Une vue de l'expérience Cloud avec sa chambre de 3 m de diamètre en acier inoxydable, contenant de l'air humidifié ultrapur et des traces de gaz choisis. Elle est placée sur la trajectoire d'un faisceau de pions chargés qui simule les rayons cosmiques ionisants. © Cern

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Climat : selon le Cern, les arbres influent sur la formation des nuages

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Comme le montraient en 2016 les résultats de l'expérience Cloud, au Cern, les arbres seraient bien plus doués que nous le pensions pour fabriquer des nuages et rafraîchir le climat. Leur action passe par les aérosols.

Article paru le 16 octobre 2016

Depuis 2009, l'expérience Cloud, installée au Cern, à Genève, simule différentes conditions de pression et de températures pour étudier des mécanismes à l'œuvre dans l'atmosphère terrestre, et notamment l'effet des aérosols sur le climat. Ces petites particules agissent comme des « graines de nuages », en favorisant la condensation de la vapeur d'eau en gouttelettes et donc la formation de nébulosités. Globalement, l'effet sur le climat est rafraîchissant car une partie de la lumière solaire est alors réfléchie vers le haut.

Pour moitié, ces aérosols sont des poussières venues des terres et des sels marins émis par l'océan et, pour l'autre moitié, de molécules de gaz qui s'agrègent en particules de 50 à 100 nanomètres. C'est le cas de l'acide sulfurique, dérivé du dioxyde de soufre (SO2). Aujourd'hui, ce gaz est produit avec une grande générosité par les activités industrielles. Ces aérosols d'origine humaine, en créant davantage de nuages, ont un effet refroidissant, qui réduit l'effet réchauffant du dioxyde de carbone (CO2). C'est un forçage radiatif. Les arbres sont aussi des acteurs de cette machinerie, avec des molécules, comme la pinène, lâchées dans l'air et jouent aussi le rôle de noyaux de condensation.

Les quantités actuelles d'émissions de dioxyde de soufre compliquent l'étude de l'atmosphère préindustrielle, qui était différente. C'est ce qu'a fait une équipe de Cloud, qui s'est basée sur les résultats de cette expérience pour bâtir une simulation de l'atmosphère préindustrielle. Leurs conclusions, publiées dans les Pnas (et discutées dans un article de The conversation), précisent les études antérieures, présentées dans notre précédent article, ci-dessous.

Selon ces résultats (encore incertains, précisent les auteurs), les quantités d'aérosols présents dans l'atmosphère terrestre avant 1750 ont jusque-là été sous-estimées, car les aérosols émis par les arbres sont bien plus efficaces que ce l'on pensait pour fabriquer des nuages. En conséquence, l'effet refroidissant des aérosols d'origine industrielle serait plus faible que prévu, d'environ 27 %.

Les auteurs en déduisent aussi que limiter les émissions d'aérosols par les activités humaines pourrait réduire leur action rafraîchissante. Mais ce recul pourrait être compensé par l'action des arbres, qui ne demandent qu'à retrouver l'importance qu'ils avaient à l'ère préindustrielle. En somme, les forêts sont capables de nous aider à limiter le réchauffement climatique...

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Article initial paru le 30/05/2014 à 10:29

La Terre est un système dynamique avec des couplages et des boucles de rétroactions complexes entre atmosphère, hydrosphère, biosphère et même l'intérieur du globe. Les membres de l'expérience Cloud au Cern viennent de l'illustrer à nouveau en montrant que la formation des nuages peut être reliée à des émissions de vapeurs par les arbres. Le climat de la planète est donc influencé par sa couverture forestière.

Au Cern, on ne fait pas qu'étudier les noyaux exotiques et le boson de Higgs ou encore chasser les particules de matière noire avec l'expérience Osqar (Optical Search of QED vacuum magnetic birefringence, Axion and photon Regeneration). Les chercheurs y tentent également de mieux comprendre la physique de la formation des nuages avec l'expérience Cloud (Cosmics Leaving Outdoor Droplets). Cette chambre à brouillard (couplée à une chambre de réaction), alimentée par le Synchrotron à protons (PS) du Cern, est utilisée pour étudier un lien possible entre les rayons cosmiques galactiques et la formation des nuages. Les conditions de température et de pression de n'importe quel endroit de l'atmosphère sur Terre peuvent y être recréées et il est possible aussi de moduler l'intensité des faisceaux de particules reproduisant l'effet des rayons cosmiques sur la nucléation des gouttes d'eau.

Cet instrument permet ainsi d'étudier notamment la formation des aérosols qui peuvent servir de noyaux de condensation et donc leur influence sur la formation des nuages. Comme ces derniers modifient les transferts radiatifs dans l'atmosphère, ce genre d'expérience peut faire la lumière sur des phénomènes mal compris jouant un rôle plus ou moins important dans l'évolution du climat de notre planète.

Le chêne de Tronjoly, à Bulat-Pestivien en France, est âgé d'environ 1.700 ans. Il semble qu'en émettant une molécule appelé alpha-pinène, largement répandue parmi les végétaux terrestres, les arbres des forêts influent sur la formation des nuages. © Michel Lefranq, Wikipédia, cc by-sa-3.0

Acide sulfurique et alpha-pinène : une recette pour les nuages

Récemment les membres de la collaboration Cloud ont publié dans Science un article concernant l'impact de certains aérosols émis pas les arbres des forêts sur la formation des nuages. Selon le porte-parole de Cloud, Jasper Kirkby, « c'est un résultat très important, car il identifie un ingrédient clé responsable de la formation de nouvelles particules d'aérosol dans une grande partie de l'atmosphère. Or les aérosols, avec leur influence sur les nuages, ont été reconnus par le Giec comme la plus grande source d'incertitude dans les modèles climatiques actuels ».

Les membres de Cloud, qui compte parmi ses membres des physiciens de l'atmosphère, des physiciens du Soleil, ainsi que des physiciens des rayons cosmiques et des particules provenant de 18 instituts de 9 pays, ont découvert que les vapeurs biogènes émises par les arbres peuvent se combiner, au terme de réactions d'oxydation dans l'atmosphère, avec l'acide sulfurique qu'elle contient.

Résultant de cette combinaison, apparaissent des particules atmosphériques dont le taux de formation augmente fortement sous l'action des rayons cosmiques galactiques mais seulement quand les concentrations d'acide sulfurique et de vapeurs biogènes oxydées sont relativement faibles. Ces particules favorisent à leur tour la nucléation des gouttes d’eau et donc la formation des nuages. L'inclusion de ce mécanisme dans un modèle global de formation photochimique des aérosols semble permettre de reproduire des variations saisonnières observées. La concentration des aérosols augmenterait ainsi, expliquent les auteurs, en réponse à l'augmentation globale des émissions biologiques des forêts durant l'été septentrional.

Les aérosols, ces particules qui favorisent l'effet de serre  Les aérosols sont de petites particules présentes dans l’atmosphère. Ils sont responsables de la formation de nuages et, par la même occasion, contribuent à l'effet de serre et au réchauffement climatique. Le Cnes nous explique au cours de cette vidéo comment les aérosols sont surveillés depuis déjà plusieurs années.