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Le système chaotique ouragan

La quantité d’énergie reçue du soleil n’est pas uniformément répartie sur la surface du globe terrestre. Il s’ensuit des déséquilibres qui forcent l’eau et l’air atmosphérique à se mettre en mouvement. L’élévation de la température de surface des mers tropicales est la cause principale des agitations sur l’océan qui se produisent durant la saison chaude. Ce sont les lois de la thermodynamique que la nature exploite pour construire ces phénomènes à partir de faibles perturbations initiales. Lorsque les déséquilibres thermiques deviennent trop importants, les systèmes formés sur les océans peuvent pénétrer dans des zones chaotiques derrière lesquelles de nouvelles structures émergent :

Ces structures sont les ouragans.

Nicolas Sadi Carot : le père de la thermodynamique

Personne n’ignore que la chaleur peut être la cause du mouvement, qu’elle possède même une grande puissance motrice : les machines à vapeur, aujourd’hui si répandues en sont une preuve parlante à tous les yeux.

C’est à la chaleur que doivent être attribués les grands mouvements qui frappent nos regards sur la terre ; c’est à elle que sont dues les agi­tations de l’atmosphère, l’ascension des nuages, la chute des pluies …, les courants d’eau qui sillonnent la surface du globe et dont l’homme est parvenu à employer pour son usage une faible partie ; enfin les tremblements de terre, les éruptions  volcaniques, re­connaissent aussi pour cause la chaleur.

Nicolas Sadi Carnot, Réflexions sur la puissance motrice du feu (1824)

Henri Poincaré : le précurseur de la théorie du chaos

Une cause très petite, qui nous échappe, détermine un effet considérable que nous ne pouvons pas ne pas voir, et alors nous disons que cet effet est dû au hasard…, il peut arriver que de petites différences dans les conditions initiales en engendrent de très grandes dans les phénomènes finaux ; une petite erreur sur les premières produirait une erreur énorme sur les derniers. La prédiction devient impossible et nous avons le phénomène fortuit.

Henri Poincaré, Calcul des Probabilités (1912)

Cette sensibilité aux conditions initiales, découverte par Poincaré, est la signature du chaos. Mais faute de calculateurs capables de réaliser des millions d’opérations, Poincaré ne put aller plus loin.

Le météorologue Edward Lorenz et la théorie du chaos

Le météorologue Edward Lorenz a mis en évidence, au début des années 1960 avec l’apparition des ordinateurs, que de toutes petites variations entre deux situations initiales pouvaient produire, au bout d’un certain temps, des situations finales très éloignées, vérifiant ainsi les découvertes de Poincaré.

En 1972, il publie un article scientifique : « Prévisibilité, le battement d’aile d’un papillon au Brésil peut-il provoquer une tornade au Texas ? » C’est le célèbre effet papillon.

Il démontra que les systèmes déterministes ne pouvaient donc pas prédire avec précision l’évolution de la météo à plus de deux ou trois semaines. Ses travaux ont abouti à la théorie du chaos.

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Michel Pluviose
Michel Pluviose est professeur honoraire du Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM) et a été titulaire de la chaire de turbomachines. Auparavant, il a été directeur du laboratoire de l’Association technique pour les turbomachines et les turbines à gaz (ATTAG).

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