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La réponse des nuages bas aux aérosols est plus complexe que prévue

Crédits : capture vidéo / NASA.

De nouveaux travaux mettent en exergue la complexité de la réponse des nuages bas aux particules de pollution. L’étude, parue le 26 avril dans la revue Atmospheric Chemistry and Physics, est la première à évaluer la temporalité de la relation aérosols-nuages sur la base de données observationnelles.

Les activités humaines émettent deux grandes catégories de composés dans l’atmosphère. Des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) ou le méthane (CH4) et de petites particules solides ou liquides que l’on appelle des aérosols. Or, si les premiers induisent un réchauffement du climat, les seconds participent au contraire à le refroidir en augmentant, directement ou non, le pouvoir réfléchissant de l’atmosphère.

Toutefois, il n’existe pas de symétrie entre les deux influences. En effet, les gaz à effet de serre ont une durée de vie allant de quelques décennies à plusieurs siècles tandis que les aérosols sont éliminés en quelques jours. Autrement dit, leur effet disparaîtrait presque instantanément si les émissions anthropiques s’arrêtaient brutalement. La dynamique cumulative du CO2 et du CH4 explique ainsi pourquoi c’est l’effet réchauffant qui l’emporte très largement.

Aérosols et climat, une interaction encore difficile à quantifier

Il reste que les aérosols masquent bien une partie du réchauffement. Depuis des décennies, les chercheurs tentent de quantifier précisément l’ampleur de cet effet. C’est-à-dire, évaluer quelle fraction de la hausse des températures est effectivement rendue inapparente. Ce travail est toutefois rendu difficile par l’hétérogénéité spatio-temporelle du forçage lié aux aérosols et la multiplicité des processus impliqués.

Plus précisément, si l’impact direct est plutôt bien cerné, il n’en va pas de même de l’impact indirect qui implique une interaction des particules avec les nuages. En particulier, ceux non précipitants. Sans rentrer dans les détails, on peut retenir que les aérosols accroissent l’éclat des nuages bas. Un mécanisme très bien illustré par les traînées de condensation de navires. Ainsi, la quantité de rayonnement solaire réfléchie vers l’espace est augmentée, d’où le principe refroidissant.

aérosols
Illustration de l’impact des aérosols émis par un navire sur les nuages bas. La concentration en gouttelettes est montrée en haut. L’image satellitaire correspondante ainsi que la trajectoire du navire sont montrées en bas. Associées au champ de vent, elles permettent aux chercheurs de suivre l’évolution e la traînée avec le temps. Crédits : Imperial College London.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont tenté de préciser l’impact indirect en étudiant la vitesse à laquelle les nuages bas réagissent à l’injection d’aérosols anthropiques. Pour ce faire, ils ont analysé la réponse des stratus et stratocumulus marins après le passage de navires. Aussi, les scientifiques ont utilisé les trainées laissées par ces derniers comme une sorte de chronomètre des interactions aérosols-nuages. Incidemment, le milieu marin permet d’isoler bien plus facilement le forçage des particules émises car l’environnement est peu pollué.

La réponse des nuages : une temporalité complexe

L’analyse détaillée des imageries satellitaires et de la trajectoire des navires a mis au jour un élément important. Suite au passage des navires, le nombre de gouttelettes d’eau augmente très rapidement. Par conséquent, le nuage devient plus brillant sur un parcours correspondant au chemin emprunté par le bateau. Mais les changements ne s’arrêtent pas là. D’autres modifications continuent à se produire, et ce jusqu’à plus de 20 heures après le passage des navires !

« Les changements à court terme ont été relativement bien étudiés, mais la façon dont la réponse évolue sur des échelles de temps plus longues est moins bien connue et a surtout été étudiée avec des modèles informatiques uniquement », rapporte Edward Gryspeerdt, auteur principal du papier. « Ceci est important pour le climat car nous comptons souvent sur des changements à court terme pour mieux comprendre comment la pollution affecte les nuages. Mais nos résultats montrent que la réponse de l’eau des nuages pourrait être sous-estimée si l’impact total des aérosols au fil du temps n’est pas pris en compte ».

Les auteurs ont également montré que, dans certains cas, le simple ajout d’aérosols suffit à déclencher l’apparition de nuages bas. Un fait qui vient de la grande pureté de l’atmosphère marine, laquelle contient parfois trop peu de noyaux de condensation pour permettre la nucléation de gouttelettes d’eau.

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