James Henry Coffin : Cartographe du vent

Un orphelin d'une ferme du Massachusetts qui a appris seul à lire le ciel a fini par produire ce que le secrétaire fondateur du Smithsonian lui-même a qualifié de contribution la plus importante à la connaissance jamais parrainée par son institution. James Henry Coffin n'a jamais quitté la salle de classe pour un laboratoire personnel ; il a construit la découverte de sa vie à partir de milliers de pluviomètres et de girouettes appartenant à d'autres personnes, patiemment rassemblés par courrier.

D'une enfance orpheline à Amherst

Coffin est né le 6 septembre 1806 à Williamsburg, dans le Massachusetts, descendant de Tristram Coffin, le premier propriétaire anglais de Nantucket. Devenu orphelin très jeune, il a été élevé par son oncle, le révérend Moses Hallock, un pasteur de campagne connu pour préparer les jeunes garçons prometteurs à l'université. L'arrangement a fonctionné : Coffin est entré à l'Amherst College et a obtenu son diplôme en 1828, puis a passé la décennie suivante à faire ce qu'un jeune homme doué en mathématiques et sans revenu privé faisait dans la Nouvelle-Angleterre du début du XIXe siècle : il a enseigné, passant d'écoles en petits collèges tout en cherchant un poste permanent et un vrai problème sur lequel travailler.

Mesurer le vent sur une montagne

Il a trouvé les deux en même temps. En 1838, Coffin a commencé des observations météorologiques systématiques, et durant ses années au Williams College (1840-1843), il a installé des appareils de mesure du vent à enregistrement automatique au sommet du mont Greylock, le plus haut sommet du Massachusetts, une solution pratique à un problème fondamental de la météorologie naissante : les instruments au niveau du sol, abrités par les arbres et les bâtiments, enregistraient des tourbillons locaux et non la circulation réelle de l'atmosphère. Coffin avait besoin d'air pur et d'une exposition dégagée, et le sommet d'une montagne lui offrait les deux. En 1846, il s'est installé définitivement comme professeur de mathématiques et de philosophie naturelle au Lafayette College à Easton, en Pennsylvanie, une chaire qu'il a occupée jusqu'à sa mort, servant plus tard également comme trésorier du conseil d'administration de l'université.

Un partenariat non rémunéré avec le Smithsonian

La même année où il est arrivé à Lafayette, Coffin a entamé ce qui est devenu une collaboration de plusieurs décennies, essentiellement non rémunérée, avec la toute nouvelle Smithsonian Institution, qui assemblait alors le premier réseau national américain d'observateurs météorologiques bénévoles. Coffin a assumé le travail ingrat et indispensable de collecte, de vérification et de réduction des observations brutes, une tâche computationnelle, au sens du XIXe siècle du mot « ordinateur », réalisée avec l'aide d'étudiants et, notamment, de femmes spécifiquement embauchées pour effectuer les calculs arithmétiques. Ses collègues ont plus tard loué son « souci consciencieux de l'exactitude et son dévouement à la vérité », soulignant sa volonté d'admettre les limites de ce que ses données pouvaient montrer plutôt que d'exagérer une conclusion, une habitude qui n'était pas universelle dans la science populaire de l'époque.

Les vents de l'hémisphère nord

Cette accumulation patiente a produit l'étude phare de Coffin, commandée par l'American Association for the Advancement of Science : Winds of the Northern Hemisphere (1854), construite à partir des relevés de près de 600 stations terrestres ainsi que d'observations éparses de navires en mer. À partir de cette masse de données, Coffin a identifié trois ceintures de vent distinctes entourant l'hémisphère nord — les alizés, les vents d'ouest dominants des latitudes moyennes et les vents d'est polaires — donnant la première image empiriquement fondée de la circulation atmosphérique à grande échelle de la planète. Il a ensuite expliqué les inversions de mousson comme une conséquence du réchauffement différentiel entre la terre et l'océan et, en travaillant aux côtés du météorologue américain William Ferrel, a aidé à établir ce qui est maintenant connu sous le nom de loi de Buys Ballot, la règle empirique reliant la direction du vent à la position de la basse pression. La National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis qualifiera plus tard cette étude de l'hémisphère nord comme l'un des travaux les plus importants de l'histoire de la météorologie ; elle a également façonné les cartes des vents publiées par la suite par le British Board of Trade pour guider la navigation maritime.

La course contre une carte inachevée

Coffin a passé ses dernières années à essayer d'étendre la même méthode au monde entier, multipliant par cinq le nombre de ses stations, pour atteindre 3 223 points d'observation sur chaque continent habité, pour un livre qui devait s'intituler The Winds of the Globe. Il n'a pas vécu assez longtemps pour le terminer. Il est décédé au Lafayette College le 6 février 1873, à l'âge de soixante-six ans, toujours trésorier du conseil d'administration et toujours à ses instruments. Le manuscrit a été terminé à partir de ses notes et publié à titre posthume en 1875 par le Smithsonian, avec une analyse supplémentaire apportée par le climatologue russe Alexander Woeikof — un collaborateur approprié, puisque les données mondiales de Coffin allaient servir de base à une grande partie de la science émergente de la climatologie comparée, tant en Europe qu'en Amérique.

Pourquoi James est qualifié de génie

La prétention de Coffin au titre de génie ne repose pas sur un éclair d'intuition théorique, mais sur quelque chose de plus rare et de plus difficile à soutenir : des décennies de synthèse exacte et ingrate, effectuée sans salaire institutionnel, qui ont transformé des journaux météorologiques locaux éparpillés en la première véritable carte de la façon dont l'atmosphère se déplace autour de la Terre. La compétence cognitive spécifique démontrée était la recherche de modèles à grande échelle — la capacité de garder à l'esprit des milliers de relevés de stations bruyants et incohérents à la fois et d'en extraire un petit nombre de régularités physiques durables (trois ceintures de vent, un mécanisme de mousson, une loi pression-vent) que la science ultérieure, mieux équipée, confirmerait plutôt que de renverser. Joseph Henry, le secrétaire fondateur du Smithsonian lui-même et nullement un flatteur occasionnel, a qualifié le travail qui en a résulté comme étant peut-être la contribution la plus importante à la connaissance que l'Institution ait produite, ce qui est un soutien aussi fort qu'un scientifique américain du XIXe siècle pouvait recevoir de ses propres bailleurs de fonds. Le contre-argument honnête est tout aussi clair : Coffin n'était pas un théoricien. Il n'a pas dérivé la physique de la circulation atmosphérique à partir de principes premiers, comme l'ont fait Ferrel et les dynamiciens ultérieurs ; il était un empiriste et un gestionnaire de données suprêmement discipliné, et son génie, si le mot convient, est plus proche de celui d'un grand cartographe que d'un grand physicien — la capacité de voir la forme vraie dans un brouillard de mesures individuellement peu fiables, et la patience de continuer à collecter jusqu'à ce que la forme devienne indéniable.

Héritage

L'image des trois ceintures de circulation éolienne hémisphérique de Coffin est devenue un point de référence standard pour la météorologie et l'océanographie qui ont suivi, et son insistance sur de grands réseaux d'observation soigneusement audités — plutôt que sur des relevés d'instruments isolés — a anticipé les méthodes basées sur les données qui définissent aujourd'hui la science du climat. Un professeur de mathématiques dans un petit collège de Pennsylvanie, travaillant principalement par courrier avec des observateurs bénévoles dispersés sur un continent, avait cartographié le vent.