Nuages et particules

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Particules et Climat

Nous avons vu dans les Bases que les nuages affectent le climat (Partie "Nuages et Climat"). Premièrement, ils renvoient vers l'espace une partie du rayonnement solaire atteignant notre planète (environ 30% des rayons solaires sont réémis). Deuxièmement, ils capturent les rayons infrarouges qui sont émis par la surface terrestre, ce qui permet à la Terre de conserver une partie de cette chaleur.

Mais quel est le rôle des particules dans ce système climatique? Modifient-elles la quantité d'énergie qui arrive au sol en l'absence de nuages? Et puisqu'elles permettent aux nuages de se créer, jouent-elles un rôle dans le futur "comportement radiatif" de ces nuages?

L'effet direct des aérosols sur le climat

Les particules absorbent et diffusent la lumière; c'est pour cela qu'elles modifient la visibilité. Mais cette interaction n'est pas anodine pour le climat, puisque ces aérosols peuvent ainsi réduire la quantité d'énergie solaire atteignant le sol.

En 1783, l'Islande connut une forte éruption volcanique. Le célèbre scientifique Benjamin Franklin nota l'existence de ce qu'il appela "un brouillard sec" sur la France, et émis l'hypothèse que ce brouillard pouvait être la cause de l'hiver glacial que connut l'Europe cette année-là. On ne pouvait pas non plus brûler un papier à travers une loupe: Franklin supposa qu'il y avait donc moins d'énergie solaire arrivant au sol à cause de cette éruption volcanique.

C'est très probablement ce qui s'est passé il y a 60 millions d'années, lorsque les dinosaures ont disparu, à cause d'une météorite s'écrasant sur Terre. Cette énorme collision aurait injecté de telles quantités d'aérosols dans l'atmosphère que le soleil aurait été masqué pendant plusieurs mois, causant un net refroidissement de la surface terrestre. 

Après l'éruption du Mont Pinatubo, les modélisations et les observations ont montré que la température moyenne de notre planète avait baissé de 0.5°C.
L'effet direct des particules sur le climat, c'est à dire la diffusion du rayonnement solaire, conduit ainsi à refroidir la Terre.

L'influence de l'Homme sur l'effet direct des aérosols

De part ses activités (industrie, combustion d'énergies fossiles dans les véhicules, feux de forêts...), l'Homme injecte des quantités considérables de particules dans l'atmosphère. Par exemple, un voile de pollution de trois kilomètres d'épaisseur, appelé "nuage brun", plane actuellement au dessus de l'Asie du sud. Il modifie la météorologie locale et met en danger la santé de centaines de milliers d'asiatiques. Cette couche d'aérosols réduit la quantité de rayonnement solaire au sol de 10 à 15%!

Mais les particules ont aussi un effet indirect sur le climat, et notre planète n'en a pas fini avec les Hommes...

L'effet indirect des particules sur le climat

On appelle forçage indirect des aérosols le processus global par lequel les aérosols perturbent l'équilibre radiatif de la Terre en changeant le pouvoir réfléchissant (voir la partie Bases sur l'albédo) et la quantité des nuages. Ces effets indirects sont bien plus difficiles à quantifier que les effets directs. Ils prennent en compte les relations existant entre les caractéristiques des aérosols et celles des nuages:
En effet, une modification du nombre et de la taille des particules entraînera une modification des concentrations de Noyaux de Condensation Nuageuse. Ceci modifiera le nombre et la taille des gouttelettes nuageuses, ce qui entraînera une modification du pouvoir réfléchissant (ou albédo) du nuage.

L'influence de l'Homme sur l'effet indirect des particules

Les émissions anthropiques produisent de grandes quantités de petites particules. Les aérosols d'origine humaine auraient donc deux effets importants sur les propriétés des nuages:
Premièrement, un nombre plus important de CCN va conduire à un nombre plus important de gouttelettes plus petites. La diffusion de la lumière à l'intérieur des nuages est augmentée, ce qui accroît l'albédo des nuages.
Deuxièmement, puisque les gouttes sont plus petites, elles auront moins tendance à précipiter et la durée de vie moyenne du nuage se verra être augmentée: la couverture nuageuse moyenne sur Terre sera plus importante

Ces deux effets réduisent la quantité d'énergie solaire arrivant au sol et tendent aussi vers un refroidissement global.

La Figure 3 illustre l'effet indirect des particules: les nuages pollués renvoient davantage de rayonnement vers l'espace et les pluies sont diminuées puisque les gouttelettes dans le nuage sont plus petites donc plus légères.  

Il subsiste néanmoins de grandes incertitudes sur ce "forçage" indirect des aérosols, car bien que les voies qui mènent de la particule à l'albédo du nuage ne sont pas impénétrables, elles sont complexes!

C'est donc par ces effets directs et indirects que les particules jouent un rôle dans le budget radiatif de notre planète.

Les hommes modifient aussi les nuages en créant des contrails à cause des avions (voir la partie 'Propriétés des particules'). Pour en savoir plus sur l'albédo, cliquez ici.

A propos de cette page....
Auteur: J. Gourdeau, LaMP Clermont-ferrand, France.
Relecteur scientifique: Dr Vincent Giraud, LaMP France.
Date de création: 19.01.2004. Dernière version: 26.04.2004.