Pourquoi il va pleuvoir de moins en moins sur la forêt amazonienne

Aujourd'hui, le danger que représentent les nanoparticules pour la santé humaine et animale est bien connu. Elles n'étaient cependant jusqu'alors pas mises en cause dans les processus atmosphériques régissant le changement climatiquechangement climatique, étant considérées comme trop petites pour interagir au sein des nuages. Une nouvelle étude vient pourtant de montrer que les nanoparticulesnanoparticules d'aérosols pourraient jouer un rôle significatif dans les cycles des pluies, en particulier au niveau de la forêt amazonienne.  

Les nuages se forment par croissance de noyaux de condensation

Les nuages de pluie se forment par la croissance de gouttelettes d'eau autour de diverses particules hygroscopiques en suspension dans la troposphère. Dans ce processus, les composés organiques volatils -- qu'ils soient d'origine naturelle comme le limonène (émis par les forêts de conifères) ou d'origine anthropique comme le benzènebenzène et le toluènetoluène (émis par la combustioncombustion de ressources fossiles) -- peuvent s'accumuler sur d'autres particules, notamment des particules de pollution. Mais, pour participer à la formation des nuages, ces noyaux de condensationcondensation doivent atteindre une taille minimale de 60 à 70 nanomètresnanomètres. Or, jusqu'à présent, les particules d'aérosols de moins de 10 nanomètres, que produit en massemasse l'activité humaine, étaient considérées comme trop petites pour agir comme un noyau de condensation au sein des nuages. Elles ne semblaient donc pas capables d'influencer le développement des nuages.

Une équipe de chercheurs brésiliens et américains vient cependant de démontrer, dans une étude publiée dans la revue Science Advances, que les processus de nucléationnucléation ne sont pas si simples.

L'équipe s'est appuyée sur des données obtenues par avion lors de vols réalisés à une altitude de 5 km au-dessus de la ville de Manaus au Brésil. Cet important centre urbain regroupe deux millions de résidents et est entouré par la forêt amazonienne. Le but de l'étude était d'étudier les interactions ayant lieu entre les aérosols et les nuages à la fois au-dessus de zones urbanisées mais également dans des régions forestières encore vierges.

La ville de Manaus au Brésil, entourée par la forêt Amazonienne. © Coordenação-Geral de Observação da Terra/INPE from Brasil, Wikimedia Commons, CC by-sa 2.0

La présence de nanoparticules d’aérosols impacte la formation des nuages

La région amazonienne est caractérisée par de forts courants de convectionconvection qui entrainent la vapeur d'eau ainsi que d'autres gazgaz vers les couches supérieures de l'atmosphèreatmosphère. Parmi ces particules se trouvent les nanoparticules de pollution. Or, les résultats de cette nouvelle étude montrent que les composés organiques volatilscomposés organiques volatils sont capables de se condenser à la surface de ces nanoparticules lorsque la température est suffisamment faible, ce qui survient à très haute altitude. Dans ces conditions, les nanoparticules deviennent donc des noyaux de condensation qui vont progressivement gonfler jusqu'à atteindre une taille de 70 nanomètres. À partir de ce point, elles vont se charger en vapeur d'eau et se transformer en gouttelette. Ce processus impliquant des nanoparticules de pollution comme noyau de condensation était jusqu'à présent inconnu.

Or, il apparait que cette association de composés organiques volatils et de nanoparticules d'aérosols affecte la formation des nuages de deux façons différentes. D'un côté, cela engendre une plus grande quantité de gouttelettes légères, qui forment alors des nuages à plus haute altitude. Ce processus entraine ainsi une réduction de la quantité de pluies. D'un autre côté, les nanoparticules peuvent s'accumuler entre elles, formant ainsi des noyaux de condensation plus gros. Dans ce cas, il en résulte des nuages de type cumulonimbus très épais, capables de créer des événements pluvieux particulièrement intenses. Les résultats de l'étude montrent ainsi que les nuages affectés par la pollution aux aérosols dans la région de Manaus étaient 10 à 40 % plus petits et contenaient 1.000 % de gouttelettes en plus par rapport à des nuages « non pollués ». Le cycle pluvieux semble donc clairement impacté par la pollution aux nanoparticules d'aérosols.

Exemple de cumulonimbus. © Cevenol2, Wikimedia Commons, CC by-sa 1.0

Cette étude montre encore une fois que les processus naturels, comme la formation des nuages, sont impactés par la pollution d'origine anthropique. Les chercheurs souhaitent désormais se pencher sur l'impact des feux de forêt, qui émettent de grandes quantités de composés organiques volatils et d'oxydes d'azoteoxydes d'azote. Leur objectif est également d'étudier plus précisément les couches supérieures de l'atmosphère afin de mieux comprendre les processus menant à la formation des cumulonimbuscumulonimbus. Un vol à une altitude de 15 km est ainsi prévu pour décembre 2022.