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Les aérosols et leur influence sur le climat
Ce troisième blog explique les interactions entre les aérosols et le climat. Le réchauffement climatique est principalement le fait de l’augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Les aérosols sont cependant un des seuls constituants atmosphériques qui tendent à diminuer le réchauffement climatique.
Une forte pollution atmosphérique au début du XXe siècle
Dès le début de l’ère industrielle jusqu’au milieu du XXe siècle, la concentration des aérosols dans l’air a fortement augmenté par l’utilisation de charbon et de bois de chauffage, ainsi que par les émissions des industries. Les aérosols deviennent dès lors un problème récurrent de santé publique. Un exemple frappant est l’épisode de smog hivernal de décembre 1952 à Londres qui causa plus de 4000 morts et dont les photos montrent une situation presque similaire à certaines métropoles asiatiques actuellement très polluées. Durant le XXe siècle, différents pays mettent en place une nouvelle législation pour restreindre les émissions de polluants atmosphériques afin d’améliorer la qualité de l’air et de réduire les maladies respiratoires.
Les effets croisés des gaz à effet de serre et des aérosols
La prise de conscience de l’impact des activités humaines sur le climat a débuté quant à elle dès la fin du XIXe siècle. Au XXe siècle, on démontre deux causalités importantes: premièrement, une augmentation de la concentration des gaz à effet de serre provoque un réchauffement de l’atmosphère, et deuxièmement, une augmentation de la concentration des aérosols un refroidissement de l’atmosphère. On établit aussi le lien entre de fortes éruptions volcaniques et des périodes de disettes historiques entrainant des changements politiques conséquents, comme par exemple la contribution de l’éruption du Laki en Islande (1783) au déclanchement de la révolution française et celle du Tambora en Indonésie (1815) à la dernière grande famine dans certaines régions de Suisse. Dans les années 1960, les mesures politiques permettant d’améliorer la qualité de l’air n’ont pas encore déployé tous leurs effets et les scientifiques peinent à déterminer si les activités humaines provoqueront un réchauffement à cause des émissions de gaz à effet de serre ou un refroidissement à cause des émissions d’aérosols. Dès 1975, il devint clair qu’à part quelques épisodes volcaniques intenses (el Chicon en 1982 et el Pinatubo en 1991), le réchauffement causé par les gaz à effet de serre est largement supérieur au refroidissement causé par les aérosols.
Les effets des aérosols sur le climat
Les aérosols affectent le climat de plusieurs manières. Leur présence dans l’atmosphère modifie le bilan radiatif de la terre en diffusant et en absorbant le rayonnement solaire. La diffusion par les aérosols dévie la lumière dans toutes les directions et le rayonnement solaire est ainsi partiellement renvoyé vers l’espace. Les aérosols rendent donc la planète plus réfléchissante et refroidissent le climat. L’absorption de la lumière par les aérosols rend au contraire la planète plus sombre et induit un réchauffement de l’atmosphère. Ces deux effets sont connus sous le nom d’interactions entre les aérosols et le rayonnement et dépendent fortement de la taille et de la composition chimique des aérosols. Le rapport du GIEC (Groupement International d’Etude du Climat) de 2013 estimait le refroidissement dû à ces interactions aérosols-rayonnement (-0.35+-0.5 W/m2) à environ 10% du réchauffement global.
Les aérosols sont aussi nécessaires à la formation des nuages et une modification de leur nombre ou de leur composition chimique a des conséquences sur le pouvoir réfléchissant des nuages (albédo) et leur durée de vie. Ces interactions aérosol-nuage sont beaucoup plus difficiles à quantifier. Le rapport du GIEC estime leur impact (-0.55 W/m2) à environ un quart du réchauffement global, avec un degré de confiance moyen. Il ne faut pas oublier que le nombre et la composition chimique des aérosols modifie la grandeur des hydrométéores (gouttes d’eau, cristaux de glace ou flocons de neige) et par conséquent les précipitations. Les changements climatiques actuellement sont non seulement caractérisés par des hausses de température, mais aussi par des changement de la distribution spatiale des précipitations sur les continents impliquant une aridité accrue dans des zones déjà sèches et une expansion possible des déserts.
L’amplitude du changement climatique dépendra donc principalement de la concentration des gaz à effet de serre, car les émissions d’aérosols ont été contrôlées dès les années 80 par les diverses législations en occident, alors que les pays émergeants introduisent actuellement des dispositions de contrôle de la qualité de l’air. Les gaz à effet de serre n’ont par contre que peu d’impact direct sur la santé et la limitation de leurs émissions tardent par conséquent à être réglementée et mise en œuvre. En résumé, tout comme l’ozone, les aérosols sont néfastes pour la santé lorsqu’ils se trouvent près du sol, alors qu’ils ont un effet bénéfique sur le climat surtout s’ils se trouvent à haute altitude. Les recherches actuelles ont montré de possibles boucles d’interactions positives entre le réchauffement climatique et la production de suies. Les saisons chaudes provoquent de nombreux feux de forêts qui produisent eux-mêmes des cendres absorbant la lumière et augmentant par conséquent l’intensité des saisons chaudes et le nombre de feux de forêt !
Les mesures des aérosols dans le monde
Les mesures des propriétés optiques et de la concentration des aérosols à des fins météorologiques et climatiques débutent dans les années 80. Les plus longues séries de mesure datent par conséquent de cette époque avec par exemple les mesures de la concentration de particules dès 1974 au Pôle Sud et à Samoa (Pacific sud-ouest), les mesures des propriétés optiques dès 1993 aux USA (Acadia National Park dans le Maine, Bondville dans l’Illinois, Great Smoky Mountain dans le Tennessee et Mamouth Cave National Park dans le Kentucky) et dès 1995 en Europe (Jungfraujoch en Suisse et Hohenpeissenberg en Allemagne), ainsi que les mesures de la distribution en taille dès 1996 (Hyytiälä en Finlande et Melpitz en Allemagne). Il y a actuellement 22 stations dites globales avec un programme complet de mesure des aérosols qui font partie du programme « Veille de l’atmosphère global » soutenu par l’Organisation Mondiale de Météorologie (OMM) et environ 300 stations régionales avec un programme de mesure plus restreint. Les sites de mesures se concentrent principalement dans l’hémisphère nord et il n’y a malheureusement que très peu de stations dans les pays émergents.