25 Août 2014

Les Aérosols

Qu'est-ce que les aérosols ?

L'atmosphère contient de toutes petites particules solides ou liquides en suspension, appelées aérosols. Leur taille varie de quelques nanomètres à presque 100 microns soit l'épaisseur d'un cheveu.

En moyenne globale, plusieurs millions de tonnes d'aérosols sont émis chaque jour par une multiplicité de sources à la fois naturelles (cendres volcaniques, poussières désertiques, embruns marins) et humaines (fumées d'industrie, gaz d'échappement, poussières issues de feux agricoles), ce qui induit une très grande diversité de leurs propriétés. Dans la stratosphère, les aérosols sont rares mais ils peuvent résider plusieurs années. Dans la basse troposphère, où ils sont en général beaucoup plus abondants, les aérosols séjournent quelques jours seulement, cette durée variant essentiellement selon les précipitations. Il en résulte que, contrairement aux gaz à effet de serre, la concentration des aérosols peut varier de plusieurs ordres de grandeur à des échelles régionales ou journalières.

Divers types d'aérosols

Les aérosols peuvent être chimiquement actifs, leurs propriétés évoluant au cours de leur transport dans l'atmosphère. Ils peuvent jouer un rôle dans la création ou la destruction d'espèces gazeuses, incluant l'ozone, en catalysant à leur surface des réactions chimiques.

Quels sont leurs effets sur le climat ?

En diffusant et absorbant la lumière ou en modifiant le pouvoir réfléchissant des nuages, les aérosols exercent plusieurs effets sur le climat : direct, semi-direct et indirect.

L'effet direct n'est autre que l'effet parasol évoqué plus haut. Il réside dans la diffusion, éventuellement accompagnée d'absorption, du rayonnement solaire par les particules. La diffusion est l'effet majeur aux longueurs d'ondes solaires, en particulier dans le cas d'aérosols de pollution ; elle est généralement négligeable dans l'infrarouge thermique. Il s'agit d'un effet refroidissant, sauf dans le cas d'aérosols absorbants au-dessus d'une surface très réfléchissante.

Benjamin Franklin fut le premier à mettre en lumière cet effet direct des aérosols sur le climat. En 1783, alors que l'Islande venait de connaître une forte éruption volcanique, le physicien américain nota l'apparition d'un "brouillard sec" sur la France et émit l'hypothèse que ce brouillard pouvait être la cause de l'hiver glacial que connut l'Europe cette année-là. Il supposa dès lors qu'à cause de cette éruption volcanique, une quantité moins importante d'énergie solaire parvenait au sol. De même, après l'éruption du Mont Pinatubo aux Philippines en 1991, les observations ont montré que la température moyenne de notre planète avait baissé de 0,5°C.

Comme les aérosols peuvent également absorber de façon plus ou moins importante le rayonnement solaire, ils modifient les profils de température et, par conséquent, ont un impact sur les conditions de formation des nuages, entraînant leur disparition ou modifiant leur extension géographique. C'est ce qu'on appelle l'effet semi-direct.

L'effet radiatif indirect des aérosols résulte quant à lui des interactions entre aérosols et nuages, qui ont eux mêmes un impact fort sur le bilan énergétique de la Terre. Ainsi les aérosols peuvent servir de noyaux de condensation lors de la formation des nuages, de sorte qu'à contenu en eau fixé, un nuage issu d'une masse d'air pollué contient un nombre de gouttelettes supérieur à un nuage moins pollué. Bien que les gouttelettes soient plus petites, un tel nuage sera plus réfléchissant que celui issu d'une masse d'air sans aérosols. C'est le premier effet indirect, refroidissant. Dans un second temps, puisque les gouttelettes sont plus petites, elles n'atteindront pas la taille critique au-delà de laquelle apparaît la précipitation et la durée de vie moyenne du nuage sera augmentée. La couverture nuageuse moyenne sur la Terre sera donc plus importante. Enfin, en réchauffant l'atmosphère à des niveaux où se forment généralement des nuages, les aérosols peuvent conduire à leur évaporation. L'ensemble de ces processus constitue le deuxième effet indirect des aérosols sur le climat, qui peut être refroidissant ou réchauffant, notamment selon l'altitude du nuage.