Les chimères existent...

L'American Institute of Physics (AIP) a publié notre récent article dans l'un des temps forts scientifiques spéciaux, connu sous le nom de Scilight. En raison de sa nouveauté et de son lien étroit avec des phénomènes omniprésents, les résultats rapportés présentent un grand intérêt pour le grand public.

Les systèmes à retard se rencontrent fréquemment dans la vie courante, sans forcément en avoir conscience, et se manifestent par des comportements oscillants ou instables de systèmes en mouvement. L’expérience d’alternance de chaud et de froid sous une douche matinale en est un exemple : l’eau froide de départ nous pousse à ajuster rapidement le mélangeur vers le chaud, mais l’effet retardé, à cause du temps de propagation du mélange chaud dans les tuyaux jusqu’à notre peau, nous amène à rapidement revenir vers un réglage froid, et ainsi de suite… Ces oscillations sont un des nombreux comportements possibles que peuvent présenter les systèmes dynamiques à retard. D’autres comportements bien plus complexes sont étudiés, telles que du chaos déterministe, ou plus récemment, des états baptisés « chimères ».

Ces états contre-intuitifs correspondent à une auto-organisation de systèmes complexes homogènes en sous-ensembles, chacun adoptant des comportements très distincts mais capables de coexister de manière stable. Il peut s’agir par exemple d’un sous-ensemble chaotique, co-habitant avec un sous-ensemble au comportement parfaitement régulier. Les chimères émergent ainsi de manière spontanée dans des systèmes complexes, brisant la symétrie de comportement normalement attendue au sein d’un système complexe homogène. Elles ont été découvertes dans des réseaux d’oscillateurs couplés, tous les oscillateurs étant parfaitement identiques, mais aussi dans des systèmes dynamiques à retard.

Ces résultats publient la découverte numérique et expérimentale de chimères en deux dimensions, dans le cas de systèmes dynamiques à double retard. Une mer chaotique a été observée, comprenant une île de tranquillité au milieu ; le symétrique est également observé, une île chaotique dans une mer de tranquillité (voir Figure 1). D’autres solutions originales ont également été obtenues de manière inattendue dans ces dynamiques à double retard, tels que des solitons dissipatifs. Ces comportements sont potentiellement concernés par des modes du fonctionnement du cerveau, dont le modèle physique est celui d’un réseau d’oscillateurs couplés identiques, les neurones.

D. Brunner, B. Penkovsky, R. Levchenko, E. Schöll, L. Larger, Y. Maistrenko, “Two-dimensional spatio-temporal complexity in dual-delayed nonlinear feedback systems: chimeras and dissipative solitons,” Chaos 28, 103106 (2018). https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5043391