Lors du labourage du sol, la lame de l'outil de travail du sol coupe la saleté, l'assouplir en vue de l'ensemencement. Les granules de saleté sont écartés d'une manière qui semble certainement aléatoire, mais qui pourrait ne pas l'être.

Maintenant, de l'étude du travail du sol, les chercheurs ont trouvé un moyen de distinguer si un tel processus est vraiment aléatoire, ou seulement en apparence et est en fait prévisible et déterministe, ce qui peut conduire à une compréhension plus profonde et à la capacité de contrôler avec précision le processus.

Cette méthode mathématique, disent les chercheurs, pourrait être utile dans une gamme d'applications au-delà du sol, du séchage et du tri des grains à la sismologie. Ils décrivent l'analyse de cette semaine dans le journal le chaos .

Pendant le labourage, les particules de sol adhèrent et frottent les unes contre les autres. Ces interactions soumettent les granules à des forces qui oscillent en force. Sous certaines conditions, ces fluctuations peuvent être déterministes, ce qui signifie que les calculs peuvent prédire comment les forces résultantes se comporteront plus tard.

Par exemple, ces fluctuations peuvent être similaires au comportement oscillatoire d'une boîte posée sur une bande transporteuse tout en étant attachée à un ressort. Lorsque la bande transporteuse se déplace, la boîte s'éloigne, étirer le ressort. Lorsque la force du ressort devient supérieure à la force de frottement maintenant la boîte en place, la boîte glisse vers l'arrière, seulement pour être à nouveau tiré par la bande transporteuse. Ce mouvement de va-et-vient, appelé dynamique stick-slip, apparaît également dans les interactions entre les grains et les autres particules, les failles décrochantes qui déclenchent les séismes, et même dans le frottement des pieds d'un gecko.

Le comportement de stick-slip est déterministe, mais cela peut aussi être chaotique dans certains cas. Un léger changement dans les conditions initiales du système peut conduire à des résultats très différents.

Mais un tel comportement chaotique apparaît souvent aléatoire, et savoir s'il est vraiment aléatoire est essentiel pour comprendre le système.

« Si le système était un chaos déterministe, nous pouvons nous attendre à commencer à développer une méthode pour prédire et contrôler le comportement du système avec une plus grande précision, " a déclaré Kenshi Sakai de l'Université d'agriculture et de technologie de Tokyo au Japon. " Cependant, si le système était stochastique, la seule chose que nous puissions faire est d'estimer la probabilité d'occurrence du comportement."

Il existe des outils mathématiques qui distinguent le chaos déterministe, comme dans le modèle stick-slip, du pur hasard. Mais, Sakaï a dit, ces outils ne fonctionnent pas aussi bien lorsque le bruit statistique contamine les données, comme le bruit inhérent à la réalité désordonnée du travail du sol.

Les chercheurs ont donc cherché une nouvelle technique, qu'ils ont testé sur une série d'expériences de travail du sol. Dans l'expérience, ils ont utilisé un appareil développé à l'Université de Californie, Davis qui mesure les forces lorsqu'il traverse le sol. Ils ont effectué ces mesures sur un sol limoneux Yolo dans quatre conditions :labouré et sec, labouré et humide, labouré et sec, et labouré et humide.

En analysant les données, les chercheurs ont calculé un paramètre appelé la prédiction non linéaire déterministe normalisée (NDNP). Il s'avère que lorsque ce nombre est inférieur à un, le système est aléatoire. Mais s'il est supérieur à un, c'est déterministe. Seul le cas où le sol était labouré et sec était déterministe. Le cas labouré et humide était incertain, avec une valeur NDNP de un.

Ces résultats montrent que le NDNP est un moyen relativement simple de déterminer si un système est déterministe, dit Sakaï. Une utilisation importante serait l'analyse des données sismiques et, peut-être, pour mieux anticiper les futurs séismes.