Emergence et causalité descendante : au-delà des agent-based models

C.H.

J’ai eu une intéressante discussion avec un de mes co-auteurs/co-blogueurs la semaine dernière au sujet du concept d’émergence en sciences sociales, sujet déjà abordé à plusieurs reprises sur ce blog. Notre discussion a révélé la grande difficulté à cerner ce concept dont la définition s’avère flottante d’une discipline à l’autre, voire d’un auteur à un autre. Nous sommes finalement parvenu à nous comprendre et à nous mettre d’accord (je crois), et j’aimerai reprendre un certain nombre de points abordés au cours de la discussion.

Le nœud du problème à tourné autour du rôle que joue (ou non) la causalité descendante dans le phénomène d’émergence. Par causalité descendante, il faut entendre par là le fait qu’une entité à un niveau ontologique n+1 a un effet causal sur une entité située au niveau ontologique n. Dans mon esprit, l’émergence se réduisait à une relation de causalité ascendante au sein de laquelle un ensemble d’entités (ou de sous-systèmes) E mises en relation dans le cadre d’une structure S à un niveau ontologique n produisait un phénomène émergent (un système) P au niveau n+1. Formellement,

Sn(E) –> Pn+1

Le passage de Sn(E) à Pn+1 peut s’interpréter comme constituant le phénomène d’émergence. Un exemple : l’ensemble E peut correspondre à deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène interagissant dans le cadre d’une structure S bien particulière ; il débouche (il cause) l’émergence d’un système P, à savoir une molécule d’eau H2O.

La définition retenue par mon collègue ajoute une dimension supplémentaire : pour qu’il y ait émergence, il faut que le phénomène émergent P génère en retour un effet causal sur les micro-propriétés qui l’ont généré. Autrement dit, il doit y avoir également causalité descendante :

Pn+1 –> Sn(E)

Dans le jargon, on nomme parfois la causalité ascendante de survenance, ce qui nous donne alors : Emergence = survenance + causalité descendante. Bien entendu, le concept de survenance n’a de sens que si l’émergence requiert la causalité descendante, autrement nous aurions deux concepts pour qualifier le même phénomène. La raison pour laquelle la première définition de l’émergence peut poser problème est qu’elle peut déboucher (pas nécessairement toutefois) sur une conception purement épistémologique de l’émergence, à savoir le fait qu’un phénomène n’est qualifié d’émergent que parce que le passage du niveau n au niveau n+1 n’est pas explicable en l’état et de manière déductive à l’aide d’une théorie T. Je ne pense pas que ce soit une raison suffisante pour justifier l’abandon de cette première définition mais d’autres éléments sont à prendre en compte.

Il en va de même pour l’émergence que pour n’importe quel autre objet scientifique, on ne peut accéder à cet objet qu’indirectement par le recours à divers artifices : théories, modèles et expérimentations. Concernant l’étude des phénomènes d’émergence, l’un des outils aujourd’hui privilégié est aujourd’hui constitué des agent-based models (ABM), c’est-à-dire des programmes simulant le fonctionnement d’un système décentralisé composé d’agents interagissant entre eux et avec un environnement à partir de règles de comportement plus ou moins sophistiquées. Outre le fait que leur utilisation est de plus en plus répandue en sciences sociales, les ABM ont deux propriétés intéressantes par rapport au problème qui nous occupe : 1) leur fonctionnement bottom-up fait d’eux l’outil par excellence pour reproduire des phénomènes émergents, 2) les auteurs qui portent un intérêt philosophique à l’émergence par leur biais (comme Joshua Epstein) définissent l’émergence dans le cadre de la première définition, pas de la seconde. Les ABM sont ainsi un moyen de tester laquelle des deux définitions est la plus pertinente.

A première vue, et conformément aux discussions philosophiques autour du concept d’émergence développées par les utilisateurs des ABM, il ne semble point y avoir une quelconque forme de causalité descendante. L’émergence semble effectivement se réduire à un pattern observable au niveau macro du modèle. Pour prendre un exemple, on peut penser au modèle de Brian Arthur sur la fréquentation du bar El Farol. Ce modèle décrit un système composé d’un certain nombre d’agents utilisant différentes heuristiques pour prévoir la fréquentation du bar et une règle de comportement toute simple (allez au bar si on prévoit moins de 60% de fréquentation, ne pas y aller autrement) et d’un environnement très rudimentaire. Arthur montre comment ces micro-propriétés génèrent un pattern intéressant, à savoir que la fréquentation du bar va en permanence fluctuer autour des 60%. Cette régularité macro est interprétée par Arthur (et par tous les commentateurs) comme l’effet émergent P généré par le modèle.

On semble donc ici avoir émergence sans causalité descendante, mais les choses sont en fait un peu plus compliquées. Pour s’en rendre compte, il faut toutefois introduire un aspect laissé de côté jusqu’ici : la dimension temporelle. Les ABM comportent une dimension temporelle (temps discret) explicite qui se matérialise au travers de périodes successives dans lesquelles chaque objet (agents comme environnement) va effectuer (ou non) une action. A un moment t donné, le système va se caractériser par un certain état Pt au niveau macro causé par l’interaction des objets composant le système, autrement dit :

Snt(E) –> Pn+1t

La question est alors la suivante : l’état macro Pn+1t peut-il avoir une influence causale sur le niveau micro du système en t+1 ? Pour reprendre l’exemple du modèle d’Arthur, Pn+1t correspond à la fréquentation du bar en t. Par construction, à la période t+1 les agents vont réagir (de manière idiosyncrasique suivant l’heuristique utilisée) et déterminer leur action en fonction de ce taux de fréquentation et éventuellement des taux passés en t-1, t-2, etc. En ce sens, les états passés et présents du système causent le comportement des agents. Les choses sont encore plus claires si l’on prend un modèle (comme c’est le cas des ABM) ayant une dimension spatiale, comme le modèle de ségrégation de Schelling par exemple. Dans ce cas, l’état présent P du système définit aussi l’emplacement de chaque agent, et contribue donc à déterminer leur comportement à la période suivante. En ce sens, il semble bien que l’on puisse écrire :

Pn+1t, Pn+1t-1, Pn+1t-… –> Sn(E)t+1

Sauf que, bien entendu, les différents états P du système à travers le temps sont eux-mêmes le résultat du fonctionnement au niveau micro. La notion de causalité descendante parait donc superflue, puisqu’en fait la relation de causalité se passe exclusivement au niveau micro :

Sn(E) –> Sn(E)t+1

De ce point de vue, de deux choses l’une : ou bien on considère que les ABM sont un outil pertinent pour étudier les phénomènes d’émergence, mais l’émergence est dépourvue de toute causalité descendante, ou bien on considère que l’émergence ne peut exister que lorsque une entité acquiert une forme d’autonomie et un pouvoir causal propre, auquel cas force est d’admettre que les ABM ne modélisent pas l’émergence.

Pour se sortir de cette impasse, il faut intégrer deux éléments supplémentaires qui nous forcent à sortir du cadre des ABM stricto sensu. En premier lieu, quelle peut-être la nature des relations de causalité macro-micro dans l’hypothèse où il existe une telle causalité descendante ? De mon point de vue, en matière socioéconomique, cette causalité est d’une nature difficile à saisir pour les ABM : elle est intersubjective. Imaginons une règle R quelconque. En suivant l’analyse de David Lewis, R sera une convention au sein d’une population p dans une situation S si il est vrai et connaissance commune que :

1)      Tout le monde dans p se conforme à R

2)      Tout le monde dans p s’attend à ce que tout le monde dans p se conforme à R

3)      Tout le monde dans p préfère se conformer à R à la condition que les autres se conforment à R

Chacun se conforme à R parce qu’il anticipe que les autres vont se conformer à R, et cette croyance est common knowledge. C’est le jeu des anticipations croisées qui fait que chacun se conforme à R. En un sens, ces anticipations se situent à un niveau micro. Toutefois, elles ne sont pas générées ex nihilo : la règle R fait converger les croyances parce que son statut de convention fait que dans la situation S, chacun a de bonnes raisons de penser que tout le monde va se conformer à R. Bref, R a une propriété particulière (la saillance) qui lui donne une dimension collective, extérieure à la subjectivité de chaque individu. Une analyse similaire se trouve dans l’analyse par Keynes des conventions sur les marchés financiers : la convention acquiert une existence ontologique propre qui a littéralement la propriété de causer la convergence des anticipations. Si causalité descendante il y a au niveau socioéconomique, alors elle est essentiellement intersubjective. Evidemment, les ABM sont peu utiles pour prendre en compte cette dimension.

En second lieu, je n’ai parlé jusqu’ici que de relations de causalité. Cependant, les relations micro-macro et macro-micro peuvent être de toute autre nature : elles peuvent être de nature constitutive. Dire que A est constitutif de B signifie que A participe de la définition de B, autrement dit que poser B implique de poser A. Une relation de causalité n’est jamais nécessaire : la trajectoire d’une balle de tennis est influencée causalement par le vent, mais l’absence de vent n’empêche pas la balle d’avoir une trajectoire et éventuellement la même trajectoire. Une relation constitutive implique au contraire qu’une entité ne peut exister sans ses constituants. Pour reprendre l’exemple concernant l’eau : deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène interagissant dans un cadre S ne causent pas seulement une molécule d’eau ; ils sont constitutifs de cette molécule. La différence entre les relations de causalité et celle de nature constitutive apparait clairement sur le plan temporel. Les relations de causalité sont toujours diachroniques (même si ce que j’ai dit plus haut dans le cadre des ABM peut faire croire le contraire, mais c’est parce que le temps dans les ABM est discret), tandis que les relations de nature constitutive sont synchroniques. Le point clé concernant notre sujet est le rôle fondamental que jouent ces dernières au niveau socioéconomique : la plupart de nos actions ne sont possibles que parce que nous formons des anticipations et des croyances sur ce que vont faire les autres. Ces croyances et anticipations ne sont pas seulement causées par les institutions sont diverses formes (règles juridiques, conventions, etc.), elles en sont constituées. Nos actions sont l’expression des institutions qui nous entourent. Ou, pour dire les choses autrement : on ne peut penser l’action humaine en faisant abstraction des origines des croyances sur lesquelles elle se base. Penser l’action humaine, c’est penser l’origine de ces croyances et c’est donc penser les institutions. Les institutions sont donc à la fois causes et constitutives de l’action individuelle.

Pour conclure, il me semble donc qu’une étude complète des phénomènes d’émergence au niveau socioéconomique se doit d’intégrer trois aspects : les relations de causalité ascendante que l’on peut étudier notamment par le biais des ABM, les relations de causalité descendante notamment dans leur dimension intersubjective et où les institutions acquièrent une forme d’extériorité et enfin les relations de nature constitutive, ces dernières devant définitivement nous convaincre que les débats réchauffés entre individualisme méthodologique et holisme ne sont pas seulement périmés, ils n’ont pas de sens.

Publicités

1 commentaire

Classé dans Non classé

Une réponse à “Emergence et causalité descendante : au-delà des agent-based models

  1. La description que vous avez donnée des relations causales ascendente et descendante semble pourvoir être représentée assez bien par le diagramme de la causalité émergente de Jaegwon Kim. Ce diagramme a initialiement pour fonction de poser la question de la relation entre états neuraux et états mentaux, afin de voir s’il est légitime de parler de rétroaction du psychisme sur ces états neuraux, donc s’il y a causalité descendante, ou au contraire si une telle causalité descendante est illusoire (épiphénoménisme). Dans un article (« L’énigme de la survenance », http://www.dblogos.net/er/txt7.php) que j’ai mis sur mon site perso, j’ai voulu montrer que ce diagramme peut efficacement représenter (et dans ces cas sans ambiguité) certaines relations d’émergence et de rétroaction dans d’autres domaines, et j’ai pris comme exemples: les faits sociaux selon Durkheim; l’inflation psychique selon Carl Jung; et la relation entre microéconomie et macroéconomie. Dans ce dernier cas, on peut directement instancier un diagramme de causalité émergente pour représenter une loi de Pareto (j’ai pris l’exemple d’une loi de Pareto sur l’émergence d’inégalités de revenus) en distinguant les aspects constitutif (synchonique) et évolutif (diachronique). Dans tous les cas, on ne saurait avoir une description satisfaisante si l’on ne tenait pas compte de l’existence d’une cuaslité descendante.

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s