Les conséquences des activités humaines sur le réchauffement climatique ne sont plus à démontrer.

Mais, si certains phénomènes comme le mécanisme d'action des gaz à effet de serre sont relativement bien compris, d'autres demeurent un véritable mystère. 

C'est notamment le cas de l'effet des aérosols anthropiques sur la formation des nuages et leurs conséquences sur le climat. 

A quel point les aérosols issus de la pollution de l'air affectent-ils la formation des nuages ? Leur rôle dans la condensation de ces derniers contribuerait-il au réchauffement climatique ?

Des questions importantes pour les scientifiques qui s'attellent à la modélisation de l'impact des activités humaines sur les prédictions météorologiques et sur le réchauffement climatique.

Le peu de réponses à ces questions est principalement dû à la difficulté de tester la validité des modèles en raison des multiples facteurs en jeu. 

Une difficulté qu'est parvenu à surmonter le laboratoire du professeur Ilan Koren de l'Institut Weizmann des sciences. Ses résultats ont fait l'objet d'une publication dans la prestigieuse revue Science.

Les aérosols et la condensation de la vapeur d'eau en nuages

Le terme aérosol ne désigne pas seulement ces sprays que nous utilisons dans la vie de tous les jours. Il s'agit de manière plus générale de toutes les petites particules en suspension dans l'air. 

Ces aérosols peuvent être d'origine naturelle (notamment des molécules soufrées produites par les algues océaniques, mais également des particules provenant de l'érosion naturelle des sols ou encore des incendies de forêt) ou résulter de l'activité de l'Homme (pots d'échappement des véhicules, érosion agricole des sols, incendies volontaires de forêts, etc.).

Les aérosols résultant de l'activité humaine constituent l'une des principales causes de la pollution de l'air. Avec des conséquences sur le climat. 

Le phénomène le plus connu est la responsabilité de certaines de ces particules dans ce que l'on appelle communément le "trou de la couche d'ozone" (une diminution massive du volume d'ozone dans la stratosphère terrestre, particulièrement marquée au niveau des pôles).

Ce déclin drastique de la couche d'ozone, en augmentant le taux d'irradiation terrestre par les UV solaires, présente de sérieux risques mutagènes et cancérigènes pour tous les organismes vivants.

Autre influence des aérosols sur le climat : leur rôle dans la formation des nuages. Ces derniers proviennent en effet de la condensation (passage de l'état gazeux à l'état liquide ou solide) de la vapeur d'eau contenue dans l'air. 

Ce phénomène de condensation se produit en altitude et est dû à la tendance des gaz à se refroidir spontanément lorsque la pression baisse. Cette condensation de la vapeur en eau liquide ou en glace se produit autour d'aérosols, qualifiés ici de noyaux de condensation ou de congélation. 

Ces aérosols sont donc essentiels à la formation des nuages. A tel point que, en théorie, dans un environnement entièrement dépourvu d'aérosols, aucun nuage ne devrait être présent et cela quelle que soit la concentration en vapeur d'eau dans l'air. 

Ce fort lien entre aérosols et nuages peut être observé par exemple dans les nuages qui se forment en réponse aux incendies de forêt.

La pollution de l'air et les nuages : une relation peu claire

En conditions normales, c'est-à-dire dans un environnement présentant de faibles taux de pollution de l'air, tous les spécialistes s'accordent à dire que la disponibilité en aérosols dans le milieu est le facteur limitant pour la croissance des nuages. 

Une quantité accrue d'aérosols conduira ainsi à de plus grands nuages. Mais ce qui se passe dans un environnement pollué demeure un mystère. 

Quand la pollution de l'air est élevée, la disponibilité en aérosols continue-t-elle à être le facteur limitant ? 

Si c'est le cas, une augmentation de la concentration en aérosols dans l'air (par une intensification des activités humaines par exemple) devrait accélérer le processus de condensation des nuages. 

Sinon, une telle augmentation ne devrait présenter quasiment aucun effet sur ce phénomène. 

Cette question est donc d'une importance capitale si l'on cherche à déterminer le lien entre pollution de l'air et formation des nuages.

Selon un modèle proposé par l'équipe du professeur Ilan Koren, de l'Institut Weizmann, la disponibilité en aérosols devrait continuer à être le facteur limitant et cela, quel que soit le niveau de pollution de l'air. 

Toujours d'après ce modèle, une augmentation de la concentration en aérosols devrait résulter dans des nuages plus grands, plus hauts et produisant de violentes pluies. 

Mais tester la validité de ce modèle n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît. 

En effet, de nombreux autres facteurs influencent la formation des nuages. Citons notamment les vents et les formations terrestres. Isoler la part des aérosols de celle de ces autres paramètres n'est pas une mince affaire.

Les mystérieuses latitudes des chevaux

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont choisi d'étudier le processus de formation des nuages au niveau des latitudes des chevaux. 

Aussi appelées régions des calmes subtropicaux, elles se situent entre les latitudes 30 et 35 degrés de chaque hémisphère. 

Les latitudes des chevaux bien connue des marins d'antan car les vents pouvaient cesser d'y souffler pendant des semaines entières. 

D'après la légende, les marins ainsi bloqués au milieu des océans finissaient par manger leurs chevaux pour ne pas succomber à la famine.

Ces latitudes des chevaux sont donc idéales pour tester la validité du modèle.

Elles permettent de s'affranchir des deux principaux facteurs de formation des nuages - les vents et les formations terrestres - et ainsi de pouvoir mesurer l'impact de la concentration en aérosols.

Un modèle des plus probants

Pendant les longues périodes où les vents cessaient de souffler, les scientifiques israéliens ont mesuré quotidiennement la quantité d'aérosols présents dans l'air ainsi que la couverture nuageuse à partir d'images satellites. 

Ces mesures étaient en parfait accord avec les prédictions du modèle. Un modèle qui semble donc être des plus probants !

Effet de cette couverture nuageuse accrue sur le réchauffement climatique

Une question reste alors en suspens : quel est l'effet de cette augmentation de la couverture nuageuse sur le climat ? 

D'un côté, les nuages limitent l'irradiation terrestre par les rayons solaires et contribuent ainsi à refroidir la surface terrestre. 

Mais, de l'autre côté, les nuages de haute altitude capturent et réfléchissent une partie des rayonnements terrestres, contribuant ainsi au phénomène bien connu d'effet de serre. 

Le modèle du professeur Ilan Koren prédit que, en présence d'une quantité accrue d'aérosols, la couverture nuageuse sera plus importante mais également d'altitude plus élevée. 

Ce changement dans la formation des nuages pourrait donc résulter soit dans un refroidissement soit dans un réchauffement climatique.

Pour déterminer dans quel sens le climat se modifiera sous l'action de la pollution de l'air, les chercheurs ont analysé les données récoltées par le satellite français CERES (Capacité de REnseignement Electromagnétique Spatiale), qui mesure les émissions et la réflexion des radiations terrestres. 

Une fois couplées avec les quantités d'aérosols présentes dans l'air, ces mesures ont montré un plus fort taux de réflexion des radiations terrestres en réponse à une augmentation de la concentration en aérosols. 

Ce résultat confirme les prédictions du modèle, à savoir un effet de serre accru en présence d'aérosols.

source: bulletins-electronique