Dans un aquarium de la taille d'une table de salle à manger, deux bancs de néons noirs nagent dans des compartiments voisins, séparés par une paroi transparente. Ils ne peuvent pas se toucher, mais ils voient chaque mouvement. Et voici ce qui est surprenant : quand un banc décide de tourner à gauche, l'autre fait de même un instant plus tard. Comme si deux pendules suspendus derrière une vitre se mettaient à osciller en cadence.

Les poissons d'un banc changent constamment de direction, mais pas de manière chaotique. Leur mouvement collectif se fige dans l'un de deux états stables : soit tous nagent le long du côté long du compartiment dans un sens, soit dans le sens opposé. C'est comme une balançoire qui peut osciller à gauche ou à droite, mais ne s'attarde pas au milieu. Les bascules entre les états se produisent spontanément, sous l'effet des mouvements aléatoires des poissons individuels. Quand les bancs se voient, ces bascules commencent à coïncider.

Les scientifiques ont mesuré comment la force de cette synchronisation dépend de la largeur de l'interstice entre les compartiments. Il s'est avéré que la liaison décroît avec la distance selon une loi plus lente qu'une exponentielle ordinaire : la longueur caractéristique était d'environ 5 cm. Cela signifie que les poissons réagissent au groupe éloigné non pas comme à des individus séparés, mais comme à un mouvement moyen de tout le banc. Sur de courtes distances, les détails comptent ; sur de plus grandes, c'est le rythme général qui prédomine.

Le résultat est décrit par un modèle de deux oscillateurs stochastiques bistables couplés. Dans ce modèle, chaque banc est un oscillateur avec deux états stables, et le contact visuel est un couplage qui tend à aligner leurs phases. Le modèle reproduit fidèlement les données expérimentales et prédit l'information mutuelle entre les bancs. Cela montre que la nature vivante peut être décrite par les mêmes lois mathématiques que les systèmes oscillatoires non vivants.

Ce travail comble une lacune dans la compréhension du comportement collectif : auparavant, les modèles ne prenaient en compte que les interactions locales entre voisins, alors qu'ici, pour la première fois, la distance entre les groupes est quantitativement reliée à la synchronisation de phase de leurs orientations collectives. Cela pourrait aider au développement de systèmes d'observation des populations sauvages et à la création de groupes de robots qui se coordonnent via des capteurs optiques sans contact physique. Deux pendules derrière une vitre ne sont pas seulement une métaphore, mais un modèle mathématique précis du monde vivant.