Une augmentation rapide et en cascade d'une quantité, telle que l'énergie, dans un système d'éléments couplés.Une avalanche, en physique, est une cascade d'événements rapide et auto-amplifiante dans un système composé de nombreux éléments couplés. Le terme est emprunté aux avalanches de neige, où une petite perturbation déclenche une réaction en chaîne qui libère une quantité massive d'énergie. En physique, les avalanches se produisent dans divers systèmes : avalanches d'électrons dans les gaz (comme dans la foudre ou les compteurs Geiger), avalanches magnétiques dans les matériaux, et même dans des systèmes biologiques comme la division cellulaire. La caractéristique clé est qu'un événement local peut déclencher des événements voisins, qui à leur tour en déclenchent d'autres, conduisant à une distribution en loi de puissance des tailles — une signature des phénomènes critiques.
Le concept d'avalanches en physique a été popularisé par Per Bak, Chao Tang et Kurt Wiesenfeld en 1987 avec leur théorie de la criticalité auto-organisée, qui utilisait des modèles de tas de sable pour expliquer comment les avalanches émergent naturellement dans les systèmes complexes.
Le mécanisme implique un seuil et un couplage. Chaque élément du système peut être dans un état stable ou métastable. Lorsqu'un élément franchit un seuil (en raison d'un forçage externe ou d'un événement voisin), il « s'active » et transfère de l'énergie ou de la contrainte à ses voisins. Si le couplage est suffisamment fort, les voisins franchissent également leurs seuils, créant une réaction en chaîne. L'avalanche s'arrête lorsque le système atteint un état où aucun élément n'est au-dessus du seuil. Dans les systèmes à criticalité auto-organisée, les avalanches se produisent à toutes les échelles, et leur distribution de tailles suit une loi de puissance, ce qui signifie qu'il n'y a pas de taille caractéristique.
Les photodiodes à avalanche utilisent l'effet d'avalanche pour amplifier les signaux lumineux faibles dans les communications par fibre optique ; comprendre la dynamique des avalanches est également crucial pour prédire les défaillances des matériaux et en neurosciences pour étudier les avalanches neuronales.
Dans un modèle de tas de sable, la taille des avalanches suit une distribution en loi de puissance, ce qui signifie qu'une avalanche géante est tout aussi probable (au sens statistique) qu'une minuscule, relativement à leur échelle.
