Les mathématiques de la planète Terre

Treize centres de recherches mathématiques en Amérique du Nord travailleront ensemble sur des problématiques liées à l’environnement. En janvier dernier à San Francisco, les directeurs de 13 centres de recherches mathématiques du Canada et des États-Unis ont annoncé qu'ils avaient uni leurs efforts afin de mettre sur pied un programme d'activités spéciales pour 2010 et 2011 liées aux études sur les changements climatiques et le développement durable.

«Les travaux sur les changements climatiques et le développement durable nécessitent le recours aux mathématiques et nos chercheurs doivent davantage participer à ces travaux», affirme Christiane Rousseau, professeure au Centre de recherches mathématiques (CRM) de l'Université de Montréal.

Le CRM a en fait été à l'origine de cette collaboration interuniversitaire à laquelle ont pris part cinq centres canadiens et huit américains. Christiane Rousseau en avait lancé l'idée en concevant le projet plus global des «mathématiques de la planète Terre». Le président de la National Science Foundation des États-Unis a été séduit par l'idée de lier les mathématiques au thème du développement durable et a retenu cette approche parmi les axes de recherche à subventionner.

Christiane Rousseau «Le fait que des centres de l'ensemble de l'Amérique du Nord réunissent leurs expertises autour d'une thématique commune est sans précédent et représente une très grande force, souligne la chercheuse. Des instituts du Mexique pourraient aussi se joindre à nous.»

Recherche de la prévision parfaite

Les éléments à prendre en considération dans les prévisions des changements climatiques sont innombrables et l'ajout ou l'omission d'un seul d'entre eux peut modifier grandement les modèles, donc les effets attendus. «On avait d'abord pensé que la calotte polaire allait fondre en 2050, mais on n'avait pas tenu compte de facteurs exponentiels comme l'absorption de la chaleur par l'océan libéré des glaces et le méthane dégagé par le dégel du pergélisol. Aujourd'hui, on parle de la fonte de la banquise pour 2013!» signale Christiane Rousseau.

Mais, selon la chercheuse, de tels écarts n'étonnent pas les mathématiciens qui, conscients de la complexité de la tâche, font preuve de modestie sans chercher la prévision parfaite.

La réalité est encore plus complexe et incertaine dans le domaine du développement durable puisque cette approche repose en partie sur les changements climatiques. «Dans le développement durable, il faut tenir compte des populations d'insectes, lesquels sont directement liés au climat, il faut savoir gérer les ressources forestières ou agricoles sans épuiser les sols, pouvoir calculer la pluviométrie à long terme pour assurer la production d'énergie hydroélectrique, évaluer les risques dans chaque situation. Dans chacun de ces cas, les chercheurs doivent combiner des modèles à différentes échelles.»

Les activités prévues dans ce programme interuniversitaire vont des ateliers spécialisés tenus dans un établissement en particulier jusqu'à des projets regroupant plusieurs centres et s'étendant sur plusieurs années, en passant par des visites dans les écoles et des conférences destinées au grand public. Le CRM annonce déjà cinq ateliers auxquels prendront part des organisateurs de près d'une vingtaine d'établissements d'au moins cinq pays.

Le premier, qui se tiendra en mars, portera sur l'analyse statistique de données complexes en hydrologie, climatologie, météorologie et épidémiologie des maladies animales. Le deuxième, prévu pour septembre, abordera la modélisation dans l'optimisation des décisions devant tenir compte des facteurs climatiques, sociaux et économiques.

Les trois autres se dérouleront en 2011. Il y sera question, entre autres, de l'incertitude dans la modélisation des projections climatiques, des techniques d'inventaire forestier et de la dynamique des fluides appliquée aux turbulences atmosphériques et océaniques.

Mathématiques planétaires

Outre ce programme d'activités, Christiane Rousseau veut que son projet initial des «mathématiques de la planète Terre» conserve une perspective élargie. «Cette thématique inclut le développement durable et les changements climatiques, mais elle est beaucoup plus large et englobe tout domaine concerné par une approche planétaire», précise la mathématicienne.

Ces domaines ou disciplines sont très nombreux. Il suffit de penser à la mise en réseau de la planète, aux études en épidémiologie, à l'évolution et la survie des espèces, au réchauffement climatique, au décodage du génome humain, à la recherche sur l'origine de la vie, aux réseaux de transport, à la météorologie, à l'astronomie du système solaire, etc.

L'objectif est de planifier, pour 2013, une série d'activités communes avec l'ensemble des instituts membres du programme sur les mathématiques et le développement durable, mais qui aillent au-delà de la seule question environnementale.

D'ici là, Christiane Rousseau, membre du comité de rédaction de la revue Accromath, souhaite que cette revue consacre un numéro au climat et au développement durable et un second en 2013 aux mathématiques de la planète Terre. Accromath est une revue de haute qualité destinée aux élèves des écoles secondaires et des cégeps intéressés par les travaux en mathématiques. Elle est publiée conjointement par le CRM et l'Institut des sciences mathématiques de l'UQAM.

Daniel Baril

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