Lamélioration de la qualité de lair que l’on
respire suppose, on s’en doute, moins de
particules en suspension. Paradoxe, leur
présence agit aussi, à l’inverse, contre le
réchauffement du climat ! En effet, en rai-
son de leur pouvoir réfléchissant, ces petites particu-
les, dites aérosols atmosphériques, ont contribué à
refroidir l’atmosphère depuis une centaine dannées.
Mais en sera-t-il toujours ainsi ? La tendance à la dimi-
nution des émissions d’aérosols va-t-elle accentuer le
chauffement en cours ? Questions brûlantes à lheure
les effets du changement climatique commencent
à se faire sentir et que les normes environnementales
se durcissent. À cet effet, on aimerait en savoir plus et
connaître dans le détail les effets climatiques de ces
particules. Et là, les choses se corsent.
Car il y a aérosols et aérosols. Les uns dits « primai-
res » sont émis dans latmosphère comme particules,
solides ou liquides. Ce sont par exemple les embruns
projetés par la friction du vent sur locéan, les poussiè-
res arrachées aux déserts par le vent, les cendres vol-
caniques, la fumée des feux de végétation, les poussiè-
res industrielles, ou encore les aérosols carbonés issus
de la combustion des énergies fossiles. Leur diamètre
varie en général de 1 à 10 micromètres, exception faite
des aérosols carbonés, plus petits.
D’autres sont créés dans latmosphère par la conden-
sation de gaz. Le diamètre de ces rosols « secon-
daires » nexcède pas le micromètre. Les plus connus
sont les aérosols soufs, responsables des pluies aci-
des qui endommagèrent, voici quelques décennies,
les forêts européennes et nord-américaines. Ils sont
issus de loxydation du dioxyde de soufre produit à
40 | LA RECHERCHE | DÉCEMBRE 2007 | Nº 414
EN DEUX MOTS
Chaque année, plusieurs
milliards de tonnes de fines particules sont
rejetés dans l’atmosphère par des phénomènes
naturels et les activités humaines. Ces aérosols
agissent sur le système climatique en filtrant
le rayonnement solaire, allongeant ainsi la
durée de vie des nuages. Leur effet refroidis-
sant a masqué une partie du réchauffement
climatique obser ces dernières cennies.
Olivier Boucher est directeur
de recherche au CNRS. Il travaille actuellement
au Met Office Hadley Centre, au Royaume-Uni.
olivier.boucher@metoffice.gov.uk
Certains refroidissent la surface de la Terre. D’autres réchauffent l’atmosphère tout
en influençant la formation des nuages. Les climatologues n’ont pas fini de s’inter-
roger sur le rôle des aérosols, particules en suspension.
Le double jeu
des
aérosols
LES ACTIVITÉS HUMAINES
rejettent quantité de par-
ticules microscopiques
dans l’atmosphère dont
l’influence sur le système
climatique reste difficile
à quantifier.
CLIMAT III
© JAYANTA SHAW/REUTERS
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et la troposphère sont en équilibre thermique. En
dautres termes, les basses couches de latmosphère
ne peuvent se réchauffer sans qu’au final la surface
elle-même ne se réchauffe. Tout excès de chaleur est
automatiquement redistribué.
Cependant, même si la présence drosols carbo-
nés peut réchauffer localement la surface, cest leffet
refroidissant qui domine à léchelle du Globe. Cest
ce quont montré Nicolas Bellouin, actuellement au
Met Office Hadley Centre, au Royaume-Uni, et ses
collègues [2]. Grâce aux mesures faites avec le spectro-
radiomètre MODIS qui équipe
le satellite américain Terra, ils
ont estimé la quantité déner-
gie réfléchie par les aérosols,
leur forçage radiatif*, à envi-
ron – 0,8 watt par mètre car
(W/m2), contre + 2,6 W/m2 pour les gaz à effet de
serre. Mais cette valeur est nettement inférieure à celle
issue des modèles climatiques recensés par les experts
du Groupe dexperts intergouvernemental sur lévolu-
tion du climat (GIEC). Lesquels prédisent un forçage
radiatif un peu moins négatif, de l’ordre de quelques
dixièmes de watt par mètre car seulement.
Ce désaccord entre observations et prévisions est bien
embarrassant. Un forçage radiatif légèrement négatif
signifie que les aérosols nont que peu compensé le
réchauffement induit par laccroissement des gaz
la fois par la combustion du charbon et des dérivés
du trole, et de celle du diméthylsulfure généré par
le phytoplancton marin. Appartiennent aussi à cette
famille les aérosols carbonés produits par loxyda-
tion des composés organiques volatils les terpènes
notamment – rejetés par la végétation.
Au total, ce sont plusieurs milliards de tonnes daé-
rosols naturels et anthropiques qui sont émis chaque
année dans l’atmosphère. Mais contrairement aux gaz
à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, etc.) ils
restent relativement peu de temps dans l’atmosphère :
quelques jours dans la tropo-
sphère* et environ une année
dans la stratosphère* [1].
Quel rôle jouent-ils ? Les aéro-
sols naturels sont indispensa-
bles au bon fonctionnement
du système climatique et de la biosphère. D’abord, ils
transportent certains nutriments indispensables aux
écosystèmes marins et terrestres, fer et phosphore par
exemple. Surtout, ils diffusent et absorbent le rayon-
nement solaire. Ce rayonnement diffus pénètre alors
plus facilement la canopée : la partition verticale
de la photosyntse, et, par voie de conséquence,
la compétition entre les espèces en sont améliorées.
En outre, ce rayonnement diffus est en partie renvoyé
vers lespace. Cet « effet direct » des aérosols contribue
à refroidir la planète.
Enfin, les aérosols entretiennent des liens étroits avec
les nuages : ils servent de noyaux de condensation aux
gouttelettes deau. Plus ils sont concentrés, plus les
gouttelettes sont nombreuses, plus le nuage qui en
résulte sera réfléchissant. Ce premier « effet indirect »
contribue également à refroidir la Terre. Mais il en
existe un second, qui favorise, lui, le réchauffement :
en multipliant et en rapetissant les gouttelettes deau,
ils diminuent lefficacité des nuages pollués à préci-
piter, et augmentent ainsi leur durée de vie.
Équilibre thermique
Tout comme les particules dorigine naturelle, les
aérosols émis par les activités humaines influencent
le système climatique directement et indirectement.
Les aérosols soufrés, par exemple, diffusent efficace-
ment la lumière solaire. Mais ils sont aussi de très bons
noyaux de condensation. Deux effets refroidissants
qui ont contribué à limiter le réchauffement des der-
nières décennies, un point qui nest plus contesté.
Mais le débat est toujours aussi vif sur le rôle, beau-
coup plus complexe, des aérosols carbonés. Ils diffu-
sent moins bien le rayonnement solaire que les aéro-
sols soufrés. En revanche, ils labsorbent beaucoup
plus. sultat : ils réchauffent latmosphère tout en
réduisant le rayonnement solaire à la surface. Laquelle
se refroidit donc. Et pourtant la surface de la Terre
Nº 414 | DÉCEMBRE 2007 | LA RECHERCHE | 41
[1] Y. Kaufman et al.,
Nature, 419, 215, 2002.
Olivier Boucher est directeur
de recherche au CNRS. Il travaille actuellement
au Met Office Hadley Centre, au Royaume-Uni.
olivier.boucher@metoffice.gov.uk
LA TERRE ROIT EN MOYENNE 342 WATTS PAR TRE CARRÉ (W/m2) sous la
forme de rayonnement solaire. Seuls 168 W/m2 sont absorbés par la surface de
la Terre. Le reste est fléchi ou absorbé par les nuages, les aérosols naturels et
les molécules de latmosphère (H2O, O2, O3, CO2, CH4, etc.). Les valeurs entre
parentses correspondent à la perturbation que créent les aérosols d’origine
anthropique dans cet équilibre thermique. © INFOGRAPHIE PASCAL PINEAU
Fig.1 Bilan radiatif de la Terre
*La troposphère
est la partie de
l’atmosphère
située entre la
surface du Globe
et 8 à 15 kilomètres
d’altitude, selon la
latitude et la saison.
*La stratosphère
est située au-dessus,
jusqu’à environ
40 kilomètres.
*Le forçage radiatif
est le pouvoir de
réchauffement (ou
de refroidissement
quand il est négatif)
de certaines
particules ou gaz
de l’atmosphère.
À l’échelle du Globe,
c’est l’effet refroidissant
des aérosols qui domine
CLIMAT III
à effet de serre. Leur sensibilité climatique, c’est-à-
dire la réponse du système climatique à la perturba-
tion qu’ils occasionnent, est donc faible. À linverse,
un forçage radiatif fortement négatif implique que les
aérosols ont masqué une partie plus importante du
réchauffement climatique. Et leur sensibilité clima-
tique est plus forte.
Lincertitude est plus grande encore si lon considère
leffet indirect des aérosols. Les observations restent
trop parcellaires pour estimer son amplitude. Le
recours aux modèles s’impose donc. Mais là aussi
nous nous heurtons à de grosses difficultés. Car
la finesse des modèles climatiques actuels ne per-
met pas de représenter correctement les nuages et
la complexité des processus physiques en jeu. Dans
son quatrième rapport négocié en février dernier, le
GIEC estime néanmoins que les effets indirects des
aérosols induisent un forçage radiatif compris entre
– 1,8 et – 0,3 W/m2. La fourchette est large, mais si
la valeur la plus basse était la bonne, ces effets indi-
rects des aérosols masqueraient une grande partie du
forçage radiatif dû aux gaz à effet de serre !
Comment réduire l’incertitude ? On peut d’abord sim-
plifier la représentation des processus les plus incer-
tains : les mouvements de lair qui génèrent les nuages,
les propriétés physiques de ces derniers, la façon dont
la pluie se forme, etc. Ensuite, on essaie de reproduire
dans les modèles les mesures effectuées sur les nuages
(taille et nombre des gouttelettes) et sur les aérosols
(quantité de particules dans une colonne dair), ainsi
que les relations statistiques qui les lient.
Les premières estimations que nous avons fai-
tes lan dernier avec Johannes Quaas, de linstitut
Max-Planck de Hambourg, en Allemagne, et Ulrike
Lohmann, de lInstitut déral de technologie de
Zurich, en Suisse, indiquent un forçage radiatif indi-
rect de lordre de – 0,5 W/m2 [3]. Ce chiffre, qui cor-
respond aux valeurs hautes des modèles, reste évi-
demment à confirmer.
Perturbations nuageuses
Une autre interrogation concerne limpact, sur les pré-
cipitations, de la diminution de taille des gouttes deau,
le second effet indirect des aérosols dont nous parlions
précédemment. La question est, encore, largement
débattue, faute de pleinement comprendre les proces-
sus en jeu. Théorie et observations suggèrent une dou-
ble action. En diminuant la taille des gouttelettes deau,
les aérosols affecteraient le processus de coagulation à
l’intérieur des nuages. En particulier, ils retarderaient
la formation de gouttelettes suffisamment grosses pour
tomber sous l’effet de la gravité. Ils influenceraient
également les nuages composés de glace sans que lon
sache encore très bien comment.
Une première hypothèse, fendue par Daniel Rosenfeld
de l’universi de Jérusalem, est que lesrosols anth-
ropiques empêchent la formation de précipitations
solides (neige, grêle, etc.), soit en inhibant les noyaux
glaçogènes* existants, soit en multipliant le nombre
de cristaux. Ceux-ci deviendraient alors trop petits
pour tomber. Selon une seconde hypothèse, émise par
l’Allemand Meinrat Andreae, de l’institut Max Planck
de Mayence, et ses collègues, les aérosols retarderaient
au contraire la précipitation deau liquide. Ce qui aurait
pour conséquence de renforcer la convection à l’inté-
rieur du nuage, de soulever son sommet, entraînant
ainsi une condensation accrue et de plus fortes préci-
pitations. Les observations ne permettent malheureu-
sement pas de trancher. Et finalement aucune étude
na montré que ce second effet indirect des aérosols
modifie la distribution spatiale des précipitations à
l’échelle régionale de manière significative.
Il y a plus compliqué encore. Les aérosols carbonés, et
en particulier la suie, peuvent se déposer sur les surfaces
[2] N. Bellouin et al.,
Nature, 438, 1138, 2005.
[3] J. Quaas, O. Boucher et
U. Lohmann, Atmospheric
Chemistry and Physics, 6,
947, 2006.
LA QUANTITÉ D’ROSOLS, mesurée selon « l’épaisseur optique » de l’atmosphère
par le microsatellite fraais Parasol, varie suivant les régions et les saisons.
En mars, seule émerge la pollution urbaine et industrielle asiatique. En septem-
bre, s’ajoutent la culture sur brûlis et la déforestation en Afrique centrale, en
Indosie et en Amazonie. DATA : CNES/PROCESSING : LOA - LSCE - ICARE
Variations saisonnières
Fig.2
42 | LA RECHERCHE | DÉCEMBRE 2007 | Nº 414
*Un noyau
glaçogène est
un aérosol ayant
la propriété
de déclencher
la formation d’un
cristal de glace.
   


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CLIMAT III
enneigées et glacées. Lesquelles noircissent légèrement
et absorbent plus le rayonnement solaire. D’où une sur-
chauffe suppmentaire et une fonte accélérée qui ampli-
fie à son tour le réchauffement climatique ! Là encore,
il est difficile de quantifier cet effet avec pcision. Aux
hautes latitudes, de nombreuses observations attestent
d’un noircissement de la neige. Les analyses récentes de
chercheurs américains sur des carottes de glace préle-
vées au Groenland indiquent effectivement une forte
contamination par la suie pendant la première moitié
du XXe siècle. D’après leurs calculs, elle aurait contribué
à un forçage radiatif local de + 3 W/m2 [4].
Et comme si les effets connus des aérosols ne suffisaient
pas, ces particules sont aussi parfois sources de surpri-
ses. Telle celle des Allemands Dominique Bäumer et
Bernhard Vogel, de l’universide Karlsruhe, qui ont
mis en évidence lexistence dun cycle hebdomadaire
des températures, de la nébulosité et de lensoleille-
ment entre 1991 à 2005 [5]. Ce dernier diminue au fil
de la semaine. Il est au mini-
mum le samedi puis repart à la
hausse le dimanche et le lundi
avant de décroître à nouveau. La
nébulosité suit un cycle inversé
avec un pic le samedi. Quant à
la température, elle est maximale le mercredi et mini-
male le samedi. Lamplitude des variations, de l’ordre
de 0,1 kelvin, est trop élevée pour pouvoir être expli-
quée par un cycle hebdomadaire de la chaleur dégagée
par les activités humaines. Il faut un effet amplifica-
teur : revoilà les aérosols. Il est probablement là leur
impact sur le rayonnement et les nuages. Une hypo-
thèse dautant plus vraisemblable que les épaisseurs
daérosols semblent, elles aussi, soumises à un cycle
hebdomadaire comme le suggèrent les mesures réali-
sées durant quatorze ans au-dessus de l’Europe [6].
Beaucoup de questions restent donc ouvertes. En
particulier, et en premier lieu : la réduction des émis-
sions daérosols peut-elle aggraver le réchauffement ?
La baisse a débuté dans les années
1980. À lorigine, il s’agissait de
diminuer lémission de particu-
les soufes afin de lutter contre
les pluies acides. Aujourdhui, on
souhaite leur réduction en raison
de leurs effets sur la santé. Les par-
ticules les plus petites (celles dont
la taille est inférieure à 2,5 micro-
mètres, voire à 1 micromètre) sem-
blent les plus dangereuses. Or, ce
sont elles qui diffusent le plus le
rayonnement solaire et qui font
les meilleurs noyaux de condensa-
tionLamélioration progressive
de la qualité de lair atténue ainsi
leffet filtrant des aérosols. Elle a même renversé la
tendance à lassombrissement de latmosphère obser-
vée de 1960 à 1990 [7].
Cette tendance devrait se poursuivre : ainsi, le
réchauffement climatique risque fort de s’aclérer
au-dessus des gions industrialies. De plus, les
pays en veloppement devraient suivre le même
chemin : le rôle des aérosols dans le changement cli-
matique sera donc moindre au XXIe siècle qu’il ne
la été durant le XXe siècle [8].
Manipuler le climat
À moins deen injecter plus haut ? Dans la strato-
sphère, où ils restent plus longtemps, comme la
suggéré le Prix Nobel de chimie Paul Crutzen pour
juguler le réchauffement climatique [9]. Une couche
daérosols stratosphériques masquerait en effet une
partie du rayonnement solaire incident. Elle agirait
alors comme un thermostat, qui serait contrôlé par
lenvoi plus ou moins massif
de dioxyde de soufre.
Mais les effets secondaires
dune telle manipulation sur le
climat sont largement mécon-
nus. Comment réagirait la cir-
culation atmosphérique ? Et la couverture nuageuse ?
Les écosystèmes sadapteraient-ils à une diminution
du rayonnement solaire direct et à une augmenta-
tion du rayonnement solaire diffus ? Et puis une telle
proposition soulève dépineux problèmes éthiques.
Peut-on manipuler le climat pour gagner un peu de
temps avant de réduire nos émissions de gaz à effet de
serre ? Comme ces gaz continueraient de s’accumu-
ler dans latmosphère, il faudrait réduire encore plus
radicalement les émissions. Sans quoi nous serions
contraints de perpétuer cette manipulation des siè-
cles durant. Voilà un cadeau aux générations futures
au moins aussi empoisonné que les rejets actuels de
gaz à effet de serre !
 
O. B.
Nº 414 | DÉCEMBRE 2007 | LA RECHERCHE | 43
[4] J.R. McConnell et al.,
Science, 317, 1381, 2007.
[5] D. Bäumer et B. Vogel,
Geophys. Res. Lett., 34,
L03819, 2007.
[6] D. Bäumer et al.,
Atmospheric Chemistry
and Physics Discussions, 7,
11545, 2007.
[7] M. Wild et al., Science,
308, 847, 2005.
[8] J.-L. Dufresne et al.,
Geophys. Res. Lett., 32,
L21703, 2005.
[9] « Paul Crutzen :
“Et si l’on manipulait le
climat ?” », La Recherche,
juillet-août 2006, p. 82.
LES VILLES CHINOISES (ici, Harbin) sont parmi les plus polluées au monde. Mais, à
l’instar des cités occidentales, l’amélioration de la qualité de l’air devrait réduire
progressivement ces voiles sombres. Ce qui risque d’accélérer le réchauffement.
Le rôle des aérosols dans
le changement climatique
sera moindre au XXIe siècle
CLIMAT III
© LANDOV/MAXPPP
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