Le monde qui nous entoure paraît souvent imprévisible, plein de désordre et de hasard. Une partie de cette complexité du monde est maintenant devenue scientifiquement compréhensible grâce à la théorie du chaos déterministe. Cette théorie analyse quantitativement les limites à la prédictibilité d'une l'évolution temporelle déterministe : une faible incertitude initiale donne lieu dans certains cas à une incertitude croissante dans les prévisions, et cette incertitude devient inacceptable après un temps plus ou moins long. On comprend ainsi comment le hasard s'introduit inévitablement dans notre description du monde. L'exemple des prévisions météorologiques est à cet égard le plus frappant. Nous verrons comment les idées à ce sujet évoluent de Sénèque à Poincaré, puis nous discuterons comment le battement d'ailes du papillon de Lorenz peut affecter la météo, donnant lieu à des ouragans dévastateurs des milliers de kilomètres plus loin. Ainsi, la notion de chaos déterministe contribue non seulement à notre appréciation pratique des incertitudes du monde qui nous entoure, mais encore à la conceptualisation philosophique de ce que nous appelons cause et de ce que nous appelons hasard.
Mot(s) clés libre(s) : causalité, effet papillon, équation d’évolution déterministe, hasard, Henri Poincaré, incertitude, mécanique quantique, physique mathématique, système déterministe, théorie du chaos

D'où vient l'idée de chaos ? A partir d'interviews d'Ivar Ekeland, mathématicien, et d'Amy Dahan Dalmedico, historienne des sciences, nous voyons comment l'histoire du chaos a rebondi, de la mécanique céleste au 17éme siècle, à l'analyse des systèmes dynamiques au 20éme.GénériqueAuteur : Hélène Prost Réalisateur : Henri-Louis Poirier Production : CSI / DPA
Mot(s) clés libre(s) : attracteur, chaos, ekeland

La théorie du chaos est issue des travaux d’Henri Poincaré (1899) sur le problème des trois corps (interactions entre un soleil, une terre et une lune). Elle commença à expliquer la nature lorsqu’Edward Lorenz, météorologiste, montra en 1963 à partir d’un modèle simple que l’évolution de l’atmosphère était imprédictible à long terme en raison de sa grande sensibilité aux conditions initiales (effet papillon). Dans les années 1970, la théorie du chaos émergea : tout ce qui était apparemment imprédictible devenait chaos ! Depuis, le vivant semble s’accorder remarquablement avec les comportements chaotiques : évolution de populations en interaction, activité cardiaque, dynamique cérébrale, etc. Après une introduction historique de cette théorie, il sera montré comment l’évolution des cancers peut relever des comportements chaotiques et comment cette théorie ouvre de nouvelles voies non seulement sur la compréhension des croissances tumorales mais encore sur de nouveaux suivis cliniques.
Mot(s) clés libre(s) : évolution, théorie du chaos, cancer, tumeur, comportement, effet papillon, météo

Pendant très longtemps, les astronomes ont cherché à retrouver dans les mouvements des corps du système solaire les périodicités qui leur permettaient alors de faire des prédictions (pour les dates des éclipses par exemple), et jusque très récemment le mouvement des planètes dans le système solaire était considéré comme le modèle même de régularité. Les résultats de ces dernières années montrent au contraire que le mouvement des planètes lui-même est chaotique, et qu'il devient impossible de prévoir son évolution au delà de 100 millions d'années environ, ce qui est très court, comparé au 4,6 milliards d'années d'existence du système solaire. Je montrerai quelles sont les implications de ce mouvement chaotique pour l'évolution du système solaire.
Mot(s) clés libre(s) : astre, chaos, climat, cosmologie, géologie, lois de Kepler, mécanique céleste, orbite, paléoclimat, planète, système solaire, Terre, univers

Les neurosciences vivent une période nouvelle et particulièrement fructueuse dans leurs rapports avec la physique et les mathématiques. En neurobiologie, ainsi que dans d'autres corpus du savoir, a dominé jusqu'ici une conception causale héritée de la mécanique de Newton selon laquelle le fonctionnement du cerveau obéirait aux seules lois du déterminisme classique. La notion de « câblage » anatomique et celle d'arc réflexe illustrent bien ce schéma traditionnel du tout ou rien qui a conduit a trop souvent exclure du champ de notre réflexion, la variabilité et le caractère imprévisible, pourtant évidents, de nombre de faits expérimentaux. Nous montrerons à l'aide de quelques exemples que cette situation se modifie rapidement et que les « interfaces » entre les différentes disciplines souvent invoquées en vain dans le passé, deviennent une réalité. Un matériel expérimental privilégié a été celui d'un neurone qui commende la réaction de fuite chez les poissons. Véritable « cerveau dans le cerveau », il permet d'étudier tous les mécanismes de la communication neuronale qui ont été identifiés chez toutes les espèces, y compris les Primates. À son niveau, la transmission de la communication entre les neurones est loin d'être garantie, elle obéit au contraire aux lois du hasard : comme si chaque synapse jouait aux dés le fait qu'elle relaie ou non un message après chaque influx. Ce caractère probabiliste confère à la communication nerveuse et par conséquent aux comportements qu'elle sous-tend, une « liberté » dont la valeur adaptative est fondamentale. Elle intervient de plus dans certains processus de mémorisation et d'apprentissage. L'étude de phénomènes électriques communs également à tous les neurones, à l'aide de la dynamique non linéaire mise au point par les physiciens, a d'autre part suggéré que l'apparence stochastique de ces processus cache en fait un ordre sous-jacent, celui du chaos déterministe. Le terme « déterministe » signifiant que la dynamique en cause obéit bien à des lois mais, que l'évolution des phénomènes concernés est imprévisible du fait de leur sensibilité à toute perturbation. Cette découverte qui remet en cause bien des idées reçues, offre des perspectives inattendues pour qui veut comprendre la nature des états internes du cerveau ou encore dans une perspective thérapeutique de certaines affections neurologiques.
Mot(s) clés libre(s) : cerveau, chaos, communication neuronale, neurobiologie, neuromédiation, neuroscience, probabilité

Si le réchauffement climatique est un sujet très largement développé aujourd'hui par les scientifiques et les médias, cet entretien avec le géographe Jacques Hubschman, propose -à travers une série de définitions simples- d'aborder non seulement ses conséquences mais également ses causes et ses origines. Sans catastrophisme, en replaçant les éléments qui composent le réchauffement dans un contexte mondial, mais également en exposant les différentes hypothèses scientifiques actuelles et à l'aide d'exemples concrets, l'auteur apporte un regard géographique à un phénomène mondial controversé.GénériqueInterview : Franck VIDAL - Réalisation et post-production : Bruno BASTARD - Cadreurs : Nathalie MICHAUD et Claire SARAZIN - Production et moyens techniques : CAM, Université de Toulouse-Le Mirail.
Mot(s) clés libre(s) : atmosphère terrestre, catastrophe naturelle, climatologie, CO2, couche d'ozone, effet de serre, étude du climat, gaz carbonique, puits de carbone, réchauffement climatique, théorie du chaos

Le développement de la " Science du Chaos " a bouleversé notre vision du déterminisme et profondément élargi notre compréhension de certains phénomènes apparemment irréguliers (le chaos déterministe). L'ordre sous jacent aux phénomènes chaotiques obéit à des lois très générales (et simples !) et les lasers sont un outil de choix pour tester l'applicabilité de telles théories à des objets physiques concrets. Après avoir décrypté le chaos temporel, les physiciens cherchent maintenant à comprendre les mécanismes de formation des structures spatiales : comment un système initialement homogène va-t-il s'auto-organiser dans l'espace et engendrer des formes (hexagones, stries, etc...) ? D'un impact très général (rayures et tâches du pelage des animaux, formes des nuages,etc...), cette interrogation peut aussi profiter de la maîtrise que le physicien a des systèmes optiques comme les lasers. Outre leur intérêt purement scientifique, ces études ont de plus des retombées technologiques (mémoires optiques spatiales, traitement massivement parallèle de l'information). Une science nouvelle se développe aux confins des mathématiques appliquées et des sciences de la matière et de la vie. Les concepts qu'elle met en Oeuvre s'avèrent efficaces pour comprendre les comportements d'"objets " toujours plus nombreux et parfois inattendus.GénériqueConférencier : Pierre Glorieux, professeur à lUniversité des Sciences et Technologies de Lille Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules UMR 8523 - Université des Sciences et Technologies de Lille Réalisation et production : SEMM/CPAV 2002
Mot(s) clés libre(s) : chaos, déterminisme

Une conférence d'Étienne Ghys, mathématicien, directeur de recherche au CNRS. Étienne Ghys retrace l'histoire de l'attracteur étrange mis en évidence en 1963 par Lorenz et devenu un objet mathématique classique, symbole de la théorie du chaos.
Mot(s) clés libre(s) : Lorenz, attracteur, attracteur de Lorenz, système dynamique, système chaotique, sensibilité aux conditions initiales, convection, météorologie, chaos, instabilité, Hadamard, Poincaré, théorème de Tucker, Ruelle, Takens

Cinq siècles après les travaux de Léonard de Vinci sur le contrôle des tourbillons et de leur effet dans la rivière Arno, le sujet n'est toujours pas clos. Au XXème siècle ce sont d'abord les innombrables applications pratiques (par exemple dans le domaine de l'aéronautique) qui ont été le moteur d'un progrès qui se concrétisait plutôt par le développement de modèles empiriques que par de véritables percées fondamentales. A partir de 1940, grâce en particulier au mathématicien russe Andrei Nikolaevich Kolmogorov, une véritable théorie a été proposée. Elle s'est révélée à la fois féconde en applications (en modélisation pour l'ingénieur) et pas tout à fait correcte : la théorie de Kolmogorov est invariante d'échelle (auto-similaire) alors que dans la réalité cette invariance d'échelle est brisée (un peu comme l'homogénéité de l'Univers est brisée par la présence de galaxies, d'étoiles, de cristaux, d'êtres vivants, etc.). on commence seulement depuis peu à comprendre le mécanisme physique et mathématique de cette brisure. Une véritable théorie de la turbulence pourrait naître dans les prochaines années.
Mot(s) clés libre(s) : écoulement laminaire, équation de Navier-Stokes, fluide en mouvement, forces de viscosité, mouvement brownien, nombre de Reynolds, théorie de Kolmogorov, théorie du chaos, tourbillon, transition, turbulence

Un système ordonné et régulier peut-il apparaître, dans certaines circonstances, désordonné et irrégulier ? Le problème des N-corps appliqué au système solaire montre que la réponse à cette question peut être positive. Dans la représentation héliocentrique, connue depuis les travaux de Nicolas Copernic, les 9 planètes décrivent des trajectoires quasiment elliptiques : le système a une apparence ordonné et régulière. En adoptant un point de vue différent, en particulier éloigné du Soleil et hors du plan de l'écliptique, les planètes semblent alors décrire des trajectoires quasiment chaotiques qui ne laissent absolument pas deviner l'ordre keplerien sous-jacent. Ce chaos "virtuel" n'est qu'apparent et dû a l'utilisation d'un mauvais référentiel. Ainsi, lors de l'étude et de la modélisation d'un système, il est essentiel de rechercher, au préalable, les paramètres et le référentiel qui en donneront la description la plus simple.GénériqueAuteur : Jean-François Colonna Moyens techniques : Studio vidéo université Paris 7 Denis Diderot Image et son : Jean-Paul Flourat Montage : Micaëla Perez Réalisation : Samia Serri, Michèle Brédimas Animation : Jean-François Colonna Musique : The traveller DJ Awal featuring Guem © New Bled Vibrations Une coproduction Université Pierre et Marie Curie / Université Paris 7 Denis Diderot © Université Pierre et Marie Curie / Université Paris 7 Denis Diderot Mars 2003
Mot(s) clés libre(s) : chaos