Contrôle de criticité auto-organisé - Self-organized criticality control
En physique appliquée , le concept de contrôle de la criticité auto-organisée fait référence au contrôle des processus par lesquels un système auto-organisé dissipe de l' énergie . L'objectif du contrôle est de réduire la probabilité d'occurrence et la taille des salves de dissipation d'énergie , souvent appelées avalanches , des systèmes auto-organisés. La dissipation d'énergie dans un système critique auto-organisé dans un état énergétique inférieur peut être coûteuse pour la société, car elle dépend d'avalanches de toutes tailles suivant généralement une sorte de distribution de loi de puissance et les grandes avalanches peuvent être dommageables et perturbatrices.
Schémas
Plusieurs stratégies ont été proposées pour traiter la question du contrôle de la criticité auto-organisée :
- La conception des avalanches contrôlées. Daniel O. Cajueiro et Roberto FS Andrade montrent que si de petites et moyennes avalanches bien formulées sont déclenchées de manière exogène dans le système, l'énergie du système est libérée d'une manière telle que les grandes avalanches sont plus rares.
- La modification du degré d'interdépendance du réseau où se propage l'avalanche. Charles D. Brummitt , Raissa M. D'Souza et EA Leicht montrent que la dynamique des systèmes critiques auto-organisés sur des réseaux complexes dépend de la connectivité du réseau complexe. Ils constatent que si une certaine connectivité est bénéfique (puisqu'elle supprime les plus grandes cascades du système), trop de connectivité laisse de l'espace pour le développement de très grandes cascades et augmente la taille de la capacité du système.
- La modification du processus de dépôt du système auto-organisé. Pierre-André Noel , Charles D. Brummitt et Raissa M. D'Souza montrent qu'il est possible de contrôler le système auto-organisé en modifiant le processus de dépôt naturel du système auto-organisé en ajustant l'endroit où commence l'avalanche.
- Modification dynamique des seuils locaux de défaillances en cascade. Dans un modèle de réseau de transmission électrique, Heiko Hoffmann et David W. Payton ont démontré que la mise à niveau aléatoire des lignes (un peu comme la maintenance préventive) ou la mise à niveau des lignes brisées jusqu'à un seuil de rupture aléatoire supprime la criticité auto-organisée. Apparemment, ces stratégies sapent l'auto-organisation des grands clusters critiques. Ici, un cluster critique est un ensemble de lignes de transmission qui sont proches du seuil de défaillance et qui s'effondrent entièrement si elles sont déclenchées.
Applications
Il y a plusieurs événements qui surviennent dans la nature ou la société où ces idées de contrôle peuvent aider à les éviter :
- Inondations causées par des systèmes de barrages et de réservoirs ou de vallées interconnectées.
- Avalanches de neige qui se produisent dans les collines enneigées.
- Feux de forêt dans des zones sensibles à la foudre ou à l'allumage d'allumettes.
- Cascades de délestages qui se produisent dans les réseaux électriques (un type de coupure de courant ). Le modèle OPA est utilisé pour étudier différentes techniques de contrôle de la criticité.
- Défaillance en cascade dans la matrice de commutation Internet.
- Cascades ischémiques , une série de réactions biochimiques libérant des toxines lors de moments d'insuffisance d'apport sanguin.
- Risque systémique dans les systèmes financiers.
- Excursions dans les systèmes d'énergie nucléaire .
Les cascades de défaillances dans les secteurs de la transmission électrique et de la finance se produisent parce que les forces économiques font fonctionner ces systèmes près d'un point critique, où des avalanches de taille indéterminée deviennent possibles.