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Les aérosols nous bouchent la vue

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Les aérosols, en suspension dans l'atmosphère, réfléchissent la lumière. Durant l'éruption du volcan Pinatubo par exemple, la grande quantité de rayons solaires renvoyés vers l'espace par les aérosols a provoqué une diminution de la température mondiale. Une étude révèle à présent que le pouvoir réfléchissant des aérosols était jusque-là largement sous-estimé. 

L'éruption du volcan Pinatubo (vu à l'image) est un événement majeur de rejet d'aérosols dans l'atmosphère. On estime qu'il aurait largué 17 millions de tonnes de dioxyde de soufre dans la troposphère. La photo est une vue de l'espace de la région du volcan. Deux couches d'aérosols sombres forment des limites distinctes dans l'atmosphère. L'altitude estimée des couches d'aérosols de ce point de vue est de 20 à 25 km, ce qui est cohérent avec les mesures effectuées par d'autres instruments spatiaux. © Nasa

La luminosité d'un paysage dépend de la réflexion des rayons solaires incidents. On doit par exemple la lumière des soirs d'automne de campagne à la réflectance des feuilles rouges et à la position du soleil. En outre, par temps clair, la visibilité est souvent plus nette en hiver qu'en été. Le phénomène est lié au fait qu'à basse température, les particules en suspension dans l'atmosphère sont figées et l'atmosphère est sèche.

Ces particules en suspension, appelées aérosols, sont en général minuscules, de l'ordre du nanomètre. Il existe cependant quelques gros spécimens, qui atteignent le micromètre, soit trois ordres de grandeur de plus. Mais, dispersés dans une foule d'éléments nanoscopiques, ces « Gulliver au pays des lilliputiens » ont souvent été négligés dans l'étude du rôle des aérosols sur la réflexion de la lumière. Le chercheur Evgueni Kassianov explique : « Beaucoup de mesures routinières sont incapables d'échantillonner les grosses particules, elles peuvent donc négliger l'existence de beaucoup d'entre elles »

À partir du fait que la présence des petites particules domine celle des grandes, toutes les études se sont concentrées sur la caractérisation des nanoparticules. Pourtant, dans une publication parue dans le Geophysical Research Letters, une équipe du Pacific northwest national laboraty (PNNL) a mis en évidence l'importance des « géantes » dans la réflexion de la lumière solaire vers l'espace, et donc de la luminosité sur Terre. Jusqu'alors sous-estimés, il semblerait que ces gros aérosols réfléchissent 45 % de lumière de plus que ce que l'on pensait. 

La clarté de la vue peut-être altérée par les particules en suspension dans l'atmosphère, les aérosols. Par temps clair, de grosses particules, de l'ordre du micromètre, réfléchissent très efficacement les rayons solaires incidents, assombrissant ainsi la visibilité. © U.S. National Park Service

Par temps clair, une très faible quantité de particules de l'ordre du micron peut donc sensiblement diminuer la luminosité. L'étude montre de plus que ces aérosols géants sont beaucoup plus fréquents qu'escomptés. Sur les deux sites de mesures, en Californie, les observations ont montré qu'en moyenne, les particules microscopiques représentaient 85 % du volume total d'aérosols.

Des campagnes de mesures d'aérosols à travers le monde

Pour arriver à ces conclusions, l'équipe du PNNL a procédé en deux étapes. Une campagne de terrain d'un mois a d'abord été lancée en 2010 en Californie. Durant la mission Carbonaceous Aerosol Radiative Effects Study (Cares), deux sites ont été analysés quotidiennement. L'un était dans la zone urbaine de Sacramento et l'autre à 40 km au nord-est. Les données in situ ont été récoltées à partir d'instruments au sol, et de sondes atmosphériques. La fréquence des grosses particules est cohérente sur les deux sites.

En vue de quantifier le pouvoir réfléchissant des « géantes », les chercheurs ont entré les données de la campagne dans un modèle d'état de l'art de calcul de transfert radiatif. En d'autres termes, le modèle utilisé fait état des connaissances actuelles des caractéristiques des aérosols et de leurs interactions avec l'énergie solaire. À partir de ce modèle, ils ont alors montré que de tels aérosols réfléchissaient 45 % de rayons solaires en plus que ce qui était connu jusqu'alors.

Avec les mêmes méthodes, une autre campagne de mesures a été réalisée en 2012 au cap Cod dans le Massachusetts. Les données de cette mission, l'Intensive Observation Period of the Two-Column Aerosol Project (TCAP), seront également incorporées au modèle de transfert radiatif. À plus long terme, l'équipe de PNNL espère pouvoir élargir les campagnes au monde entier et ajuster ainsi l'effet des aérosols sur l'énergie solaire. Le rôle et l'impact des aérosols dans le changement climatique est une grande inconnue, ainsi déterminer la nature de ces géantes en suspension dans l'atmosphère peut permettre d'améliorer les modèles climatiques.

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