Modéliser et simuler. Epistémologies et pratiques de la modélisation et de la simulation, tome 1; Chapitre : Comment le modèle Daisyworld peut-il contribuer à l'hypothèse Gaïa?

L'Hypothèse Gaia suggère que les être vivants de la planète collaborent d'une certaine manière pour maintenir un environnement stable et optimal pour elle-même. Cette hypothèse est proposée par Lovelock au début dans les années 1970, et dans la suite de cette idée, le modèle Daisyworld est mis au point par Watson et Lovelock (1983). Ce modèle a pour but principal de montrer que dans certaines conditions, une autorégulation est possible dans la mesure où les organismes sont couplés à l'environnement et exercent des rétroactions. Ce modèle décrit une planète fictive, avec un climat proche de celui de la Terre, peuplée uniquement de marguerites noires et blanches. Le climat influence la croissance des marguerites et la couleur des marguerites modifie l'albédo (quantité de lumière réfléchie) moyen de la planète. Il en émerge donc une régulation de la température proche de l'optimum biologique. Dutreuil propose de revenir sur ce modèle, ces variantes qui ont suivi et de débattre de leur légitimité.

Tout d’abord, Dutreuil revient sur l’origine de l’émission de l’hypothèse. En 1960, Lovelock travail sur un projet avec la NASA et constate que l’atmosphère est en déséquilibre thermodynamique (présence simultané de O₂ et CH₄) et que ce déséquilibre est maintenue par l’activité de la vie sur son environnement. Lovelock trouve étrange que la vie se soit maintenu en dépit des perturbations extérieurs, dont la plus importante est l’augmentation de l’intensité du rayonnement solaire depuis la naissance de la planète (plus de 30%), sans que cette augmentation n’ait affecté le climat. C’est à partir de ces observations que Lovelock émet l’hypothèse que la vie pourrait réguler certains facteurs de son environnement et ainsi assurer une régularité et un effet tampon face aux perturbations. Ensuite, Dutreuil expose les critiques contre l’hypothèse. Il pense que le refus de l’Hypothèse Gaia par la communauté est dû à la fermeture d’esprit de certains chercheurs dans leur propre discipline ou à la caricature et l’exagération de certaines phrases de Lovelock qui vont à l’encontre de l’Hypothèse. Sauf que, même si les critiques sont prises en compte, il reste tout de même quelque chose de l’Hypothèse Gaia. Vient ensuite la description et les résultats du modèle. Il considère une planète fictive dont la température est régulée uniquement par l’albédo et un forçage externe, la luminosité solaire. Cette planète est peuplé de deux espèces de marguerites, blanches et noires. Chacune influe sur l’albédo à l'échelle de la planète et, in fine, sur sa température. Lorsque la luminosité augmente, la température augmente brutalement (plus que si il n’y avait pas les marguerites) et se stabilise autour d’un optimum, grâce à la dynamique de population des marguerites. De nombreuses variantes de Daisyworld ont été proposées mais elles ne peuvent que clarifier le modèle initial ou poser de nouveaux problèmes, mais ne permettent pas de répondre aux critiques à l’encontre de l’Hypothèse Gaia. Par contre, l’idée d’homéostasie et donc d’une stabilité induite par la vie était compatible avec les connaissances de l’époque. Il ne savait pas encore que la température avait varié entre quelque 70°C et des phases de glaciations globales. La Terre est donc bien restée habitable mais pas stable au cours du temps. Il est aujourd’hui reconnu que la Terre a connu à la fois des périodes stables et des périodes instables (transitions, crises biologiques). Or, rien ne dit que des états de stabilité avec des transitions brutales est quelque chose d’optimal pour la vie. Enfin, Dutreuil conclut en rappelant les deux questions posées dans ce chapitre. La première consistait à se demander ce que peut accomplir un modèle. En effet un modèle a une portée restreinte et ne peut accomplir qu’un nombre fini d’objectifs compte tenu des hypothèses qu’il fait. Le fait qu’un modèle soit simple et fictif, comme Daisyworld, peut être contourné. Ils permettent d’obtenir des principes généraux conditionnels. Il semblerait même que les modèles de type Daisyworld n’aient pas moins de légitimité épistémique que les modèles quantitatifs explicatifs comme des modèles météorologiques. Les résultats obtenus de Daisyworld sont robustes (source de confiance) et pertinents pour l’Hypothèse Gaia. La deuxième question concernait les raisons qui poussent à créer et utiliser des modèles. La première idée de cette question suivait l’idée de vérifier si le modèle a bien répondu à la question de départ. Cela a mené à une clarification des questions posées initialement d’une part, et des conditions pour que le modèle puisse effectivement y répondre d’autre part. La deuxième idée est l'intérêt des modèles par rapport aux arguments théoriques verbaux. Les modèles permettent en effet de rendre plus précis ces arguments, et parfois de faire de nouvelles découvertes en chemin. Cette précision permet également de révéler de façon algorithmique et mathématique certaines incompatibilités entre arguments théoriques.

Dutreuil affirme qu’il ne faut pas prendre les modèles de type Daisyworld comme étant trop simple pour refléter la réalité. Ils permettent en effet d’expliquer certains phénomènes comme le principe de rétroactions entre les êtres vivants et leur environnement, les conséquences de ces rétroactions sur le climat, et in fine sur la vie elle même, et donc d'émettre des arguments en faveur de l'Hypothèse Gaia.