Régulation des systèmes

Parmi les processus qui se déroulent au sein d’un système, certains jouent un rôle particulier : ils modulent d’autres processus ou certaines variables de manière à maintenir, restaurer ou ajuster certaines conditions de l’organisation. Ce sont les processus de régulation. La régulation joue un rôle essentiel dans de nombreux systèmes capables de maintenir certaines conditions malgré les perturbations, les variations internes ou les changements de leur environnement.

La régulation : première approche

Avant d’en examiner les mécanismes, il convient de préciser ce que vise la régulation. Elle ne consiste pas nécessairement à maintenir le système dans un état fixe, ni à assurer directement sa « santé » au sens global. Elle agit plus précisément sur certaines variables, relations ou conditions dont les variations doivent rester compatibles avec la continuité de l’organisation.

La régulation contribue ainsi au maintien du système en limitant certains écarts, en compensant certaines perturbations ou en ajustant certaines activités. En préservant les conditions nécessaires à sa continuité, elle peut contribuer à sa persistance et, plus largement, à sa viabilité. Robustesse, résilience ou santé du système constituent toutefois des propriétés plus globales, qui ne se réduisent pas à la seule régulation.

Une définition

La régulation désigne l’ensemble des processus par lesquels certaines variables, activités ou relations d’un système sont maintenues, restaurées ou ajustées en fonction des variations qui les affectent. Elle intervient lorsqu’un écart, une perturbation ou une modification de l’environnement appelle une réponse susceptible de préserver certaines conditions de l’organisation.

Régulation et environnement

Les processus de régulation ne s’exercent pas indépendamment du contexte dans lequel le système est situé. De nombreuses variations auxquelles ils répondent proviennent de l’environnement, et certaines informations nécessaires à l’ajustement du système sont produites par les interactions qu’il entretient avec celui-ci.

La thermorégulation d’un organisme dépend ainsi notamment de la température ambiante ; la régulation d’une organisation humaine peut intégrer des informations économiques, sociales ou institutionnelles provenant de son environnement. Une perturbation extérieure n’est donc pas seulement un événement auquel le système est soumis : elle peut également constituer un signal susceptible de modifier certains de ses processus internes.

La régulation participe ainsi au couplage entre le système et son environnement. Elle permet à certaines activités internes d’être ajustées en fonction de variations externes, sans que cette relation se réduise à une simple opposition entre un intérieur autonome et un extérieur perturbateur. La question plus générale des frontières du système et de ses relations avec son environnement sera toutefois examinée ultérieurement.

De la régulation à la méta-régulation

Les processus de régulation peuvent présenter différents degrés de complexité. Dans leur forme la plus simple, ils agissent directement sur une variable ou une activité afin de réduire un écart ou de maintenir certaines conditions. On peut parler ici de régulation de premier ordre.

Dans certains systèmes, les mécanismes de régulation peuvent eux-mêmes être modifiés. Le système n’ajuste alors plus seulement une variable, mais aussi les règles, seuils ou paramètres selon lesquels cette variable est régulée. On parle de méta-régulation, ou régulation de second ordre.

Dans des systèmes encore plus complexes, notamment lorsqu’interviennent apprentissage, autonomie ou cognition, ce sont parfois les priorités ou les finalités qui orientent la régulation qui peuvent être révisées. Ce niveau dépasse la simple correction d’un écart : il concerne la transformation des critères mêmes à partir desquels le système ajuste son activité.

Ces distinctions ne constituent pas nécessairement des niveaux universels présents dans tout système ; elles décrivent plutôt des degrés croissants de réflexivité dans les mécanismes de régulation.

Réguler n’est pas toujours optimiser

La régulation ne consiste pas nécessairement à maximiser l’efficacité immédiate du système. Certains mécanismes régulateurs peuvent au contraire maintenir des marges, des réserves ou des redondances qui paraissent sous-optimales lorsqu’on ne considère qu’un seul critère de performance.

Un organisme conserve par exemple des réserves énergétiques ; un réseau technique peut disposer de capacités excédentaires ; une organisation peut maintenir des ressources inutilisées en situation normale afin de pouvoir répondre à des variations ou à des perturbations. Ces marges peuvent réduire l’efficacité apparente à court terme, tout en contribuant à préserver certaines conditions nécessaires à la continuité du système.

La distinction entre efficacité, robustesse, résilience et viabilité dépasse cependant la seule question de la régulation. Ces propriétés concernent l’évaluation globale de la capacité d’un système à se maintenir, à faire face aux perturbations et à poursuivre son activité dans le temps ; elles seront donc examinées plus précisément lorsque nous aborderons la santé et la viabilité des systèmes.

Régulations locales et régulations transversales

Dans tout système complexe, une distinction utile consiste à opposer les régulations locales, qui agissent sur une variable, une activité ou un sous-système particulier, aux régulations transversales, qui coordonnent plusieurs composantes ou plusieurs niveaux d’organisation..

Les régulations locales agissent sur un sous-système particulier : elles optimisent une fonction localement et répondent généralement de façon rapide aux perturbations. 

Les régulations transversales s’exercent quant à elles entre plusieurs sous-systèmes ou niveaux, en privilégiant la viabilité du système global en visant la résolution de contradictions systémiques.

On peut dire des régulations transversales qu’elles :

• arbitrent entre des logiques différentes ou entre des objectifs partiels
• synchronisent des rythmes de fonctionnement
• résolvent des antagonismes qui peuvent se révéler délétères
• assurent une priorisation en situation de tension 
• veillent à la propagation d’informations pertinentes à travers le système

Souvent plus lentes, elles sont néanmoins indispensables ; sans régulations transversales, les régulations locales peuvent devenir incompatibles entre elles : des ajustements locaux peuvent être efficaces à l’échelle d’un sous-système tout en entrant en tension avec d’autres activités, devenant ainsi nuisibles pour le fonctionnement global.

La régulation apparaît ainsi comme un processus susceptible d’être distribué à plusieurs niveaux de l’organisation plutôt que concentré dans un seul centre de contrôle.

L’auto-régulation et la méta-régulation

On parle d’auto-régulation lorsque les processus qui ajustent certaines variables ou activités sont produits et mis en œuvre par le système lui-même. La régulation n’est alors pas imposée exclusivement de l’extérieur : elle repose sur des mécanismes internes capables de détecter certaines variations et de modifier l’activité du système en conséquence.

L’auto-régulation doit toutefois être distinguée de la méta-régulation. Dans ce second cas, le système ne modifie plus seulement une variable ou une activité : il ajuste également les règles, seuils ou paramètres de ses propres mécanismes de régulation. Une règle qui s’avérait adaptée dans certaines conditions peut ainsi être modifiée lorsque celles-ci changent.

La méta-régulation constitue donc un degré supplémentaire de réflexivité : la régulation devient elle-même l’objet d’un processus de régulation. Cette capacité est particulièrement importante dans certains systèmes adaptatifs, dont les mécanismes d’ajustement peuvent évoluer avec l’expérience ou les transformations de leur environnement.

Toute auto-régulation n’implique cependant pas une méta-régulation. Un système peut ajuster lui-même certaines de ses variables selon des règles relativement stables sans être capable de modifier ces règles.

Équilibre et stabilité : une distinction cruciale

La régulation ne vise pas nécessairement le maintien d’un état fixe. Il faut à cet égard distinguer l’équilibre de la stabilité.

En thermodynamique, l’équilibre désigne un état dans lequel les flux nets et les gradients tendent à disparaître (ce qui signifie que les différences internes de température, concentration, pression, potentiel électrique, etc., s’effacent progressivement) et où les variables macroscopiques deviennent stationnaires. Un système vivant se trouve au contraire durablement hors équilibre : il échange de la matière et de l’énergie avec son environnement, maintient des gradients internes et demeure traversé par des processus continus.

Vivre, c’est lutter en permanence contre l’équilibre – si un organisme atteignait l’équilibre thermodynamique, il n’y aurait plus de métabolisme, plus de régulation, plus de réparation : ce serait la mort.

La stabilité pertinente pour de nombreux systèmes organisés est donc d’un autre ordre. On peut parler de stabilité dynamique lorsqu’un système parvient à maintenir ou à retrouver un régime compatible avec sa continuité malgré les variations et perturbations qui l’affectent, tout en restant traversé par des flux et des transformations.

La régulation contribue précisément à cette forme de stabilité. Elle ne consiste pas à supprimer tout changement, mais à contenir certaines variations, à corriger certains écarts ou à ajuster certaines activités de manière à préserver des conditions compatibles avec la continuité de l’organisation. L’évolution exige une instabilité contrôlée – non pas le chaos, mais une tension créatrice maintenue entre perturbation et régulation. Ou encore : entre contrainte et adaptation.

Réguler, ce n’est donc pas conserver à l’identique : c’est rendre le changement viable. Cette distinction sera importante lorsque nous aborderons plus loin la dynamique, puis la santé et la viabilité des systèmes.

La rétroaction comme mécanisme de régulation

Parmi les mécanismes susceptibles de produire une régulation, les boucles de rétroaction occupent une place centrale. Une rétroaction apparaît lorsque les effets produits par un processus influencent en retour les conditions qui déterminent ce processus.

Boucle de régulation

Lorsqu’une telle boucle tend à compenser une variation et à ramener une variable vers une valeur ou une plage de référence, elle peut être qualifiée de boucle de régulation. C’est notamment le cas de nombreuses rétroactions négatives utilisées dans les dispositifs techniques ou les mécanismes homéostatiques.

Toutes les boucles de rétroaction ne sont pas régulatrices. Certaines, notamment les rétroactions positives, amplifient au contraire les variations. L’étude générale des boucles de rétroaction, de leur interaction avec les stocks, les flux et les délais, ainsi que des comportements qu’elles peuvent engendrer, relève plus largement de la dynamique des systèmes et sera développée ultérieurement.

Information

L’information joue ici un rôle fondamental : Pour pouvoir maintenir son fonctionnement, un système doit être capable de détecter son état, de le comparer à une référence et de transmettre cette information aux mécanismes chargés de produire une réponse. L’information ne constitue pas une action en elle-même, mais elle permet à certaines variations de devenir causalement pertinentes pour l’ajustement du système.

Cybernétique

Une représentation cybernétique classique de ce type de régulation distingue :

• une variable régulée
• un dispositif de détection
• une référence
• un mécanisme de comparaison
• un effecteur capable de modifier l’activité du système

Ce schéma constitue toutefois un modèle particulier et ne décrit pas littéralement toutes les formes de régulation.

Régulation réactive , régulation anticipative

La régulation ne repose pas nécessairement uniquement sur la correction d’un écart déjà apparu. Dans certains systèmes, un ajustement peut être déclenché à partir d’un signal annonçant une variation future. On parle alors de feedforward, ou régulation anticipatrice.

Une régulation réactive agit donc en fonction des conséquences déjà observées d’une variation, tandis qu’une régulation anticipatrice agit à partir d’informations permettant d’en prévoir certains effets. Les deux mécanismes peuvent se combiner au sein d’un même système.

La régulation peut également s’appuyer sur des réserves ou buffers capables d’absorber temporairement certaines fluctuations. Il peut s’agir de stocks de matière, de réserves d’énergie, de capacités excédentaires ou de marges de sécurité. Ces réserves ne constituent pas nécessairement des processus régulateurs en elles-mêmes, mais elles fournissent au système des ressources permettant de limiter ou différer certains ajustements.

Les effets des délais, des inerties et de l’accumulation de stocks sur le comportement temporel du système seront examinés plus précisément dans l’étude de sa dynamique.

L’homéostasie : maintenir des plages compatibles avec la vie

L’homéostasie désigne l’ensemble des processus de régulation par lesquels un organisme maintient certaines variables internes dans des plages compatibles avec son fonctionnement et sa continuité.

Il ne s’agit pas de conserver des valeurs parfaitement fixes; température corporelle, glycémie, pression artérielle ou concentrations chimiques varient continuellement, mais leurs variations restent généralement contenues dans certaines limites. L’homéostasie consiste précisément à ajuster l’activité de différents processus afin d’éviter que ces écarts ne deviennent incompatibles avec le maintien de l’organisation.

Elle constitue ainsi un exemple particulièrement clair de régulation : la stabilité du système ne repose pas sur l’absence de changement, mais sur des ajustements continus qui permettent à certaines conditions de demeurer compatibles avec la vie.

L’homéostasie concerne principalement les systèmes vivants. D’autres types de systèmes peuvent toutefois présenter des mécanismes analogues de maintien de variables ou de conditions dans certaines plages, sans qu’il soit nécessaire de leur attribuer pour autant une homéostasie au sens biologique strict.

Conclusion

La régulation constitue une catégorie particulière de processus par lesquels certaines variables, activités ou relations d’un système sont maintenues, restaurées ou ajustées. Elle peut reposer sur des rétroactions, des mécanismes d’anticipation, des seuils, des réserves ou encore des dispositifs distribués à plusieurs niveaux de l’organisation.

Son rôle n’est pas de maintenir le système dans un état immobile, mais de préserver certaines conditions malgré les variations qui l’affectent. La régulation contribue ainsi à la continuité de l’organisation tout en permettant son ajustement au changement.

Elle constitue cependant une dimension particulière de l’activité systémique. Pour comprendre comment les différents processus, stocks, flux, rétroactions et délais s’articulent afin de produire le comportement global du système au cours du temps, il faudra élargir l’analyse à sa dynamique.