Billet du 1er mai 2013

Bonjour

ce blog a été mis en sommeil depuis le début de l'année à cause d'une période de travail très chargée, mais il n'est pas abandonné !! je profite d'un jour ferié moins chargé pour le réactiver. 

Depuis quelques mois, l'actualité nous a fourni un certain nombre de nouvelles, dont je vais extraire comme Cyrano une "gazette". Pêle mêle et sans souci chronologique, voici quelques actualités qui m'ont "interpellé" ces derniers temps :

- après une offensive particulièrement précoce de la neige en octobre, le mois de mars a été exceptionnellement froid et neigeux en Europe, battant même parfois des records de froid de ...  1888 ! 

- l'explication serait à chercher dans la fonte record de la banquise de l'été 2012, qui serait responsable d'un affaiblissement du vortex polaire en hiver , laissant le froid des pôles se répandre sur nos contrées. 

Bon là il faut qu'on m'explique un peu comment le réchauffement climatique pouvait à la fois avancer la floraison des arbres  et maintenant refroidir le printemps. Parce que mes forsythias viennent tout juste d'éclore fin mars, manifestement cet air froid ne hâte pas la floraison ! alors bien sûr il peut y avoir des années exceptionnelles, mais si l'explication donnée est juste, le RC devrait provoquer une fonte systématiquement plus grande de la banquise et donc des hivers systématiquement plus froids ??? et la fameuse disparition de la neige qu'on nous promettait dans les années 2000 alors ???

Serait-il possible que le discours climatiques eût un peu confondu variabilité décennale et tendance sur le long terme ? 

- un peu plus scientifiquement, des fuites du nouveau rapport en préparation du GIEC , l'AR5 qui doit sortir à la fin de l'année, font état d'une révision de la sensibilité aux aérosols qui devrait logiquement selon certains conduire à une révision à la baisse de la sensibilité climatique.

- par ailleurs la stagnation des températures globales observée depuis 15 ans commence à devenir inconfortable pour les modèles climatiques : même si elle reste dans la fourchette d'erreur, la tendance semble la conduire à bientôt l'en faire sortir, si elle se poursuit encore quelques années. Et ceci malgré que la croissance du charbon chinois plus forte que prévue ait plutot poussé la production de CO2 dans la fourchette haute !! voir par exemple l'article de l'Australian cité par Anthony Watts (traduction française ici) et le graphique suivant comparant les simulations de 44 modèles climatiques avec la réalité des observations par satellite (crédit Dr Roy Spencer)

Là encore, les climatologues ont réponse à tout : ce serait la faute à l'océan qui absorbe la chaleur excédentaire plus que prévu. Et si on compte la quantité de chaleur stockée dans l'océan, on peut dire que le réchauffement accélère ! 

http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/climatologie-1/d/les-oceans-confirment-lacceleration-du-rechauffement-climatique_45513/

Alors là, j'en reste coi : d'une part depuis quand le "réchauffement" est-il mesuré par la chaleur stockée dans les océans et non par la température superficielle ? en quoi l'humanité est elle concernée par le fait que l'océan a plus de 700 mètres de profondeur se réchauffe de quelques millièmes de °C de plus ? pourquoi a-t-on défini la sensibilité climatique par rapport  à la température de surface, pour nous dire ensuite que ce n'est pas important ? et ces fameux modèles qui sont censés inclure toute la physique connue, ils n'ont pas été capable de l'anticiper, cette hausse de la chaleur stockée ? bien évidemment que non - nous avons déjà alerté plusieurs fois dans ce blog qu'un gros modèle numérique dépend de tout un tas de paramétrages peu connus et que, sans une validation très soigneuse de ses prédictions sur des données fiables (ce qui est loin d'être le cas des modèles climatiques, quoi qu'on en dise), ses prédictions doivent être considérées avec beaucoup de prudence. 

- côté économie, ça ne s'arrange pas trop. La croissance occidentale est en berne, et particulièrement en France où la déception profonde des électeurs "Hollandais" a fait plonger la cote de popularité de notre président dans des abysses encore jamais atteintes (sans qu'à mon avis il ait plus démérité que ses prédécesseurs d'ailleurs). Le concert des "Yaka" et des "Faukon" pour relancer la croissance illustre de manière pathétique le désarroi de la société toute entière devant un phénomène qu'elle refuse de considérer : la fin historique de la période de croissance entraînée par la stagnation, puis le déclin des énergies fossiles. Notons que ce déclin n'est pas encore arrivé à l'échelle mondiale, simplement, la croissance est trop faible pour que tout le monde puisse continuer à augmenter, et c'est l'occident, trop riche et plus assez compétitif face à la main d'oeuvre bon marché asiatique, qui en fait le premier les frais. Mais ce n'est qu'une question de temps avant que ce ne soit la production mondiale de fossiles qui décline, entraînant le reste du monde dans sa chute. La croissance asiatique n'est pas plus durable que l'occidentale qui l'a précédé, et se heurtera bien plus vite aux limites des ressources.

Face à ce cataclysme économique annoncé, les politiques ne connaissent que la méthode Coué : ils ne savent que promettre que ça va repartir, à l'aide de mesures énergiques dont eux seuls ont le secret.Suivant le bord politique, ces mesures sont diamétralement opposées, ça va de la rigueur budgétaire à la relance de la consommation en passant par le développement des énergies vertes, mais tout le monde a une solution ! sauf qu'évidemment, personne n'explique comment des mesures financières, budgétaires, ou la construction d'éolienne, va arriver à multiplier l'efficacité énergétique par un facteur tel qu'il puisse contrebalancer le déclin de la production ...

Les conséquences sont hélas prévisibles : bernés par des promesses continuellement non tenues, l'électorat ne pourra qu'être déçu et se jeter dans les bras de mouvement populistes qui n'offrent plus que des discours de protestations, sur le terme "tous pourris". De Beppe Grillo en Italie au deux "Fronts" ( National et de Gauche) en France, au delà des couleurs politiques, on sent bien que c'est ce discours qui s'installe partout , et l'Histoire nous a montré quels dangers il présentait. La démocratie risque de payer cher son manque de lucidité face à la gravité des problèmes qui s'annoncent ....

Tout cela, hélas, ne fait que confirmer ce que nous répétons sur ce blog : nous sommes en train de nous tromper sur les vrais problèmes qui nous attendent. Le discours social est obnubilé par un danger climatique de plus en plus evanescent, qui était au départ fondé sur des scénarios de croissance non seulement optimistes, mais souvent délirants. Le vrai problème est que cette croissance est juste en passe de s'évanouir, et que l'économie mondiale s'engage dans une crise longue sans précédent, qui signifiera à terme la fin de la période industrielle, une parenthèse dans l'histoire de l'humanité. Tous les clignotants s'allument, mais nous refusons de les voir ... 

Une "breaking news" publiée dans Science : l'expérience OPERA s'apprête à annoncer que la mesure d'une vitesse superluminique des neutrinos est sans doute due à une mauvaise connexion sur une fibre optique , qui enlevait artificiellement 60 ns au temps de vol.

http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2012/02/breaking-news-error-undoes-faster.html

Ce n'est pas l'explication que j'avais proposée, qui avait fait l'hypothèse qu'il n'y avait aucune grossière erreur de ce genre, et qui proposait un effet plus subtil, mais classique, qui n'a pas été confirmé par des mesures ultérieures (il fallait néanmoins s'en assurer). Mais cette nouvelle confirme totalement la philosophie que j'avais adoptée après cette nouvelle : face à un résultat très improbable, donc très spectaculaire (forcément), la théorie des probabilités (plus précisément les probabilités bayesiennes) doivent conduire à privilégier l'hypothèse d'une erreur , par rapport à celle que le résultat est juste - sauf si on acquis la certitude qu'une erreur est très improbable. En fait y croire exige qu'on ait fait une preuve soigneuse qu'une erreur est quasiment impossible. Ce qui peut être le cas si la mesure a été confirmée par de nombreux observateurs indépendants par exemple, ou bien encore dans le cas d'une mesure "de zéro" où on observe une absence de variation, comme la mesure de la vitesse de la lumière par Morley et Michelson, une erreur instrumentale étant peu susceptible de produire un résultat exactement nul. 

Ce n'était pas du tout le cas de l'expérience OPERA bien sûr, qui d'une part n'avait qu'une seule mesure , et d'autre part reposait sur un grand nombre de corrections délicates, dont chacune pouvait être susceptible de causer une erreur expérimentale. On était donc dans le cas typique où l'hypothèse d'une erreur devait être considérée comme bien plus probable qu'un vrai résultat. Il est néanmoins instructif d'observer que les réactions ont été , dans l'ensemble, inverses, chez la plupart des commentateurs, aussi bien dans le public que chez les scientifiques, privilégiant l"hypothèse de la réalité du résultat. Cela doit nous faire réfléchir, encore une fois, sur les vraies raisons pour lesquelles nous élaborons nos croyances, des raisons qui sont finalement plus souvent causées par des arguments affectifs (on "aimerait" croire qu'il se passe des choses extraordinaires) que par l'analyse rationnelle des données. Ce biais arrive probablement dans beaucoup d'autres domaines, y compris ceux discutés sur ce blog - il est utile de garder à l'esprit la fragilité de notre jugement face à l'inconnu ...

Je vais présenter ici un modèle simple et déjà ancien qui permet de comprendre ce qu'il peut se passer quand un système en croissance exponentielle rencontre ses limites. Il a été proposé vers 1840 par le belge Pierre-François Verhulst, qui , pour des raisons encore obscures, lui a donné le nom de "courbe logistique", passé à la postérité. C'est un modèle-type courant en dynamique des populations, mais nous verrons aussi qu'il existe des raffinements conduisant à décrire des comportements plus compliqués.

Verhulst a cherché à modéliser comment un système pouvait "terminer" sa croissance exponentielle, après les écrits de Malthus qui déjà, avait démontré qu'une croissance exponentielle indéfinie était impossible (j'aurai l'occasion de revenir sur les soi-disants "erreurs" de Malthus...)

Son idée est assez simple. Rappelons-nous que la croissance exponentielle est une conséquence directe de l'équation qui décrit que la vitesse d'accroissement d'une quantité est directement proportionnelle à cette quantité elle même (si elle double, sa vitesse d'accroissement double aussi) :

dA/dt = k A

Il est important de se rappeler que si une exponentielle croit de plus en plus vite en absolu , en revanche,  elle croit toujours au même rythme en relatif. Par exemple, si on passe dans le même temps de 10 à 12, on passera aussi dans le même temps de 1000 à 1200 ; c'est plus en absolu (+ 200 au lieu de +2), mais c'est la même chose en relatif (+ 20 % dans les deux cas). L'exponentielle est donc une croissance à taux relatif constant. C'est une idée qu'on pourrait résumer simplement en disant  : une exponentielle, c'est quand les enfants se reproduisent au même rythme que leurs parents (au sens général .... les enfants peuvent aussi etre les interêts des sous qu'on met sur un livret de caisse d'épargne ...).

Comme nous l'avons vu, cette simple règle fournit néanmoins rapidement des croissances absurdes. Si l'exponentielle n'est pas tenable, alors l'hypothèse précédente doit être fausse : les enfants doivent, à un moment, se reproduire de moins en moins vite.

La modélisation simple proposée par Verhulst est que le coefficient k n'est en fait pas constant, mais en fait décroît quand la population A augmente. Verhulst propose la loi la plus simple possible : une décroissance de k linéaire avec A

k = ko (1-A/Amax)

ko représente le taux de croissance "initial" pour A très petit (population encore très petite), mais il décroit au fur et à mesure que A augmente et finit par s'annuler si A = Amax. Amax représente une population maximale qui ne peut plus croître. On l'appelle aussi "capacité d'accueil" ("carrying capacity" en anglais). 

L'équation différentielle logistique va donc être 

dA/dt = ko (1-A/Amax).A

bien qu'un peu plus compliquée que l'equation exponentielle, on peut encore la résoudre et en déduire la loi A(t). Notons que le terme supplémentaire rajouté , - koA^2/Amax, est "non linéaire" car il dépend du carré de A : c'est un exemple simple de ce qu'on appelle une "rétroaction non-linéaire".  Les lecteurs interessés peuvent consulter par exemple l'article de wikipedia sur le sujet. On trouve finalement la solution (un peu compliquée mais encore raisonnablement simple pour un mathématicien !) :

A(t) = Amax/ [ 1 + (Amax/Ao -1).exp(-ko.t)]

un exemple de courbe est donné ici pour k = 1, Ao = 1, et Amax = 10 (en bleu),  avec la comparaison avec l'exponentielle (en rouge) pour k= 1 et Ao = 1. On voit qu'au début, la courbe logistique ressemble à l'exponentielle, mais qu'elle s'infléchit ensuite et finit par tendre vers un plateau A = Amax (mathématiquement le plateau n'est jamais vraiment atteint mais le courbe s'en approche très vite et elle devient finalement pratiquement constante).

La courbe est appelée une "sigmoïde" à cause de sa forme en "S". La courbe présente un point d'inflexion I à la moitié de la valeur asymptotique , c'est à dire A = Amax/2 . A ce moment, la croissance arrête d'augmenter en absolu et commence à diminuer. Il reste encore la moitié à croitre avant l'asymptote. Il est assez facile de montrer que ce point d'inflexion arrive lorsque exp(ko t) = (Amax/Ao -1) soit ti = ln(Amax/Ao -1)/ko. 

En prenant comme nouvelle origine des temps ce temps ti, ce qui revient à poser T = t-ti, la loi logistique devient un peu plus simple à écrire

A(T) = Amax/(1+exp(-koT))

Il est également intéressant de porter la croissance de la population, correspondant à la variation annuelle (ou plus généralement "par unité de temps"), qui s'obtient avec la dérivée de la fonction précédente.

Les matheux calculeront facilement cette dérivée

dA/dT = ko Amax.exp(-ko.T)/[ 1 +exp(-ko.T))]^2

= ko Amax /4 ch^2 [ko.T/2]

ou la notation ch signifie le cosinus hyperbolique ch(x) = (exp(x) +exp(-x))/2.

(remplacer T par t-ti pour revenir au temps original).

Cette fonction est représentée ci-dessous : là encore, elle augmente au début comme une exponentielle, puis passe par un maximum en T = 0 (soit t = ti, le point d'inflexion). A ce moment la croissance est maximale. Puis la croissance rediminue et finit par décroitre (aussi exponentiellement) en exp(-ko t) (Notons que quand la population est constante, son accroissement devient bien évidemment nul ! ).

La loi logistique a été employée dans un nombre très grand de situations. Elle est intéressante comme représentation simplifiée, mais essentiellement correcte, du comportement d'un système tendant à croitre mais soumis à une limite. On peut dire que le système croît exponentiellement "tant qu'il ne sent pas les limites", mais que quand il commence à les sentir, sa croissance diminue puis s'annule.

La loi logistique s'applique par exemple à une population animale introduite dans un milieu naturel favorable : elle croit exponentiellement jusqu'à ce que les capacités naturelles du milieu régulent sa croissance, et elle finit par se stabiliser à une valeur stationnaire. Elle a aussi été employée par Hubbert pour modéliser le comportement d'une ressource finie, le pétrole : dans ce cas la fonction logistique représente la quantité totale extraite au temps t, qui tend vers une limite (les réserves ultimes). Sa variation qui donne une courbe en cloche représente la production annuelle de la ressource. C'est pourquoi la seconde courbe bleue s'appelle aussi "courbe de Hubbert". J'utiliserai ce modèle pour discuter des courbes approximatives de production de ressources.

Ce qu'il faut retenir de ces courbes, c'est qu'elles donnent une image physiquement correcte du comportement d'une quantité qui tend à croître exponentiellement, mais qui rencontre des limites, sans avoir les comportements pathologiques de l'exponentielle. Les exemples sont innombrables : par exemple si vous mettez le feu avec une allumette à un tas de broussailles, le feu va croitre exponentiellement au départ, mais une fois qu'il a consumé tout le combustible, il va s'éteindre (si vous mettez le feu a toute la forêt, ça sera un peu plus long mais il finira quand même par s'éteindre ! ). Une explosion, chimique ou nucléaire, est aussi de ce type : croissance très rapide pendant les premières fractions de seconde, et extinction ensuite. La fonction logistique illustre sur un cas simple que l'exponentielle ne peut pas durer un temps infini : la croissance exponentielle est essentiellement un phénomène transitoire, une instabilité connectant pendant un temps fini deux états stationnaires, qui ne dure pas plus que quelques temps de doublement. 

Cette propriété est absolument "naturelle" pour un physicien : j'entends par là que quand un physicien tombe sur une équation de type exponentiel, il en conclut immédiatement, et sans discuter : tiens on a un phénomène transitoire qui va s'amplifier un certain temps, jusqu'à rencontrer une limite physique qui le fera stabiliser, ou disparaitre, et qui ne durera pas plus que quelques temps de doublement. Ce n'est même pas concevable qu'il en soit autrement. Très curieusement, il semble que les économistes n'aient pas le même réflexe : ils "pensent " la croissance comme un état normal, stable, et, a priori, indéfini. Pourtant tout montre que l'économie moderne n'échappe aucunement à ces lois. Meme si la croissance a été forte pendant deux siècles, elle n'a duré que quelques temps de doublement - rien d'impossible jusque là - mais ça ne signifie nullement qu'elle puisse être extrapolée à l'infini.

Le problème essentiel est de savoir ensuite le type de comportement suivi par le système : on a deux courbes naturelles : la sigmoïde de départ, qui tend vers une limite finie, et sa dérivée, la courbe en cloche de Hubbert, qui elle tend vers zéro. La sigmoïde sera suivie si le système est contraint par une limite naturelle stationnaire, ce qui est le cas de la nourriture par exemple qui se renouvelle à taux constant. La courbe en cloche sera suivie par l'épuisement d'une ressource finie, comme dans le cas de la production de pétrole étudiée par Hubbert. A priori, la courbe sigmoïde sera suivie par une civilisation agricole qui atteindra un "plafond" quasi-stationnaire (en réalité le plafond peut bouger au cours du temps par suite de progrès lents dans les techniques, les variations climatiques, les rencontres d'autres civilisations... tout cela donne un comportement plus complexe que la simple sigmoïde). Mais notre civilisation a une caractéristique absolument spécifique, c'est qu'elle repose sur l'exploitation massive d'une ressource finie, les énergies fossiles. On peut donc penser raisonnablement que la courbe naturellement suivie sera plutot en cloche, comme un feu de broussailles. En réalité à l'échelle géologique, l'utilisation des fossiles peut être considérée comme la mise en combustion brutale et rapide d'une réserve finie d'hydrocarbures - et à l'échelle de temps géologique elle a toutes les caractéristiques d'une combustion explosive, et non lente : rappelons nous que les fossiles ont été accumulés en plusieurs centaines de millions d'année et que nous sommes en train de les bruler en quelques siècles seulement !

 Néanmoins, après l'épuisement des fossiles, on sera à nouveau revenu, de force, à l'exploitation de renouvelables. Le problème serait alors de connecter une "histoire fossile" de durée finie,  à une "histoire renouvelable", qui a duré avant et qui durera après les fossiles. Je discuterai dans un prochain post de la plausibilité (selon moi en tout cas) des différentes possiblités de "raccordement" de ces phases. 

Bonjour à tous 

finalement, après mures réflexions, je me lance ! je fais mon blog !

pourquoi ? 

depuis plusieurs années, je me suis intéressé aux problèmes posés par le climat et les ressources énergétiques. Il y a d'innombrables discussions à ce sujet , partout sur le web. Pourquoi un site de plus ?

parce que l'expérience m'a montré qu'il était pratiquement impossible de trouver un endroit où une vraie discussion scientifique sérieuse pouvait avoir lieu. Le sujet est tellement sensible que personne n'évite à se retrouver "dans un camp" et finit par agir non pas comme un observateur rationnel et objectif, mais comme le défenseur d'une position , qui s'apparente bien plus à une position politique ou religieuse , qu'à une position scientifique.

Or je suis , viscéralement et profondément, un scientifique, qui sait que la vérité ne peut etre établie que par la confrontation ouverte et transparente d'arguments et de faits.

j'ai bien sûr mes opinions personnelles, que j'exprimerai au fur et à mesure de mes posts. Je considère néanmoins comme essentiel que tout puisse être débattu et commenté. Et donc : IL N'Y AURA PAS DE CENSURE SUR LE FOND DES COMMENTAIRES. Les seules censures seront évidemment les commentaires violant la loi (racistes, pornographiques, etc...), et les attaques personnelles seront effacées. Mais je serais très heureux que des gens viennent apporter la contradiction à mes propos : j'espère que cela tranchera avec la plupart des autres blogs et permettra d'entretenir une confrontation d'idées, seule capable de progresser dans la compréhension des problèmes.

Concernant ma position personnelle, je vais l'exprimer en peu de mots afin que vous compreniez la "couleur" de mes opinions. D'abord, les opinions que je professe ici sont, autant que je le peux,  strictement guidées par la compréhension des faits , en évitant tout interférence avec des croyances politiques, pour ne même pas parler de religieuses; l'expérience m'a permis de constater que je pouvais me trouver alternativement en accord et en désaccord avec tous les camps - ce qui est le meilleur moyen de se fâcher avec tout le monde, mais qui est pour moi aussi un garant d'objectivité. J'ai essuyé dans le passé des accusations variées (et contradictoires) d'appartenance à tel ou tel camp. Aussi, ne soyez pas surpris si vous n'arrivez pas à "classer" facilement mes opinions dans des débats qui se ramènent souvent à un camp contre l'autre. Pour donner un exemple très précis, je pourrai argumenter par exemple que ni l'énergie nucléaire, ni les énergies renouvelables, ne permettront à mon avis de résoudre le problème posé par la dépletion des énergies fossiles, alors que le débat se ramène très souvent à une opposition manichéenne entres les partisans de chacune d'elle. 

En ce qui concerne ma position, qui pourra servir de "référence" à l'ensemble de mes posts (si elle n'évolue pas au fur et à mesure des nouvelles informations et discussions ), je vais l'exprimer en quelques points. Ces points ne sont pas pour le moment argumentés, ils sont le résultat de nombreuses réflexions, mais le but de ce blog est justement de les justifier progressivement.

Ma vision des problèmes énergétiques et climatiques est donc la suivante :

a) Nous vivons une époque historiquement exceptionnelle, par le développement sans précédent d'une civilisation technico-industrielle, qui n'a été rendue possible que par la combinaison d'une connaissance scientifique de plus en plus poussée, et de l'utilisation de sources d'énergies très concentrées et bon marché : les énergies fossiles. J'éviterai de m'engager sur les jugements moraux sur cette civilisation, d'abord parce que je pense que c'est à chacun de se les faire, et ensuite parce que je pense que l'humanité n'a pas réellement changé moralement depuis des millénaires. En revanche la surpuissance des capacités techniques actuelles a pu amplifier fortement les conséquences de ses actes, aussi bien en bien qu'en mal. 

b) les énergies fossiles sont en quantités finies et s'épuiseront mécaniquement. Nous sommes probablement proches du début du déclin de la plus importante pour le monde moderne : le pétrole. Ce déclin entrainera nécessairement une série de conséquences économiques auxquelles nous sommes peu ou pas préparés. Ce blog est aussi une occasion de participer à la prise de conscience de ces conséquences.

c) l'épopée industrielle a apporté une amélioration considérable du niveau de vie, mais a bien sûr aussi entraîné des conséquences négatives, dont les pollutions de toutes sortes. Parmi celles-ci, le réchauffement climatique entraîné par la production de CO2 en est une potentiellement dangereuse. Cependant, j'essayerai de convaincre que la focalisation sur ce seul danger est probablement exagéré, et que les incertitudes, à la fois sur les modèles climatiques, et sur les réserves disponibles rendent les prédictions bien plus incertaines que ce que les médias tendent à présenter. Probablement, la focalisation du discours médiatique sur le seul danger du RCA (réchauffement climatique anthropique) détourne l'attention d'un problème bien plus important pour la vie de milliard de gens, celui de la déplétion des ressources énergétiques.

J'espère que ce blog sera l'occasion de discuter librement de tous ces problèmes.