Chaque hiver, l'océan Pacifique tropical semble se souvenir du même scénario : la température de surface au large du Pérou monte, les alizés faiblissent, et une onde de sécheresses et d'inondations se propage à travers la planète. C'est El Niño, et son pic survient presque toujours en décembre. Pourquoi l'hiver ? L'énergie pour réchauffer l'eau est suffisante même en été, mais l'océan semble attendre une autorisation qui n'arrive qu'à la fin de l'année.

Les climatologues soupçonnent depuis longtemps que la quantité de chaleur n'est pas le seul facteur. Imaginez que vous essayez de remplir une baignoire, mais que le robinet s'ouvre et se ferme selon un calendrier saisonnier. Si l'eau arrive plus vite qu'elle ne s'écoule, le niveau monte. Mais pour savoir quand la baignoire débordera, il faut connaître non seulement le débit du robinet, mais aussi le caractère irréversible de l'écoulement par le drain. Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont appliqué à El Niño précisément ce point de vue : ils ont calculé à quel point les transitions de température de l'océan sont irréversibles selon les saisons.

Pour cela, ils ont utilisé un modèle simplifié d'El Niño, l'oscillateur de recharge. Dans ce modèle, la température de surface de l'océan est liée à la chaleur stockée en profondeur, comme un flotteur sur un ressort. Le ressort se comprime et se détend, tandis que des rafales de vent aléatoires ajoutent du bruit. Il s'avère que l'irréversibilité des transitions, c'est-à-dire la mesure dans laquelle le système « oublie » son passé, varie au cours de l'année. Elle est maximale en septembre et février, et minimale en novembre.

Ce résultat fait écho à un principe bien connu : si un processus est irréversible, il produit de l'entropie, et la production d'entropie limite l'ampleur des fluctuations des grandeurs observées. Les auteurs ont dérivé pour la température de l'océan une inégalité exacte reliant le taux de variation de sa variance à la production d'entropie. Il s'avère qu'en novembre, la production d'entropie est minimale, et donc la variance peut croître le plus rapidement. Ainsi, le frein entropique explique pourquoi El Niño est lié à l'hiver.

Maintenant que nous disposons d'une mesure entropique du verrouillage de phase, elle peut être utilisée comme outil de diagnostic pour les modèles climatiques. Si un modèle ne reproduit pas correctement la saisonnalité d'El Niño, il sous-estime peut-être l'irréversibilité des transitions dans l'océan tropical. Et ce n'est plus simplement un bilan énergétique, mais une propriété plus subtile du système climatique : sa capacité à « oublier » le passé au bon moment de l'année.