D’après une équipe internationale de chercheurs, l’effet refroidissant des aérosols dans les cumulus et les stratocumulus maritimes est deux fois plus important qu’on ne le pensait jusqu’à présent. Leur article publié dans la revue Science rapporte les découvertes tirées de MODIS, radiomètre imageur de la NASA qui mesure les propriétés des nuages et les flux d’énergie radiative.
Le rôle des nuages dans le système climatique est l’une des principales incertitudes à élucider pour les scientifiques. Si les nuages hauts ont plutôt tendance à accroitre le réchauffement, les nuages bas ont en revanche un effet refroidissant en renvoyant les rayons du soleil. Dans l’ensemble, les nuages refroidissent la surface de la Terre en ombrageant environ 60% de la planète à la fois et en augmentant la réflectivité de l’atmosphère.
Alors que les aérosols peuvent influencer directement le climat en dispersant la lumière et en modifiant la réflectivité de la Terre, ils peuvent également modifier le climat via les nuages. Ce dernier effet est particulièrement important mais fait l’objet de grandes incertitudes. À l’échelle mondiale, les effets indirects des aérosols agissent généralement en opposition aux gaz à effet de serre et provoquent un refroidissement. Alors que les gaz à effet de serre se dispersent largement et ont un impact assez constant d’une région à l’autre, les effets des aérosols le sont moins, en partie à cause de l’effet des particules sur les nuages.
Les nuages se forment lorsque suffisamment de vapeur d’eau se condense. Les aérosols jouent un rôle crucial dans le processus. En fait, la plupart des nuages doivent leur existence aux aérosols qui forment des noyaux de condensation des nuages.
Les aérosols naturels, souvent des sulfates, du sel marin, des poussières désertiques ou des sels d’ammonium, sont les noyaux de condensation les plus courants dans les environnements vierges. En revanche, l’air pollué contient des concentrations beaucoup plus élevées de particules solubles dans l’eau, ce qui signifie que les nuages riches en pollution ont tendance à contenir des gouttelettes plus nombreuses mais plus petites. Les petites gouttelettes rendent les nuages pollués plus brillants qu’ils ne le seraient autrement. Si l’eau d’un nuage est divisée en un plus grand nombre de petites gouttelettes, elle diffusera plus de lumière et deviendra plus réfléchissante.
Les nuages réfléchissent donc en partie chaleur du soleil vers l’espace. Mais quelle quantité de réflexion est due à l’eau dans les nuages et quelle quantité est due aux aérosols ? C’est ce que les scientifiques tentent de déterminer, car de nombreux polluants modernes contribuent en fait aux aérosols.
Une nouvelle étude dirigée par le professeur Daniel Rosenfeld explique comment la pollution atmosphérique contribue à refroidir la Terre et à compenser une partie du réchauffement induit par les gaz à effet de serre.
Les chercheurs ont puisé dans MODIS, une base de données contenant des informations provenant de satellites faisant le tour de la Terre, comprenant notamment des informations sur la couverture nuageuse. Pour leur étude, les chercheurs ont examiné des données des océans du sud, de l’équateur à environ 40°S, entre 2014 et 2017. L’équipe a ensuite mis au point des méthodologies permettant de dériver des informations pertinentes sur les nuages, telles que la teneur en eau par rapport à la teneur en aérosol, et combien de chaleur ils réfléchissaient.
Jusqu’à présent, il n’était pas possible de mesurer les effets des aérosols sur les nuages avec une précision suffisante, faut de pouvoir séparer les effets des vents ascendants verticaux qui construisent les nuages des effets des aérosols qui déterminent la composition des nuages. Ceci a été rendu possible grâce à la méthodologie développée par le professeur Rosenfeld et ses coauteurs, basée sur les données satellites.
L’application de cette méthodologie aux nuages bas au-dessus de l’océan a montré que les aérosols induisent une augmentation significative du contenu en eau des nuages et de la couverture des nuages, bien au-delà des estimations actuelles, et ont respectivement un effet de refroidissement beaucoup plus important qu’on ne le pensait auparavant.
Les chercheurs ont constaté que les nuages contenant plus d’aérosols reflétaient plus de chaleur que ne l’avaient suggéré les estimations précédentes – plus de deux fois plus. Plus précisément, ils ont constaté qu’environ les trois quarts de la quantité de chaleur réfléchie étaient dus aux aérosols. Ils suggèrent qu’un pourcentage aussi élevé montre que la capacité de refroidissement radiatif des nuages est beaucoup plus sensible à la présence d’aérosols qu’on ne le pensait.
Les implications de ces découvertes, si elles s’avéraient exactes, seraient importantes. L’effet réchauffant des gaz à effet de serre pourrait donc être plus grand que prévu car il a été atténué jusqu’à présent par l’impact des aérosols dans les nuages.
Les estimations actuelles du refroidissement induit par les effets indirects des aérosols sont larges, beaucoup plus que pour les gaz à effet de serre, comme on peut le voir ci-dessous dans la rubrique « Cloud adjustments due to aerosols ».
L’équipe de recherche estime que si les aérosols entraînent effectivement un refroidissement plus important que les estimations précédentes, l’effet de réchauffement des gaz à effet de serre devrait également être plus important qu’on ne le pensait jusqu’à présent. Car le climat doit surmonter ce refroidissement induit par les aérosols. Cela implique un réchauffement futur plus important car les gaz à effet de serre s’accumulent dans l’atmosphère, tandis que les concentrations d’aérosols n’augmentent pas et peuvent même diminuer. C’est ce qui arriverait avec développement d’une combustion moins polluante, donc émettant moins d’aérosols.
L’équipe de recherche propose une possibilité alternative cependant mais non encore explorée. Le réchauffement climatique actuel pourrait compenser les effets de refroidissement des aérosols sur les nuages bas par un autre effet qui n’a pas encore été découvert.
Il faut dire que les aérosols sont distribués sur la planète différemment des gaz à effet de serre et que leur localisation peut avoir un impact aussi sur le climat. Les aérosols pourraient avoir un rôle de premier ordre dans le déclenchement de certaines oscillations climatiques. La répartition régionale des aérosols artificiels aurait entraîné des changements dans les vents sur l’océan Pacifique qui ont influencé la phase négative de l’Oscillation décennale du Pacifique, et donc le ralentissement observé dans le taux de réchauffement au début des années 2000.
Pendant la pause des années 2000, les émissions d’aérosols ont fortement augmenté en Chine alors qu’au même moment des réductions avaient lieu en Europe et aux Etats-Unis. La conséquence a été la modification de la dépression des Aléoutiennes, un élément déterminant de la PDO.
La réduction future des émissions d’aérosols anthropiques, en particulier de la Chine, pourrait favoriser cette fois une PDO positive et une augmentation du rythme du réchauffement.
Le type d’aérosol joue aussi un rôle important dans la détermination de la manière dont les aérosols affectent les nuages. Alors que les aérosols réfléchissants ont tendance à éclaircir les nuages et à les faire durer plus longtemps, le carbone noir issu de la suie peut avoir l’effet inverse. Des études sur la pollution de l’océan Indien et la fumée de combustion de biomasse en Amazonie ont montré que le carbone noir réchauffe l’atmosphère environnante et peut provoquer l’évaporation des gouttelettes de nuages. Ce processus, appelé « effet semi-direct », transforme les nuages en une brume fumée qui supprime les précipitations.
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