Qu'est-ce que la physionique?

Voici venue l'heure de la physionique

Le vivant, modèle pour une nouvelle approche des organisations

André Giordan

Le " monde vivant " a inspiré la conception d'une profusion d'objets techniques en architecture, dans les transports et, plus récemment, dans le domaine des nouveaux matériaux. Mais une nouvelle discipline prend corps, la " physionique", qui dépasse la simple imitation des formes naturelles. Son principe: décortiquer systématiquement les mécanismes produisant ou faisant évoluer les structures du vivant (des cellules aux écosystèmes). Son objectif: comprendre comment l'unité globale rétroagit sur ses composants et tirer parti de ces interactions pour concevoir autrement le fonctionnement d'une organisation humaine.

Le ruban Velcro (mariage de velours et crochet) a le succès qu'on lui connaît depuis qu'il a supplanté la fermeture Eclair dans de nombreux assemblages de tissus. Son inventeur, Georges de Mestral, avait été intrigué dans les années 1950 par l'étrange comportement des fruits secs d'une plante des montagnes, la bardane (Arctium lappa), qui s'accrochent aux vêtements ou au pelage des animaux et s'y maintiennent aisément. En les observant au microscope, Mestral constate que le tégument de la fructification est hérissé de minuscules crochets très recourbés. Par leur disposition aléatoire, ils sont prêts en permanence à s'accrocher au moindre tissu. Que l'on t*e sur le fruit, et les crochets cèdent grâce à leur très grande souplesse. Mais le mécanisme d'accrochage n'est en rien abîmé. Il revient à sa position initiale pour un autre accrochage. L'ingénieur suisse envisagea tout de suite l'intérêt du système dans l'habillement ou la décoration: il évitait un ajustage trop précis. De plus, le phénomène était reproductible à volonté.

Eole, l'avion avec lequel Clément Ader réalisa le premier décollage d'un " plus lourd que l'air ", imite point par point la voilure d'une chauve-souris. Sa membrane en pongé de soie présente des coutures dont l'orientation reproduit fidèlement les muscles et les tendons du mammifère aérien. Son plan légèrement incliné avec un bord d'attaque réglable facilite son envol et son maintien dans I'a*. Ses ailes sont sous tendues par un squelette conçu avec un nombre d'éléments quasi identique au nombre d'os. Ader poussa sa copie jusque dans les moindres détails. Les ailes de sa machine étaient soutenues, à l'image des os creux des vertébrés volants, par des tuyaux creux faits de faisceaux de bois de pin des luthiers assemblés selon la méthode des tonneliers. Pour augmenter leur résistance, il les larda de chevilles de bois disposées de façon aléatoire, à la manière des trabécules ou piliers osseux. Et alla jusqu'à replier les ailes de son avion à l'arrêt à la même manière des chauves-souris ! Ignaz Etrich, I'un des pionniers, avec Otto Lilienthal, des vols planés, prit modèle, lui, sur la graine des cucurbitacées, la grande zanonie (Alsomitra macrocarpa). Cette graine des îles du Pacifique possède une voilure en forme de boomerang de quinze centimètres. La charge utile (I'embryon lui-même avec ses réserves) est centrée vers l'avant. Par jour de vent, ce dispositif lui permet de passer d'île en île, même distantes de dizaines de kilomètres. Ses extrémités relevées en " toit de pagode " lui assurent alors une très bonne stabilité. Lorsque, plus tard, son fils Igo Etrich tenta d'équiper ce planeur avec un lourd moteur (40 chevaux-vapeur), il la nantit d'une queue stabilisatrice... identique à celle du pigeon. C'est ainsi que fut conçu le Taube, bel avion d'observation de la Première Guerre mondiale.

Quant à la célèbre tour Eiffel, elle n'est pas née toute boulonnée du cerveau d'un architecte. Son esthétique doit beaucoup à un ingénieur, Maurice Kchlin, d'origine suisse lui aussi. Employé par la maison Eiffel, il se vit confier la rude tâche de calculer la répartition des charges. Celles-ci furent déterminantes pour décider de sa forme définitive: la nuée de charpentes fut dessinée et disposée suivant les lignes où devaient s'exercer les principales forces de tension et de compression. A l'origine de ce principe, connu aujourd'hui sous le vocable de " statique graphique ", un professeur d'anatomie de Zurich, le professeur Hermann von Meyer. Ce spécialiste des structures osseuses s'était longtemps interrogé sur la structure externe et l'organisation interne, toutes deux surprenantes, mais ô combien efficaces, de l'os du fémur. C'est que la tête de cet os qui s'articule avec le bassin se trouve totalement déportée par rapport à l'axe principal. Une observation fine interne permet de repérer une pléthore de faisceaux de fibres osseuses distribués de façon tout aussi déroutante. Le poids du corps se dispose ainsi totalement en porte à faux. Pourtant, I'ensemble reste étonnamment solide.

 

Les sauts de kangourous, la marche hexapode des insectes ou les étirements des vers fournissent d'excellents modèles pour les véhicules tout terrain

Un professeur de mathématiques de l'Ecole polytechnique de cette même ville, Karl Culmann, montra par le calcul que la répartition de ces multiples faisceaux ne devait rien au hasard. Bien qu'aléatoires, ils étaient exactement orientés pour tenir compte des lignes de force s'exerçant dans la matière de l'os. Ce principe fut au départ de nombreuses structures métalliques légères. Depuis, certaines analogies ont été encore plus travaillées. Certaines grues imitent la colonne vertébrale de l'homme, des ponts copient la structure du bréchet de l'oiseau.

Copier la nature est une démarche que l'on rencontre dans la plus lointaine antiquité. Même si `elle reste un mythe, la légende d'Icare pourrait en être une balbutiante préfiguration. Les ingénieurs de la Renaissance en feront un usage abondant. Léonard de Vinci la popularisa au travers de ses multiples projets de machines volantes. En s'inspirant de la structure de la feuille flottante de nénuphar (Victoria amazonica), Joseph Paxton, un ingénieur autodidacte anglais, construisit de nombreuses serres et reçut la consécration avec l'immense bâtiment de Crystal Palace, réalisé lors de l'exposition internationale de Londres de 1851.

Cette approche a reçu un nom: la "bionique ", mot-valise fruit de L contraction de biologie et électronique La dénomination fut promue lors d'un congrès organisé en 1960 à Dayton (Ohio), à l'initiative d'un major de l'armée de l'air américaine, Jack Steele. Depuis, cette " science des systèmes qui ont un fonctionnement copié sur celui des systèmes naturels, ou qui présentent les caractéristiques spécifiques des systèmes naturels ", comme l'avaient définie ses pères fondateurs lors du Congrès, s'est diversifiée. Les coquilles de mollusques, les squelettes d'éponges, les tiges de prêles, les chaumes des graminées et les ramifications des branches des arbres sont imités dès lors qu'il s'agit de réaliser des formes légères et élancées. De même, les toiles d'araignées ont conduit à envisager d'impressionnantes structures tendues (la plus célèbre est celle du toit du stade olympique de Munich, réalisée en 1972 par un architecte allemand, professeur à l'université de Stuttgart, Otto Frei).

Un architecte français, Robert le Ricolais, qui travailla à l'université de Pennsylvanie, préféra prendre comme objet d'étude des protozoaires marins, les radiolaires. Le squelette de ces êtres microscopiques est constitué d'assemblages de fins spicules. Le motifde ces baguettes de silice est à la fois complexe et très régulier. Regroupées par des sortes de " nuds ", elles constituent des structures tridimensionnelles élégantes et très solides qui ont été reprises dans de multiples coupoles géodésiques.

Les transports ont eux aussi bénéficié des études sur le déplacement animal. En observant avec soin à la fois les morphologies et les anatomies de dauphins, de requins ou d'oiseaux, nombre d'améliorations ont été produites pour favoriser les déplacements dans l'air ou l'eau. Les turbulences ont été limitées, les moyens de propulsion améliorés et la pénétration dans les fluides facilitée. Certaines particularités de leur peau ont été reproduites dans le détail pour favoriser I'hydrodynamisme des sous-marins.

On construit également des mécanismes de robotique à l'identique du fonctionnement des membres des vertébrés ou des invertébrés. A l'université de Carnegie-Mellon aux Etats Unis, le déplacement sauté des kangourous, la marche hexapode des insectes ou les étirements des vers de terre constituent encore d'excellents modèles pour des mobiles tout terrain.

Enfin, dans le domaine des nouveaux matériaux, de nombreux produits (toujours des agglomérés ou des composites), alliant légèreté, souplesse, plasticité et bonne résistance mécanique, ont été réalisés. Actuellement, les enveloppes des grains de pollen ou les pattes en forme de massue des odontodactyles (arthropodes marins) sont particulièrement étudiées en Allemagne, aux Etats-Unis, respectivement pour leur endurance aux intempéries ou aux chocs.

Mais la démarche bionique ne cherche plus à copier systématiquement la nature. Les "bioniciens" s'emploient plutôt à exploiter des analogies, à forcer des comparaisons, à vérifier des principes ou à transposer des approches. Dans le même mouvement, le champ de recherches se déplace vers de nouvelles directions. Les capteurs, en prenant comme point de départ les multiples organes des sens, les systèmes de transmission des informations, I'énergétique et notamment les mécanismes d'économie d'énergie, I'informatique ainsi que les membranes, constituent autant de secteurs en développement...

 

Le projet majeur: comprendre les interactions entre les unités de niveaux dits inférieurs et comment l'unité globale rétroagit sur celles-ci

Pour favoriser ce type de recherches, des instituts très importants (publics ou privés) ont été ouverts dans plusieurs universités ou centres de recherche. Le plus connu est l'Institut de bionique et des techniques de l'évolution, à l'université de Berlin. A quelques brillantes exceptions près, la France reste globalement hermétique à cette approche. Il est vrai que nos grandes écoles, d'où sortent l'essentiel de nos ingénieurs, restent de stricte obédience cartésienne. Pour schématiser, I'invention, I'innovation sont fréquemment envisagées dans l'Hexagone comme le fruit d'un long raisonnement ou le résultat d'une élégante démarche déductive. De même, I'enseignement continue à éluder largement les approches analogiques ou les transferts d'idées. A quoi s'ajoute le peu de place laissée à la biologie dans le recrutement et la formation des élèves ingénieurs, malgré l'importance désormais stratégique des biotechnologies.

Une nouvelle direction prend toutefois corps, qui dépasse la simple imitation des formes ou la simple analogie des structures et des matériaux. Elle étudie systématiquement les mécanismes inhérents aux organisations. En particulier, les processus qui les produisent (comme les régulations) ou qui les font évoluer (comme les espaces de changements) sont décortiqués et resitués par rapport aux systèmes envisagés (cellules, organes, individus, société, écosystèmes...). Les procédures intimes et les mécanismes qui les sous-tendent (y compris au niveau cellulaire et infracellulaire) sont privilégiés. Le projet majeur est de comprendre les interactions fécondes entre les unités de niveaux dits " inférieurs " et d'envisager comment l'unité globale rétroagit sur les composants plus simples.

Au point de départ de cette nouvelle approche, non plus la morphologie ou l'anatomie comparée mais une autre branche de la biologie, la physiologie, et plus précisément la physiologie des régulations, notre spécialité d'origine. Cette direction de travail que nous développons depuis 1987 sous le vocable de physionique obtient un accueil très favorable. Les milieux économiques, manageriaux et décisionnels à la recherche d'innovations ou d'optimisation, comme les entreprises dites " apprenantes ", s'y intéressent tout particulièrement. Pour elles, elle devient une source importante d'inspiration pour la régulation des organisations complexes.

 

On observe même dans le vivant de multiples régulations de régulations, et des régulations avec mémorisation, capables d'apprentissage

C'est que les systèmes du vivant (écosystèmes, individus, systèmes fonctionnels, cellules, organites) sont les organisations les plus élaborées sur lesquelles nous commençons à maîtriser les principaux paramètres, ainsi que quelques-unes de leurs interactions... Par exemple, I'organisme humain ne peut plus être considéré seulement comme une simple machine, au sens où l'entendait la philosophie classique. Ce dernier ne possède pas moins de soixante mille milliards d'unités de base, les cellules, chacune d'elles contenant des centaines de mitochondries (1000 à 2 000 dans les cellules hépatiques), lieux d'intenses activités énergétiques ou encore des dizaines de milliers de ribosomes qui synthétisent des milliers de protéines différentes. Des procédés très stricts sont nécessaires, des centaines de milliers de réactions chimiques très conflictuelles s'y déroulent à la seconde dans des milliers d'organites. Des millions de bits d'informations sont décodés simultanément sur les membranes par des récepteurs, d'autres en quantité similaire circulent en son sein grâce à des cohortes de messagers ou sont stockés dans son noyau. Malgré des intérêts extrêmement divergents, toutes les cellules et tous les organites, sans exception et sans discontinuité, se coordonnent les uns sur les autres... Comment se fait-il qu'à chaque nouveau niveau de complexité une organisation nouvelle, dotée de propriétés spécifiques et imprévisibles, émerge, se maintienne, éventuellement prospère et se reproduise à I'identique ?

La démarche en jeu dans la physionique est prospective: elle tente de définir en quoi " le tout devient beaucoup plus (ou autre chose) que la somme " de ses parties. L'hypothèse en action est similaire à celle présidant nombre de domaines scientifiques. Devant une complexité, on l'étudie en travaillant sur un modèle censé plus simple.

Dans nos premiers travaux, la régulation du poisson rouge fut l'un des modèles utilisés pour comprendre le fonctionnement du rein (notamment I'influence de la vasopressine). Les globules rouges ou la branchie de truite servirent, eux, à élucider les flux d'ions à travers les membranes. Aujourd'hui, certaines souches de souris ou de macaques sont des modèles pour affiner les défenses immunitaires liées au sida ou à d'autres maladies, la fécondation d'un ovule par un spermatozoïde d'oursin l'est devenu pour la communication intercellulaire. Il en va de même pour la physionique: un écosystème, un individu, un organe, une cellule ou un organite constitue un modèle scientifique pour comprendre l'organisation.

Précisons fermement qu'il ne faut voir là aucune résurgence tardive de la sociobiologie chère à Edward Wilson et aux nouvelles droites européennes. Cette thèse comporte une faute grave de logique: une organisation de niveau 103 ne peut être assimilée à une organisation de type 9. La société-organisation de type 10-est, certes, constituée d'individus-organisation de type 9-, eux-mêmes comportant des cellules-organisation de type 6-, mais à chaque niveau de complexité de nouvelles propriétés surgissent qui n'étaient pas in cluses au niveau inférieur. L'eau, par exemple, en tant que molécule, ne possède aucune des qualités des éléments atomiques (oxygène et hydrogène) qui la constituent.

La cause de ces émergences est maintenant bien connue: les interactions entre les parties et les régulations qui s'établissent en permanence pour structurer l'ensemble modifient radicalement les propriétés des éléments constitutifs. La moindre des mises en relation entre éléments ou le plus simple des feed-back transforme le bel ordonnancement du système précédent. Il en résulte des structures différentes et de nouvelles fonctions. Irrémédiablement il nous faut renoncer à entreprendre des comparaisons ou des parallélismes entre les niveaux ou à justifier les propriétés et le fonctionnement d'un niveau d'organisation par ceux des systèmes qui le composent. La relation entre le social et le biologique n'est jamais directe. En aucun cas, la physiologie animale ne pourra légitimer des questions d'un autre niveau de complexité.

S'il n'y a aucun espoir de transfert ou de corroboration, cela n'exclut pas les apports épistémologiques. Les organisations vivantes restent des précurseurs pertinents en matière d'organisation. Sans y trouver des solutions directement applicables, la démarche physionique introduite fait sortir des certitudes (habitudes, évidences, rituels...). Invalidant les anciens paradigmes, elle fournit de la matière pour penser autrement. Elle éclaire, en particulier, les situations de changements où interfèrent de multiples éléments ou structures.
Et cela d'autant plus que le vivant se trouve être une formidable banque d'idées en matière d'organisations complexes et variées. Au cours des trois mil liards d'années de son évolution, un nombre considérable de directions de développement ont été explorées...
Pour illustrer ces propos et sans entrer ici dans le détail de tous les apports de la physionique, il est possible d'avancer quelques données sur les paramètres structurant ou optimisant une organisation. Déjà, ce type d'études confirme fortement un point établi par ailleurs: le complexe naît toujours et seulement de l'interaction d'éléments à structures plus simples.

Toutefois, la physionique fournit des " révélations " qui bouleversent les évidences habituelles en matière d'organisation. En premier, elle établit fortement l'importance et la multiplicité des mécanismes de régulation. Ce qui caractérise et optimise une organisation ce sont d'abord ses processus rétroactifs (ou cybernétiques) qui lui permettent de réguler dans l'instant son fonctionnement (notamment pour tenir compte des variations constantes de l'environnement). Vu la multiplicité et la richesse des mécanismes que le vivant a inventés à ce propos, la physionique a entrepris de les catégoriser (régulations de proximité ou générales, régulations internes à plusieurs niveaux et externes en relation avec l'environnement, régulations à effets positif ou négatif) et de décrire leur pertinence à mesure que le système se complexifie. Dans les organisations élaborées émergent des régulations avec messages de différents types (électrique, chimique), récepteurs spécialisés et réseaux d'autocontrôle. On observe même de multiples régulations de régulation et des régulations avec mémorisation. Cette mise en mémoire (à court et long termes) peut revêtir une importance capitale et ten* lieu de facteur limitant ou primordial en interférant fortement avec les contingences ou l'environnement. L'organisation tire par là bénéfice de ses expériences passées (activités réussies ou échecs). Elle devient " apprenante ".

D'autres paramètres plus paradoxaux apparaissent également porteurs. La physionique permet de mettre en avant, en tant qu'éléments structurants des organi sations: une pertinence des antagonismes régulés, une prépondérance de I'hétérogène, une stratégie des redondances en information, une subsidiarité des décisions et l'autonomie du local, une multiplicité des registres de fonctionnement, un pilotage en temps réel et un soutien " hiérarchique " des centres dits " supérieurs ", I'ensemble de ces caractéristiques étant géré sur un mode contradictoire.

Dans une organisation de type vivant, chacune des innombrables cellules est largement autonome dans son fonctionnement. Elle fabrique sa propre énergie et pratiquement tous les constituants indispensables, à son rythme propre et à partir de son économie individuelle. Elle possède d'ailleurs dans son noyau toute la mémoire génétique de l'individu. Pourtant, I'organisme n'est jamais réductible à une juxtaposition de cellules. Ces dernières n'utilisent qu'une infime partie de leurs potentialités génétiques. Tout y est profondément coordonné. L'intégration est si bien faite que l'individu apparaît comme un tout.

o Premier principe: chaque élément résout les problèmes et les contradictions à son niveau. Il fait au mieux par lui-même à partir des éléments à sa disposition.
oDeuxième principe: I'organisme reste cohérent parce que chaque partie est concernée par le devenir de l'ensemble. Toutes ses cellules sans exception " confrontent " leurs activités par échange d'informations et, le cas échéant, se suppléent (I'ion bicarbonate, résultat d'une surcharge en gaz carbonique, peut être évacué par les reins si les poumons demeurent déficients). De même, tout communique avec tout (la plus petite cellule musculaire située dans la deuxième articulation de l'un des orteils droits reçoit et émet des informations), mais pas n'importe comment. Le réseau d'informations du vivant est multiple. Le système le plus usité est le système de type postal, le système hormonal. Des molécules porteuses d'informations se déplacent, ce sont des sortes de "cartes postales" à trois dimensions. Une nuance cependant, il n'y a pas d'adresse précise. Seules les boîtes aux lettres adéquates (celles qui possèdent les récepteurs adéquats) les reçoivent ou plutôt les captent !

Cette communication, bien sûr, est peu précise et plutôt lente. Un deuxième système, de système télégraphique cette fois, le système nerveux, y supplée. Des cellules spécialisées livrent directement et rapidement le message à la cellule près, celle qui a été sélectionnée pour son efficacité dans l'action à mener.

Chaque réseau de communication a des avantages, mais également des inconvénients. Le vivant ne cherche pas à les mettre stérilement en opposition pour perfectionner un système idéal. Il exploite les possibles de chaque méthode et prend en compte leurs limites. Il jongle entre les deux.

Une telle concertation interne ne fait pas obstacle aux quêtes d'informations extérieures. L'organisme vivant reste perpétuellement ouvert sur l'extérieur. Car cet extérieur déjà hostile en lui-même est en constante modification: variations de température, de pH, de concentration ionique, de composition de l'air et d'humidité, modification de nourriture, agressions diverses, etc. En permanence, le vivant cherche à s'en accommoder.

 

La physionique veut apporter de nouveaux éléments pour modéliser les situations ambiguës, floues, mouvantes et contradictoires

Pour cette écoute entretenue, des organes de veille, dits " des sens ", se sont spécialisés. Leur mission: rechercher toute information susceptible d'éclairer l'organisme. Mais pas question de crouler sous les données. Celles qui peuvent avoir des conséquences néfastes sont repérées en priorité. De plus, les informations sont filtrées, traitées et regroupées par des espaces prévus à cet effet (ganglions nerveux, bulbe rachidien...). Puis croisées, comparées aux informations mémorisées.

Aucune décision n'est imposée " du haut ". Certes, on peut " hiérarchiser " des zones de coordination (avec, au sommet, celles du cerveau, et, en son sein, le cortex pour les vertébrés supérieurs), mais ces structures n'ont aucun pouvoir de décision propre. Dans 99 % des cas, des arrangements sont trouvés et mis en uvre, sans que les centres supérieurs en soient alertés.

Dans les organismes vivants, la hiérarchie est ainsi reformulée. Elle ne décide rien a priori elle n'intervient qu'en dernier ressort, apparaissant comme un lieu d'intégration et de consensus. Sa principale préoccupation est la gestion des conflits et des contradictions, à commencer par ceux qui pourraient rompre le délicat optimum. Pour cela, les centres supérieurs ont pour tâche d'impliquer. Dès qu'un choix est établi, les centres supérieurs font partager à l'ensemble des unités de base le parti pris, grâce aux multiples systèmes d'information.

L'étude du vivant fournit donc des " trouvailles " sur les capacités à communiquer, I'art de l'enchaînement rapide des stratégies de régulation, I'évaluation immédiate des situations avec remédiation (perméabilité des fonctions et ri gueur des procédures). Toutefois le défi de la physionique porte en premier sur les émergences. Elle fournit des modèles pour expliciter leurs processus d'élaboration et les conditions facilitantes (ainsi que les obstacles). Ce faisant, elle apporte de nouvelles perspectives (concepts, cadre de références et modes de raisonnement) pour affronter autrement l'actualité. L'évolution techno-scientifique en cours de la société impose en effet une transformation culturelle. Nous ne nous trouvons plus devant un donné stable dans un environnement qui change peu. Nous devons prendre des décisions dans des conditions incertaines, volatiles, ambiguës, contradictoires. Sur tous ces types de plans, le vivant et ses organisations peuvent " montrer la voie ". Ce type d'organisation navigue en permanence en se jouant du flou, de l'incertain, de l'inattendu, de l'aléatoire, du volatil, de l'ambigu, de l'inachevé, du contradictoire. Rien n'y est prévu, tout peut arriver. Seul est mémorisé un optimum de fonctionnement propice au système. Chaque entité a sa spécificité, ses intérêts propres. Rien n'est homogène. Le vivant gère l'antagoniste et l'imprévu sans répit. Il ne fait même que cela. Mieux, il tolère le désordre, chacune des molécules qui passent à travers une membrane n'est jamais contrôlée directement. Comment le pourrait-il 1 Elles peuvent la traverser comme bon leur semble: plusieurs fois, en tous sens. Ce qui importe, c'est que, globalement, les optimums propres à l'organisation soient conservés.

Le vivant prend même appui sur le désordre. Les êtres vivants profitent du désordre tant redouté par les sociétés pour évoluer. Du désordre pour enrichir l'ordre, c'est plutôt fort ! Comment s'y prend-il ? Comment " l'individualisme " de chaque cellule concourt-il à la chose commune ? Notre société devrait y consacrer un peu d'énergie et sans doute quelques ressources...

Pour en savoir plus sur la bionique:

Yves Coineau, Biruta Kresling, Les Inventions de la nature et la bionique, Hachette, 1987.
Ottto Frei, Architectures er bio7uque, Editions Delta et SPES, 1985.

Sur la physionique:
André Giordan, Comrne un poisson rouge dans l'hcnnrne, Payot, 1995.

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