complexity emerges.

I call this simplifying complexity,

C'est ce que j'appelle « simplifier la complexité. »

and it's what we do at the chair of systems design

Et c'est ce que nous faisons à l’École Polytechnique Fédérale de Zurich.

at ETH Zurich.

We collect data on animal populations,

Nous recueillons des données sur des populations d'animaux

analyze complex patterns, try to explain them.

et nous analysons des schémas complexes pour essayer de les expliquer.

It requires physicists who work with biologists,

Ça implique des physiciens travaillant avec des biologistes,

with mathematicians and computer scientists,

des mathématiciens et des informaticiens,

and it is their interaction that produces

et c'est leur interaction qui crée une compétence transverse

cross-boundary competence

to solve these problems.

pour résoudre ces problèmes.

So again, the whole is greater

Une fois encore, le tout est plus que la somme des parties.

than the sum of the parts.

In a way, collaboration

D'une certaine façon, la collaboration

is another example of a complex system.

est un autre exemple de système complexe.

And you may be asking yourself

Vous vous demandez peut-être où je me situe :

which side I'm on, biology or physics?

la biologie ou la physique ?

In fact, it's a little different,

En fait, c'est un peu différent.

and to explain, I need to tell you

Pour vous l'expliquer, je dois passer par une petite histoire sur moi-même.

a short story about myself.

When I was a child,

Quand j'étais enfant, j'adorais construire,

I loved to build stuff, to create complicated machines.

créer des machines compliquées.

So I set out to study electrical engineering

J'ai donc entrepris des études d'ingénierie électrique et de robotique.

and robotics,

and my end-of-studies project

Mon projet de fin d'étude

was about building a robot called ER-1 --

était la construction d'un robot, le ER-1,

it looked like this—

qui ressemblait à ça,

that would collect information from its environment

qui recueillerait des informations à partir de son environnement

and proceed to follow a white line on the ground.

et suivrait une ligne blanche sur le sol.

It was very, very complicated,

C'était très, très compliqué,

but it worked beautifully in our test room,

mais il fonctionnait à merveille dans notre labo.

and on demo day, professors had assembled to grade the project.

Et le jour de la démonstration, les professeurs se sont réunis

pour évaluer le projet.

So we took ER-1 to the evaluation room.

Nous avons donc apporté ER-1 dans la salle d'évaluation,

It turned out, the light in that room

il s'est avéré que la lumière dans cette salle

was slightly different.

était légèrement différente.

The robot's vision system got confused.

Le système de vision du robot était perturbé.

At the first bend in the line,

Dès le premier virage, il a quitté sa trajectoire

it left its course, and crashed into a wall.

et s'est écrasé contre un mur.

We had spent weeks building it,

Nous avions passé des semaines à le construire,

and all it took to destroy it

et il a suffi d'un léger changement dans la couleur

was a subtle change in the color of the light

in the room.

de la lumière de la salle pour le détruire.

That's when I realized that

the more complicated you make a machine,

C'est alors que j'ai réalisé que plus on fabrique une machine compliquée,

the more likely that it will fail

plus il est probable qu'elle échouera à cause d'imprévus.

due to something absolutely unexpected.

And I decided that, in fact,

Et j'ai décidé qu'en fait, je ne voulais pas vraiment

I didn't really want to create complicated stuff.

construire des choses compliquées.

I wanted to understand complexity,

Je voulais comprendre la complexité.

the complexity of the world around us

La complexité du monde qui nous entoure,

and especially in the animal kingdom.

et en particulier dans le monde animal,

Which brings us to bats.

ce qui nous amène aux chauves-souris.

Bechstein's bats are a common species of European bats.

Le Vespertilion de Bechstein est une espèce commune

de chauve-souris en Europe.

They are very social animals.

Elles sont très sociables, elles nichent et dorment

Mostly they roost, or sleep, together.

quasiment toujours ensemble.

And they live in maternity colonies,

Elles vivent en colonies de maternité,

which means that every spring,

ce qui signifie qu'à chaque printemps,

the females meet after the winter hibernation,

les femelles se retrouvent après l'hibernation hivernale,

and they stay together for about six months

et restent ensemble pendant environ 6 mois

to rear their young,

pour élever leurs petits.

and they all carry a very small chip,

Les chauves-souris portent toutes une très petite puce,

which means that every time one of them

ce qui signifie qu'à chaque fois l'une d'entre elles

enters one of these specially equipped bat boxes,

entre dans l'un de ces nichoirs spécialement équipés,

we know where she is,

nous savons où elle est,

and more importantly,

et encore plus important, nous savons avec qui elle est.

we know with whom she is.

So I study roosting associations in bats,

J'ai donc étudié la façon dont elles se regroupent en se perchant,

and this is what it looks like.

et voici à quoi ça ressemble.

During the day, the bats roost

Le jour, les chauves-souris se perchent en un certain nombre de sous-groupes

in a number of sub-groups in different boxes.

dans des nichoirs différents.

It could be that on one day,

Il se peut qu'un jour, la population soit répartie dans 2 nichoirs,

the colony is split between two boxes,

but on another day,

mais qu'un autre jour, elle soit regroupée dans un seul nichoir

it could be together in a single box,

or split between three or more boxes,

ou divisée en 3 ou 4 nichoirs.

and that all seems rather erratic, really.

Ça semble plutôt imprévisible, vraiment.

It's called fission-fusion dynamics,

Ça s'appelle la dynamique de fusion-fission,

the property for an animal group

la propriété d'un groupe d'animaux à se séparer et se rassembler

of regularly splitting and merging

into different subgroups.

en différents sous-groupes.

So what we do is take all these data

Nous prenons toutes ces données

from all these different days

de tous ces différents jours,

and pool them together

et nous les mettons en commun

to extract a long-term association pattern

pour établir un schéma d'association à long terme

by applying techniques with network analysis

en appliquant des techniques d'analyse de réseau

to get a complete picture

afin d'avoir une vision globale

of the social structure of the colony.

de la structure sociale de la colonie.

Okay? So that's what this picture looks like.

Ça va ?

Voici à quoi cette vision ressemble.

In this network, all the circles

Dans ce réseau, les cercles sont des nœuds,

are nodes, individual bats,

des chauves-souris individuelles

and the lines between them

et les lignes entre eux sont les liens sociaux,

are social bonds, associations between individuals.

les associations entre individus.

It turns out this is a very interesting picture.

Il s'avère que c'est une vision très intéressante.

This bat colony is organized

Cette colonie de chauves-souris est organisée

in two different communities

en 2 communautés différentes

which cannot be predicted

qu'on ne peut pas prévoir

from the daily fission-fusion dynamics.

sur la base de la dynamique quotidienne de fusion-fission.

We call them cryptic social units.

On les appelle des unités sociales cryptiques.

Even more interesting, in fact:

Fait encore plus intéressant,

Every year, around October,

tous les ans, vers octobre,

the colony splits up,

la colonie se sépare,

and all bats hibernate separately,

et les chauves-souris hibernent séparément.

Mais année après année,

but year after year,

when the bats come together again in the spring,

lorsque les chauves-souris se réunissent au printemps,

the communities stay the same.

la communauté reste la même.

So these bats remember their friends

Donc ces chauves-souris se souviennent

for a really long time.

de leurs amies pendant très longtemps.

With a brain the size of a peanut,

Avec leur cerveau de la taille d'une cacahuète,

they maintain individualized,

elles conservent des liens sociaux individualisés sur le long terme.

long-term social bonds,

We didn't know that was possible.

Nous ne pensions pas ça possible.

We knew that primates

Nous savions que les primates,

and elephants and dolphins could do that,

les éléphants, les dauphins en sont capables,

but compared to bats, they have huge brains.

mais par rapport aux chauves-souris, ils ont des cerveaux énormes.

So how could it be

Comment est-il possible que les chauves-souris

that the bats maintain this complex,

conservent cette structure sociale complexe et stable

stable social structure

with such limited cognitive abilities?

avec des capacités cognitives si limitées ?

And this is where complexity brings an answer.

Et c'est là que la complexité nous donne une réponse.

To understand this system,

Pour comprendre ce système,

we built a computer model of roosting,

nous avons créé un modèle informatique de nichoir

based on simple, individual rules,

basé sur des règles simples et individuelles,

and simulated thousands and thousands of days

et nous avons simulé des milliers et des milliers de journées

in the virtual bat colony.

de une colonie virtuelle de chauves-souris.

It's a mathematical model,

C'est un modèle mathématique, mais il n'est pas compliqué.

but it's not complicated.

What the model told us is that, in a nutshell,

Ce que le modèle nous a appris, pour faire bref,

c'est que chaque chauve-souris considère plusieurs membres de la colonie

each bat knows a few other colony members

as her friends, and is just slightly more likely

comme ses amis,

et elle est légèrement plus susceptible

to roost in a box with them.

de nicher avec elles dans le même lieu.

Simple, individual rules.

Des règles simples et individuelles.

This is all it takes to explain

Il suffit de ça pour expliquer la complexité sociale de ces chauves-souris.

the social complexity of these bats.

But it gets better.

Mais il y a encore mieux.

Between 2010 and 2011,

Entre 2010 et 2011, la colonie a perdu plus de deux tiers de ses membres,

the colony lost more than two thirds of its members,

probably due to the very cold winter.

certainement à cause de l'hiver très froid.

The next spring, it didn't form two communities

Au printemps, elles n'ont pas formé deux communautés comme tous les ans,

like every year,

which may have led the whole colony to die

ce qui aurait provoqué la mort de la colonie entière, devenue trop petite.

because it had become too small.

Instead, it formed a single, cohesive social unit,

A la place, elles ont formé une seule unité sociale cohésive

which allowed the colony to survive that season

ce qui a permis à la colonie de survivre et de grandir les deux années suivantes.

and thrive again in the next two years.

What we know is that the bats

On sait que les chauve-souris n'ont pas conscience qu'elles font cela.

are not aware that their colony is doing this.

All they do is follow simple association rules,

Elles ne font que suivre des règles simples d'association,

et de cette simplicité, naît une complexité sociale,

and from this simplicity

emerges social complexity

which allows the colony to be resilient

ce qui permet à la colonie de résister à d'énormes changements

against dramatic changes in the population structure.

de la structure de la population.

And I find this incredible.

Je trouve que c'est incroyable.

Now I want to tell you another story,

Je vais maintenant vous raconter une autre histoire.

but for this we have to travel from Europe

Pour cela, nous devons quitter l'Europe

to the Kalahari Desert in South Africa.

et nous rendre dans le désert du Kalahari, en Afrique du Sud.

This is where meerkats live.

Là où habitent les suricates.

I'm sure you know meerkats.

Je suis certain que vous connaissez les suricates.

They're fascinating creatures.

Ce sont des créatures fascinantes.

They live in groups with a very strict social hierarchy.

Ils vivent en groupes avec une hiérarchie sociale très stricte.

There is one dominant pair,

Il y a un couple dominant et de nombreux subalternes,

and many subordinates,

some acting as sentinels,

dont certains ont un rôle de sentinelle, ou de baby-sitter,

some acting as babysitters,

some teaching pups, and so on.

d'autres éduquent les jeunes, etc.

What we do is put very small GPS collars

Nous leur mettons de tout petits colliers GPS,

on these animals

pour étudier la manière dont ils évoluent ensemble,

to study how they move together,

and what this has to do with their social structure.

et ce que ça a à voir avec leur structure sociale.

And there's a very interesting example

Il y a un exemple très intéressant de mouvement d'ensemble

of collective movement in meerkats.

chez les suricates.

Au milieu de la réserve où ils vivent, se trouve une route.

In the middle of the reserve which they live in

lies a road.

On this road there are cars, so it's dangerous.

Sur cette route, passent des voitures ; c'est donc dangereux.

But the meerkats have to cross it

Les suricates doivent la traverser

pour passer d'un endroit où il y a de la nourriture à un autre.

to get from one feeding place to another.

So we asked, how exactly do they do this?

Nous nous sommes donc demandés : Comment précisément font-ils cela ?

We found that the dominant female

Nous avons appris que la femelle dominante est généralement celle

is mostly the one who leads the group to the road,

qui mène le groupe vers la route,

but when it comes to crossing it, crossing the road,

mais dès qu'il s'agit de traverser, elle laisse place aux subalternes,

she gives way to the subordinates,

a manner of saying,

une façon de dire : « Allez-y, dites-moi si c'est sûr. »

"Go ahead, tell me if it's safe."

What I didn't know, in fact,

Ce que je ne connaissais pas,

was what rules in their behavior the meerkats follow

ce sont les règles de comportement que les suricates suivent

for this change at the edge of the group to happen

pour provoquer ce changement dans le groupe,

and if simple rules were sufficient to explain it.

et si des règles simples suffisaient pour l'expliquer.

So I built a model, a model of simulated meerkats

J'ai donc construit un modèle.

Un modèle simulant des suricates traversant une route virtuelle.

crossing a simulated road.

It's a simplistic model.

C'est un modèle simpliste.

Moving meerkats are like random particles

Des suricates en mouvement sont comme des particules aléatoires

whose unique rule is one of alignment.

dont la seule règle est celle de l'alignement.

They simply move together.

Ils bougent tout simplement ensemble.

When these particles get to the road,

Quand ces particules atteignent la route, elles sentent une sorte d'obstacle,

they sense some kind of obstacle,

and they bounce against it.

et rebondissent contre lui.

The only difference

La seule différence entre la femelle dominante,

between the dominant female, here in red,

ici en rouge, et les autres individus,

and the other individuals,

is that for her, the height of the obstacle,

c'est que, pour elle, la hauteur de l'obstacle,

which is in fact the risk perceived from the road,

autrement dit, le risque représenté par la route,

is just slightly higher,

n'est que légèrement plus importante.

and this tiny difference

Et cette toute petite différence dans la règle individuelle de mouvement

in the individual's rule of movement

is sufficient to explain what we observe,

suffit à expliquer ce que nous observons,

that the dominant female

le fait que la femelle dominante mène son groupe à la route,

leads her group to the road

and then gives way to the others

et laisse ensuite place aux autres,

for them to cross first.

pour qu'ils traversent en premier.

George Box, who was an English statistician,

George Box, un statisticien anglais, a écrit :

once wrote, "All models are false,

« Tous les modèles sont faux, mais certains sont utiles. »

but some models are useful."

And in fact, this model is obviously false,

Et en fait, ce modèle est évidemment faux.

because in reality, meerkats are anything but random particles.

Car en réalité, les suricates sont tout sauf des particules aléatoires.

But it's also useful,

Mais il est également utile, car il nous dit que la simplicité extrême

because it tells us that extreme simplicity

in movement rules at the individual level

de règles de mouvement à un niveau individuel

can result in a great deal of complexity

peuvent conduire à une importante complexité au niveau du groupe.

at the level of the group.

So again, that's simplifying complexity.

Encore une fois, c'est la simplification de la complexité.

I would like to conclude

J'aimerais conclure par ce que ça signifie pour l'ensemble de l'espèce.

on what this means for the whole species.

When the dominant female

Lorsque la femelle dominante laisse la place aux subalternes,

gives way to a subordinate,

it's not out of courtesy.

ce n'est pas par politesse.

In fact, the dominant female

En fait, la femelle dominante est extrêmement importante

is extremely important for the cohesion of the group.

pour la cohésion du groupe.

If she dies on the road, the whole group is at risk.

Si elle meurt sur la route, tout le groupe sera en danger.

So this behavior of risk avoidance

Ce comportement de prévention de risque est une réponse évolutive très ancienne.

is a very old evolutionary response.

These meerkats are replicating an evolved tactic

Ces suricates reproduisent une tactique qui a évolué dans le temps,

that is thousands of generations old,

vieille de milliers de générations, et ils l'adaptent à un risque moderne,

and they're adapting it to a modern risk,

in this case a road built by humans.

dans ce cas, une route construite par des êtres humains.

They adapt very simple rules,

Ils adaptent des règles très simples, et le comportement complexe en découlant

and the resulting complex behavior

allows them to resist human encroachment

leur permet de résister à l’empiétement des humains sur leur habitat naturel.

into their natural habitat.

In the end,

Au bout du compte,

il peut s'agir de chauves-souris qui changent leur structure sociale

it may be bats which change their social structure

in response to a population crash,

pour répondre à un effondrement de leur population ;

or it may be meerkats

ou il peut s'agir de suricates

who show a novel adaptation to a human road,

qui déploient une nouvelle adaptation aux routes humaines,

or it may be another species.

ou il peut s'agir d'une autre espèce.

My message here -- and it's not a complicated one,

Mon message n'est pas compliqué, mais c'est un message simple

but a simple one of wonder and hope --

d'émerveillement et d'espoir.

my message here is that animals

Mon message est que les animaux démontrent une complexité sociale extraordinaire,

show extraordinary social complexity,

and this allows them to adapt

et ça leur permet de s'adapter

and respond to changes in their environment.

et de réagir aux changements dans leur environnement.

In three words, in the animal kingdom,

En trois mots, dans le monde animal, la simplicité mène à la complexité

simplicity leads to complexity

which leads to resilience.

qui débouche sur la résilience.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)

Dania Gerhardt: Thank you very much, Nicolas,

Dania Gerhardt : Nicolas, merci beaucoup pour ce formidable début.

for this great start. Little bit nervous?

Vous êtes un peu nerveux ?

Nicolas Perony: I'm okay, thanks.

Nicolas Perony : Ça va, merci.

DG: Okay, great. I'm sure a lot of people in the audience

DG : Super.

Je suis sure que de nombreuses personnes dans le public

somehow tried to make associations

ont essayé d'une certaine façon

between the animals you were talking about --

d'établir des liens entre les animaux dont vous parliez,

the bats, meerkats -- and humans.

les chauve-souris, les suricates, et les humains.

You brought some examples:

Vous avez montré des exemples.

The females are the social ones,

Les femelles sont les membres sociaux, les membres dominants,

the females are the dominant ones,

I'm not sure who thinks how.

je ne sais pas bien qui pense comment, mais bon.

But is it okay to do these associations?

A-t-on raison de faire ces liens ?

Are there stereotypes you can confirm in this regard

Y a-t-il des clichés que vous pouvez confirmer à cet égard

that can be valid across all species?

qui sont peut-être valables pour toutes les espèces ?

NP : Je voudrais dire qu'il y a des contre-exemples

NP: Well, I would say there are also

counter-examples to these stereotypes.

dans ces stéréotypes.

For examples, in sea horses or in koalas, in fact,

Par exemple, chez les hippocampes ou chez les koalas,

it is the males who take care of the young always.

ce sont en fait les mâles qui s'occupent des jeunes, tout le temps.

And the lesson is that it's often difficult,

La leçon à en tirer,

c'est que c'est souvent difficile et parfois un peu dangereux

and sometimes even a bit dangerous,

to draw parallels between humans and animals.

de faire des parallèles entre les humains et les animaux. Voilà.

So that's it.

DG: Okay. Thank you very much for this great start.

DG : Très bien. Merci beaucoup pour cet excellent début.

Thank you, Nicolas Perony.

Merci Nicolas Perony.