Quantification de l'effet des rayonnements cosmiques sur le climat
Le septième programme-cadre de l'UE a accordé la somme de 2,3 millions d'euros pour une durée de trois ans à une expérience qui étudiera l'influence des rayonnements cosmiques sur le climat de notre planète. Cette collaboration, intitulée «Cosmic rays leaving outdoor droplets - Initial Training Network» (CLOUD-ITN), a débuté en août et est coordonnée par l'université Goethe à Francfort-sur-le-Main, en Allemagne. Elle soutient huit postes de doctorats et deux de post-doctorats dans neuf institutions européennes partenaires. Les travaux seront principalement effectués dans les locaux de l'organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). On attribue principalement le réchauffement climatique observé depuis 1990 aux gaz à effet de serre rejetés dans l'atmosphère par les activités anthropiques. Les changements au niveau de l'irradiation solaire sont supposés contribuer relativement peu au changement climatique. Toutefois, les effets des changements au niveau des rayons UV (ultraviolet) ou des rayons cosmiques galactiques n'ont pas encore été quantifiés. Les expériences menées au CERN, une installation située à la frontière franco-suisse, tenteront de quantifier les interactions entre les rayonnements cosmiques, les rayons UV, les aérosols et les nuages. Elles devraient nous permettre d'approfondir nos connaissances sur la «contribution indirecte du soleil» au changement climatique. La formation de nuages est l'une des principales inconnues de l'équation du changement climatique. Comment se forment les nuages? Lorsque des rayons cosmiques hautement énergétiques (générés par des supernovas) pénètrent notre atmosphère, ils attirent les électrons des gaz qu'ils rencontrent sur leur passage, laissant ainsi une trace chargée de molécules (ions) dans leur sillage. Les particules aérosols nouvellement formées s'accumulent autour de ces ions; ainsi, les gouttelettes d'eau utilisent ces particules comme des «noyaux de condensation» pour former un nuage. La collaboration CLOUD a développé une chambre aérosol qui peut simuler les effets des rayons cosmiques sur la formation des nuages et des aérosols lorsqu'elle est exposée à un rayonnement de particules élémentaires. Le premier prototype a été développé en 2006; cette nouvelle chambre perfectionnée sera utilisée pour les expériences de nucléation induite par les ions et les interactions entre les aérosols et les ions. Nous pourrons ainsi mieux comprendre les mécanismes de formation des nuages. Cette chambre est une construction en inox mesurant 3 m sur 3,7 m; elle est remplie de tous les composés censés participer à la formation des nuages (de l'air, de la vapeur d'eau ainsi que des traces de gaz). Ces composés sont continuellement analysés par une myriade d'instruments d'analyse. Parmi ces instruments figure un spectromètre de masse ionique chimique, qui permet de mesurer les concentrations d'acide sulfurique à moins de 0,1 partie par trillion. CLOUD est l'un des trois groupes dans le monde à utiliser cet instrument. Les rayons cosmiques galactiques sont stimulés par le synchrotron à protons, un accélérateur. Le prototype actuel (surnommé Mk2) sera utilisé dans le cadre d'un éventail d'expériences physiques de grande importance pour les années à venir. Plus tard, il sera remplacé par un équipement CLOUD, disposant d'un niveau de performance amélioré et doté d'une nouvelle chambre de compression aérosol. Le projet CLOUD-ITN apporte son soutien financier à huit candidats en doctorat, pour leur permettre de mener les travaux de recherche nécessaires et de rédiger leur thèse sur ce thème. Un programme de formation pour les candidats en doctorat et post-doctorat a été mis en place et comprend notamment des universités d'été et des ateliers relatifs à des thèmes tels que la chimie et la physique des aérosols, la nucléation d'aérosols induite par les ions et l'influence des rayons cosmiques galactiques sur le climat dans le passé. La première université d'été sera organisée à Hyytiälä Forestry Field Station, en Finlande, dans le courant du mois d'août. Tous les instruments d'analyse sont fournis par les institutions partenaires et financés par des organismes de financement nationaux. Parmi les partenaires du projet, citons le CERN, l'institut Paul Scherrer (Suisse), les universités d'Helsinki (Finlande), de Leeds (Royaume-Uni), de Reading (Royaume-Uni) et de Vienne (Autriche), l'institut de recherche troposphérique de Leipzig (Allemagne) et l'Ionicon Analytik de Innsbruck (Autriche). L'université de Lisbonne (Portugal) et l'institut pour la recherche nucléaire et l'énergie nucléaire de Sofia (Bulgarie) se sont récemment joint à la collaboration. La Fondation russe pour la recherche fondamentale (RFBR) a octroyé à l'institut russe de physique de Lebedev une bourse de recherche en vue de soutenir les activités de CLOUD au titre de l'accord de coopération scientifique CERN-RFBR. Les personnes chargées de la conception du Mk2 de CLOUD viennent du PSI, du CERN et de l'université de Lisbonne. Les institutions partenaires subventionneront les frais de construction du Mk2 de CLOUD au moyen de fonds commun et de contributions en nature.