Un modèle mathématique explique l’effondrement des systèmes

Un modèle mathématique sur l'effondrement des systèmes naturels et sociaux, lorsqu'ils atteignent leur "point de basculement" suggère que les signes de stabilité à court terme peuvent donner un faux sentiment de sécurité.
 
Les points de basculement – définis de manière lâche comme le point de transition des systèmes d'un état stable à l'autre – ont fait l'objet de nombreuses études scientifiques pour les systèmes océaniques, atmosphériques, écologiques et économiques, entre autres. Un point de basculement est atteint lorsque la restauration d'un système dynamique n'est pas possible en inversant la tendance qui a provoqué son effondrement.

“Nous devons être très prudents lorsque les premiers symptômes d'altération apparaissent, car tous ne peuvent pas être inversés.”

Luiz Iberê Caldas, co-auteur

 
Une nouvelle étude vise à mieux comprendre ce qui se passe lorsqu'une espèce végétale ou animale atteint un point de basculement à la suite duquel il disparaîtra inévitablement. Elle contribue également à comprendre d'autres phénomènes naturels et sociaux tels que l'épuisement des ressources en eau ou le crash financier des institutions.
 
L'étude a été publiée dans la revue Scientific Reports (février 2017), dans le cadre d'une recherche postdoctorale avec le soutien de la FAPESP [Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – Fondation pour le soutien à la recherche de l'État de São Paulo], par Everton Santos Medeiros, chercheur à l'Institut de physique de l'Université de São Paulo.
 
Selon Everton Santos Medeiros, la principale contribution de la recherche est de montrer comment, dans certains phénomènes cycliques, la transition vers un point de basculement peut être masquée par la dynamique du système lui-même.
 
"Par exemple, une espèce en voie d'extinction est condamnée à disparaître inévitablement lorsqu'elle traverse son point de basculement. Cependant, les individus de cette espèce peuvent continuer à exister et à se reproduire dans la nature, même pendant un court laps de temps après que ce point est atteint. Cet effet transitoire cache le fait qu'à long terme, les espèces seront éteintes", a déclaré Everton Santos Medeiros à la lettre d'informations de la FAPESP.
 
Cela signifie que, bien qu'un point de basculement soit conçu pour provoquer un changement irréversible, en raison d'un "effet résiduel", le système semble conserver ses caractéristiques d'origine dans une phase de transition qui masque la transformation qui s'est déjà produite.
 
"Extinction d'une espèce animale, épuisement d'un réservoir d'eau, fonte d'un grand glacier – tous ces phénomènes suivent ce schéma: lorsque le point de basculement est atteint, les dégâts seront irréversibles", a déclaré Everton Santos Medeiros.
 
Mais dans la vie réelle, il est difficile de dire si un point de basculement a été atteint, selon le professeur Luiz Iberê Caldas, co-auteur de l'article et superviseur de la recherche.
 
"Par exemple, pouvons-nous récupérer la forêt tropicale de l'Atlantique dans la région de São Paolo-Santos ou l'avons-nous perdue inévitablement? Comme il y a encore beaucoup de végétation dans la région, il semble que nous pouvons la récupérer avec une initiative visant à remédier aux dégâts. Mais est-ce vraiment le cas? Ou est-ce que cette végétation restante n'est qu'un effet transitoire incapable d'inverser l'effondrement de la forêt?" s'interroge-t-il.
 
Santos Medeiros a étudié ce type de transition en créant un modèle pour simuler des points de basculement grâce à une équation différentielle simple.
 
"La leçon que nous avons tirée de notre étude est que nous devons être très prudents lorsque les premiers symptômes d'altération apparaissent, car tous ne peuvent pas être inversés", conclut Luiz Iberê Caldas.