La réduction de la pollution en Europe, principale explication aux hivers très doux. © ale_koziura, Adobe Stock

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Hivers trop doux en Europe : la faute aux réglementations antipollution ?

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On a vite fait d'incriminer les gaz à effet de serre dans les hivers de plus en plus doux en Europe. En réalité, la cause de la disparition des vagues de froid, de la neige et du blizzard serait en grande partie liée... aux efforts en matière de pollution. La diminution de la quantité d'aérosols entraîne un forçage radiatif, qui lui-même génère d'autres phénomènes climatiques en cascade. Explications.

L'hiver 2019-2020 s'annonce d'ores et déjà comme un record de douceur. Les mois de décembre et janvier ont été les plus chauds jamais enregistrés depuis le début des mesures en France, selon Météo France, avec une température moyenne nationale de 7,6 °C, soit 2,3 degrés au-dessus des normales. Plusieurs records de chaleur et de pression ont été battus, avec par exemple 26,6 °C le 3 février à Biarritz, soit plus que la moyenne d'un mois de juillet.

La diminution des aérosols, principal facteur du réchauffement hivernal

En fait, cela fait plusieurs années que la neige se faire rare à Noël en France et dans tout le reste de l'Europe. Coupable tout désigné : le réchauffement climatique dû aux émissions de CO2. Et bien, non : ce serait plutôt la faute... au renforcement des réglementations en matière de pollution atmosphérique, atteste une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Climate Change le 3 février. « En ce qui concerne le climat hivernal, les aérosols ont un impact encore plus important que les gaz à effet de serre sur le réchauffement », atteste Jonathan Jiang, chercheur au CalTech et coauteur de l'article. Les chercheurs ont analysé la fréquence et l'intensité des épisodes de froid en Europe et en Russie sur la période 1970-2005 et ont révélé « la signature indéniable » de la diminution des aérosols sur la raréfaction des hivers froids.

23 % du réchauffement en Europe attribué à la baisse des particules

Les aérosols atmosphériques, provenant principalement de l'urbanisation et de l'industrialisation, constituent le deuxième facteur de changement climatique dans le système terrestre après les gaz à effet de serre. En réfléchissant et en absorbant la lumière du soleil, les particules de suie, de sulfates ou d'autres composés contribuent à abaisser localement les températures et modifient le bilan radiatif terrestre. Un phénomène appelé « éclaircissement » et qui exerce un refroidissement radiatif d'environ -0,8 W/m2 au niveau mondial selon le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (Giec). Or, en Europe, les émissions d'aérosols, surtout celle des aérosols sulfatés, ont fortement diminué grâce aux politiques de réduction de la pollution. D'après une étude de 2014 du Centre national de recherches météorologiques français, l'éclaircissement expliquerait 23 % de l'augmentation de température en surface en Europe entre 1980 et 2012, « contribuant de manière notable au réchauffement climatique régional ».

Les changements climatiques sur l’Europe entre 1970 et 2005 (l’échelle va croissante du bleu vers le rouge. a) émissions d’aérosols. b) forçage radiatif. c) vitesse de vents à 200 hPa (courant-jet) et d) pression atmosphérique. © Yuan Wang et al., Nature Climate Change, 2020

Un effet kiss-cool de l’éclaircissement

Mais ce n'est pas tout : car le forçage radiatif a lui-même engendré un autre phénomène climatique, accentuant encore la diminution des vagues de froid, démontrent Yuan Wang et ses collègues dans la nouvelle étude de Nature. « Le réchauffement en Europe entraîne un plus fort gradient de température entre l'Europe et le pôle Nord, ce qui contribue à verrouiller le courant-jet polaire dans une position stable », notent les auteurs. Ce courant-jet de haute altitude (plus communément appelé jet-stream), qui circule d'ouest en est, délimite les zones d'air froid au nord et les zones d'air chaud au sud. En temps normal, il fluctue entre les basses et les hautes altitudes, laissant ainsi l'air froid monter ou descendre. De plus, l'expansion tropicale de la cellule de Hadley, qui redistribue la chaleur accumulée à l'équateur vers les plus hautes latitudes, contribue à déplacer le courant-jet vers le pôle Nord, affaiblissant encore les possibilités de descente d'air froid.

Bientôt des hivers sans neige ?

Et les stations de ski n'ont pas fini de voir fondre leur couverture neigeuse. Car après l'Europe, la Chine s'est elle aussi lancée dans une lutte sans merci contre la pollution, ce qui devrait réduire encore la fréquence des vagues de froid hivernales notamment sur l'Europe du Nord et de l'Est. Évidemment, tous ces mécanismes sont hautement fluctuants. D'autres études ont par exemple montré que le réchauffement du pôle Nord pouvait au contraire affaiblir le jet-stream, laissant ainsi l'air froid descendre sur l'Europe. Mais la tendance à la diminution des aérosols ne va, elle, pas s'inverser, d'autant plus que la pression des populations est de plus en plus forte sur les questions climatiques. Cet exemple illustre en tout cas que même des bonnes intentions entraînent des effets secondaires insoupçonnés.

  • Les émissions d’aérosols anthropiques ont fortement diminué ces 50 dernières années, en Europe.
  • Or, ces émissions limitaient le réchauffement en réfléchissant et en absorbant le rayonnement solaire.
  • Le réchauffement engendré par l’éclaircissement entraîne lui-même un blocage du courant-jet sur les régions polaires, l’empêchant de nous amener de l’air froid.
Pour en savoir plus

La diminution de la pollution va augmenter les vagues de chaleur

Article de Céline Deluzarche publié le 22/05/2019

Les aérosols, issus de la pollution automobile et industrielle, contribuent paradoxalement à refroidir l'atmosphère. Leur diminution pourrait entraîner une dramatique accélération du nombre, de la durée et de l'intensité des canicules en addition du réchauffement climatique seul. Faudra-il choisir entre air pur et air tempéré ?

Devant les niveaux de pollution dramatiques atteints dans certaines villes, les autorités prennent des mesures de plus en plus drastiques pour limiter les émissions d'aérosols (particules fines, suie, dioxyde de soufre...). Et cela commence déjà à produire des effets. En Europe, par exemple, les émissions de la plupart des polluants suivis par l'Agence européenne de l'environnement (AEE) ont fortement diminué par rapport à leurs niveaux de 2000, grâce notamment à la directive Qualité de l'air ambiant (2008).

Les aérosols, une puissante protection solaire

Or, il est connu depuis longtemps que les aérosols émis par l'industrie, la combustion d'hydrocarbures, la circulation automobile ou encore le fioul des bateaux ont un effet refroidissant en assombrissant l'atmosphère. L'ensemencement des nuages est d'ailleurs l’un des moyens envisagés par certains scientifiques pour limiter la hausse des températures. D'où l'effet pervers des politiques de lutte anti-pollution, lesquelles risquent d'aggraver le réchauffement.

Les émissions d’aérosols (suie, particules fines, dioxyde de soufre) sont appelées à diminuer drastiquement d’ici 2100 grâce aux mesures antipollution. © Alcide Zhao et al, Geophysical Research Letters.

Pour prendre la mesure du phénomène, trois chercheurs de l'Université d'Edimbourg ont modélisé les effets cumulés du réchauffement climatique et de la diminution des différents aérosols sur les vagues de chaleur (plus de trois jours consécutifs de canicule). Pour chaque région du globe, ils ont ensuite comparé le climat actuel et celui prévu d'ici la fin du siècle (2081-2100) en prenant en compte soit le réchauffement climatique seul (scénario RCP8.5 correspondant à la prolongation des émissions actuelles de gaz à effet de serre), soit en association avec une réduction des aérosols.

Des vagues de chaleur plus chaudes et plus longues

Il s'avère que les effets des aérosols sont très puissants : en moyenne, un air plus propre va entraîner des vagues de chaleur dont la fréquence augmentera de 21 %, seront 25 % plus chaudes et 41 % plus longues. Leur durée va ainsi passer de 3,6 jours aujourd'hui à 28 jours, contre « seulement » 21 jours sans diminution de la pollution.

Cette forte augmentation s'explique par la relation complexe entre les différents paramètres. « Lorsque les concentrations d'aérosols deviennent faibles, de petits changements peuvent entraîner des réactions beaucoup plus importantes au niveau de la taille des gouttelettes et de l'albédo des nuages », rapporte Alcide Zhao, l'auteur principal de l'étude.

Il en résulte une augmentation exponentielle du rayonnement atteignant la surface du sol pendant la journée ainsi qu'une plus grande instabilité de l'atmosphère diurne, car la durée de vie et la quantité des nuages diminuent au fur et à mesure que la taille des gouttelettes augmente. « Par conséquent, les températures diurnes augmentent et deviennent plus variables tandis que les températures nocturnes sont moins influencées par les interactions des nuages », détaillent les chercheurs dans leur étude parue dans la revue Geophysical Research Letters.

La modélisation du climat montre une augmentation substantielle des vagues de chaleur d’ici la fin du siècle avec une réduction des aérosols (a et b) comparée au réchauffement climatique seul (c et d). Les cartes (e) et (f) représentent la contribution seule de la réduction des aérosols. © Alcide Zhao et al, Geophysical Research Letters.

Avec de telles vagues de chaleur, la canicule de 2003 ayant entrainé la mort de 70.000 personnes et une perte économique de 13 milliards d'euros passera à la fin du siècle pour une simple bagatelle. De nombreuses études ont déjà mis en garde contre une Terre transformée en « étuve » en raison d'un emballement du réchauffement.

Les effets pervers de la lutte antipollution

Ce n'est, hélas, pas le seul « effet indésirable » de la chasse à la pollution. Début 2019, une étude conjointe des universités de Harvard et de Nankin avait montré que la réduction de 40 % du taux de particules fines en Chine avait provoqué une augmentation substantielle de la concentration d'ozone aux abords des grandes villes, les particules agissant comme des « éponges » capables d'absorber les radicaux hydroperoxyles, des composés jouant un rôle clé dans la production d'ozone. En mars, une autre étude alertait sur une possible disparition des nuages, susceptible de faire bondir les températures globales de 13 °C.

Faut-il choisir entre santé et réchauffement ?

Tout cela ne doit bien évidemment pas conduire à stopper les politiques de lutte contre la pollution. Car toutes les études démontrent son effet dévastateur sur la santé : les particules fines sont à l'origine de 800.000 décès prématurés en Europe chaque année.

À New Delhi (Inde), un résident perd en moyenne 10 ans d'espérance de vie en raison de la brume toxique persistante. Pour les chercheurs, une seule solution s'impose : réduire les émissions de gaz à effet de serre parallèlement à celles des particules fines. Il faudra sinon se résoudre à ensemencer artificiellement les nuages (avec des particules non polluantes) pour à nouveau assombrir le ciel.


La baisse des aérosols sulfatés impacte le climat européen

Article du CNRS publié le 03/10/2014

Depuis plus d'une trentaine d'années, la quantité d'énergie solaire reçue par la surface terrestre, en Europe et en Méditerranée, a beaucoup augmenté. Or, durant le même temps, la quantité d'aérosols sulfatés présents dans l'atmosphère de ces régions a significativement diminué. Des chercheurs ont vérifié le lien entre les deux en utilisant des modèles. Bonne pioche : la diminution d'émissions de sulfates a contribué à augmenter l'énergie solaire captée par le sol.

Entre 1980 et 2012, l'Europe a connu une augmentation importante du rayonnement solaire reçu par la surface terrestre, un phénomène dit de « brightening » (éclaircissement) qui a succédé à une période marquée par l'effet inverse dit de « dimming » (assombrissement). Or, la question se pose toujours de savoir quelle pourrait en être la cause. Les variations de nébulosité ne peuvent en effet à elles seules expliquer un tel phénomène, celui-ci étant également observé en l'absence de couverture nuageuse. Néanmoins, il semblerait que les aérosols sulfatés puissent constituer une cause plus probable.

Ces aérosols interagissent en effet avec le rayonnement solaire en le renvoyant dans toutes les directions (diffusion), dont une part non négligeable vers l'arrière (rétro-diffusion), et ce sans l'absorber comme peuvent le faire d'autres aérosols (les carbones-suies par exemple). Le rayonnement solaire reçu en surface est donc plus faible en présence de tels aérosols : c'est ce qu'on appelle l'effet parasol. En outre, de tous les aérosols, ce sont ceux qui jouent le rôle le plus important dans le bilan radiatif en Europe, du fait de leurs propriétés optiques et de leur abondance. Au-dessus de la Méditerranée, ils partagent ce rôle avec les poussières désertiques en provenance du Sahara. Enfin, ce sont les seuls aérosols à avoir connu une diminution significative de leurs concentrations atmosphériques entre 1980 et 2012.

Les émissions d'aérosols sulfatés ont été nettement réduites

D'où viennent-ils ? Ces aérosols sont issus de réactions chimiques faisant intervenir différents composés soufrés (dioxyde de soufre, diméthlysulfate, hydrogène sulfuré...). Ces précurseurs sont émis à la fois par des sources naturelles (volcans, phytoplancton...) et par certaines activités humaines (combustion du charbon, transport...). Or, les émissions de leurs précurseurs dues aux activités humaines ont considérablement diminué durant cette période, suite d'une part à la mise en place de nouvelles normes dans l'industrie et le transport pour améliorer la qualité de l'air et, d'autre part, aux crises économiques des années 1980 en Europe.

Toutefois, la plupart des modèles climatiques globaux et régionaux, même ceux qui tiennent compte des propriétés et de la diminution des aérosols sulfatés, peinent à reproduire correctement les variations décennales du rayonnement solaire reçu en Europe, et aussi pour certains à rendre compte du réchauffement observé depuis une trentaine d'années.

Les couleurs indiquent l'évolution moyenne du rayonnement solaire reçu en surface (en W/m²/décennie) entre 1980 et 2012, simulée en incluant (à droite) ou non (à gauche) la diminution des aérosols sulfatés, en comparaison avec les valeurs observées (points colorés) par le réseau Geba. © Game-CNRS

Des modélisations confrontées aux mesures de rayonnement solaire et de température

Dans cette nouvelle étude, des chercheurs du Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (GAME-CNRM, Météo-France / CNRS) et du Laboratoire d'aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS), en collaboration avec des équipes suisse et espagnole, ont utilisé une nouvelle approche de modélisation afin de sonder le possible lien entre ces deux phénomènes. Elle consistait à utiliser un système de modélisation régionale comprenant un couplage complet entre l'atmosphère, la mer Méditerranée, les surfaces continentales et les rivières, tout en imposant comme conditions aux frontières du domaine régional les conditions météorologiques observées à grande échelle (réanalyse). Deux séries de simulations ont été menées sur la période de brightening (1980-2012), en incluant ou non la diminution des aérosols sulfatés. Elles ont été évaluées à la lumière de séries temporelles, récemment homogénéisées, de données d'observation du rayonnement solaire reçu en surface et de la température en surface.

Les résultats (publiés dans la revue Geophysical Research Letters) indiquent que la prise en compte de la diminution des aérosols sulfatés conduit à une augmentation plus importante du rayonnement solaire reçu en surface, et ce quelles que soient les conditions nuageuses, et permet de mieux reproduire à la fois la structure spatiale et l'intensité du brightening observé en Europe. La diminution des aérosols sulfatés serait ainsi responsable de 81 ± 16 % du brightening en Europe. Des tests complémentaires sur les différents effets des aérosols sulfatés montrent que c'est l'effet direct des aérosols sulfatés (diffusion du rayonnement solaire) qui prédomine dans cette tendance par rapport aux effets semi-direct (impact sur la dynamique atmosphérique suite aux modifications du rayonnement solaire reçu en surface) et indirect (impact des aérosols sur les propriétés microphysiques des nuages).

Ce travail révèle aussi que l'augmentation du rayonnement solaire reçu du fait de la diminution des aérosols sulfatés entraîne un réchauffement supplémentaire en surface, non seulement dans les régions où les émissions de leurs précurseurs ont diminué (Benelux, Europe centrale, vallée du Pô), mais aussi dans les régions voisines (sud de l'Italie, Grèce, Turquie). La comparaison avec les séries temporelles homogénéisées prouve que la diminution des aérosols sulfatés doit être prise en compte pour pouvoir reproduire correctement l'intensité et la structure spatiale de l'augmentation des températures de surface en Europe et des températures des eaux de surface de la mer Méditerranée. Cette diminution serait responsable de 23 ± 5 % de l'augmentation des températures en surface en Europe depuis 1980 et aurait donc contribué de manière notable au réchauffement climatique régional.

Ces travaux soulignent l'importance du rôle des aérosols sulfatés dans le changement climatique en Europe et en Méditerranée. Pour savoir si ces résultats peuvent être généralisés à l'ensemble de la planète, d'autres travaux similaires devront être menés dans d'autres régions. Ils confirment néanmoins la nécessité de mieux représenter les variations des aérosols sulfatés dans les modèles climatiques globaux.

Source : Actualités du CNRS-Insu

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