[Research internship] Statistical Physics of assemblies of intelligent entities

Proposition de stage de recherche en laboratoire public (CNRS / Univ. Lyon 1), pour un niveau Master.

Contexte.

Depuis plusieurs décennies, tout un pan de la physique statistique aspire à décrire des phénomènes émergents, non plus dans les systèmes atomiques ou moléculaires, mais dans des assemblées actives, dont les constituants sont des bactéries, des poissons, des oiseaux ou encore des humains. Cette approche a connu des succès frappants [1].

Pourtant, l’approche conventionnelle pour modéliser des entités autonomes ’intelligentes’ est une approche de type économique, dans laquelle chaque agent cherche à maximiser sa propre utilité; elle conduit à un cadre de théorie des jeux dans le cas où les comportements des agents sont interdépendants. Or, le comportement collectif prédit dans ce cadre (avec des entités autonomes) peut différer de manière saisissante de celui attendu en physique statistique, lorsque les interactions dérivent d’un potentiel global [2]. Dans le même ordre d’idées, les implications de certaines ’singularités’ présentes dans les assemblées ci-dessus, comme l’anisotropie de la perception ou encore la capacité d’anticipation, ont déjà été soulignées [3-4].

Mais comment ces ’singularités’ (autonomie des entités, perception, capacité d’anticipation, ...) émergent-elles dans un système qui, microscopiquement, est de nature physique ? Quelle observable introduire pour établir en pratique leur présence ou leur absence dans une assemblée donnée ?

Objectifs du stage.

Le stage aspire à apporter des éléments de réponse à ces grandes questions. Pour ce faire, on s’intéressera à des systèmes-jouets, minimalistes, pour éclairer le passage d’un système mécanique, à l’échelle élémentaire, à une assemblée d’entités apparemment autonomes et ’intelligentes’. Plus précisément, en partant d’un système initial régi par la mécanique lagrangienne, on cherchera sous quelles conditions (intuitivement compréhensibles) on observe l’émergence d’agents apparemment autonomes, dont le comportement entre dans le cadre de la théorie des jeux.

PROFIL

Le candidat idéal (H/F) a un solide bagage en physique statistique et une appétence pour les problèmes exploratoires et conceptuels; des compétences en programmation numérique seront appréciées. Il ou elle sera basé(e) à l’Institut Lumière Matière à Villeurbanne, près de Lyon.

Références

[1] MARCHETTI, M. Cristina, JOANNY, Jean-François, RAMASWAMY, Sriram, et al. Hydrodynamics of soft active matter. Reviews of modern physics, 2013, vol. 85, no 3, p. 1143-1189.

[2] GRAUWIN, Sébastian, BERTIN, Eric, LEMOY, Rémi, et al. Competition between collective and individual dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009, vol. 106, no 49, p. 20622-20626.

[3] LAVERGNE, François A., WENDEHENNE, Hugo, BÄUERLE, Tobias, et al. Group formation and cohesion of active particles with visual perception–dependent motility. Science, 2019, vol. 364, no 6435, p. 70-74.

[4] RAULIN–FOISSAC, Alexis et NICOLAS, Alexandre. The highs and lows of short-term anticipation in models for pedestrian dynamics: From groping to probing the imminent future. In : EPJ Web of Conferences. EDP Sciences, 2025. p. 04023.