Lewis Fry Richardson - Définition
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Travaux sur la prévision météorologique
Vilhelm Bjerknes avait proposé dès 1904 que l'atmosphère obéissait à un ensemble de variables qu'on pouvait relier sous forme d'équations qu'il pensait résolvables. Richardson essayait donc de montrer que le calcul permettait effectivement d'effectuer des prévisions météorologiques à une époque où les calculateurs électroniques n'existaient pas encore. Il publia sa méthode en 1922, à peine trois ans après que fut publiée la théorie des fronts météorologiques et de la cyclogénèse des latitudes moyennes par Vilhelm et Jacob Bjerknes. Richardson préconisait des techniques de calcul permettant de simplifier les équations et indiquait qu'il était nécessaire de partir d'une situation météorologique avec un nombre important de données terrestres et d'altitude sur l'ensemble du globe.
À l'aide de formulaires standardisés, pour accélérer le calcul en divisant le travail, il avait estimé que 64 000 personnes étaient nécessaires pour que la prévision soit émise en avance sur les événements. Richardson découpait le globe en une grille rectangulaire de 230 km (en latitude) sur 200 km (en longitude), ce qui donnait 3 200 colonnes verticales autour de la Terre. De plus, il divisait l'atmosphère en tranche à 4, 7 et 12 km d'altitude et il proposait des calculs par pas de temps de 3 heures. Cet immense système a été baptisé "l'usine à prévoir le temps".
Cependant, un petit essai de prévision d'évolution de la pression atmosphérique selon cette méthode, mais sans tout le personnel, donna un résultat très décevant: la variation calculée était de 145 hPa en 6 heures, une valeur tout à fait impossible quand on pense qu'une variation de 20 hPa est considérée comme une variation extrême pour ce même temps. En fait, la variation réelle a été presque nulle. L'erreur de Richardson a été de discrétiser les dérivées des équations primitives atmosphériques sans tenir compte de la variabilité expérimentale des données.
Ces dérivées impliquent des divisions de nombres qui sont très proches l'un de l'autre (ex. variation de la pression ou de la température avec le temps). Or la variation des variables météorologiques peut être de l'ordre de l'erreur de leur mesure et en plus, elle peut être instantanément grande sans pour autant durer. Il faut donc utiliser des valeurs lissées sur une certaine période pour obtenir des résultats réalistes. On sait maintenant que le pas de temps n'aurait pas dû excéder une demi-heure dans les calculs et que les données initiales, n'ayant pas subi de contrôle de qualité, introduisirent des instabilités de calcul. Richardson a cependant démontré l'idée que la prévision du temps par calcul était possible et les problèmes de logistique humaine et financière ont été résolus plus tard par l'avènement des ordinateurs.
Reconnaissance
Il a été fait Fellow de la Royal Society et secrétaire de la Royal Meteorological Society. Il est l'auteur de plus de 100 publications scientifiques et de nombreux ouvrages sur les conflits. Plusieurs instituts portent son nom comme le Richardson Institute for Peace Studies et le Conflict Resolution de l'Université de Lancaster.
Recherche sur les fractales
Dans le cours de ses recherches sur les conflits armés, Richardson devait calculer la longueur des frontières entre nations. Il se rendit compte que les données disponibles à ce sujet variaient grandement d'une source à l'autre. Il se mit donc à enquêter sur la cause de ces divergences: changement d'unité de mesure entre sources, méthode de mesure, etc. Il découvrit que plus l'unité minimale de mesure utilisée est petite, plus la frontière était longue ce qu'on a appelé l'Effet Richardson.
Par exemple, l'image de droite montre trois mesures de la côte de Grande-Bretagne avec des étalons de mesures de plus en plus fins qui donnent des longueurs différentes. Ceci ne veut cependant pas dire que la longueur de la côte devienne infinie si on utilise une unité de mesure infiniment petite, une impossibilité quantique. Cette recherche fut généralement ignorée par la communauté scientifique à l'époque mais reprise plus tard par Benoît Mandelbrot en 1967 dans son article How Long Is the Coast of Britain? (Quelle est la longueur de la côte britannique) sur l'étude des fractales.
