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En Chine, la poussière réchauffe l'atmosphère... et la refroidit

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L'impact des aérosols sur le climat à l'échelle mondiale est incertain. D'une durée de vie très courte, ils ont pourtant un rôle notoire. En Chine notamment, une étude récente montre que l'impact du réchauffement atmosphérique lié aux aérosols avait largement été négligé jusqu'à présent, faussant alors tous les modèles climatiques. 

Le sable du désert est un puissant aérosol. Transporté par des vents forts (strong winds sur la carte), les particules peuvent se répandre sur les surfaces continentales ou dans les océans. Dans l'atmosphère, elles auront un effet radiatif (radiative impacts), pouvant contribuer autant au refroidissement qu'au réchauffement de l'atmosphère. Les aérosols peuvent perturber les cycles biogéochimiques terrestres et océaniques. © NCAR

À Zanghye, en Chine, le réchauffement de l'atmosphère lié aux aérosols est beaucoup plus important qu'escompté. Zone semi-aride, située entre deux déserts (le Taklimakan et le désert de Gobi), elle est soumise à un apport considérable de poussière du désert. Une nouvelle étude, parue dans Geophysical research letters, montre que le réchauffement atmosphérique lié à cette poussière compense la moitié du refroidissement qu'elle provoque. 

La poussière, notamment la poussière du désert, est un puissant aérosol. Aujourd'hui, les chercheurs connaissent bien la capacité de ces particules à refroidir l'atmosphère, c'est l'effet direct des aérosols. Les particules réfléchissent la quasi-totalité du rayonnement solaire, ce qui refroidit l'atmosphère localement puisque les rayons solaires n'arrivent pas jusqu'au sol. Néanmoins, suivant leur composition, les aérosols peuvent absorber le rayonnement solaire infrarouge, émettre de l'énergie (comme le sol ou les nuages) et ainsi réchauffer l'atmosphère.


L'effet direct des aérosols est l'impact le plus connu. Les particules réfléchissent la plupart du rayonnement solaire reçu vers la haute atmosphère. La température de la Terre diminue localement, recevant moins d'énergie solaire. Cliquer sur l'image pour voir l'animation complète : effet direct et semi-direct. © Boucher et Jamous, IPSL, CC

En combinant les propriétés minérales et les caractéristiques optiques des aérosols, l'équipe de Richard Hansell a réussi à déterminer si dans cette région une particule de poussière réfléchit la lumière et refroidit l'atmosphère, absorbe la lumière et réchauffe l'atmosphère, ou les deux. La capacité d'un aérosol à absorber et donc à réchauffer l'atmosphère est une connaissance encore assez incertaine. La taille de la particule et sa composition influent significativement sur le processus d'absorption du rayonnement infrarouge

Pour quantifier l'impact de la poussière sur l'atmosphère, les chercheurs ont commencé par caractériser la taille et la composition des aérosols, à partir d'outils du Smartlabs de la Nasa. Ils ont ensuite utilisé un interféromètre et quantifié la variation spectrale de l'énergie des ondes infrarouges émise par ces particules. Enfin, ils ont inséré les paramètres mesurés dans un modèle numérique qui permet de calculer l'énergie infrarouge émise à la surface de la Terre avec et sans les poussières.

Une forte influence de la poussière sur la radiation infrarouge

Les simulations des modèles montrent que localement à Zanghye, le réchauffement de l'atmosphère, lié à l'absorption infrarouge des aérosols, compense la moitié du refroidissement lié à l'effet direct de ces particules. L'impact radiatif des aérosols varie de 2,3 à 20 watts/m2. À titre de comparaison, un nuage émet 30 watts/m2 et les gaz à effet de serre émettent 2 watts/m2. Il faut toutefois garder à l'esprit qu'aérosols et nuages provoquent un réchauffement local, tandis que les gaz à effet de serre influent à l'échelle globale. 

La répartition mondiale du taux d'aérosols (ici exprimé en profondeur optique totale d'aérosol variant de 0 à 1) est largement inégale. Les zones rouges indiquent les régions où le taux d'aérosol est maximal. Ces cartes montrent le taux moyen d'aérosols saisonnier, entre janvier et mars 2001 pour la carte du haut et entre août et octobre 2001 pour celle du bas. La répartition saisonnière des aérosols évolue beaucoup : c'est principalement dû à la combustion de la biomasse et des activités industrielles. © IPCC

L'impact des aérosols est réellement propre à la région étudiée. Richard Hansell, premier auteur de la publication, explique : « Comparés à notre étude antérieure sur la poussière du Sahara, mesurée au Cap Vert, les effets des grandes longueurs d'onde - infrarouges - à Zhangye d'un facteur 2 plus importants, sont dus aux différences de propriété d'absorption des particules et de la distance par rapport aux déserts ». Ceci explique la grande difficulté des modélisateurs du climat à simuler à l'échelle mondiale l'effet des aérosols, qu'ils soient naturels ou qu'ils proviennent des activités humaines. 

Quoi qu'il en soit, ces résultats permettent aux chercheurs de réévaluer le rôle de la poussière sur la température de l'air et le taux d'humidité de l'atmosphère, par exemple. Le réchauffement lié aux poussières pourrait en effet avoir un impact sur l'évaporation et donc sur la stabilité de la convection atmosphérique. Les effets des aérosols sont une sorte de boîte noire pour les modélisateurs du climat. De tels résultats pourront clairement aider à améliorer les modèles numériques et donc les prévisions climatiques.

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