Lorsque les gens pensent au « chaos », ils imaginent souvent des dinosaures qui sévissent ou un enfant en bas âge faisant des ravages dans un salon. En physique et en science du climat, cependant, le chaos a une signification scientifique précise :l’amplification dramatique de différences infinitésimales qui rend impossible toute prévision à long terme.
Dans un système chaotique, de minuscules changements dans le présent peuvent entraîner des conséquences très différentes. Pensez à deux histoires presque identiques. Dans l'un d'entre eux, un passager rate un train de dix secondes et ne rencontre jamais d'ami; dans l’autre, le train est retardé, la rencontre a lieu et le reste du récit diverge. Ces variations infimes peuvent sembler insignifiantes, mais leur effet cumulatif est ce qui crée le chaos.
Les expériences menées dans les années 1960 et 1970 ont démontré à quel point il est facile de transformer un système prévisible en un système chaotique. Un simple pendule, comme celui d’une horloge grand-père, oscille de manière parfaitement périodique. Ajoutez un deuxième essieu à mi-chemin et le mouvement devient extrêmement imprévisible, illustrant l'effet papillon.
En tant que scientifique des systèmes complexes, je passe beaucoup de temps à réfléchir à la frontière entre le hasard et le chaos. Le hasard – comme le résultat d’un jeu de cartes mélangé ou d’un lancer de dé – est imprévisible parce que nous manquons d’informations nécessaires pour connaître l’état suivant. Le chaos se situe entre le hasard et le déterminisme :le comportement à court terme est prévisible, mais cette prévisibilité s'effondre rapidement.
Newton a imaginé un univers mécanique régi par des lois immuables, suggérant qu’une fois les conditions initiales fixées, l’avenir est prédéterminé. La théorie du chaos montre que même avec une parfaite connaissance des règles régissant la situation, les plus petites incertitudes peuvent s'amplifier au point que le résultat est effectivement inconnaissable.
Cette idée explique pourquoi les prévisions météorologiques perdent en précision au-delà d’environ deux semaines. Mais cela nous explique également pourquoi les modèles climatiques saisonniers restent prévisibles :même si le temps quotidien est une ondulation chaotique, le climat global est régi par des régularités statistiques à long terme.
Cette idée explique pourquoi les prévisions météorologiques perdent en précision au-delà d’environ deux semaines. Mais cela nous explique également pourquoi les modèles climatiques saisonniers restent prévisibles :même si le temps quotidien est une ondulation chaotique, le climat global est régi par des régularités statistiques à long terme.
En pratique, la théorie du chaos aide les scientifiques à déterminer quelles prédictions sont réalisables et lesquelles ne le sont pas. Cela nous rappelle que certains systèmes, même si nous les mesurons bien, sont intrinsèquement limités en termes de prévisibilité.
Mitchell Newberry, professeur adjoint de systèmes complexes, Université du Michigan.
Cet article a été initialement publié dans The Conversation sous licence Creative Commons.