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Par Henry Svensmark et ses collègues.
Résumé d’un article publié publié le 29 avril 2024 par la revue Geophysical Research Letterssous sous le titre Supersaturation and Critical Size of Cloud Condensation Nuclei in Marine Stratus Clouds (https://doi.org/10.1029/2024GL108140). Le résumé a été traduit par la rédaction.
Une analyse des nuages situés au large des côtes californiennes, combinée à des mesures satellitaires mondiales, révèle que des particules d’aérosol de petite taille (25 à 30 nanomètres) peuvent contribuer à la formation des nuages. L’impact des aérosols de petite taille sur le climat pourrait donc être sous-estimé.
Les nuages font partie des entités du système climatique les moins bien comprises et constituent la plus grande source d’incertitude sur les prévisions du changement climatique. Pour décrire les nuages, il faut pouvoir comprendre les systèmes météorologiques agissant à une échelle allant de plusieurs centaines de kilomètres à la taille d’une molécule.
Une étude apporte un nouvel éclairage sur ce qui se passe à l’échelle moléculaire, en se concentrant sur les noyaux de condensation des nuages présents dans les stratus marins, nuages de basse altitude organisés en couches horizontales.
Il est bien connu que la formation des nuages dépend de deux conditions fondamentales : 1) L’atmosphère est sursaturée en eau, ce qui signifie qu’il y a tellement d’eau dans l’air qu’elle peut devenir liquide, et 2) présence de particules appelées noyaux de condensation permettant à la vapeur d’eau de se condenser.
Ces particules doivent doivent atteindre une taille critique pour que l’eau se condense et forme des gouttes, et on suppose généralement que la taille critique est d’environ 60 nanomètres voire davantage.
Des scientifiques de l’Université technique du Danemark, de l’Université de Copenhague et de l’Université hébraïque de Jérusalem ont étudié la taille critique de minuscules particules d’aérosol, ou proto-graines. Il s’avère qu’une taille de 25 à 30 nanomètres pourrait être suffisante pour qu’ils se transforment en noyaux de condensation permettant la formation des nuages.
« Étant donné que les proto-noyaux peuvent être beaucoup plus petits qu’on ne le pensait, la formation des nuages est plus sensible aux changements dans les aérosols qu’on ne le pensait, en particulier dans les zones vierges où les stratus marins sont dominants », explique Henrik Svensmark, chercheur principal au DTU Space (Technical University of Denmark) et auteur principal de l’article.
En raison d’une sursaturation plus élevée de l’eau à l’intérieur des nuages, des aérosols plus petits sont activés en gouttelettes nuageuses. En termes simples, plus il y a de vapeur d’eau, plus elle peut se condenser facilement et plus la particule peut être de petite taille.
L’étude repose sur l’analyse de stratus marins effectuées en 2014 par des chercheurs du Nevada qui révèlent une relation entre la quantité de gouttes nuageuses et la sursaturation en eau de l’atmosphère. Combinées aux mesures satellitaires mondiales réalisées par les instruments d’observation MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer), ces analyses ont permis aux scientifiques de calculer la concentration de gouttes, à partir de laquelle une carte mondiale de sursaturation peut être obtenue.
Le résultat de ces analyses est surprenant : la sursaturation est généralement plus élevée que prévu. Puisque la sursaturation détermine la taille critique de la graine, même les plus petites particules peuvent servir de noyaux de condensation des nuages. Au lieu que les aérosols atteignent 60 nm ou plus, une taille de 25 à 30 nm est suffisante.
« Cela n’a l’air de rien, mais les implications pourraient être importantes. Environ la moitié de tous les noyaux de condensation des nuages sont formés de dizaines de milliers de molécules s’agglutinant une à une, pour former une particule d’aérosol. Le processus prend du temps et plus il prend de temps, plus le risque de ne pas être appréhendé est grand…Les modèles actuels montrent qu’en raison du temps de croissance, la plupart des petits aérosols sont perdus avant d’atteindre la taille critique et que, par conséquent, la formation des nuages est plutôt insensible aux changements dans la production de petits aérosols. Nos résultats modifient cette compréhension du rôle des aérosols. Si des particules de petite taille peuvent agir, cela doit être pris en compte par la modélisation des nuages et influer sur les prévisions climatiques » estime Henrik Svensmark.