Les minuscules grains de poussière qui ont un impact important sur le climat
Les particules nucléants la glace (INP pour ice nucleating particles), ces petits grains de matière en suspension dans l’air, sont d’une importance cruciale pour la modélisation du climat. Nous savons cependant peu de choses sur l’origine de ces particules et sur leur concentration dans l’atmosphère. «Il est devenu évident au cours des cinq dernières années que les modèles climatiques mondiaux incluent beaucoup trop de glace dans les nuages. Or, lorsque l’on corrige cela, les modèles prévoient un réchauffement beaucoup plus fort», explique Benjamin Murray, coordinateur du projet MarineIce, qui a été soutenu par le Conseil européen de la recherche. «Il est donc absolument essentiel de quantifier la glace contenue dans les nuages pour réduire l’incertitude des modèles climatiques.»
Les graines du changement
Les INP sont généralement de minuscules objets, bien plus petits que la largeur d’un cheveu humain. Ils se composent notamment de poussière de sol, de suie, de bactéries, d’embruns marins et de pollen. Une fois en suspension dans l’air, ils contribuent à la condensation de l’humidité de l’air en gouttelettes, qui forment ainsi des nuages. Les gouttelettes des nuages peuvent être très froides, avec des températures pouvant atteindre -38 °C, et la présence des INP dans la colonne d’air stimule la transformation de ces gouttelettes surfondues en cristaux de glace. «Cette conversion de l’eau en glace est essentielle pour le climat», explique Benjamin Murray. «Lorsque vous déclenchez la transition d’un nuage de liquide à un nuage de glace, vous passez de nombreuses petites gouttelettes à quelques gros cristaux de glace, qui peuvent tomber de l’atmosphère.» Une petite injection d’INP, aussi minime qu’une particule nanométrique par litre d’air, suffit à transformer un ciel nuageux en un ciel dégagé. Dans les environnements marins, ce phénomène élimine la couche réfléchissante des nuages et expose la surface plus sombre de l’océan, ce qui augmente l’absorption de la chaleur du soleil par la planète et change radicalement les implications climatiques. Ce processus est particulièrement important dans les régions subpolaires, de 45 à 75 degrés de latitude. «La concentration des INP est essentielle pour comprendre la phase des nuages et la réflectivité dans les environnements marins», ajoute Benjamin Murray. «Il en résulte des systèmes nuageux massifs se formant dans un état de surfusion, qui sont sensibles aux INP.»
Compter les cristaux
Pour fournir de meilleures estimations des INP dans l’atmosphère, Benjamin Murray et ses collègues de l’Université de Leeds ont conçu et construit la Portable Ice Nucleation Experiment, ou chambre PINE. Un récipient de 10 litres à l’intérieur de ce dispositif de la taille d’un réfrigérateur recueille l’air ambiant et le condense en un nuage, tout en comptant le nombre de cristaux de glace formés au cours du processus. L’équipe a également développé le Lab On A Chip, Nucleation by Immersed Particle Instrument (LOC-NIPI), qui exploite la microfluidique pour compter rapidement les cristaux de glace contenus dans les gouttelettes d’eau. «L’une des méthodes traditionnelles de mesure des INP consiste à fabriquer manuellement des gouttelettes sur une scène froide; vous pouvez peut-être compter 10 gouttelettes par heure», explique Murray. «Avec ceci, nous pouvons facilement générer 100 gouttelettes par seconde.» Installés dans des laboratoires terrestres et aériens, ces appareils contribuent à faire rapidement progresser nos connaissances sur la distribution des INP. Une source surprenante de ces particules a été découverte lors de relevés aériens effectués par le projet MarineIce. «Nous avons eu la chance de capter des panaches de poussière provenant de vallées glaciaires en Islande», explique-t-il. «Nous avons démontré que cette poussière est soufflée dans toute la région, et qu’elle représente une contribution majeure aux INP dans les hautes latitudes.» D’autres recherches dans l’Arctique ont révélé une distribution complexe et hétérogène des INP, soulignant combien ce phénomène est peu compris. L’équipe commercialise maintenant la chambre PINE dans le cadre du projet CountIce financé par l’UE, ce qui devrait être une bénédiction pour les climatologues.
Mots‑clés
MarineIce, nuage, glace, INP, particule nucléante, poussière, suie, désert, panache, clair, temps, climat
