Aerosols

Aerosols

Jean-Pierre Wolf, Groupe de physique appliquée, Université de Genève

On nomme « aérosol » un ensemble de particules solides ou liquides en suspension dans un gaz. Dans l’atmosphère, il en existe une multitude, de différentes tailles (du nanomètre à plusieurs dizaines de micromètres), formes, et composition (spores, pollen, bactéries, poussières, particules fines, suie, fumées, gouttelettes d’eau, sable, etc..). Hormis leur impact environnemental direct sur la santé, ils jouent un rôle fondamental dans les changements climatiques, de par leurs propriétés optiques. Ainsi, certains d’entre eux absorbent la lumière (suies, particules carbonées), d’autres la réfléchissent (albédo) mais d’une manière différente en fonction de leur couleur, de sorte que leur impact sur le bilan radiatif terrestre (chauffage ou refroidissement de l’atmosphère) reste une source d’imprécision dans les modèles de prévision du climat. Par exemple, dans la figure 1, on peut constater l’importance des barres d’erreur induites par la méconnaissance des aérosols selon l’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change GIEC en français) en 2001, qu’elles soient primaires, ou secondaires. On parle d’impact direct et indirect car les aérosols émis jouent un rôle essentiel dans la formation de nuages, comme germe de condensation. Or, les nuages ont des propriétés de réflexion de la lumière solaire et des infrarouges émis par la terre très différentes des particules émises par les sources : ils sont « blancs » et réfléchissent efficacement le rayonnement solaire incident. Ainsi, tous les nuages existant sur terre ont été produits grâce à des plus petites particules jouant le rôle de germe de condensation. Il n’existe pas de condensation homogène (sans noyaux) dans l’atmosphère terrestre.

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Figure 1 : Contributions au forcage radiatif de différents éléments d’origine naturelle ou anthropique.

Etat de l’art en 2001 (https://www.ipcc.ch/report/ar3/wg1/chapter-6-radiative-forcing-of-climate-change/). Noter la grande incertitude sur la contribution des aérosols

Des efforts très importants ont été réalisés par les scientifiques pour réduire ces barres d’erreur et donc afiner les modèles de prédiction selon les scénarii de réduction envisageable. On pourra se convaincre de ces progrès en consultant, par exemple, le dernier rapport de l’IPCC (https://www.ipcc.ch/report/ar3/wg1/chapter-6-radiative-forcing-of-climate-change/). Néanmoins, certaines sources diffuses sont difficiles à quantifier. C’est le cas des aérosols émis par les océans. Hormis les particules de sel, une activité biogénique marine importante (e.g. phytoplancton) produit des aérosols organiques qui ont un pouvoir d’accomodation pour l’eau importante, et sont donc d’excellents germes de condensation. Leur mise en suspension se produit essentiellement lorsque les vagues se brisent. La complexité des mécanismes inclut donc l’activité biogénique, qui dépend de la température de l’eau, des courants, de la présence de nutriments, et de la météorologie (hauteur de vagues, vents, température). La figure suivante résume cette complexité (adaptée de IPCC report 2013 ) et la nécessité de nouvelles campagnes de mesure des émissions d’aérosols océaniques.

Figure 2 : Schéma illustrant les mécanismes de formation d’aérosols océaniques, leur rôle dans le forcage radiatif, ainsi que les rétroactions possibles

Un exemple de campagnes de mesure récentes est l’expedition Deepwater-Planet Solar que nous avons organisée à l’Université de Genève en 2013 avec le Prof. M. Beniston de l’nstitut des Sceinces de l’Environnement. Pour une description de la campagne, on peut se référer, par exemple à l’article scientifique paru en 2017 dans Scientific Reports (libre d’accès : https://www.nature.com/articles/srep45476) ou aux reportages de la Television Suisse Romande : https://www.rts.ch/decouverte/sciences-et-environnement/environnement/planetsolar/. Ces résultats ont permis, en particulier de proposer des nouvelles pistes de modèles d’émission incluant de nouveaux proxy, comme la salinité de l’eau (traceur de l’origine de courants marins)

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