{"id":236577,"date":"2013-09-03T15:45:56","date_gmt":"2013-09-03T18:45:56","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=236577"},"modified":"2017-04-19T16:17:59","modified_gmt":"2017-04-19T19:17:59","slug":"chaos-amical","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/chaos-amical\/","title":{"rendered":"Chaos amical"},"content":{"rendered":"
\"inventivit\u00e9

CELSO GREBOGI\/USP<\/span><\/a> Inventivit\u00e9 et art: des formes sinueuses n\u00e9es de la rigueur math\u00e9matique et qui r\u00e9solvent d\u2019anciens d\u00e9fis de la biologieCELSO GREBOGI\/USP<\/span><\/p><\/div>\n

Publi\u00e9 en mars 2005<\/em><\/p>\n

Les oc\u00e9ans contiennent une \u00e9norme vari\u00e9t\u00e9 d\u2019organismes microscopiques transport\u00e9s constamment par les courants marins. Durant son d\u00e9placement, ce riche m\u00e9lange compos\u00e9 de plancton, d\u2019algues, de bact\u00e9ries, de protozoaires de crustac\u00e9s et de mollusques, rencontre certains obstacles comme des d\u2019\u00eeles, des montagnes sous-marines ou m\u00eame des navires. Ces vastes bancs de plancton, homog\u00e8nes \u00e0 l\u2019oeil nu, se divisent et contournent ces barri\u00e8res pour se rejoindre une fois l\u2019obstacle franchit. Dans ce processus ce banc, auparavant compact, subit des distorsions et se transforme en un r\u00e9seau complexe de filaments tr\u00e8s fins sous l\u2019action de tourbillons sous marins \u00e0 proximit\u00e9 de ces obstacles qui forcent ces organismes \u00e0 parcourir des trajectoires complexes et apparemment irr\u00e9guli\u00e8res que les physiciens appellent mouvement chaotique, et qui se r\u00e9p\u00e8tent \u00e0 chaque nouvel obstacle.<\/p>\n

Une \u00e9quipe de physiciens de l\u2019Universit\u00e9 de S\u00e3o Paulo (USP) a \u00e9tudi\u00e9 de mani\u00e8re d\u00e9taill\u00e9e la structure des filaments qui se forment apr\u00e8s les obstacles et a constat\u00e9 que leurs formes, apparemment irr\u00e9guli\u00e8res, peuvent \u00eatre d\u00e9crites avec pr\u00e9cision gr\u00e2ce aux formules math\u00e9matiques de la Th\u00e9orie des Syst\u00e8mes Dynamiques, plus connue sous le nom de Th\u00e9orie du Chaos. Cette th\u00e9orie est d\u00e9j\u00e0 appliqu\u00e9e dans l\u2019\u00e9tude de ph\u00e9nom\u00e8nes divers comme la fluctuation du march\u00e9 financier, les incertitudes m\u00e9t\u00e9orologiques et m\u00eame le rythme des battements cardiaques. Gr\u00e2ce \u00e0 la Th\u00e9orie du Chaos, les physiciens de l\u2019USP ont d\u00e9couvert une r\u00e9ponse possible \u00e0 une question qui interpelle les biologistes depuis pr\u00e8s d\u2019un demi-si\u00e8cle; le paradoxe de Hutchinson. Pourquoi le plancton est il form\u00e9 d\u2019environ 8 mille esp\u00e8ces d\u2019organismes\u00a0? Selon les th\u00e9ories classiques de la biologie, ce nombre ne devrait pas d\u00e9passer une dizaine d\u2019organismes en fonction de leur comp\u00e9tition ac\u00e9r\u00e9e en termes de ressources naturelles comme l\u2019oxyg\u00e8ne, la lumi\u00e8re et les nutriments.<\/p>\n

De tels cas indiquent que le chaos ne signifie pas toujours d\u00e9sordre et confusion et qu\u2019il est parfois souhaitable. Selon le physicien Celso Grebogi; \u201cle chaos est b\u00e9n\u00e9fique au banc de plancton qui se disperse dans l\u2019oc\u00e9an car il favorise la survivance d\u2019un plus grand nombre d\u2019esp\u00e8ces\u201d. Mr. Grebogi, chercheur \u00e0 l\u2019Institut de Physique de l\u2019USP, est le principal auteur d\u2019une th\u00e9orie \u00e9galement applicable \u00e0 des ph\u00e9nom\u00e8nes autres que la pr\u00e9vision de la prolif\u00e9ration des esp\u00e8ces de plancton. En effet, ce mod\u00e8le bas\u00e9 sur la Th\u00e9orie du Chaos peut \u00e9galement expliquer certains ph\u00e9nom\u00e8nes biologiques et chimiques, comme la formation de trous dans la couche d\u2019ozone qui entoure la Terre.<\/p>\n

Grebogi et son \u00e9quipe ont mis au point au sein de l\u2019USP, une nouvelle th\u00e9orie appel\u00e9e Chaos Actif en collaboration avec des sp\u00e9cialistes de l\u2019Universit\u00e9 Hongroise d\u2019E\u00f6tv\u00f6s. Ils ont ainsi propos\u00e9 une nouvelle id\u00e9e indiquant que, dans des situations particuli\u00e8res, cette th\u00e9orie du chaos peut signifier autre chose qu\u2019un ensemble de formules math\u00e9matiques capable de d\u00e9crire le comportement d\u2019un syst\u00e8me qui se modifie avec le temps comme par exemple, le goutte \u00e0 goutte d\u2019un robinet qui diminue peu \u00e0 peu. Dans le cas de particules solides dilu\u00e9es dans un fluide, comme le plancton dans l\u2019oc\u00e9an ou des mol\u00e9cules de polluants dans l\u2019atmosph\u00e8re, le chaos peut avoir un r\u00f4le actif et fonctionner comme catalyseur en acc\u00e9l\u00e9rant des r\u00e9actions chimiques ou des interactions biologiques, comme cela a \u00e9t\u00e9 d\u00e9crit dans le premier article publi\u00e9 par les chercheurs en 1998 dans la revue Physical Review Letters<\/em>. Le chaos agirait de mani\u00e8re identique aux enzymes produits par l\u2019estomac ou par l\u2019intestin qui augmentent la vitesse des r\u00e9actions, r\u00e9duisant les aliments en de plus petites particules.<\/p>\n

L\u2019exemple des planctons, qui produisent environ la moiti\u00e9 de l\u2019oxyg\u00e8ne de la plan\u00e8te, pourrait favoriser la compr\u00e9hension de l\u2019action catalysatrice du chaos. Il y a toute une organisation cach\u00e9e derri\u00e8re ces filaments sinueux form\u00e9s par ces organismes marins. La structure de ces filaments ob\u00e9it \u00e0 des lois math\u00e9matiques tr\u00e8s pr\u00e9cises car chaque filament poss\u00e8de une structure complexe qui se r\u00e9p\u00e8te \u00e0 de petites \u00e9chelles. Quand on agrandit ces filaments on s\u2019aper\u00e7oit qu\u2019il sont form\u00e9s de filaments plus fins, qui \u00e0 leur tour sont form\u00e9s de filaments encore plus fins, c\u2019est la m\u00eame structure observ\u00e9e dans une plume d\u2019oiseau. C\u2019est ce que les physiciens appellent la structure fractale. Dans ce cas comme dans d\u2019autres, cette structure fractale est due \u00e0 l\u2019\u00e9loignement rapide et intense de particules auparavant tr\u00e8s proches sous l\u2019action du mouvement chaotique du fluide qui les transporte.<\/p>\n

\"Au

CELSO GREBOGI\/USP<\/span><\/a> Au fil des courants marins: des microorganismes
de plancton (ligne noire<\/em>) rencontrent un obstacle
(en rouge<\/em>), se dispersent en mouvements turbulents et se r\u00e9organisent en filaments, favorisant ainsi la coexistence de milliers d\u2019esp\u00e8cesCELSO GREBOGI\/USP<\/span><\/p><\/div>\n

Extinction att\u00e9nu\u00e9e
\n<\/strong>Grebogi illustre sa th\u00e9orie gr\u00e2ce \u00e0 une s\u00e9quence d\u2019images sur ordinateur qui nous explique comment autant d\u2019esp\u00e8ces diff\u00e9rentes de plancton parviennent \u00e0 coexister, sans que les plus fortes ne d\u00e9truisent les plus faibles. Quand les filaments se forment, ils s\u00e9parent les diff\u00e9rentes esp\u00e8ces. Des espaces vides sans plancton apparaissent alors entre ces filaments, rendant la comp\u00e9tition moins ac\u00e9r\u00e9e. Ces espaces d\u00e9munis de plancton fonctionnent comme une zone d\u2019\u00e9chappement o\u00f9 se r\u00e9fugient les esp\u00e8ces les moins adapt\u00e9es. \u201cCe type d\u2019organisation permet \u00e0 toutes les esp\u00e8ces de s\u2019alimenter en lumi\u00e8re et en oxyg\u00e8ne malgr\u00e9 la pr\u00e9dominance de certaines esp\u00e8ces\u201d, d\u00e9clare Grebogi.<\/p>\n

Quand la population d\u2019un type sp\u00e9cifique de plancton diminue, la zone d\u2019\u00e9chappement devient proportionnellement plus grande et cette esp\u00e8ce gagne davantage d\u2019espace pour pouvoir s\u2019\u00e9tendre. Elle parvient ainsi \u00e0 se reproduire et \u00e0 revenir \u00e0 des niveaux normaux\u201d. Alessandro Moura, physicien \u00e0 l\u2019Institut de Physique de l\u2019USP et membre de l\u2019\u00e9quipe de Grebogi dans ce projet, d\u00e9clare qu\u2019\u201cen acc\u00e9l\u00e9rant la reproduction de ces esp\u00e8ces, le chaos \u00e9vite l\u2019extinction des plus faibles et favorise la conservation de la diversit\u00e9\u00bb.<\/p>\n

Les articles les plus r\u00e9cents de ces chercheurs ont \u00e9t\u00e9 publi\u00e9s en 2004 dans la revue Chaos<\/em> du mois de mars et dans la revue Physical Review Letters <\/em>du mois d\u2019avril. Cependant, l\u2019id\u00e9e mettant en corr\u00e9lation le plancton et la Th\u00e9orie du Chaos date d\u2019il y a environ dix ans quand Grebogi et ses collaborateurs, lors de discussions avec leurs amis biologistes, ont admis que les interrogations \u00e9taient plus nombreuses que les r\u00e9ponses pouvant expliquer l\u2019existence de 8 mille esp\u00e8ces d\u2019animaux et de plantes qui composent le plancton, avec des dur\u00e9es de vie variant entre deux minutes et deux jours. Dans les ann\u00e9es 60, l\u2019anglais George Evelyn Hutchinson a essay\u00e9 d\u2019expliquer ce paradoxe qui porterait ensuite son nom. Biologiste et sp\u00e9cialiste en \u00e9cosyst\u00e8mes aquatiques, il a utilis\u00e9 comme argument les variations annuelles de temp\u00e9rature et le cycle \u00e9t\u00e9-hiver pour justifier la survivance d\u2019autant d\u2019esp\u00e8ces. Bien qu\u2019ils soient valides, ces arguments semblent \u00eatre insuffisants.<\/p>\n

Grebogi a donc commenc\u00e9 \u00e0 consid\u00e9rer l\u2019action du chaos comme \u00e9tant une r\u00e9ponse possible \u00e0 ces interrogations gr\u00e2ce \u00e0 certains indices. L\u2019oc\u00e9an est en fait un fluide rempli de particules transport\u00e9es par les courants marins qui rencontrent de nombreux obstacles. Les th\u00e9ories biologiques supposent \u00e0 tort que le plancton se r\u00e9partit de mani\u00e8re homog\u00e8ne sur la surface des oc\u00e9ans. Le premier article sign\u00e9 par Grebogi et ses collaborateurs et publi\u00e9 en janvier 1998 dans la revue Physical Review Letters,<\/em> va \u00e9tablir les bases qui r\u00e9soudraient le paradoxe d\u2019Hutchinson. \u00c0 cette \u00e9poque, Grebogi travaillait \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 du Maryland aux \u00c9tats-Unis et \u00e9tait d\u00e9j\u00e0 reconnu comme une grande autorit\u00e9 en la mati\u00e8re. C\u2019est \u00e9galement en 1998 qu\u2019il a \u00e9t\u00e9 nomm\u00e9 directeur scientifique \u00e0 vie de l\u2019Institut Max Planck \u00e0 Dresde en Allemagne, o\u00f9 il s\u00e9journe deux mois par an, pour ses travaux men\u00e9s sur la Physique des Syst\u00e8mes Complexes. Trois ans plus tard, en 2001, ce physicien \u00e9l\u00e9gant et raffin\u00e9, amateur d\u2019op\u00e9ra (Mozart ou Verdi pour se distraire, et Wagner ou Strauss quand il d\u00e9sire quelque choses de plus stimulant), a \u00e9t\u00e9 engag\u00e9 par l\u2019USP. Cette ann\u00e9e, selon les informations transmises par l\u2019Acad\u00e9mie Br\u00e9silienne de Sciences \u00e0 partir du Science Citation Index, il est devenu le premier chercheur br\u00e9silien \u00e0 \u00eatre cit\u00e9 plus de 10 mille fois dans des articles scientifiques.<\/p>\n

\"Courbes

CELSO GREBOGI\/USP<\/span><\/a> Courbes de la fertilit\u00e9: Apr\u00e8s avoir vaincu les obstacles, diff\u00e9rentes esp\u00e8ces de microorganismes se m\u00e9langent (rouge et vert<\/em>) en filaments (d\u00e9tail agrandit ci-contre<\/em>). Les espaces libres favorisent la reproduction des esp\u00e8ces moins abondantesCELSO GREBOGI\/USP<\/span><\/p><\/div>\n

CFC et ozone
\n<\/strong>\u00c0 l\u2019aide d\u2019un autre fichier Grebogi nous montre une image satellite qui d\u00e9montre que son mod\u00e8le peut \u00e9galement aider \u00e0 comprendre le processus de destruction de la couche d\u2019ozone dans la haute atmosph\u00e8re terrestre, \u00e0 pr\u00e8s de 20 kilom\u00e8tres d\u2019altitude. L\u2019ozone est un gaz compos\u00e9 de mol\u00e9cules form\u00e9es par l\u2019union de trois atomes d\u2019oxyg\u00e8ne et fonctionne comme un bouclier, emp\u00eachant le passage des rayons ultraviolets, principaux responsables des br\u00fblures du soleil qui provoquent le cancer de la peau. En 1985, des chercheurs du British Antarctic Survey ont, pour la premi\u00e8re fois, constat\u00e9 une r\u00e9duction de 30% de la couche d\u2019ozone au dessus de l\u2019Antarctique. En ao\u00fbt 2003, la taille de ce trou \u00e9tait de 17,4 millions de kilom\u00e8tres carr\u00e9s, plus de deux fois la superficie du Br\u00e9sil.<\/p>\n

Les mol\u00e9cules d\u2019ozone sont d\u00e9truites au contact du chlore contenu dans certains gaz et appel\u00e9s Chlorofluorocarbones (CFC) utilis\u00e9s dans certains appareils de r\u00e9frig\u00e9ration. Dans la haute atmosph\u00e8re, et sous l\u2019action des rayons ultraviolets, le CFC se rompt lib\u00e9rant les atomes de chlore qui peuvent d\u00e9truire chacun plus de 100 mille mol\u00e9cules d\u2019ozone. C\u2019est \u00e0 ce moment que la Th\u00e9orie du Chaos intervient pour expliquer la destruction irr\u00e9guli\u00e8re de la couche d\u2019ozone. Si la r\u00e9partition de CFC \u00e9tait homog\u00e8ne et r\u00e9guli\u00e8re, les atomes de chlore lib\u00e9r\u00e9s dans la haute atmosph\u00e8re auraient un impact sur une zone sp\u00e9cifique de la couche et le trou correspondrait \u00e0 une zone \u00e0 peu pr\u00e8s circulaire. Les mol\u00e9cules de CFC ont cependant des trajectoires chaotiques et forment des filaments fractals identiques \u00e0 ceux observ\u00e9s dans le plancton.<\/p>\n

La dispersion du gaz en filaments accro\u00eet la zone de contact entre les mol\u00e9cules de CFC et celles d\u2019ozone, acc\u00e9l\u00e9rant la destruction du gaz qui prot\u00e8ge les \u00eatres vivants de la radiation ultraviolette du soleil. Selon la r\u00e8gle g\u00e9n\u00e9rale, plus grande sera la surface de contact entre deux composants chimiques, plus grande sera la vitesse de r\u00e9action. Il suffit de comparer la rapidit\u00e9 avec laquelle se dissout un bloc de sel dans un verre d\u2019eau par rapport \u00e0 du sel en poudre. \u201cCette constatation nous permet d\u2019orienter nos efforts afin de mieux comprendre la destruction de la couche d\u2019ozone \u201d, d\u00e9clare Moura. Ce chaos qui est une source de vie et un \u00e9l\u00e9ment incontournable pour comprendre certains sc\u00e9narios confus, peut parfois \u00eatre ind\u00e9sirable.<\/p>\n

Dans certaines applications industrielles comme la production de peintures, les pigments doivent \u00eatre m\u00e9lang\u00e9s de la mani\u00e8re la plus homog\u00e8ne possible. Le probl\u00e8me appara\u00eet quand le mouvement chaotique des m\u00e9langeurs de pigments provoque la formation de filaments ind\u00e9sirables car non homog\u00e8nes. \u201cSi nous sommes capables d\u2019\u00e9liminer le chaos, cette th\u00e9orie pourrait s\u2019appliquer \u00e0 l\u2019industrie\u201d, d\u00e9clare Grebogi. Son \u00e9quipe \u00e9tudie \u00e9galement les fluides turbulents qui ont un comportement al\u00e9atoire et extr\u00eamement complexe, comme les tourbillons qui se forment dans un ruisseau ou les turbulences provoqu\u00e9es par le d\u00e9collage d\u2019un avion. Comme ces turbulences se produisent autant dans l\u2019atmosph\u00e8re que dans les oc\u00e9ans ou dans d\u2019autres situations o\u00f9 les fluides se d\u00e9placent \u00e0 grande vitesse, il s\u2019agit d\u2019un ph\u00e9nom\u00e8ne d\u2019une tr\u00e8s grande importance pratique, principalement en mati\u00e8re d\u2019aviation et de navigation. Moura suppose \u00e9galement que \u201c l\u2019effet catalyseur du chaos est peut-\u00eatre encore plus puissant en ce qui concerne la turbulence des fluides\u201d.<\/p>\n

Le projet<\/strong>
\nDynamique chaotique; Modalit\u00e9<\/strong> Projet th\u00e9matique; Coordinateur<\/strong> Celso grebogi \u2013 if\/usp; Investissement<\/strong> 682.179,67 r\u00e9aux<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Des comportements apparemment d\u00e9sorganis\u00e9s pourraient \u00eatre b\u00e9n\u00e9fiques aux \u00eatres vivants et favoriser certaines r\u00e9actions chimiques","protected":false},"author":18,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1180],"tags":[],"coauthors":[109],"class_list":["post-236577","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-sciences"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/236577","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/18"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=236577"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/236577\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=236577"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=236577"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=236577"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=236577"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}