L'entropie des montagnes russes climatiques ✛
Sur une balançoire, on peut s'asseoir et se balancer, ou simplement basculer d'un côté à l'autre. L'océan Pacifique fait les deux. Tous les quelques années, l'eau chaude au large du Pérou cède la place à de l'eau froide, et les précipitations, les vents, des écosystèmes entiers sur la moitié de la planète se réorganisent. Ces bascules sont appelées El Niño et La Niña, et ensemble, l'ENSO, les montagnes russes climatiques de la Terre.
Pendant longtemps, les climatologues ont suivi ces oscillations à l'aide d'un seul chiffre : la différence de pression atmosphérique entre l'île de Tahiti et la ville australienne de Darwin. Si la pression à Darwin augmente et qu'elle baisse à Tahiti, l'indice passe en négatif, et El Niño s'installe. Si c'est l'inverse, c'est La Niña. Cet indice, le SOI, est enregistré chaque jour de 1991 à 2023, accumulant 11 744 valeurs. L'auteur de cette nouvelle étude a voulu se demander non pas « quand la balançoire va-t-elle basculer ? », mais « à quel point le passage d'un côté à l'autre est-il inhabituel ? ».
Pour calculer l'entropie de transition, l'auteur a extrait des valeurs quotidiennes du SOI le fond lent : le cycle annuel, les oscillations de Madden-Julian et cinq autres rythmes. Il a décrit le résidu comme une marche aléatoire où la force des secousses aléatoires dépend de l'état actuel, un peu comme les rafales de vent balancent plus fort une balançoire déjà en mouvement. Ensuite, pour chacune des 11 transitions entre phases, il a comparé la probabilité du chemin direct à celle du chemin inverse. Si le chemin direct est beaucoup plus probable que l'inverse, l'entropie augmente fortement, et la transition peut être qualifiée d'extrême.
Il s'avère que presque toutes les transitions sont ordinaires. Une seule, de la forte La Niña de 1999–2000 à l'El Niño modéré de 2002–2003, s'écarte de la moyenne de quatre écarts-types. C'est comme si la balançoire décrivait soudain une boucle, mais même une telle boucle reste dans les règles du jeu : toutes les transitions satisfont à la version probabiliste du second principe de la thermodynamique. Autrement dit, les montagnes russes climatiques ne grincent pas.
Auparavant, on ne savait pas si l'on pouvait appliquer les théorèmes de fluctuation aux indices climatiques, ni si les transitions de l'ENSO étaient des événements extrêmes. Désormais, on comprend que presque toutes sont statistiquement ordinaires, et une seule approche du seuil. La méthode peut être étendue à des indicateurs multidimensionnels : température de surface de l'océan, rayonnement sortant, précipitations. Ainsi, l'analyse entropique ne dépendra plus d'un seul chiffre et montrera quelles composantes du système portent réellement l'information sur la transition de phase. En attendant, la balançoire se balance sans grincer, et c'est en soi une nouvelle.
El Niño se traduit littéralement de l'espagnol par « le petit garçon », et La Niña par « la petite fille ». Ces noms viennent du fait que le courant chaud au large du Pérou apparaissait souvent autour de Noël, en association avec l'enfant Jésus.