Comment les mathématiques peuvent-elles aider à sauver la planète ?

Prédire les endroits où vont tomber les cendres d'un volcan en éruption, optimiser la production d'énergies solaires ou éoliennes, prévoir l'invasion d'une espèce animale dans un territoire donné... Voici quelques exemples de la manière dont les mathématiques peuvent nous aider à mieux comprendre le fonctionnement de la planète mais aussi à évaluer l'impact des actions de tous les êtres vivants qui la peuplent.


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Afin de mieux communiquer sur l'utilité "des mathématiques de l'environnement", des mathématiciens de plusieurs universités françaises ainsi que des chercheurs du CNRS se sont regroupés pour créer l'Institut des Mathématiques pour la Planète Terre.

Comme son nom l'indique, ce groupement d'intérêt scientifique vise à échanger autour des grands enjeux environnementaux à travers le prisme des mathématiques. Une manière de sensibiliser la communauté scientifique de l'utilité de cette discipline dans les enjeux actuels et ceux de demain. Entretien avec le chercheur mathématicien Arnaud Guillin, co-responsable de l'Institut des Mathématiques pour la Planète Terre.

 

Comment est née l'idée de fonder un Institut des mathématiques pour la planète Terre ?

L'idée de créer l'Institut des Mathématiques pour la Planète Terre vient d'une commande en 2013 de l'Agence nationale de la recherche (ANR), qui souhaitait identifier les verrous scientifiques importants dans les enjeux environnementaux et climatiques. Les sciences sont parfois cloisonnées entre les différentes disciplines et la manière dont les mathématiques peuvent aider à résoudre ces problèmes n'est pas encore bien connue.

Cette demande de l'ANR a abouti à la création d'un groupe de réflexion : nous avons contacté des scientifiques et mis en place des ateliers qui ont permis de dégager des thèmes. Huit ans plus tard, l'Institut des Mathématiques pour la Planète Terre voit donc officiellement le jour. Il a pour volonté de créer des ponts entre les différents scientifiques (biologistes, physiciens, mathématiciens...) et de mettre nos travaux en commun. Même si cette collaboration n'est pas nouvelle, elle prend une dimension inédite compte tenu des enjeux écologiques.

 

Quels objectifs visez-vous à travers cette initiative ?

L'image des mathématiciens travaillant seuls dans leur tour d'ivoire sans se préoccuper du reste du monde est en train de changer. Il y a une vraie volonté au sein de la profession d'intervenir, d'être moteur sur les problématiques environnementales car ils savent qu'ils peuvent ajouter leur pierre à l'édifice.

Tout ce qui est développé en mathématiques est potentiellement utilisable à tout moment par d'autres scientifiques. La cryptographie, théorie des nombres développée via des techniques il y a 2.000 ans, est par exemple aujourd'hui massivement utilisée : pour coder nos cartes bleues, nos outils de communication...  Nous n'avons peut-être pas mis en avant suffisamment cet aspect mais c'est que précisément ce que nous voulons faire avec l'Institut.


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En quoi consistent exactement les "maths de l'environnement" ?

C'est assez difficile à résumer en soi mais je dirais que l'un des principaux défis consiste par exemple à établir des calculs précis relatifs à l'évolution du climat : réussir à réaliser des études mathématiques assez poussées pour comprendre, aussi bien au niveau théorique qu'en réalisant des simulations, les interactions entre atmosphère, océans et les actions sur la biodiversité… Cela afin d'obtenir un panel qui explique pourquoi et comment certaines conditions climatiques qui affectent l'atmosphère vont aussi avoir un impact sur les océans, les micro-algues et autres organismes marins qui, eux aussi, peuvent à l'inverse modifier l'atmosphère.

 

Pourriez-vous nous donner un exemple précis de résolution de crise grâce aux mathématiques ?

Cela peut paraître anecdotique, voire amusant, mais le chercheur Vincent Calvez de l'université Lyon 1 a étudié une méthode scientifique appelée "fronts de propagation cinétique" qui permet d'évaluer la vitesse de propagation d'une espèce dans un territoire donné.

Cela lui a permis de comprendre comment les crapauds buffles ont envahi des villes d'Australie au cours des années 2000, ce qui était une véritable catastrophe écologique. Il a notamment réussi à identifier la manière dont l'espèce invasive de crapauds faisait pousser ses pattes pour aller plus vite et récupérer davantage de nourriture !

 

Quels sont les projets de l'Institut ?

La gestion durable des villes est un domaine qui nous tient particulièrement à cœur : comment allouer des espaces verts, gérer les déchets, réduire la consommation énergétique des bâtiments en récupérant la chaleur... Nous sommes donc actuellement à la recherche d'autres scientifiques pour lancer des travaux à ce sujet. 

Nous allons également organiser, dans l'idéal en présentiel, notre première "Ecole d'automne" en novembre prochain. Cet événement de deux jours sera consacré à une action auprès du grand public sur le thème de la fonte des glaces, au Musée des Confluences de Lyon, avec des conférences et des ateliers interactifs.