Roman de physique par la compréhension de l'urgence climatique et complexes systèmes physiques

2021/10/05 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

Sur décision de l'Académie royale suédoise des sciences, Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann et Giorgio Paris recevront le prix Nobel de physique pour leur contribution à la compréhension des systèmes physiques complexes. La moitié du prix est destinée à Manabe et Hasselmann pour leur travail dans la modélisation du climat terrestre et son réchauffement, et l'autre moitié à Paris, pour étudier l'interaction entre le désordre des systèmes physiques et les fluctuations, de l'échelle atomique au planétarium.
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann et Giorgio Parisi seront les prix Nobel de physique de 2021. Ed. Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize

Selon l'académie, les systèmes complexes sont aléatoires et désordonnés, ils sont donc difficiles à comprendre. Le prix de cette année reconnaît la capacité d'inventer de nouvelles méthodes pour décrire ce type de systèmes et de prédire leur comportement à long terme.

Climat, temps et réchauffement climatique

En fait, le chercheur japonais Syukuro Manabe a démontré que l'augmentation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère provoquait une augmentation de la température à la surface terrestre. Il a montré que l'oxygène et l'azote étaient à peine efficaces, tandis que le double de la concentration en dioxyde de carbone supposait une augmentation de la température supérieure à 2 °C.

C'était les années 1950 et a continué les enquêtes ouvertes au Japon aux États-Unis. Dans les années suivantes, il a ouvert une nouvelle voie et a étudié l'interaction entre la balance des radiations (relation entre les radiations reçues par la Terre du Soleil et celle émise dans l'atmosphère) et le transport vertical de masses d'air.

En 1975, il publie le modèle climatique de la Terre. Par rapport aux ordinateurs actuels, ceux de l'époque avaient une capacité limitée, mais cependant, il a été en mesure de sauter de modèles unidimensionnels à des modèles tridimensionnels, antécédent de ceux actuels.

Dix ans plus tard, Klaus Hasselmann a su relier le temps au climat, bien que le temps soit changeant et chaotique. Pour surmonter cette difficulté, il a créé un modèle climatique stochastique, ce qui signifie que le hasard est inclus dans le modèle. Inspiré par la théorie du mouvement brownien d'Albert Einstein. Utilisant cette théorie, Hasselmann a montré qu'une atmosphère qui change rapidement peut provoquer des changements lents dans l'océan.

Après le développement du modèle, il a développé des méthodes pour détecter et mesurer l'influence des activités humaines. Il a noté que le modèle fournit des informations adéquates sur les caractéristiques du bruit et de la signalisation. Par exemple, les changements dans le rayonnement solaire, les particules des volcans ou les gaz à effet de serre ont des signaux différents, chacun a son empreinte digitale, il est donc possible de les distinguer. Le modèle a montré l'influence des gaz à effet de serre sur la température et le climat.

Ainsi, la Fondation Nobel considère que le travail de Manabe et Hasselmann coïncide avec l'esprit d'Alfred Nobel de récompenser les travaux qui ont bénéficié à l'humanité.

Étapes pour comprendre des systèmes complexes

Vers 1980, Giorgio Paris démontra que les matériaux complexes désordonnés avaient des modèles cachés. Il a commencé par la recherche du matériel spin-glass. Ce matériau est un type de métal avec un bois spécial, par exemple, la distribution chaotique des atomes de fer dans un réseau de cuivre. Dans ce matériel, il a trouvé un modèle caché et a proposé une méthode de description mathématique.

Pour affirmer mathématiquement que la méthode à Paris était correcte des années ont été nécessaires. Depuis, sa méthode a servi à expliquer des systèmes physiques complexes et a été fondamentale pour développer la théorie des systèmes complexes.

Ces théories permettent de comprendre et de décrire de nombreux matériaux et phénomènes différents et apparemment totalement chaotiques, non seulement en physique, mais aussi dans des domaines aussi divers que les mathématiques, la biologie, la neuroscience et l'apprentissage automatique.

En recueillant la nouvelle du prix, Paris mentionne l'urgence climatique avec les mots suivants: « Il est clair que pour l’avenir de la prochaine génération, nous devons commencer très vite maintenant. »