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10 découvertes 2010

Maître du chaos

[5] _Climatologie Université du Québec à Montréal
Par Dominique Forget - 07/01/2011
À coup d’équations mathématiques, un jeune étudiant a été capable de décrire la part imprévisible du système climatique.

«On n’arrive même pas à prédire quel temps il fera dans cinq jours. Comment pourrait-on anticiper la température de 2050?» Cet argument bien facile est l’un des favoris des climatosceptiques, ces gens qui mettent en doute le fait que le climat se réchauffe sous l’influence des activités humaines.

Une équation mathématique établie par un étudiant à la maîtrise de l’Université du Québec à Montréal (UQAM) pourrait bien leur clouer le bec! Oumarou Nikiema, dont les travaux ont été supervisés par le professeur et climatologue René Laprise, a publié dans la revue Climate Dynamics une formule qui décrit… l’imprévisible. C’est une avancée importante, car elle confirme la justesse des modèles actuels, notamment le modèle climatique régional établi par l’équipe du Centre pour l’étude et la simulation du climat à l’échelle régionale (ESCER) de l’UQAM, dont font partie Oumarou Nikiema et René Laprise. Ce modèle permet d’anticiper le climat en Amérique du Nord sur 30, 50 ou 100 ans.

«C’est vrai qu’on ne peut pas prévoir la météo au-delà de quelques semaines, admet René Laprise. S’il y a tant d’incertitude, c’est parce que le système climatique est chaotique.»

Cette caractéristique a été mise en lumière au début des années 1960, un peu par hasard, par le météorologue Edward Lorenz. Chercheur au Massachusetts Institute of Technology, il travaillait déjà à développer un modèle de prévision de la météo.

Les équations simulant les phénomènes marins et atmosphériques étaient de plus en plus sophistiquées; les ordinateurs, de plus en plus performants; et les appareils de mesure de la vitesse du vent et des courants océanographiques, de plus en plus répandus. C’était tout ce qu’il fallait pour prédire si, dans 10 jours, il faudrait sortir son parapluie ou ses lunettes de soleil, croyait Edward Lorenz. Ses logiciels avalaient une série de données représentant les conditions atmosphériques de départ, puis recrachaient leurs prévisions.

Sauf que… Lorenz s’est vite aperçu que lorsqu’il entrait des données de départ avec six décimales, il obtenait des prévisions entièrement différentes que lorsqu’il était moins précis, se limitant à trois décimales. Les deux courbes de prévision se suivaient plus ou moins pour les premiers jours, puis partaient parfois dans des trajectoires carrément opposées! Il a d’abord cru à une erreur de l’ordinateur. Pas du tout! Il venait de découvrir que le climat est soumis au chaos.

«Le système climatique est régi par plusieurs phénomènes non linéaires», explique Oumarou Nikiema. Dans une équation linéaire, les deux variables «x» et «y» évoluent de façon proportionnelle. Dans une équation non linéaire, une minuscule variation de la valeur de «x» suffit pour induire un énorme changement à la valeur de «y». C’est le cas du système climatique où une toute petite modification dans la vitesse du vent peut faire la différence entre une journée ensoleillée dans 10 jours ou une tempête de pluie. «Le simple battement d’ailes d’un papillon au Brésil peut provoquer une tornade au Texas», aimait à dire Edward Lorenz. C’est ce qu’on appelle l’«effet papillon».

À première vue, l’effet papillon semble fournir de puissantes armes aux climatosceptiques. Il n’en est rien. «Les prévisions météorologiques au-delà de quelques jours sont impossibles à cause du chaos, mais les projections climatiques à long terme sont valables», dit René Laprise.

Le modèle climatique régional élaboré par l’équipe de l’UQAM est lui aussi soumis au chaos. À preuve, si on utilise les conditions météorologiques du 1er janvier 2010 pour prédire le temps qu’il fera dans 50 ans, on obtiendra pour le 1er janvier 2060 une météo différente que si l’on prend le 4 janvier 2010 comme point de départ. Pourtant, dans les deux cas, il s’agit de données mesurées et bien réelles.

«Heureusement, la météo du 1er janvier 2060 ne nous intéresse absolument pas, explique René Laprise. Ce que l’on veut connaître, c’est la tendance.» Une augmentation moyenne de 0,5 °C tous les 10 ans, par exemple.

Pour anticiper cette tendance avec le plus de justesse possible, les chercheurs effec­tuent plusieurs simulations, en utilisant différentes conditions de départ: celles du lundi 3 janvier 2010, du mardi 4 janvier, du mercredi 5 janvier, etc. C’est la moyenne de tous les résultats pour le 1er janvier 2060 qui les intéresse.

L’équation d’Oumarou Nikiema confir­me que le chaos propre au système climatique est bel et bien responsable des différences obtenues entre chaque simulation. «En fait, les variations au point d’arrivée ne sont pas causées par des aberrations mathématiques», résume le jeune chercheur qui tient à rendre hommage à George J. Boer, du Centre canadien de la modélisation et de l’analyse climatique de Victoria, qui lui a fait une suggestion pour établir son équation.

René Laprise, lui, est ravi: «Grâce à cette équation, nous avons plus confiance que jamais en notre modèle. On sait maintenant qu’il représente bien la réalité.»

Depuis la publication de sa fameuse équation du chaos, Oumarou Nikiema a fait le saut du statut d’étudiant à la maîtrise à celui de stagiaire postdoctoral! Car le chercheur d’origine ivoirienne avait déjà en poche un doctorat en océanographie de l’Université de la Méditerranée (Marseille) avant de venir étudier les sciences de l’atmosphère à l’UQAM. Un mordu! «Je pense à mes équations même dans le métro», confirme le jeune homme.

Sa passion suffira-t-elle à convaincre les climatosceptiques? René Laprise en doute. Pour le moment, celui qui est l’un des auteurs du quatrième rapport du Groupe d’experts intergouvernemental pour l’évolution du climat (GIEC) se dit plutôt préoccupé par la précarité financière de son centre de recherche. La mort de la Fondation canadienne pour les sciences du climat et de l’atmosphère, autrefois financée par le gouvernement fédéral, a frappé de plein fouet la petite équipe. Le gouvernement provincial est venu à sa rescousse, mais le financement attribué assure seulement trois années de survie, avec la moitié des ressources autrefois disponibles.

Paradoxalement, le monde de la recherche en climatologie est en pleine ébullition sur le plan scientifique. «On découvre des choses fascinantes et, en même temps, on coupe les vivres aux chercheurs canadiens. Les percées scientifiques comme celle d’Oumarou ne semblent pas émouvoir Monsieur Harper.»
 

Les 10 découvertes de l'année 2010