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Quand les bactéries de l'océan empêchent les embruns de former un nuage

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Au-dessus de l'océan, les embruns, selon leur composition biologique, facilitent ou inhibent la formation des nuages. En reconstituant en laboratoire un minuscule système océan-atmosphère, des chercheurs ont montré le rôle clé des bactéries marines. Quand il y en a beaucoup, les embruns fabriquent moins de nuages.

Les aérosols contribuent à la formation des nuages. Or, au-dessus de l'océan, si l'activité bactérienne dans les embruns est forte, cela peut entraîner une réduction de la formation des nuages. © Paul Vallejo, Flickr, cc by nc nd 2.0

Les aérosols interviennent de façon significative dans la formation des nuages. Les gouttes d'eau qui se forment autour de noyaux de condensation sont à l'origine des nuages, et ce sont les aérosols qui rendent possible cette condensation de l'eau. Ces particules en suspension sont souvent apportées dans l'atmosphère par le vent. Dans les océans, les principaux aérosols qui se créent sont les embruns. Toutefois, il existe une multitude d'autres sources d'émission, si bien qu'il est presque impossible d'étudier l'influence directe des embruns sur la formation des nuages.

La composition chimique et biologique des embruns est extrêmement variable. Dans l'océan, de minuscules bulles d'air se constituent lorsque les vagues sont générées. Elles remontent à la surface et éclatent, libérant ainsi gaz et aérosols dans l'atmosphère. La chimie des embruns peut donc être très différente, allant de simples mélanges biologiques à des cellules bactériennes complexes. Les études de terrain sur la variabilité de composition des embruns et son influence sur la formation des nuages sont souvent biaisées, en raison de la contamination des échantillons par d'autres sources d'émission d’aérosols.

Les panaches de fumée peuvent être de redoutables tueurs de nuages, lorsque leurs particules absorbent les rayons du soleil. En témoigne cette image du satellite Aqua (prise en 2005 dans l'ouest du Brésil), qui a pris ce nuage de fumée la main dans le sac. © Nasa

Ainsi, une grande équipe de recherche internationale a développé une nouvelle méthode d'analyse. Elle a créé un système en laboratoire qui reproduit la formation des embruns et leur impact sur l'atmosphère. Les ingénieurs ont élaboré un dispositif de vagues déferlantes à partir d'eau de l'océan Pacifique. Ils ont par la suite réussi à isoler et analyser les aérosols issus du fracas des vagues. Leurs résultats, publiés dans les Pnas, éclairent sur la manière dont la vie biologique modifie la composition chimique des embruns.

Un mésocosme artificiel efficace pour étudier les embruns

« Après de nombreuses décennies à tenter de comprendre comment l'océan affecte l'atmosphère et les nuages au-dessus de lui, il est devenu clair qu'une nouvelle approche était nécessaire pour enquêter sur le système océan-atmosphère complexe. Le déplacement de la complexité chimique de l'océan en laboratoire représente une avancée majeure, qui permettra à de nombreuses nouvelles études d'être réalisées », expliquait Kimberly Prather, l'une des auteurs.

L'eau utilisée a été pompée directement dans l'océan Pacifique et a été placée dans un système artificiel qui génère un canal de houle. Le système est confiné, et l'air au-dessus des vagues est filtré, ce qui permet à l'équipe d'éradiquer la contamination par d'autres sources d'aérosols. Durant cinq jours, l'équipe a modifié les communautés biologiques dans l'eau, en ajoutant diverses combinaisons de cultures de bactéries et algues marines.

Les bactéries marines inhibent la formation des nuages

Les chercheurs ont ainsi pu identifier quelles sont les conditions biologiques qui modifient les taux d'aérosols, au point de diminuer leur capacité à former des nuages. Par exemple, un jour après que de nouvelles cultures ont été ajoutées, les niveaux de bactéries ont quintuplé et le potentiel de formation de nuages a chuté d'environ un tiers.

Ces changements ont eu lieu alors même que la concentration de phytoplancton et les niveaux de chlorophylle-a, le pigment indispensable à la photosynthèse, ont diminué. Les estimations actuelles de l'activité biologique dans les eaux de surface de l'océan s'appuient sur des instruments à bord de satellites, qui mesurent les variations de la couleur de la surface de la mer, qui change en fonction des niveaux de chlorophylle-a.

Le résultat de cette expérience est de taille. Si l'ajout de nouvelles cultures n'a pas entraîné de prolifération du phytoplancton, un bloom de bactéries peut, lui, avoir un effet plutôt inhibiteur sur les embruns, ce qui provoque alors la diminution de la formation de nuages.

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