Le Japon est une référence mondiale en matière de jeu vidéo. Nintendo, Sony, Sega… autant d’entreprises qui ont marqué la culture populaire contemporaine. Cette industrie, Fanny Barnabé la connaît bien. Chargée de cours à la Faculté Économie Management Communication sciencesPo (EMCP) et chercheuse à l’Institut de recherche CRIDS/NaDI, elle est spécialisée en game studies, un champ de recherche consacré à l’étude des jeux. Après une thèse de doctorat dédiée au détournement vidéoludique dans l’univers fictionnel de Pokémon, défendue en 2017, elle a réalisé un séjour postdoctoral d’un an au Ritsumeikan Center For Game Studies (Ritsumeikan University, à Kyoto), le plus grand centre de recherche sur le jeu vidéo de l’archipel. Reconnu à l’international, celui-ci a notamment la chance d’accueillir un fonds d’archives exceptionnel et inédit, qu’il doit à une donation du géant Nintendo.

Plusieurs années et travaux de recherche plus tard, Fanny Barnabé s’est rendue une nouvelle fois au Japon à la fin du mois de mai, à l’occasion d’une mission académique. Objectif : présenter les derniers travaux menés à l’UNamur, notamment en ludopédagogie ou « serious game » et, elle l’espère, jeter les bases de nouveaux partenariats et échanges étudiants.

La Faculté d’informatique entretient des liens de longue date avec le National Institute of Informatics (NII), un institut de recherche internationalement reconnu situé en plein cœur de Tokyo. Chaque année, des étudiants de Master et des doctorants de la faculté y sont accueillis pour une période de quatre à six mois afin d’y effectuer un stage et de mener à bien des projets de recherche, via un accord de collaboration spécifique (Memorandum Of Understanding agreement, ou MOU). Une expérience très appréciée par les étudiants et les doctorants, tant sur le plan scientifique qu’humain. 

Gilles Perrouin, chercheur et président de la Commission de la recherche de la Faculté d’informatique, accompagne ces étudiants dans la présentation de leur sujet de recherche, souvent axé dans les domaines du génie logiciel, de l’intelligence artificielle (IA) ou, plus récemment, de l’IA verte. « Ce sont des domaines de recherche qui évoluent très vite », précise Gilles Perrouin. « Il existe beaucoup de débats actuellement autour de la consommation énergétique de l’IA. C’est un peu un oxymore de dire qu’on peut faire de l’IA verte. Mais on y travaille via l’exploration de techniques plus malignes lors de la recherche de solutions prometteuses afin d’éviter le recours à l’entraînement systématique du réseau de neurones, très coûteux en énergie », explique le chercheur. La collaboration a donné lieu à l’exploration d’autres domaines de l’IA, tels que la reconnaissance de la langue des signes (professeur Benoît Frénay), en plus des sujets en méthodes formelles et génie logiciel (professeurs Pierre-Yves Schobbens et Xavier Devroey). 

Au sein du Département de mathématique, Alexandre Mauroy, professeur et chercheur au Namur Institute for Complex Systems (naXys), travaille avec son collaborateur de longue date et ami Yoshihiko Susuki de la prestigieuse Université de Kyoto sur un projet co-financé par le F.N.R.S et le JSPS (Japon) visant à étudier les systèmes dynamiques. « Il s’agit de phénomènes dits “non-linéaires” qui ne respectent pas les règles de la proportionnalité. Les équations sont donc très difficiles, voire impossibles à résoudre en pratique », explique Alexandre Mauroy. « Pour contourner ce problème, on mobilise des techniques comme la théorie des opérateurs, que l’on étudie dans le cadre de ce projet. » Celui-ci a l’avantage de combiner les aspects théoriques et applications pratiques, notamment dans le domaine des réseaux de distribution électrique. « Ce sont des systèmes complexes, avec des dynamiques lentes et rapides. Un cas intéressant pour lequel les outils mathématiques doivent être adaptés. », poursuit Alexandre Mauroy. Ce premier partenariat positif a déjà permis des séjours de recherche entre les deux pays et promet de nouvelles collaborations dans le futur.

Dans un domaine voisin, Riccardo Muolo effectue depuis 2023 un postdoctorat à l'Institute of Science Tokyo, après avoir mené une thèse de doctorat à l’UNamur sous la supervision du professeur Timoteo Carletti. Dans la lignée des connaissances acquises lors de son doctorat sur la dynamique des réseaux, Riccardo Muolo s'intéresse aujourd’hui à la théorie de la synchronisation des réseaux, un modèle mathématique permettant de comprendre des systèmes très variés : des lucioles aux réseaux électriques en passant par le fonctionnement du cerveau humain : « Par exemple, dans le cerveau, une synchronisation anormale des réseaux neuronaux est associée à des pathologies comme l’épilepsie ou Parkinson. La récente faillite du réseau électrique en Espagne peut également s'analyser au travers de cette théorie », détaille le chercheur. 

Les étudiants qui ont soif d’effectuer une partie de leur cursus au Japon ont la possibilité de le faire au moyen de différents accords que l’UNamur a conclus avec des établissements de l’Archipel. C’est le cas avec le National Institute of Informatics (NII), mais aussi avec la Soka University et la Sophia University (Chiyoda), avec lesquelles l’UNamur a signé des accords cadres. 

L’étude sur les systèmes complexes publiée dans Physical Reviews Letters soutient une tendance croissante qui se concentre davantage sur l'analyse du comportement collectif d'un système plutôt que sur la découverte des mécanismes d'interaction sous-jacents.

Lorsqu'on observe une volée d'étourneaux tourbillonnant dans le ciel en parfaite coordination - un phénomène connu sous le nom de murmuration - on assiste à l'interaction élégante d'actions individuelles créant un comportement collectif. En essayant de comprendre ces motifs fascinants, les chercheurs peuvent isoler des règles simples basées sur le champ de vision d'un oiseau individuel et la distance qui le sépare de ses voisins, mais il faut toujours se demander si le modèle capture réellement les processus à l'origine des interactions entre les oiseaux (Fig. 1). 

Il s'agit d'un problème général dans la recherche sur les systèmes complexes, qui revient à distinguer les mécanismes (les règles régissant les interactions) des comportements (les modèles observables qui émergent).

Les réseaux représentatifs d'individus en interaction, ou nœuds, constituent un bon moyen d'étudier les mécanismes par rapport aux comportements. Jusqu’à présent, les chercheurs se sont concentrés sur les interactions par paire, mais de nombreux systèmes comprennent également des interactions d'ordre supérieur entre plusieurs nœuds. L'impact de ces mécanismes d'ordre supérieur sur les comportements n'a pas été clairement établi. Thomas Robiglio, de l'Université d'Europe centrale de Vienne, et ses collègues, dont Maxime Lucas (CR FNRS – UNamur) ont abordé cette question.  Ils ont considéré des réseaux avec des interactions d'ordre supérieur et évalué les comportements qui en résultent en termes de dépendances statistiques entre les valeurs des nœuds. 

Les chercheurs ont identifié des signatures comportementales d'ordre supérieur qui, contrairement à leurs équivalents par paire, révèlent la présence de mécanismes d'ordre supérieur. Leurs conclusions ouvrent de nouvelles voies pour distinguer les mécanismes et les comportements lors de l'étude de systèmes complexes - une distinction qui est cruciale pour l’étude de l'inférence dans la science des réseaux, les neurosciences, les sciences sociales et au-delà.

Cette étude fait aussi l’objet d’un article "Featured in Physics" et "Editor's suggestion", et d'un article « commentaire » à la demande du journal, disponible sur leur site internet en anglais en version intégrale.

L’étude, intitulée « Topology shapes dynamics of higher-order networks » propose un cadre théorique spécialement conçu pour comprendre les réseaux complexes d’ordre supérieur où plusieurs agents interagissent au même temps et donc qui généralisent les réseaux avec leurs interactions en couples. Plus précisément, l’étude montre la manière dont la topologie façonne la dynamique, la manière dont la dynamique apprend la topologie et de la manière dont la topologie évolue de manière dynamique.

L’objectif de ce travail est d’initier les physiciens, les mathématiciens, les informaticiens et les chercheurs en science des réseaux à ce domaine de recherche émergeant, ainsi que de définir les futurs défis de la recherche où la topologie discrète et la dynamique non linéaire se mélangent.

Avec les des données en leur possession, les chercheurs montrent que des systèmes complexes réels tels que le cerveau, les réactions chimiques et les réseaux neuronaux peuvent être facilement modélisés comme des réseaux d’ordre supérieur, caractérisés par des connexions multi-corps indiquant le fait que plusieurs éléments du système interagissent simultanément.

Cette équipe internationale est convaincue que la visibilité de leur travail au travers de cette publication dans Nature Physics permettra d’ouvrir la porte à des nouvelles collaborations avec d’autres disciplines qui s’appuient sur l’analyse des réseaux pour étudier des systèmes complexes réels.

Bravo à l’équipe pour cette publication !

Après une maîtrise en physique (université de Florence, juin 1995), Timoteo Carletti a poursuivi ses études doctorales à Florence (Italie) et à Paris (France) à l'IMCCE, et a finalement soutenu sa thèse de doctorat en mathématiques en février 2000. 

Il s’installe en Belgique en 2005, et est engagé à l'Université de Namur comme chargé de cours, puis comme professeur (2008), et enfin comme professeur titulaire (2011) au Département de mathématique de la Faculté des sciences.  En 2010, il a fait partie des créateurs du Namur Center for Complex Systems (devenu l’Institut Namur Institute for Complex Systems – naXys) dont il a assumé la direction jusqu'en décembre 2014.

Cet article est tiré de la rubrique "Impact" du magazine Omalius de décembre 2024.

Dans la nuit du 31 janvier 1953, la mer du Nord est soudainement montée de près de quatre mètres, submergeant une partie des Pays-Bas et de la Belgique. La catastrophe a causé la mort de plus de 2 500 personnes, ainsi que des dégâts considérables. Selon Anna Kiriliouk, chargée de cours en statistiques au Département de mathématique et à la Faculté EMCP de l'UNamur, cet événement exceptionnel a véritablement marqué « le début du développement de la théorie des valeurs extrêmes, avec le développement du premier projet de construction en valeurs extrêmes ». 

Le plan Delta, c'est son nom, est un système de digues qui protège les Pays-Bas contre le risque de submersion, avec un débordement de ces digues une fois tous les 10 000 ans. Un danger rare, certes, mais non nul, qui « n'aurait pas pu être calculé grâce aux statistiques classiques, très mal adaptées aux événements rares », estime la mathématicienne. 

Or, alors que le changement climatique est souvent évoqué en termes de moyenne, comme l'augmentation des températures et du niveau de la mer, il a aussi pour conséquence d'augmenter la fréquence des événements climatiques extrêmes, avec des répercussions importantes sur nos sociétés. « En d'autres termes, le risque augmente en même temps que la concentration de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère », résume la chercheuse. « Ainsi, une inondation calculée en 1953 pour n'arriver que tous les 10 000 ans n'a pas la même signification qu'aujourd'hui. Cette dernière pourrait arriver plus fréquemment, par exemple tous les 1 000 ans ». 

Si les événements climatiques extrêmes sont en augmentation, il est difficile dans la pratique d'attribuer telle inondation ou telle sécheresse au changement climatique. Dans cette optique, Anna Kiriliouk vient d'obtenir un projet de recherche interdisciplinaire, dénommé EXALT, en collaboration avec l'UCLouvain. « Il implique à la fois des climatologues et des statisticiens », dévoile-t-elle.

En pratique, le projet EXALT va donc calculer les probabilités de survenue d'un événement extrême et comparer cette probabilité avec celle d'une même situation dans un monde où les émissions de GES n'auraient pas augmenté. « Évidemment, nous n'avons pas de données réelles provenant d'un tel monde », indique Anna Kiriliouk. « Nous nous basons donc sur les simulations climatiques alternatives, dont nous allons par ailleurs comparer la qualité, avec un focus sur les événements extrêmes ». 

Réparti en trois groupes de travail, le projet EXALT cherchera notamment à déterminer le rôle du changement climatique dans la survenue d'inondations, ainsi que de vagues de chaleur et de sécheresse en Europe. Et ce, de la façon la plus réaliste possible : « L'une des choses que l'on souhaite intégrer dans les modèles climatiques concerne la dépendance entre les données », explique Anna Kiriliouk. « Par exemple, si une vague de chaleur frappe Namur, il y a de fortes chances que les mêmes températures affectent Louvain-La-Neuve. On dit dès lors qu'il y a une forte dépendance spatiale entre ces deux données. Cependant, cette dépendance n'est sans doute pas du tout valable pour la pluie, qui est beaucoup plus hétérogène. En prenant en compte toutes ces variables, spatiales, mais aussi temporelles, nous espérons améliorer les modèles existants ». 

Un troisième groupe de travail étudiera des zones beaucoup plus lointaines, situées en Antarctique. « Jusqu'en 2016, l'étendue de la banquise antarctique augmentait, avant de brutalement diminuer », éclaire la chercheuse. « Or, selon les modèles, cet événement était jugé quasiment impossible. Mais avec l'un des partenaires de EXALT, nous avons commencé à analyser l'évolution de l'étendue de la banquise avec la théorie des valeurs extrêmes. Avec cette dernière, cette chute subite n'était plus si improbable. Cela nous a confortés dans notre approche, ce qui est d'autant plus important alors que l'état de la banquise influence très fortement d'autres variables climatiques ». 

Cette interaction entre plusieurs processus climatiques fait d'ailleurs l'objet d'un deuxième projet tout juste obtenu par Anna Kiriliouk et financé par un Mandat d'Impulsion Scientifique du FNRS. « L’objectif est de permettre d'étudier ce qu'on nomme les événements composés », explique la chercheuse. « Lors des situations climatiques extrêmes, on associe habituellement des valeurs très hautes ou basses simultanément, comme un manque de pluie et une température élevée, ce qui aboutit à une sécheresse intense. Mais dans le cas des phénomènes composés, on constate que la combinaison de plusieurs variables, pourtant dans un état modéré, aboutit à un événement grave et inhabituel ». 

Ainsi, en 2017, l'ouragan Sandy qui a frappé les côtes américaines est considéré comme un événement composé. Alors que les ouragans de l'Atlantique Nord se dissipent habituellement en plein océan, ce dernier a coïncidé avec des vents en direction des côtes et une marée haute, conduisant à des inondations massives de New York et ses environs.  

« Dans ce projet, nous allons donc tenter d'inclure plus de souplesse entre les différentes variables, en introduisant différents degrés de dépendance », développe la mathématicienne. « Nous allons aussi tenter, dans un deuxième temps, de regrouper les dépendances entre elles, afin d'alléger les modèles qui deviennent de plus en plus complexes au fur et à mesure qu'on y ajoute des nuances. Et une fois ces modèles modifiés, nous allons les appliquer à des événements récents afin de tester leur réalisme ».