Qu'est-ce que le chaos dans le langage courant ? Quand on dit qu'une chambre est dans un chaos total, par exemple, on parle de désordre, d'absence de structure reconnaissable, de géométrie structurée. Le chaos est, en physique, défini d'une manière similaire mais comportant tout de même des différences : ses spécificités propres à la physique. Le chaos est l'un des éléments de la physique qui suscite toujours énormément d'interrogations, de mystères et d'hypothèses de la part des scientifiques chercheurs…
De par la maîtrise de plus en plus élaborée de l'être humain sur son environnement, notamment par le biais d'une meilleure compréhension de ce qui nous entoure et de ce qui compose la vie, nous ne parvenons cependant pas toujours à contrôler les événements et phénomènes naturels. C'est la raison pour laquelle les catastrophes naturelles sont encore possibles, en grand nombre, et c'est ce qui fait notre impuissance presque totale face à leur déclenchement. En effet, nous ne pouvons pas tout prédire, et même si on le pouvait, on ne peut pas arrêter chacun de ces phénomènes.
Pour comprendre les raisons de ce chaos, de cette part d'inconnue, il nous faut plonger au cœur de la thermodynamique et de la physique du chaos profonde… En avant !
La notion d'entropie en physique du chaos
Si nous parlons ici d'entropie pour débuter cet article, c'est parce qu'il serait impensable de parler de physique du chaos sans parler de thermodynamique et d'entropie. En physique, l'entropie est la fonction exprimant le principe de dégradation de l'énergie. On peut parler de turbulences, tout comme c'est le cas en physique des fluides ! S'il y a dégradation de l'énergie, alors il y a nécessairement un affaiblissement de l'ordre, et donc, une augmentation du désordre.
Or, l'entropie est intimement rattachée à la thermodynamique. En thermodynamique, le premier principe énoncé est que rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transformer. On observe en effet que toute énergie se transforme, et qu'il n'existe pas d'énergie qui se perde, soit "gâchée". Si un élément perd de l'énergie, il en a forcément donné en même temps. Et ainsi de suite… Pourquoi parle-t-on dans ce cas de perte d'énergie, autrement dit, de dégradation de l'énergie ?
Parce que l'Univers dans son intégralité est en constante augmentation de désordre. C'est l'entropie, en physique. Mais étant donné qu'il y a une augmentation du désordre, il y a également de l'énergie à fournir pour compenser cette perte d'énergie, pour ainsi rétablir l'ordre. On voit donc que la dégradation de l'énergie entraîne des efforts pour investir à nouveau de l'énergie en compensation. Si ce n'était pas le cas, alors il y aurait encore plus de désordre et le principe de la thermodynamique premier ne serait pas vrai.
L'un des principes de la thermodynamique est également que l'entropie d'un objet/élément isolé ne peut qu'augmenter. Ainsi, ce que l'on peut retenir est que malgré le fait que l'énergie ne puisse pas se "perdre", elle ne peut que perdre en qualité au fil du temps et des échanges énergétiques.
Le désordre créé par la chaleur
Lorsque l'on chauffe un objet, un élément, on introduit un changement dans ses molécules. On augmente en fait la vitesse d'agitation des atomes de l'objet ! Ceci vaut pour toute chose dans l'Univers. Puisque la vitesse d'agitation est augmentée en chauffant, on peut comprendre aisément sur cela crée une agitation qui part dans tous les sens et est donc tout sauf contrôlée. D'où la notion de désordre avec l'entropie ! C'est l'entropie d'un système qui permet d'évaluer le taux de désordre de ce système…
L'effet papillon : le chaos loin du déterminisme
On appelle "déterminisme" en physique la faculté d'un élément à agir d'une certaine manière chaque fois qu'elle effectue la même action. Lorsque peu importe le moment où l'on effectue une action sur un élément, cet élément agit conformément à ce qu'il a déjà effectué dans le passé, on parle de déterminisme. Ainsi, si l'on décide par exemple de tirer un élastique et de le jeter en avant, si l'on réitère l'expérience peu après, en effectuant plus ou moins le même mouvement, avec la même force à peu près et en visant toujours dans la même direction, alors on parle de déterminisme car la même chose se produira.
Ainsi, même si l'on modifie d'un millimètre notre trajectoire, le résultat final sera relativement très proche du résultat obtenu plus tôt. On peut ainsi prédire la trajectoire de l'élément. Les mêmes calculs et les mêmes résultats, sans différence flagrante, sont observés. Cependant, loin du déterminisme, on observe que le déterminisme ne s'applique absolument pas à tout élément dans l'Univers. C'est ainsi que l'effet papillon, comme on l'appelle, concerne les éléments dont les petites variations de phénomènes provoquent des conséquences importantes majeures…
L'effet papillon et son origine : la météo
Vous en faites très certainement souvent l'expérience voire les frais : la météo est impossible de nos jours à assurer à 100% de fiabilité. Si bien qu'il n'est jamais possible de prédire la météo plus de quelques semaines auparavant. Comment cela s'explique-t-il ? Par le fait que la météo dépend de tant d'éléments qu'il n'est pas possible de prédire avec exactitude ce qu'il va advenir.
Ce sont ces tous petits dérèglements éventuels, ces variations de phénomènes dont l'étude de la météo est peuplée qui fait que le moindre changement peut provoquer une variation dans les prévisions météorologiques.
Comme vous l'avez donc compris, il est donc pour cela impossible de prévoir avec exactitude la météo. Pourquoi appelle-t-on cela "effet papillon" ? Parce qu'il se trouve que le météorologue et scientifique Edward Lorenz avait utilisé une métaphore mettant en scène le battement d'ailes d'un papillon provoquant une tornade bien plus loin géographiquement, afin d'illustrer le fait que de petites et infimes variations peuvent avoir, en physique et notamment en météo donc, d'énormes conséquences. Il s'agissait d'une certaine exagération voulue.
Le chaos atmosphérique : l'effet papillon et les catastrophes naturelles
Le fait est qu'on parle de chaos atmosphérique car on ne peut prédire avec exactitude les phénomènes de catastrophes naturelles. L'atmosphère est sans cesse changeante, et si l'on peut totalement prédire certains phénomènes répétitifs tels que les éclipses, les marrées ou encore le mouvement des planètes, certains phénomènes physiques apparaissent en très peu de temps et sans toujours présenter de signes avant-coureurs.
C'est la raison pour laquelle nous ne pouvons bien souvent malheureusement pas les stopper, et la raison pour laquelle nous appelons ces phénomènes naturels des catastrophes naturelles... Par exemple, bien que la technologie nous aide de plus en plus précisément à prédire dans quelle zone la tornade a lieu, le phénomène est trop rapide et, de plus, la physique du chaos atmosphérique impose que l'on ne puisse prédire le devenir même de la tornade. Ainsi, l'atmosphérique étant par nature chaotique, on ne peut prédire si la tornade va s'atténuer ou au contraire se renforcer…
Il faut en tout cas bien retenir que dans le chaos de l'atmosphère, certaines supercellules lors d'orages vont donner des tornades, d'autres pas ! Pourquoi ? Parce que les micro mouvements atmosphériques, plongés dans le chaos naturel, ont un rôle crucial dans la formation des tornades et dans le renforcement des orages. C'est pourquoi il est conseillé de ne pas faire trop de mouvements en plein orage ! Pourquoi ne pas en apprendre plus sur l'énergie sombre et la matière noire ? Rappelons que tout est question de transfert d'énergie en physique (d'où le rôle primordial de la thermodynamique) : en courant sous l'orage, notre corps dégage plus d'énergie, qui va faciliter le chemin de l'orage vers le sol, que vos pieds foulent en courant !
Les micro mouvements atmosphériques et la création de catastrophes naturelles
Les micro mouvements dans l'atmosphère sont terribles et ont une importance capitale : plus il y a de micro mouvements dans l'atmosphère, et plus il y a d'énergie ! Dans le cas d'un orage, par exemple, il y a également la question de la vitesse des nuages qui entre en jeu. Plus les nuages présentent une variation élevée de vitesse, plus on a la présence d'une rotation de l'air au sein même des nuages de l'orage. Cela finit par créer, avec l'humidification de l'air, une tornade si les vents ascendants et descendants ne cessent d'être en équilibre.
Pour que la tornade s'estompe, l'équilibre entre les vents descendants et ascendants doit être brisé, mais l'humain n'est ici pas de taille. Ainsi, on ne peut prédire l'arrêt d'une tornade, car celui-ci peut également être causé par la présence d'un certain relief à un certain endroit au moment T... Comme on le comprend, c'est le réel chaos !
Les micro mouvements atmosphériques ont leur importance puisque lorsque nous toussons, respirons, expulsons de l'air donc, nous créons ces micro mouvements atmosphériques. Ainsi, pour reprendre la métaphore du papillon, le battement des ailes d'un petit papillon a également son importance dans les micro mouvements de l'atmosphère, à une si petite échelle !
Les principales causes de l'impossibilité de prévoir les catastrophes naturelles
Les tornades, tremblements de terre ou encore les tsunamis sont impossibles à déterminer avec précision car ils ne présent généralement aucun signe avant-coureur et ils se déclenchent de manière très rapide ! Nous pouvons trouver, en physique, quatre causes principales au fait que malgré la technologie avancée actuelle, nous ne pouvons prédire avec exactitude les catastrophes naturelles :
- la nature tout simplement chaotique et imprévisible de l'atmosphère : le chaos s'installe
- les millions de données éventuelles apportées par nos différents outils, données trop approximatives et trop nombreuses pour pouvoir être traitées à temps
- les divers supercalculateurs créés par l'humain ne sont pas encore assez puissants
- les humains demeurent des humains, capables de commettre des erreurs involontaires donc
- les équations physiques intentées sont elles aussi trop approximatives pour des systèmes énergétiques trop compliqués…
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