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L’expérience Cloud : rayons cosmiques et climat sont-ils liés ?

Dossier - Réchauffement : le rôle des UV, nuages et rayons cosmiques
DossierClassé sous :climatologie , Environnement , changement climatique

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Ce dossier est le deuxième d'une série de trois qui essaient de faire le point sur les mécanismes susceptibles de modifier le climat de la planète. Le premier abordait les différents forçages. Dans ce celui-ci on examine les mécanismes qui pourraient peut-être les amplifier.

  
DossiersRéchauffement : le rôle des UV, nuages et rayons cosmiques
 

Cloud (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) est une expérience mise en place au Cern pour étudier, dans des conditions contrôlées, l'influence des rayons cosmiques sur la formation des gouttes des nuages. Le concept de la chambre à brouillard ne date pas d'hier : c'est Wilson qui a réalisé en 1912, la première enceinte fermée contenant un gaz maintenu à pression et température constantes et saturé en vapeur d'eau. Wilson était d'ailleurs un précurseur puisqu'il a montré dès 1896 que certains rayons cosmiques, les rayons X et la radioactivité favorisaient la nucléation.

La Terre sous surveillance. © NASA JPL, Wikimedia commons, DP

Principe de l'expérience Cloud

C'est fondamentalement cette idée qui est reprise dans l'expérience Cloud, le rayonnement cosmique étant fourni par un faisceau ajustable de particules issu du synchrotron du Cern. Outre la disposition de temps de synchrotron, de grands moyens ont été déployés pour contrôler les conditions expérimentales. Une première chambre permet la formation d'aérosols à partir de précurseurs sélectionnés dans des conditions contrôlées de température et de pression, une deuxième chambre sert à la croissance des particules nuageuses.

Vue des installations de l’expérience Cloud au Cern. © Cern

L'image ci-dessus donne une idée des dimensions de l'ensemble. Une première série d'expériences exploratoires a eu lieu en 2009, les résultats très préliminaires montrent que « quelques bouffées d'aérosols sont en partie formés par l'intermédiaire des processus ionisants » et que l'intensité et la durée du faisceau de particules semblent influencer la formation des aérosols aux plus forts taux de concentration en SO2. Il semble aussi que d'autres constituants aient perturbé les expériences requérant donc une propreté encore plus rigoureuse de la chambre de réactions.

Objectif de l'expérience Cloud

L'expérience est planifiée jusqu'en 2013. Selon certains laudateurs du projet, elle est censée apporter une réponse définitive à la question des interactions entre les rayons cosmiques et le climat. La variabilité des conditions rencontrées dans la nature est très difficilement reproductible en chambre, (turbulence, cisaillement de vent, hétérogénéités de température et d'humidité pour n'en citer que quelques-unes), il est donc peu probable que Cloud puisse simuler toutes ces conditions et apporter une réponse définitive.

Pour résoudre ce problème, il faudra recourir à de la modélisation à différentes échelles depuis l'échelle microphysique jusqu'à celle des modèles climatiques en passant par l'échelle du nuage individuel et il faudra recourir à des campagnes d'observation in situ telles que celles incluses dans le programme Ace et à des observations des satellites (voir le A train par exemple), seules capables de fournir la couverture globale nécessaire. Ce que Cloud apportera probablement dans ce contexte, c'est une meilleure connaissance des processus initiaux ce qui permettra peut-être de faire un pas décisif dans l'amélioration de la prise en compte des nuages dans les modèles climatiques.