Quelle est la relation entre les mathématiques et l’environnement ?

Pour ne citer que quelques exemples, les mathématiques offrent un certain nombre de façons de décrire les relations entre les éléments de l'environnement, tels que la météo [1], le débit d'eau et de nutriments dans les cours d'eau [2], le volume d'eau lors d'une inondation. , le comportement du vent et des courants d'eau dans l'atmosphère, et le calcul d'un bilan hydrique entre les flux descendants (pluie), les flux de surface (ruissellement, pénétration du sol) et les flux ascendants (évaporation des masses d'eau, transpiration de la biomasse) [3]. Les mathématiques peuvent être utilisées pour décrire la différence entre les conditions actuelles et les conditions historiques, telles que les sécheresses et les inondations [4].

Les mathématiques sont également utilisées pour décrire et estimer des interactions complexes entre les composants de l'environnement naturel. On les appelle souvent des modèles. Un modèle simple est un thermomètre : un liquide coloré monte et descend dans un tube de verre très étroit en fonction de la température. Le thermomètre n’est pas « la température » mais plutôt une estimation précise de la température basée sur la physique et la thermodynamique. Des modèles complexes pour divers aspects de l'environnement sont décrits à l'aide de programmes informatiques [5] (comme dans les exemples précédents de l'USGS et de la NOAA).

Les mathématiques font réellement partie des fondements de toutes les sciences naturelles, y compris la chimie (bilans de masse et interactions des éléments et molécules), la physique (relations fondamentales entre les particules, les forces et le mouvement), la thermodynamique et l'électromagnétique, qui inclut les propriétés et le comportement des éléments visibles. la lumière, les ondes radio et d’autres phénomènes basés sur les ondes. Les aspects des sciences naturelles les plus difficiles à modéliser avec les mathématiques sont peut-être la biologie et les écosystèmes, en raison de leur complexité. L'un des projets les plus ambitieux que j'ai vu concerne la description et la comptabilisation de l'énergie intrinsèque (appelée émergie) dans tout processus naturel, système ou système de systèmes, y compris les systèmes humains tels que les flux de capitaux, les marchés et l'éducation [6]. .

Une autre voie pour la relation entre les mathématiques et l’environnement se situe dans le domaine des systèmes d’information géographique (SIG). Ces outils informatiques peuvent résoudre des relations spatiales telles que l'intersection, le confinement, la contiguïté (mathématiques géométriques), utiles pour calculer et appliquer des mesures spatiales, statistiques, topologiques et autres aux mouvements d'animaux, de personnes et d'entreprises. Les calculs en SIG permettent, par exemple, de déterminer que les couloirs naturels pour la faune qui tente de se déplacer d'un bout à l'autre de la Floride sont réduits à moins d'un quart de mile par endroits. On peut étudier les effets, par exemple, des limites des zones urbaines sur les populations et le comportement des oiseaux et autres animaux sauvages.

Ce que je viens de décrire n’est que la « pointe de l’iceberg » des liens entre les mathématiques et l’environnement. Vous pouvez passer votre vie à apprendre n’importe lequel d’entre eux et vous pouvez sauver de nombreuses vies en les comprenant et en les appliquant.