Les aérosols stratosphériques Par C. Bingen Les aérosols

Les aérosols stratosphériques
Par C. Bingen
Les aérosols stratosphériques sont
constitués de fines particules en suspension
dans l'air, principalement d'origine terrestre
(éruptions volcaniques), mais aussi
antropogénique (avions supersoniques) et
cosmique (débris météoritiques).
Lors d'éruptions volcaniques, des composés
soufrés sont injectés dans la stratosphère, et
forment de fines gouttelettes d'une solution
d'eau et d'acide sulfurique.
A la suite de l'éruption, la taille et le nombre
de ces particules évoluent, et une grande
partie de l'aérosol retombe dans les couches
inférieures de l'atmosphère. De ce fait,
l'impact des aérosols sur la transmission du
rayonnement peut varier de manière très
importante, suivant que l'on se situe dans
une période calme ou troublée d'un point de
vue volcanique.
18 mai 1980: le Mount St Helens
explose (Oregon, USA)
Par exemple, on estime à environ 10% la perte de rayonnement solaire observée
au niveau du sol et due aux aérosols stratosphériques formés à la suite de
l'éruption du Mont Pinatubo en juin 1991, alors que la perte liée à la présence
d'aérosols était d'environ 0.1% en mai 1991.
Photographies du limbe terrestre prises audessus d'une même région de la France,
avant (gauche) et après (droite) l'éruption
du Mount St Helens.
Le 5 juin 1980, les particules volcaniques
s'étant propagées dans toute la
stratosphère inférieure, la couverture
nuageuse est estompée à cause de
l'importance de la lumière diffusée.
Les aérosols stratosphériques réfléchissent et absorbent une partie du
rayonnement solaire.
On quantifie la diminution relative correspondante de l'intensité d'un rayon
lumineux par unité de longueur, au moyen du coefficient d'extinction.
La valeur de ce coefficient varie notamment en fonction de l'altitude, et bien
sûr, de la charge en aérosols de l'atmosphère.
Profil d'extinction d'un
signal observé par
l'expérience ORA (courbe
pointillée); la comparaison
avec deux modèles
théoriques (trait continu)
calculés pour une
atmosphère sans aérosol
ou avec aérosols en
quantité moyenne (période
de non-volcanisme) révèle
l'effet du Pinatubo.
Profils d'extinction porté en
fonction du temps et de
l'altitude.
Le premier graphique est
obtenu à partir de données
fournies par l'expérience
SAGE II, lancée à bord d'un
satellite de la NASA.
L'ensemble représente 11
ans de collecte
ininterrompue de données,
depuis la date de lancement
en octobre 1984.
Le deuxième graphique illustre la simulation du même profil d'extinction obtenue à partir
du modèle numérique ECSTRA développé à l'IASB. On notera l'influence des éruptions
volcaniques les plus marquantes, provoquant une augmentation du coefficient
d'extinction dans la basse et moyenne stratosphère.
Les aérosols peuvent aussi servir de support à des réactions chimiques
particulières, et à ce titre, ont une influence importante sur les mécanismes de
destruction de l'ozone.
Leur influence sur le climat se manifeste notamment par des modifications
dans la circulation des masses d'air stratosphériques, un réchauffement
possible de la stratosphère dû à l'absorption de lumière par les particules
d'aérosol, et un refroidissement de la troposphère associé au déficit de lumière
dans cette région de l'atmosphère.
La diminution observée de la quantité totale d'ozone en 1992 et
début 1993 était due à l'effet des aérosols projetés dans
l'atmosphère lors de l'éruption du volcan Pinatubo en juin 1991.
Les aérosols participent également aux couleurs changeantes du crépuscule.
C'est dans ces conditions particulières qu'ils ont été étudiés à l'IASB par une
méthode de photographie du limbe terrestre à partir de nacelles
stratosphériques.
Leur concentration a aussi été observée par des moyens radiométriques et
spectroscopiques à partir d'engins spatiaux (expérience ORA, développées à
l'IASB; expériences SAM, SAGE I, SAGE II, ..., développées par la NASA,
etc.). A partir de telles observations, on détermine leur taille, leur nombre et
l'indice de réfraction de la matière qui les constitue en fonction de l'altitude.
Les aérosols participent également aux couleurs changeantes du crépuscule.
C'est dans ces conditions particulières qu'ils ont été étudiés à l'IASB par une
méthode de photographie du limbe terrestre à partir de nacelles
stratosphériques.
Leur concentration a aussi été observée par des moyens radiométriques et
spectroscopiques à partir d'engins spatiaux (expérience ORA, développées à
l'IASB; expériences SAM, SAGE I, SAGE II, ..., développées par la NASA,
etc.). A partir de telles observations, on détermine leur taille, leur nombre et
l'indice de réfraction de la matière qui les constitue en fonction de l'altitude.
Exemple de photographie du limbe terrestre réalisée à bord d'un ballon
stratosphérique.
Même si la communauté scientifique s'y intéresse depuis plusieurs décennies,
ce problème complexe reste très actuel. D'une part parce que les progrès
croissants, en matière de technologie spatiale notamment, permettent d'obtenir
des renseignements de plus en plus complets sur les propriétés optiques des
aérosols; d'autre part, parce que les scientifiques ont pris conscience de
l'impérieuse nécessité de bien comprendre et quantifier avec précision les
effets des aérosols stratosphériques, pour pouvoir appréhender correctement
l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui régissent l'état et l'évolution
de notre atmosphère.