Le climat se dirige-t-il vers le chaos ? - Victor J. Donnay

Leçon complète :http://ed.ted.com/lessons/is-our-climate-headed-for-mathematical-chaos-victor-j-donnay

Les scientifiques nous ont avertis : une élévation du taux de CO2 dans l'atmosphère et une augmentation de la température de la Terre, même de deux degrés seulement, pourraient conduire à des effets catastrophiques partout dans le monde. Mais comment un si petit changement mesurable dans un facteur peut-il conduire à d'énormes changements imprévisibles ailleurs ? Victor J. Donnay utilise le billard pour illustrer les notions de point de basculement, de mouvement chaotique, et leurs implications sur le changement climatique.

Leçon de Victor J. Donnay, animation par Karrot Animation.

Pour la plupart d'entre nous,
deux degrés Celsius

est une différence
de température minuscule,

pas même de quoi vous faire
entrouvrir une fenêtre.

Mais les scientifiques nous ont avertis
qu'avec l'augmentation

du taux de CO2 dans l'atmosphère,

une augmentation de la température
de la Terre, même aussi minime,

peut entraîner des effets catastrophiques
partout dans le monde.

Comment une modification si petite
sur un seul facteur

peut-elle conduire à des changements
massifs et imprévisibles

sur d'autres facteurs ?

La réponse réside dans le
concept mathématique

de « point de basculement »

que nous pouvons comprendre
avec l'exemple familier du jeu de billard.

La règle de base du mouvement au billard

est qu'une boule avance tout droit jusqu'à
ce qu'elle heurte un bord,

puis rebondisse avec un angle
égal à son angle d'incidence.

Pour simplifier, nous supposerons
qu'il n'y a pas de frottement,

les boules peuvent donc
se mouvoir indéfiniment.

Et pour simplifier
encore plus la situation,

regardons ce qui se passe
avec seulement une boule

sur une table parfaitement circulaire.

Lorsque la boule est frappée et commence
à se déplacer selon les règles,

elle suit une trajectoire très nette
en forme d'étoile.

Si la boule occupe au départ
une position différente,

ou si nous la frappons
avec différents angles,

quelques détails du motif changent,
mais sa forme générale reste la même.

Avec une série de tests et
une modélisation mathématique élémentaire,

nous pouvons même prédire la trajectoire
de la boule avant son départ,

simplement à partir
des conditions initiales.

Mais que se passerait-il si nous faisions
un changement mineur

dans la forme de la table
en la coupant en deux

et en insérant deux petits
segments de droite, en haut et en bas ?

Nous observons que lorsque la boule
rebondit sur les côtés droits,

elle commence à se déplacer
partout sur la table.

La boule obéit toujours
aux mêmes lois du mouvement,

mais le mouvement résultant
ne suit plus aucun modèle reconnaissable.

Avec seulement un petit changement
dans les contraintes

sous lesquelles le système fonctionne,

nous avons fait évoluer
le mouvement de la boule

d'un comportement stable et prévisible

à un mouvement aux fluctuations énormes,

créant ainsi ce que les mathématiciens
appellent un mouvement chaotique.

Les segments insérés
dans le périmètre de la table

agissent comme un point de basculement,

faisant passer le comportement du système
d'un type de comportement (régulier),

à un autre type de comportement
(chaotique).

Quels sont les enseignements
à tirer de cet exemple simple

sur une réalité bien plus complexe,
celle du climat de notre Terre ?

Nous pouvons faire une analogie
entre la forme de la table,

et le niveau des émissions de CO2
et la température moyenne de la Terre.

Ce sont des contraintes qui influencent
la performance du système,

le mouvement de la boule,
ou le comportement du climat.

Au cours des 10 000 dernières années,

une concentration en CO2 dans l’atmosphère
relativement constante

(270 parties par million) a maintenu
le climat dans un modèle auto-stabilisé,

favorable à la vie humaine.

Mais avec des niveaux de CO2 atteignant
maintenant 400 parties par million,

et dont le niveau, selon les prévisions,
va monter

entre 500 et 800 parties par million
au cours de ce siècle,

nous pourrions atteindre
un point de basculement où

même une toute petite
augmentation supplémentaire

de la température moyenne globale

aurait des effets comparables
à changer la forme de la table,

conduisant à un dangereux changement
dans le comportement du climat,

avec des phénomènes météorologiques
extrêmes ou plus intenses,

moins prévisibles, et, plus important,
moins favorables à la vie humaine.

Les modèles hypothétiques
que les mathématiciens étudient en détail

ne ressemblent pas toujours
à des situations réelles,

mais ils peuvent fournir un cadre
et une façon de penser

qui peuvent être transposés
pour aider à comprendre

les problèmes plus complexes
du monde réel.

Dans ce cas, comprendre comment
de légères modifications

dans les contraintes affectant un système
peuvent avoir des répercussions massives

nous donne une plus grande appréciation
pour prévoir les dangers

que nous ne pouvons pas percevoir
immédiatement avec nos propres sens.

Parce qu'une fois que les effets
deviendront visibles,

il sera peut-être déjà trop tard.