PhD interdisciplinaire en préhistoire et physique

ED 355 Espaces, Culture, Société – ED 352 Physique et Sciences de la matière

Laboratoires : Laboratoire Méditerranéen de Préhistoire Europe Afrique, LAMPEA UMR 7269 &

Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires, PIIM UMR 7345

Durée : 36 mois

Démarrage : 1 octobre 2026

Description

Au-delà de l’horizon. Approche des premiers peuplements de l’Australie par modélisation d’un système socio-écologique complexe.

État de l’art et problématique

Le peuplement de Sahul - plateau continental dont les parties émergées lors des périodes de bas niveau marin sont aujourd'hui l'Australie, la Tasmanie et la Nouvelle-Guinée - représente la première migration vers un espace insulaire réalisée par Homo sapiens. Si le contexte chronologique de la traversée depuis l’Asie du Sud- Est commence à être précisé, les conditions techniques, environnementales, climatiques, démographiques et sociales restent encore largement conjoncturelles.

Les premières traces d'occupation humaine en Australie remontent à environ 65 000 ± 6000 ans sur le site de Madjedbebe dans le Territoire du Nord [1,2]. Les données génétiques indiquent que les Aborigènes d'Australie et les Papous de Nouvelle-Guinée descendent d'une même population ancestrale, qui aurait migré depuis l'Asie du Sud-Est [3]. Cette migration semble s'être produite en un seul événement majeur, suivi d'une divergence génétique rapide et d'un isolement relatif avec peu de flux génétique ultérieur entre les groupes [3,4]. Une étude de modélisation démographique-écologique propose que la colonisation de l'ensemble du Sahul s'est faite rapidement, en 156 à 208 générations humaines [5].

Les perspectives archéologiques ouvertes par cette mise en évidence récente de traversée de haute mer sans vision directe des côtes à atteindre sont majeures :

-paléoanthropologie : les données génétiques concordent pour placer les ancêtres des Aborigènes dans la première vague de dispersion très rapide d’Homo sapiens hors d’Afrique (~70–75 000 ans) [3, 4, 6].

- paléogéographie et variations climatiques : en période glaciaire, la baisse du niveau marin jusqu’à – 120 m modifie profondément le tracé et la morphologie des côtes, les distances à parcourir et les conditions de navigation. Si l’hypothèse d’une traversée lors d’un épisode de bas niveau marin est privilégiée par la communauté scientifique car elle réduit les distances, elle n’est pas démontrée jusqu’à présent et les avantages d’un haut niveau marin en termes de navigation : espaces lagunaires, possibilité du cabotage… n’ont pas été testées.

- démographie : la colonisation d’un territoire ainsi que la pérennisation de l’occupation demandent un nombre minimum d’individus et une diversité génétique et sexuelle qui varient selon les organisations sociales. Une seule étude pour l’Australie est disponible qui privilégie un scénario d’au moins 1000 individus arrivant simultanément ou dans un temps très court [7]. Ce scénario demande à être testé.

- anthropologie des techniques : la maîtrise de la navigation dans des zones maritimes affectées de courants puissants nécessite des compétences techniques importantes pour la conception et la construction d’embarcations en capacité de se déplacer en haute mer sur plusieurs jours, d’être dirigées efficacement et de pouvoir embarquer plusieurs individus et les vivres nécessaires. Si ces embarcations en matériaux organiques n’ont pas laissé de témoins archéologiques, elles témoignent de compétences techniques et d’une organisation artisanale (apprentissages, transmissions, expérimentations/innovations…) qui n’étaient pas identifiées jusqu’ici.

- contexte social : le franchissement avec succès d’espaces de haute mer par une population suffisamment nombreuse et diversifiée pour faire souche sur Sahul implique une organisation sociale plus complexe que ce que les données archéologiques classiques permettent d’inférer. Cette complexité apparaît commeparticulièrement précoce dans cette zone géographique.

L’enjeu d’une compréhension fine et robuste des premiers peuplements de l’Australie est donc crucial. Une seule étude est pour l’instant disponible qui propose une modélisation construite sur la méthode des automates cellulaires [6]. Bien que structurellement simples et computationnellement efficaces, le principal défaut des automates cellulaires en archéologie réside dans leur réduction des dynamiques socio- environnementales à des règles locales homogènes, ce qui limite leur capacité à représenter l’hétérogénéité comportementale, l’intentionnalité et les processus décisionnels multi-scalaires propres aux sociétés humaines. En outre, ces modèles deviennent coûteux lorsque l’on augmente la résolution spatiale, la durée de simulation ou la complexité des règles intégrées. Cette contrainte devient particulièrement sensible dans les simulations de peuplement à large échelle nécessitant de nombreuses itérations pour la calibration ou l’exploration paramétrique.

La thèse développera une approche modélisatrice novatrice appuyée sur des modèles (dynamiques continus) de type Lotka–Volterra (MLV) qui permettront de dépasser certaines limites des automates cellulaires, notamment en offrant un cadre analytique plus formalisé et un coût computationnel réduit [8]. Les équations MLV constituent un modèle non linéaire classique de dynamique proie-prédateur, souvent utilisé comme cadre de référence pour des interactions couplées entre populations [9,10]. Il convient toutefois de rappeler que, dans le champ de la physique, les systèmes complexes — bien que dynamiquement non linéaires et parfois chaotiques — reposent sur des entités ontologiquement simples et des lois d’interactions relativement stables. La complexité y émerge à partir de la multiplicité et du couplage des interactions, non de la variabilité des règles elles-mêmes [11]. À l’inverse, dans les systèmes socio-environnementaux, les règles d’interaction peuvent être historiquement contingentes, culturellement médiées et évolutives, ce qui déplace la nature même de la complexité étudiée. Les modèles MLV ne résolvent donc pas les limites épistémologiques liées à la représentation des dynamiques humaines complexes [12], mais leur utilisation permettra, du point de vue de la science des systèmes complexes, de tester les limites des formalismes inspirés de la physique statistique pour rendre compte de dynamiques socio-environnementales et contribuera à identifier les propriétés structurelles robustes du système et les dimensions irréductiblement culturelles ou historiques. [13].

Méthode

L’élaboration d’une base de données des variables archéologiques et contextuelles en caractérisant leurs caractéristiques constitutives (quantitatives/qualitatives, continues/discrètes…) et en les intégrant dans les problématiques archéologiques du Pléistocène supérieur régional permettra l’élaboration de différents scénarios de peuplement du continent Sahul. Ces scénarios seront travaillés et testés à partir des modèles dynamiques continus. Afin de compléter cette approche, le projet intégrera une seconde échelle de modélisation reposant sur la modélisation à base d’agents [14]. Un modèle à base d’agents (MBA) permet de représenter explicitement des entités (ou agents) individuelles autonomes (individus, groupes humains ou embarcations) dotées de propriétés, de règles de comportement, de capacités techniques et de règles d’interaction localisées dans le temps et l’espace.

Dans ce cadre, le MLV sera intégré au sein du MBA développé au cours de la thèse afin de formaliser certaines dynamiques démographiques et environnementales à l’échelle du système. Cette intégration permettra d’articuler une représentation analytique des interactions population-environnement avec l’approche bottom- up propre au MBA.

L’intérêt de cette approche réside dans sa capacité à relier les dynamiques émergentes observées à l’échelle macroscopique aux processus comportementaux opérant à l’échelle individuelle ou collective. Plus particulièrement, dans le contexte du peuplement du Sahul, ces simulations permettront notamment de tester différents scénarios concernant :

- la composition démographique des groupes de départ,

- les stratégies de déplacement maritime (incluant les propriétés de navigabilité et de dimension des embarcations ainsi que l’énergie et la technicité requises),

- les contingences et conditions des franchissements maritimes en haut et bas niveau marin,

- ainsi que les organisations sociales (ex. stockage de vivres) et les contraintes environnementales (ex. vents, courants maritimes) associées aux routes de navigation.

À terme, ce projet doctoral contribuera à la construction d’un modèle multi-scalaire applicable à différents contextes archéologiques en articulant formalisation théorique et computationnelle de processus socio- environnementaux complexes.

Références

[1] Clarkson et al. 2017, Nature, 547, p. 306-310 ; [2] O’Connell et al. 2018, PNAS, 115 (34) p. 8482-8490 ; [3] Bergstrom et al. 2020, Science, 367, 6484 ; [4] Malaspinas et al. 2016, Nature, 538 (7624), p. 207–214 ; [5] Bradshaw et al. 2021, Nature Communications, 12 : 2440 ; [6] Fregel et al. 2015, PlosOne, 10-6) ; [7] Bradshaw et al. 2019, Nat Ecol Evol, 3, 7, p. 1057-1063 ; [8] Bertuglia & Vaio, 2005 Nonlinearity, Chaos, and Complexity: The Dynamics of Natural and Social Systems (Oxford) ; [9] Lotka 1925, Elements of Physical Biology, Williams & Wilkins Company; [10] Volterra 1926, Fluctuations in the abundance of a species considered mathematically, Nature, 118, p. 558-560 ; [11] Holovatch, Kenna and Thurner 2017 European J. of Phys 38 p. [12] Wilson A. 2008, J. R. Soc. Interface, 5 (25) p. 865-71 [13] Knuuttila & Loettgers 2017 The British Journal for the Philosophy of Science, 68, p. 1007–1036; [14] Romanowska et al. 2021, SFI Press, 442 p

Codirection de la thèse

Jean-Pierre Bracco, Pr., AMU, LAMPEA

Marco Minissale, CR CNRS, PIIM

Environnement scientifique

Sadruddin Benkadda, DR CNRS, PIIM UMR 7345

Florent Détroit, Pr. MNHN, HNHP UMR 7194

Jean-Marc Layet, Pr émérite AMU, PIIM UMR 7345

Samuel Seuru, Chercheur post-Doctoral, LAMPEA UMR 7269

Conditions

- maîtrise du français non obligatoire

- possibilité de rédiger la thèse en anglais

- sélection définitive par audition 9 et 10 juin 2026

Profil de la candidature

Intérêts pour les approches modélisatrices et les problématiques en Archéologie et Sciences humaines et les approches interdisciplinaires en environnement, physique, mathématique….

Compétences en mathématique et/ou physique et/ou environnement et/ou programmation.

Candidature

Les candidates et les candidats intéressés sont invités à soumettre leur candidature par email aux 2 codirecteurs de thèse : jean-pierre.bracco@univ-amu.fr & marco.minissale@univ-amu.fr au plus tard le 11 mai 2026, 17h (heure française).

Merci d’indiquer « contrat interdoctoral 355 352 » dans l’objet du message et d’inclure :

- une lettre de motivation

- un CV à jour avec les publications (si applicable)

- les informations de contact de 2 scientifiques référents connaissant la candidate ou le candidat

- relevé de notes de Master