La théorie des réseaux est une méthode d'analyse des connexions entre les nœuds d'un système. L'un des aspects les plus convaincants de la théorie des réseaux est que les découvertes liées à un domaine, comme la biologie cellulaire, peut être résumé sous une forme qui s'applique directement à un domaine complètement différent, comme les modèles de trafic interétatiques. L'application la plus connue de la théorie des réseaux est le réseautage social. Dans un réseau social, chaque personne est un nœud connecté à d'autres nœuds. En outre, une fraction de nœuds au sein d'un réseau, ce qu'on appelle des interconnexions, se connectera aux nœuds des réseaux voisins.

Ce type de complexe, le réseau qui se chevauche est appelé structure communautaire. La caractérisation de ces structures est fondamentale dans l'étude des systèmes en réseau, mais les chercheurs n'ont pas entièrement compris comment la structure communautaire affecte la résilience du réseau. Une collaboration internationale de chercheurs a développé le premier cadre théorique démontrant que la structure communautaire affecte de manière significative la résilience d'un système; leurs découvertes ont de nombreuses applications dans le domaine social, technologique, systèmes biologiques et climatiques. Ils ont publié leur nouveau cadre théorique dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

La résilience du système est une façon de décrire la robustesse d'un réseau. Pour explorer les effets de la structure communautaire sur la résilience, les chercheurs ont appliqué une théorie appelée percolation. Essentiellement, la théorie de la percolation cherche la probabilité d'un chemin ouvert à travers un réseau. La percolation est fortement influencée par le nombre de nœuds interconnectés au sein d'un réseau.

Il n'est pas possible que tous les nœuds d'un réseau deviennent des interconnexions. Par exemple, les auteurs citent des aéroports internationaux :« Seuls certains aéroports ont des pistes plus longues, administration des douanes, et le contrôle des passeports requis pour les vols internationaux, et lorsqu'un nœud aéroportuaire dispose déjà d'interconnexions, les coûts d'ajout d'interconnexions supplémentaires sont nettement inférieurs. un aéroport plus petit sans ces avantages infrastructurels ne serait pas en mesure de se connecter aux aéroports d'autres pays. Ceci est analogue aux personnes qui possèdent la facilité sociale d'interconnecter différents quartiers du réseau, ou des cellules cérébrales qui ont la capacité morphologique d'interconnecter les structures cérébrales.

Les chercheurs ont découvert que les interconnexions entre différentes communautés affectent profondément la transition de phase de percolation - ils comparent la fraction de nœuds avec des interconnexions à un champ externe dans une transition de phase physique. Ils rapportent que les systèmes deviennent plus stables et résilients à mesure que la fraction de nœuds avec des interconnexions augmente. Au niveau des réseaux sociaux, plus le nombre de populaire, personnes intercommunautaires au sein d'un réseau, plus le réseau sera résistant aux forces externes comme les bouleversements politiques ou les catastrophes naturelles.

Les auteurs soulignent que leurs résultats s'appliquent à d'autres types de réseaux. Ils écrivent, "Bien que notre théorie soit appliquée ici pour étudier la résilience des modules au sein d'un même réseau, il peut être étendu pour étudier la résilience des réseaux interdépendants et des réseaux multiplex. »

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