Des calculs permettant de mieux prédire les mouvements de polluants
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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, 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 de Deepwater Horizon, il est essentiel de disposer d’outils qui prédisent comment le pétrole 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 de monsieur Haller, pour prédire le mouvement du pétrole dans l’eau, sont également applicables à la dispersion de cendres dans les airs à la suite d’une explosion volcanique.
« Dans des systèmes complexes comme les océans et l’atmosphère, il existe nombre de caractéristiques que nous ne pouvons comprendre spontanément », explique monsieur Haller. « Les gens avaient l’habitude d’attribuer ces caractéristiques au hasard ou au chaos. Mais, dans les faits, en examinant des ensembles de données, on peut découvrir des répétitions dans les mouvements de l’air et de l’eau. » Au cours de la dernière décennie, l’équipe a mis au point 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.
« Tout le monde connaît le Gulf Stream 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 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 océanique se compare à une ville bourdonnante et à son réseau 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 du pétrole déversé. Ces intersections réunissent le flux provenant de directions opposées et rejettent la masse 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. Cela signifie que les chercheurs sont maintenant capables de prédire les modifications radicales des mouvements de pollution qu’on croyait autrefois imprévisibles.
Ainsi, bien que le professeur Haller ne suivait pas la trace du déversement de pétrole pendant la catastrophe 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 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 :
Les travaux ont été financés par la U.S. Fondation nationale pour la science, la NASA, l’initiative de recherche BP/Golfe du Mexique et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.