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Comment les vagues peuvent changer la composition des nuages

Crédits : Pixabay / Fotoworkshop4You

Quel lien peut-il exister entre la hauteur des vagues dans l’océan Arctique et la composition des nuages qui le surplombent ? En novembre 2018, un groupe de chercheurs a effectué une campagne de mesures intensive en mer des Tchouktches afin de répondre à cette interrogation pour le moins surprenante. Les résultats, récemment publiés dans la revue Geophysical Research Letters, sont riches d’enseignements.

Partis en expédition à bord du RV Mirai, un navire de recherche japonais, les scientifiques ne se sont pas intéressés à la question par hasard. En effet, lorsque les vagues déferlent ou s’écrasent contre un obstacle, elles produisent une importante quantité d’embruns marins. Emportés par les vents, ces derniers peuvent alors enrichir la basse atmosphère en aérosols organiques et favoriser la formation de nuages faits de cristaux de glace. Pourquoi ?

À l’origine des nuages, de minuscules grains de poussière

Pour passer de l’état gazeux à l’état condensé, l’eau a besoin de poussières microscopiques – appelées aérosols – autour desquelles va débuter le processus de condensation. La plupart des aérosols sont des noyaux qui facilitent le passage de l’état vapeur à l’état liquide, ce qui explique pourquoi il est habituel d’observer de l’eau liquide à température négative dans les nuages. Or, les aérosols organiques font partie d’une catégorie plus rare de noyaux dits glaciogènes qui facilite le passage vers l’état solide dès que la température s’y prête.

Ainsi, les vagues peuvent moduler la concentration de l’atmosphère en noyaux glaciogènes et donc favoriser ou non des nuages de glace. Une hypothèse confirmée par les chercheurs qui ont analysé la composition des nuages, la teneur de l’air en divers aérosols ainsi que la hauteur des vagues et la vitesse du vent à divers points pendant près de deux semaines. En outre, la turbidité des eaux a également été mesurée afin de clarifier le lien entre les conditions atmosphériques et océaniques.

arctique nuages glace
Résumé schématique du processus étudié et des éléments-clés qui l’accompagnent. Crédits : Kitami Institute of Technology.

Des interactions complexes dans un climat en évolution rapide

« La mer des Tchouktches est relativement peu profonde, avec une moyenne de seulement 40 mètres. Là, des couches océaniques de mélange se développent et s’infiltrent jusqu’au fond marin, ce qui peut fournir un réservoir de noyaux glaciogènes, ensuite soulevés par l’énergie cinétique turbulente [des vagues] », détaille Jun Inou, auteur principal de l’étude. « Les embruns induits par les vents forts et les hautes vagues amènent ces noyaux dans l’atmosphère, favorisant la formation de nuages de glace ».

Ces résultats ont des implications signifiantes pour le climat de l’Arctique. En effet, à mesure que la glace de mer se rétracte, le vent souffle sur une plus grande étendue d’eaux libres et les vagues gagnent en hauteur comme en fréquence. Par conséquent, le transfert de noyaux glaciogènes depuis l’océan vers l’atmosphère évolue lui aussi, modifiant la composition des couches nuageuses de la région arctique. Et si la présence de nuages glacés favorise les chutes de neige en surface, elle altère également le bilan thermique du pôle car ceux-ci réfléchissent par exemple moins le rayonnement solaire entrant.

« Comprendre la relation entre la formation des nuages et le nouvel état de la mer résultant du récent déclin de la banquise dans l’Arctique est essentiel pour des prévisions météorologiques et de glace de mer performantes, ainsi que pour les projections climatiques futures », note l’auteur principal. L’illustration présentée plus haut dans l’article résume le processus ainsi que les éléments-clés qui l’accompagnent.