Flocking Birds

Comment les oiseaux créent-ils des mouvements coordonnés sans chef ?

Avez-vous déjà levé les yeux et observé une volée d’oiseaux parcourir le ciel à l’unisson, se tordant, tournant, changeant de direction comme s’ils formaient un seul organisme ? Personne ne semble être aux commandes, et pourtant le groupe se déplace à l’unisson, comme s’il partageait un esprit commun.

Alors, comment font-ils ?

Dans cet article, nous explorerons comment des mouvements de groupe coordonnés – comme des volées d’oiseaux, des bancs de poissons ou même des foules humaines – peuvent émerger de quelques règles extrêmement simples suivies par chaque individu. Vous pourrez également jouer avec une simulation qui vous permettra de contrôler directement ces règles et d’observer ce qui se passe lorsque vous ajustez les interactions individuelles.

Bien que les volées d’oiseaux se comportent selon des schémas élégants et coordonnés, chaque oiseau prend des décisions en fonction de son environnement immédiat. Il n’y a pas de contrôle central, pas de chef qui donne des ordres. Chaque oiseau réagit à ses voisins proches en utilisant seulement trois instincts fondamentaux. Dans notre modèle, nous supposons que chaque oiseau suit ces trois règles simples :

• Séparation : Ne vous encombrez pas de vos voisins ; maintenez une distance confortable.
• Alignement : Dirigez-vous dans la même direction que vos voisins.
• Cohésion : Essayez de vous rapprocher de la position moyenne de vos voisins.

Chacune de ces règles est basée sur des informations locales. Un oiseau n’a pas besoin de voir l’ensemble du groupe ; il réagit seulement à quelques oiseaux à proximité, généralement dans un rayon limité.

Cliquez sur « Configuration » pour initialiser la simulation, puis sur « lancer » pour la lancer. Vous verrez plusieurs oiseaux (représentés par de simples triangles ou points) dispersés sur l’écran. Ils commenceront à se déplacer, chacun ajustant sa direction en fonction des activités des oiseaux à proximité.

Au premier abord, le mouvement peut paraître chaotique : un flou de mouvements et des virages aléatoires. Mais en quelques secondes, une structure commence à se former. Les oiseaux s’alignent, forment des groupes et se rassemblent comme une rivière en mouvement. Il s’agit d’un exemple classique d’émergence : la structure globale du groupe résulte des interactions locales répétées entre des agents individuels. Chaque oiseau suit les mêmes règles et ignore la situation générale. Mais ensemble, ils produisent un comportement de groupe cohérent et adaptatif.

Pour mieux comprendre comment ce comportement de groupe émerge, essayez d’ajuster les curseurs de la simulation. Vous pouvez modifier le comportement de chaque oiseau à l’aide des curseurs qui contrôlent l’intensité des différents paramètres.

• Commencez par définir le nombre d’oiseaux à l’aide du curseur « population ». Après avoir cliqué sur « configuration », appuyez sur « démarrer » pour les laisser voler. Observez maintenant le comportement du groupe.
• Un curseur « vision » détermine la distance à laquelle chaque oiseau peut « voir » autour de lui ; il définit le rayon de sa perception. L’oiseau ne réagit qu’aux autres oiseaux se trouvant dans cette zone circulaire.
• Le paramètre « separation-minimum » contrôle la distance minimale que les oiseaux tentent de maintenir entre eux et leurs voisins. Cela affecte directement le comportement de séparation en définissant le fonctionnement de l’« espace personnel » dans la simulation.

Vous verrez trois curseurs : « virage-alignement-maximal », « virage-coherence-maximal » et « virage-separation-maximal ». Chacun contrôle l’angle maximal qu’un oiseau peut tourner en réponse à cette règle :

• Si « virage-alignement-maximal » est élevé, les oiseaux suivront plus étroitement la direction de leurs voisins.
• Si « virage-coherence-maximal » est augmenté, les oiseaux ajusteront fortement leur trajectoire pour rester près du groupe.
• Si « virage-separation-maximal » est élevé, les oiseaux s’éloigneront rapidement des oiseaux qui s’approchent trop près.

Essayez de réduire la séparation : les oiseaux se regrouperont trop près, parfois en collision ou trop serrés. Essayez d’augmenter la cohésion : les oiseaux se lient davantage, mais peuvent perdre en souplesse. Essayez de régler l’alignement trop haut : le groupe risque de se figer dans des motifs rigides, comme une fanfare. Maintenant, désactivez complètement une règle, par exemple, la cohésion. Que se passe-t-il ? Le groupe perd sa structure. Vous constaterez rapidement que le groupement n’apparaît que lorsque les trois règles sont correctement équilibrées. Chaque règle prise séparément entraîne un mouvement non structuré ou artificiel. C’est l’interaction entre elles qui crée un mouvement réaliste.

Ce que vous voyez n’est pas seulement une animation amusante. Il reflète un phénomène réel présent dans de nombreux systèmes naturels et qui a inspiré l’ingénierie et le design de manières surprenantes. Les modèles de type « flocking » sont utilisés dans :

• L’infographie pour le cinéma et les jeux vidéo (pour simuler des foules, des troupeaux ou des créatures volantes) ;
• La robotique, où des groupes de drones doivent se coordonner sans contrôle centralisé ;
• Les véhicules autonomes, pour éviter les collisions tout en maintenant la fluidité du trafic ;
• La dynamique des foules, pour modéliser la circulation urbaine ou urbaine en cas d’urgence.

De manière similaire, mais plus structurée et plus complexe, on peut également représenter les célèbres formations en V observées chez les oiseaux migrateurs comme les oies. Ces formations ne sont pas seulement esthétiques, elles sont aussi efficaces. Les oiseaux en formation en V tirent parti des effets aérodynamiques : chaque oiseau bénéficie du courant ascendant créé par l’extrémité des ailes de l’oiseau qui le précède.

Et si vous souhaitez aller plus loin, voici une vidéo passionnante sur un sujet très proche, proposée par l’excellente chaîne YouTube fouloscopie, qui explore de manière ludique et scientifique les mouvements collectifs :