Des méthodes mathématiques contribuent à prédire le mouvement du pétrole et des cendres à la suite de désastres environnementaux.

En avril 2010, lorsque le pétrole s'est mis à jaillir dans le Golfe du Mexique, des amis ont demandé à George Haller s'il suivait son mouvement. C'est que le professeur de génie de McGill s'attache depuis des années à découvrir des manières de mieux comprendre les tendances répétitives propres au mouvement - en apparence chaotique - des océans et de l'air. Entretemps, des collègues de Josefina Olascoaga, à Miami (Miami est une ville importante située au sud-est de la Floride, aux États-Unis d'Amérique. Chef-lieu du comté de Miami-Dade, c'est, par sa population de 392 417 habitants[1] (2005), la...), posaient à la géophysicienne une question semblable. Heureusement, elle suivait ce mouvement.

Pour les personnes qui sont engagées dans la gestion des retombées des désastres environnementaux comme le déversement pétrolier (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses dérivés (essence). Pour le transport d'autres liquides, les navires ont d'autres...) de Deepwater Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres...), il est essentiel de disposer d'outils qui prédisent comment le pétrole (Le pétrole, du latin petra pierre et oleum huile (soit « huile de pierre »), est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. Énergie...) se déplacera, pour qu'on puisse optimiser l'utilisation des ressources afin de maîtriser le déversement. Grâce à des travaux réalisés par George Haller et Josefina Olascoaga, il semble que de tels outils seront bientôt possibles. Les techniques de calcul de madame Olascoaga et la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative,...) de monsieur Haller, pour prédire le mouvement du pétrole dans l'eau (L’eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque) est un composé chimique simple, mais avec des propriétés complexes à cause de sa polarisation (voir...), sont également applicables à la dispersion de cendres dans les airs à la suite d'une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la matière résultante se...) volcanique.

"Dans des systèmes complexes comme les océans et l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), il existe nombre (Un nombre est un concept caractérisant une unité, une collection d'unités ou une fraction d'unité.) de caractéristiques que nous ne pouvons comprendre spontanément", explique monsieur Haller. "Les gens avaient l'habitude d'attribuer ces caractéristiques au hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque apparent, sinon de causes, au moins de connaissance des causes. On parle de hasard :) ou au chaos. Mais, dans les faits, en examinant des ensembles de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.), on peut découvrir des répétitions dans les mouvements de l'air et de l'eau." Au cours de la dernière décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), l'équipe a mis au point (Graphie) des méthodes mathématiques pour décrire ces structures cachées qu'on appelle maintenant de manière générale des structures lagrangiennes cohérentes, du nom du mathématicien français Joseph-Louis Lagrange (Joseph Louis, comte de Lagrange (Giuseppe Lodovico Lagrangia en italien) (25 janvier 1736, Turin - 10 avril 1813, Paris) est un mathématicien et astronome italien.).

"Tout le monde (Le mot monde peut désigner :) connaît le Gulf Stream (Le Gulf Stream est un courant océanique qui prend sa source entre la Floride et les Bahamas et se dilue dans l'océan Atlantique vers la longitude du Groenland. Son nom est...) et les vents qui soufflent d'ouest en est au Canada", de dire monsieur Haller,"mais au sein de ces vastes mouvements d'air ou d'eau, on constate des répétitions locales étranges qui guident le mouvement des particules individuelles." Et d'ajouter madame Olascoaga: "Bien que le phénomène soit invisible, si vous pouvez vous imaginer debout dans un lac ou un océan (Un océan est représentée, en géographie, par une vaste étendue d'eau salée. En réalité il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des courants marins. Les océans recouvrent près des...) avec un pied dans l'eau chaude et l'autre, juste à côté, dans l'eau froide, alors vous avez fait l'expérience d'une structure lagrangienne cohérente qui circule quelque part entre vos pieds."

"Le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) océanique se compare à une ville bourdonnante et à son réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) de routes", explique monsieur Haller, "sauf que les chemins sont invisibles dans l'océan; ils sont en mouvement et transitoires." La méthode que les chercheurs Haller et Olascoaga ont mise sur pied leur permet de détecter les noyaux des structures lagrangiennes. Au sein du réseau complexe du flux océanique, ce sont les équivalents des intersections des routes, et ils sont essentiels pour comprendre le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant...) du pétrole déversé. Ces intersections réunissent le flux provenant de directions opposées et rejettent la masse (La masse est une propriété fondamentale de la matière qui se manifeste à la fois par l'inertie des corps et leur interaction gravitationnelle.) d'eau ainsi produite. Lorsqu'un tel noyau de structures lagrangiennes cohérentes émerge et nourrit une impulsion à l'intérieur du déversement, nous savons que le pétrole ne pourra que s'écouler au cours des quatre à six prochains jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons...). Cela signifie que les chercheurs sont maintenant capables de prédire les modifications radicales des mouvements de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par...) qu'on croyait autrefois imprévisibles.

Ainsi, bien que le professeur Haller ne suivait pas la trace (De manière générale, une trace est l'influence d'un événement sur son environnement. On utilise parfois le terme d'empreinte (voir aussi Pistage).) du déversement de pétrole pendant la catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la mort et la destruction à grande échelle pour conséquence.) de Deepwater Horizon, Josefina Olascoaga et lui ont réuni leurs forces pour mettre au point une méthode qui ne fait pas que suivre le déversement; elle prédit véritablement les changements importants quant à la manière dont celui-ci se déplacera. Les deux chercheurs ont bon espoir que cette nouvelle méthode mathématique (Les mathématiques désignent la science du vrai et du faux en général. C'est-à-dire qu'elle ne s'attache pas à dire ce qui est vrai ou faux dans l'absolu mais...) contribuera à la prise de décisions bien informées, dans l'objectif de maîtriser la pollution.

Pour lire un résumé de l'article qui vient d'être publié dans Proceedings of the US National Academy of Science: http://www.pnas.org/

Les travaux ont été financés par la U.S. Fondation nationale pour la science, la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial des...), l'initiative de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) BP/Golfe du Mexique et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.