Nous entendons régulièrement des avertissements selon lesquels le changement climatique peut conduire à des « points de basculement » :des situations irréversibles où la savane peut rapidement se transformer en désert, ou le courant chaud du Gulf Stream peut simplement cesser de couler. Ces mises en garde font souvent référence à des modèles spatiaux comme des signaux d'alerte précoce de points de basculement. Une équipe internationale d'écologistes et de mathématiciens a étudié ces modèles et est parvenue à une conclusion surprenante. "Oui, nous devons faire tout notre possible pour arrêter le changement climatique, " les auteurs ont déclaré en plein accord avec le récent rapport du GIEC. " Mais la Terre est beaucoup plus résistante qu'on ne le pensait auparavant. Le concept de points de basculement est trop simple." Les scientifiques ont récemment publié leurs travaux dans la revue Science .

L'article s'appuie sur des années de collaboration entre divers instituts de recherche aux Pays-Bas et à l'étranger, en particulier entre l'Université d'Utrecht et l'Université de Leiden. Les chercheurs ont abordé l'idée d'un point de basculement dans un contexte spatial. "La formation de modèles spatiaux dans les écosystèmes, comme la formation spontanée de motifs végétaux complexes, est souvent expliqué comme un signal d'alerte précoce pour une transition critique, " explique l'auteur principal Max Rietkerk, écologiste affilié à l'Université d'Utrecht. "Mais ces modèles semblent en fait permettre aux écosystèmes d'échapper à de tels points de non-retour." Ces résultats sont basés sur des analyses mathématiques de modèles spatiaux et de nouvelles observations d'écosystèmes du monde réel.

Alain Turing

Les modèles qui émergent spontanément dans la nature sont souvent appelés « modèles de Turing, " du nom du célèbre mathématicien britannique Alan Turing. En 1952, il a décrit comment les modèles dans la nature, comme les rayures sur le pelage des animaux, peut se développer à partir d'une position de départ homogène. « En sciences écologiques, les schémas de Turing sont souvent expliqués comme des signaux d'alerte précoce, car ils indiquent une perturbation ", clarifie le mathématicien et co-auteur de l'Université de Leyde, Arjen Doelman. "Le mécanisme de formation de motifs de Turing est toujours incontesté. Mais le fait qu'un motif se forme quelque part ne signifie pas nécessairement qu'un équilibre est rompu au-delà d'un point de basculement." A titre d'exemple d'une telle situation, Rietkerk fait référence à la transition de la savane au désert. "On y observe toutes sortes de formes spatiales complexes. C'est une réorganisation spatiale, mais pas nécessairement un point de basculement. Au contraire :ces modèles de Turning sont en fait un signe de résilience. »

Éviter les points de basculement

Les chercheurs ont découvert un nouveau phénomène intéressant en écologie :la multistabilité. Cela implique que de nombreux modèles spatiaux différents peuvent se produire simultanément dans les mêmes circonstances. Rietkerk dit que "chacun de ces modèles peut rester stable dans un large éventail de conditions et de changements climatiques. De plus, nous avons constaté que tout système complexe suffisamment grand pour générer des modèles spatiaux peut également échapper aux points de basculement." La question est maintenant :quels systèmes sont sensibles au pourboire, et lesquels ne le sont pas ? "Cela signifie qu'il faut retourner à la table à dessin pour comprendre le rôle exact des points de basculement, " dit Rietkerk. " Ce n'est qu'alors que nous pourrons déterminer quelles conditions et quels modèles spatiaux entraînent des points de basculement, et lesquels ne le font pas."

Ce travail contribue au projet TiPES, un projet de science climatique interdisciplinaire Horizon 2020 de l'UE entre 18 institutions partenaires dans 10 pays européens sur les points de basculement dans le système Terre.