Cybernétique - Définition

La cybernétique est une modélisation de l'échange, par l'étude de l'information et des principes d'interaction.

Elle est issue en particulier du passage par la théorie entre l'étude du système nerveux et sa reproduction en intelligence artificielle.

Le mot cybernétique formalisé en 1948 par Norbert Wiener est le résultat de tout un mouvement scientifique très largement interdisciplinaire et source d'une nouvelle école de pensée.

Techniquement, c'est une méthode interdisciplinaire qui étudie l'évolution dynamique des systèmes.

Origine

Platon utilisait kubernêtikê (grec, Κυβερνητικ?) pour désigner le pilotage d’un navire. (Les mots gouverne, gouvernail et gouvernement ou gouverneur partagent cette racine avec le mot cybernétique.)

Avant d'être théorisés, certains principes de ce qui sera la cybernétique sont déjà mis en pratique en ingénierie. Par exemple au XIX^e siècle pour les machines à vapeur avec le servomoteur de Joseph Farcot qui, pour l'anecdote, est créé justement pour le gouvernail des navires.

La cybernétique est devenue, dans un sens dérivé, l'art de gouverner les hommes dans une expression de André-Marie Ampère^[1]. Il s'agit ici d'une utilisation politique de la même base étymologique, dont Norbert Wiener déclarera ne pas avoir connaissance quand il l'a utilisé dans son premier ouvrage^[2].

Les bases et sources de la cybernétique sont très nombreuses et on en peut donc citer que des exemples. La thermodynamique est probablement la science préexistante qui s'y apparente le plus, elle est beaucoup cité en référence pas Wiener. La physiologie lui a apporté de source sûr de nombreux éléments, par exemple le principe d'homéostasie mis en place par Walter Cannon.

Contexte

Le mathématicien Norbert Wiener définit en 1947 ainsi que dans l'ouvrage du même nom paru en 1948^[3], la cybernétique comme une science qui étudie exclusivement les communications et leurs régulations dans les systèmes naturels et artificiels. Il met en scène le fait qu'elle ne prend pas en compte les émetteurs et récepteurs (considérés comme des boîtes noires) par la situation fictive d'une machine communiquant comme un humain (Dans son deuxième ouvrage destiné à la vulgarisation du premier^[4]).

C'est ce qui fit naitre en science fiction la dénomination du personnage du cyborg. Les concepts émergeant de cette nouvelle approche y sont largement représentés, en particulier à travers l'œuvre d'Isaac Asimov (avec les robots ou la psychohistoire). Cette empreinte reste toujours présente dans l'image du mot cybernétique dans le langage courant, liée a celle du préfixe "cyber" que l'on retrouve dans cyber-espace par exemple.

Le concept reste pourtant ouvert, et pour certains il va glisser vers une science des systèmes. Cela se fait sous l'impulsion de Heinz von Foerster qui cherche à élargir le principe de cybernétique à une méthodologie scientifique générale. Cette conception correspond principalement à la période de flottement avant les années 1970 et la théorie du système général de Ludwig von Bertalanffy, qui va marquer le passage aux dénomination par le système, avec la théorie systémique, l'approche systémique et tout ce qui tend aujourd'hui à être regroupé sous le terme générique de systémique.

La cybernétique reste pourtant l'appellation de référence pour parler de systémique dans certains domaines des sciences humaines, peut être parce que le lien est fait par l'école de Palo-Alto (dont les grandes figures étaient présentes dès les conférences Macy), ou simplement parce que les nouvelles formulations, en réunissant holisme et atomisme, rejoignent davantage les sciences dites exactes.

Définitions

Différentes acceptions du mot cybernétique se chevauchent, suivant la période, le cadre scientifique, ou le point de vue où l'on se place  :

• Dans l'expression de Norbert Wiener on étudie exclusivement les échanges d'information. (car c'est ce qui dirige les logiques des éléments communicants d'où le mot cybernétique).
• Dans son évolution qui engendrera la systémique, on réintègre les caractéristiques des composantes du système, et on reconsidère les échanges d'énergie et de matière indépendamment des échanges d'information.
• Dans son champs d'application, la cybernétique peut signifier le moyen d'organiser les échanges pour les rendre efficaces, et poussée à l'extrême le moyens de contôler plus efficacement.

La neurobiologie (recherche sur le fonctionnement des structures cérébrales) a construit des modèles ayant pour référentiel le cerveau de l'homme et a utilisé le mot cybernétique bien avant qu'il ne soit employé par l'industrie informatique, cette dernière cherchant à reproduire dans les ordinateurs certains processus cérébraux humains.

Aujourd'hui, la définition littérale du mot cybernétique serait plutôt: " Science constituée par l'ensemble des théories groupant les études des processus de commande et de communication et de leur régulation chez l'être vivant (Maxwell MATZ de l'université de New-York — 1948), dans les machines (appliquées aux servomécanismes —Norbert WIENER de l'université de Princeton — 1945) et dans les systèmes sociologiques et économiques ".

Science de l'information

La cybernétique désigne d'abord un moyen de connaissance, qui étudie l'information au sens de la physique, dans la définition qu'en donne Norbert Wiener :

" De même que l'entropie est une mesure de désorganisation, l'information fournie par une série de messages est une mesure d'organisation^[5]. " 

Dans cette acception première, la cybernétique est une approche phénoménologique qui étudie l'information, sa structure et sa fonction dans les interactions systémiques.

Ce qui peut être traduit par la science générale de la régulation et des communications dans les systèmes naturels et artificiels.

Science des systèmes

Dans son évolution vers la systémique, on parle parfois de cybernétique du second ordre, la cybernétique se définit comme la science des systèmes, un système étant lui-même défini comme un ensemble d’éléments en interaction, dont le tout comporte des propriétés dont sont dénuées ses parties prises séparément. Les interactions entre les éléments peuvent consister en des échanges de matière, d’énergie, ou d’information.

On peut lire aussi comme définition, méthode d'analyse scientifique, qui consiste à partir de l'identification complète d'éléments ou composantes, et de leurs connexions, à déduire les propriétés de la totalité qu'ils constituent. Cette conception est incompatible avec le principe de boîte noire de la définition première.

Application technique

Le mot cybernétique est parfois interprété comme une méthode, qui passe par la science en question mais qui la lie à l'utilisation qui en est faite. On trouve ainsi le mot cybernétique expression du moyen de contrôle, rejoignant ainsi la définition d'Ampère.

Par exemple, Louis Couffignal, participant du premier mouvement cybernétique, la définira ainsi (en 1953 ou 1956 selon les sources):

" La cybernétique est l'art de rendre l'action efficace^[6] " 

Principes

La cybernétique comme science de l'information

" La cybernétique se situe comme une approche indépendante de la nature des éléments qu'elle étudie (William Ross Ashby). " 

La cybernétique décrite par Norbert Wiener est un moyen d'expliquer et de comprendre tous les mécanismes rencontrés avec quelques briques logiques simples :

• La boîte noire : un élément émetteur ou récepteur dont on ne soucie pas de savoir comment il fonctionne, mais ce qu'il envoie ou reçoit.
  • L'émetteur, qui agit sur l'environnement, donc envoie de l'information, sorte de porte de sortie.
  • Le récepteur, qui en intègre depuis l'environnement, donc capte les informations, comme une porte d'entrée de la boîte noire.
• Le flux d'information : ce qui est transmis, donc envoyé et effectivement reçu, autrement dit l'information efficace.
  • La rétroaction (feedback) : C'est l'information en retour de l'état.

Ce feedback est mis en évidence par cette approche car il est indispensable pour concevoir une logique fonctionnelle. On voit donc apparaître des boucles de rétroaction ou mécanismes circulaires ou plus simplement des systèmes. Si ces systèmes sont mis en évidence par cette cybernétique (parfois dite du premier ordre), il ne le sont que par voie de conséquence d'une étude strictement limitée aux échanges d'information et à l'évolution de ces échanges dans le temps.

La cybernétique comme principe systémique

" L'existence de science dites sociales indique le refus de permettre aux autres sciensce de l'être sociales. (von Foerster)^[7] " 

" ... et de permettre aux sciences sociales de d'être physique (Edgar Morin)^[8] " 

La cybernétique parfois dite de second ordre prend forme sous l'impulsion de Heinz von Foerster (à partir de 1950-1953 avec les dernières conférences de Macy), qui vise à l'élaboration d'une méthode de description "universelle" commune aux différents champs de la science. Foerster précise que :

" L'effort d’unification entrepris par les cybernéticiens ne se situe pas au niveau des solutions, mais à celui des problèmes. Certaines classes de problèmes, définies par une même structure logique, traversent les disciplines les plus variées. La cybernétique s’est édifiée autour de deux de ces classes : les problèmes de communication, et les problèmes posés par l’étude des mécanismes qui produisent eux-mêmes leur unité (self-integrating mechanisms). " 

Il s'agit là d'un mouvement pour intégrer aux sciences la cybernétique du premier ordre (déjà applicable à toutes les sciences mais plutôt comme une approche complémentaire qui ne considère que le coté informationnel). La cybernétique du second ordre perd au passage des principes comme celui de boite noire ou le fait d'envisager tout échange comme information, et glisse progressivement de la science de l'information originel à une science des systèmes.

Cette conception de la cybernétique se place en précurseur de la systémique (dont on place plutôt l'origine directe avec la General System Theory de Ludwig von Bertalanffy), et comme une composante importante de l'épistémologie constructiviste.

Principe général et applications

On voit alors des tentatives de définition unifiant ces différentes approches :

La cybernétique se situe comme une approche indépendante de la nature des éléments qu'elle étudie (Ross Ashby). Elle a pour objet principal l'étude des interactions entre "systèmes gouvernants" (ou systèmes de contrôle) et "systèmes gouvernés" (ou systèmes opérationnels), régis par des processus de feed-back ou rétroaction. D'où le terme "cybernétique" qui provient du mot grec "kubernesis", et qui signifie au sens figuré l'action de diriger, de gouverner. (Utilisé déjà par Ampère dans le sens de la "science du gouvernement"). La cybernétique peut être définie comme la science des systèmes autorégulés. Elle ne s'intéresse pas aux composantes, mais à leurs interactions, seul est pris en compte leur comportement global.

Le cas des sciences sociales

Une branche de l'école de pensée cybernétique, que l'on peut lier à l'école de Palo-Alto, s'est formée principalement sous l'impulsion de Gregory Bateson. Ce dernier organisait des conférences en parallèle des conférences de Macy pour faire passer ce courant de pensée dans les sciences sociales, de l'anthropologie à la psychanalyse. C'est une référence en matière de thérapie familiale par exemple, et beaucoup de définitions actuelles de la cybernétique y sont rattachées.

La cybernétique a mis en évidence que n'importe quel organisme est constitué d'un ensemble plus ou moins grand d'organes, appartenant à un nombre très limité de types (fonctions élémentaires) combinés en un certain ordre pouvant être traduit par des règles d'"assemblage" ou de "disjonction".

Une organisation (ou "organisme" de nature quelconque) est, le plus souvent, décrite en termes de structure (ce qu’elle est) et parfois comme une fonction (ce qu’elle fait), mais rarement en termes de correspondance (évolution adaptative).

La description d'une organisation en termes de correspondance, d'adaptation et d'adéquation aux conditions du contexte et de l'environnement, révèle l'"explication cybernétique" qui, dans la terminologie de Bateson ^[9], est d'un type logique différent de celui de l'explication causale : il ne s'agit plus de savoir "pourquoi quelque chose s'est produit" mais de savoir quelles contraintes ont fait que "n'importe quoi ne se soit pas produit". L'un des membres du mouvement cybernétique, Bateson, fait une description de la démarche cybernétique :

"  […] En termes cybernétiques, on dit que le cours des événements est soumis à des restrictions, et on suppose que, celles-ci mises à part, les voies du changement n'obéiraient qu'au seul principe de l'égalité des probabilités. En fait, les "restrictions" sur lesquelles se fonde l'explication cybernétique peuvent être considérées, dans tous les cas, comme autant de facteurs qui déterminent l'inégalité des probabilités... Idéalement — et c'est bien ce qui se passe dans la plupart des cas — dans toute séquence ou ensemble de séquences, l'événement qui se produit est uniquement déterminé en termes d'une explication cybernétique. Un grand nombre de restrictions différentes peuvent se combiner pour aboutir à cette détermination unique. Dans le cas du puzzle, par exemple, le choix d'une pièce pour combler un vide est "restreint" par de nombreux facteurs : sa forme doit être adaptée à celle des pièces voisines et, en certains cas, également à celle des frontières du puzzle ; sa couleur doit correspondre à celles des morceaux environnants... Du point de vue de celui qui essaie de résoudre le puzzle, ce sont là des indices, autrement dit des sources d'information qui le guideront dans son choix. Du point de vue de la cybernétique, il s'agit de restrictions. De même, pour la cybernétique, un mot dans une phrase, une lettre à l'intérieur d'un mot, l'anatomie d'un quelconque élément d'un organisme, le rôle d'une espèce dans un écosystème, ou encore le comportement d'un individu dans sa famille, tout cela est à expliquer (négativement) par l'analyse des restrictions^[10].  " 

La description d'une organisation n'est donc adéquate que si l'on inclut une description des contraintes exercées par le contexte et l'environnement sur ses possibilités d'action (comportement, fonction et processus), d'agencement (structure) et de devenir (évolution). Il est de même du comportement conçu comme un "construit organisé d'activités", de la cellule jusqu'à la machine et aux institutions, en passant par l'animal et l'homme, la Société.

• Dans l'explication causale, dite "positive" (où, par exemple, une boule de billard "B" se déplace parce qu'elle est heurtée par une boule "A" sous tel ou tel angle et à telle vitesse), la trajectoire ou le comportement de la boule "B" est considéré entièrement prédictible à partir des conditions initiales.
• Dans l'explication cybernétique, dite "négative", l'examen des restrictions ou contraintes du système montre que n'importe quoi ne peut se produire et que seule une "réponse appropriée" à ces contraintes peut survivre, se développer et se reproduire. À partir de l'explication cybernétique se déploient les principes de l'équifinalité et de multifinalité qui sont très loin du précepte "déterministe" ou peut-être plus exactement "causaliste" de René Descartes de la relation directe linéaire (proportionnalité de l'effet à la cause et antécédence : la cause précède l'effet). Le comportement d’une fourmi devient intelligible en regard des contraintes topographiques du parcours et des contraintes du ravitaillement à rapporter dans un processus stochastique du hasard des rencontres et de la nécessité de ramener la nourriture.

L' "équifinalité", formulée par Ludwig von Bertalanffy, désigne un même état final qui peut être atteint à partir de différents états initiaux, à travers différentes voies et avec différents moyens. En d'autres termes, des mêmes effets peuvent avoir des causes différentes. C’est une sorte de suite convergente. (Ludwig von Bertalanffy, 1968, p. 132, "General System Theory. Foundations, Development, Applications.", George Braziller, New York.).

La "multifinalité" dans la théorie des contextes d’Anthony Wilden, en termes de causes et d'effets, énonce que des mêmes causes peuvent produire des effets différents en une sorte de suite divergente.

On peut, alors, résoudre l'énigme d'un singe qui manipule au hasard les touches d'un clavier d'ordinateur et qui écrit un texte digne d'un grand auteur.

La cybernétique comme moyen de contrôle

Le mot cybernétique est souvent utilisé en laissant de côté le principe scientifique d'accès à la connaissance, et il est confondu avec ce qu'il étudie : le moyen de contrôle.

Cette science (ou ce mouvement scientifique) en fonction de ses domaines d'applications peut être définie comme un moyen de rendre une action plus efficace (comme le fait Louis Couffignal).

Il existe des méthodes d'application aux systèmes sociaux, qui se sont surtout développées dans les pays anglo-saxons. Parmi les théoriciens on peut citer Karl E. Weick ou Peter Checkland.

Il y a parfois aussi un sous-entendu de contrôle de la personne humaine au sens de manipulation, et parfois même le sous-entendu d'utilisation par l'État pour la manipulation des masses. C'est donc également un terme polémique qui sous cet angle n'a plus grand chose à voir avec son origine scientifique. On peut supposer que le titre de l'ouvrage de Norbert Wiener de 1950 Cybernetics and Society, The Human Use of Human Beings (cybernétique et société, l'usage humain de l'être humain) n'est pas étranger à cette vision.

Epistémologie

Cadres théoriques antérieurs

• Fille du structuralisme, la pénétration de la pensée atomiste dans le domaine des sciences va contribuer aux progrès de schématisation (réduction) de la diversité du monde à la combinatoire d'éléments simples, plus faciles à appréhender par les systèmes informatiques.
• La cybernétique est aussi une suite de la phénoménologie, dans ce sens qu'elle ausculte les phénomènes pour en saisir l'autonomie et la particularité, notamment par la forme pour ensuite passer à un autre type d'analyse : modélisation, mécanique, ...

Développements ultérieurs et champs d'influence

Ne sont cités ici que les développements directement consécutifs au mouvement cybernétique :

• Intelligence artificielle - web : internet
• Systémique
• Épistémologie constructiviste (comme courant de l'épistémologie)
• Sciences humaines : psychologie, psychanalyse, management
• Ingénierie
• Histoire du cerveau

concepts cybernétiques

• Homéostasie
• Autorégulation

Histoire du mouvement cybernétique

Le mouvement cybernétique connut deux phases :

• La première cybernétique s'établit entre 1942 et 1953 dans le cadre des conférences organisées par la Fondation Macy. C'est la phase d'émergence d'une nouvelle méthode d'analyse des phénomènes.
• Une deuxième cybernétique lui succéda, menée par Heinz von Foerster, pour mettre à l'épreuve cette méthode et dans une perspective de recherche d'applications dans le champ des sciences.

Portés par les participants du mouvement cybernétique, devenus pour la plupart des auteurs majeurs dans leur discipline, les concepts de la cybernétique se diffusèrent rapidement. La cybernétique marque le moment d'une rupture épistémologique majeure qui a profondément influencé tous les domaines de la science et ses retombées sont innombrables.

Dans la pratique, le champ proposé par la cybernétique était bien trop étendu pour rentrer dans le cadre d’une seule discipline. La cybernétique ne deviendra pas un domaine scientifique à part entière et le mouvement disparaîtra, pour se muer finalement en "systémique" :

• théorie des systèmes ou systémique,
• théorie des asservissements optimaux automatique

Le premier mouvement cybernétique

Les différentes bases de la cybernétique reposent sur un rapprochement des conceptions théorique des mécanismes de l'information, et de leur étude dans le milieux naturel et en particulier dans le système nerveux.

La mise en place de la cybernétique s'articule dans un premier temps autour des conférences Macy. Les prémices directs furent des publication de 1943 : "Behavior, Purpose and Teleology", de Arturo Rosenblueth, Norbert Wiener, et Julian Bigelow; et "A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity" de Warren McCulloch et Walter Pitts.

La formalisation des principes de la cybernétique a été établie par Wiener, McCulloch, et d'autres comme William Ross Ashby and William Grey Walter. Ce dernier fut le premier à construire une machine autonome pour étudier les comportements animaux.

Parallèlement à ces avancées anglo-saxonnes, un important pôle de développement s'est situé en France (où le livre de Wiener a été publié en premier). Dès 1938, la thèse de Louis Couffignal L'analyse mécanique, application aux machines à calculer et à la mécanique céleste, et plus tard son étude des systèmes nerveux avec Louis Lapicque, dénotent un développement en parallèle des principes de la future cybernétique.

Le principal lien est fait en 1947 ; Wiener était invité a un congrès d'analyse harmonique à Nancy, organisé par Szolem Mandelbrojt, l'oncle du célèbre mathématicien Benoît Mandelbrot. C'est pendant ce séjour qu'on lui proposa d'écrire une caractérisation unifiée de cette partie des mathématiques appliquées. Il décida à son retour d'introduire le néologisme Cybernétique dans sa théorisation scientifique, qui devient le point central du Ratio Club (en:Ratio Club).

Wiener popularisa ensuite les implications sociales de la cybernétique, en figurant l'analogie entre les systèmes automatique et les institutions humaines dans son best-seller : Cybernetics and Society (Cybernétique et société) sous-titré The Human Use of Human Beings (l'usage humain de l'être humain).

Le deuxième mouvement cybernétique

Une campagne d'élargissement de cette logique scientifique pour les autres sciences sera menée par Heinz von Foerster, à partir de 1958 pour au moins 20 ans.