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Des drones dans les nuages pour comprendre la formation de glace et ses effets sur le climat

Des scientifiques financés par l’UE ont utilisé des drones équipés d’instruments pour analyser les effets des aérosols sur les cristaux de glace des nuages et les impacts qui en découlent pour le climat et son évolution.
Des drones dans les nuages pour comprendre la formation de glace et ses effets sur le climat
On soupçonne que l’interaction entre les nuages et les aérosols joue un rôle important dans le changement climatique mais les mécanismes sont encore mal compris. Le projet BACCHUS, financé par l’UE, a rassemblé 20 institutions et organisations d’une douzaine de pays, soit plus de 60 chercheurs spécialisés en nuages contenant de la glace, afin d’étudier comment les aérosols modifient les propriétés de ces nuages et influent sur les précipitations.

Les aérosols peuvent être soit un produit de l’activité humaine soit le résultat de phénomènes naturels, comme les poussières, les pollens, les spores des champignons, les bactéries ou les organismes marins. «Nous avons analysé l’importance des émissions biogènes (naturelles ou pré-industrielles) en comparaison avec les émissions anthropogènes (dont l’homme est à l’origine) pour les interactions aérosols-nuages dans des régions qui sont des régulateurs clés du climat de la Terre, comme la forêt tropicale humide amazonienne ou l’Arctique», explique Ulrike Lohmann, coordinatrice du projet et professeure de physique atmosphérique à l’institut de sciences de l’atmosphère et du climat de l’ETH Zurich, en Suisse.

«Très peu de données sont disponibles pour la plupart de ces régions, notamment au-dessus des océans», note-t-elle. «Pour commencer, nous souhaitions connaitre la répartition entre gouttes d’eau et cristaux de glace dans la constitution des nuages, et l’influence des aérosols sur cette distribution.»

Aux latitudes moyennes européennes, même les couches de nuages les plus basses peuvent contenir de la glace; c’est important parce que les nuages de glace provoquent plus facilement des pluies et parce que leur influence sur le bilan radiatif est supérieure à celle des nuages d’eau. Cet équilibre entre les rayonnements émis par le soleil et ceux réfléchis par la Terre est une équation essentielle dans la modélisation du changement climatique.

Utiliser des drones pour étudier les nuages

Outre les mesures obtenues par télédétection satellitaire et les données recueillies au sol, outre les navires de recherche et les grands aéronefs d’étude, le projet a aussi eu recours à des drones. Ces derniers, équipés de capteurs légers disponibles dans le commerce pour mesurer la température et les taux d’humidité et d’aérosols, ont été envoyés à quelques kilomètres d’altitude. C’était la première fois que des scientifiques utilisaient des drones pour ce type d’analyse de profils verticaux, et ils leur ont permis de prendre des mesures des conditions atmosphériques propices à la formation de glace dans les nuages plus représentatives que celles obtenues au sol.

Il est préférable de recourir à des drones plutôt qu’à des aéronefs de recherche qui traversent trop vite les nuages. «En utilisant des aéronefs, vous n’obtenez que quelques points de mesure», explique la professeure Lohmann. «Les drones sont légers et très flexibles. Ils permettent également d’augmenter la fréquence des mesures en différents points du globe, notamment dans les régions plus éloignées pour lesquelles nous manquons de données.»

Une base de données unique sur les nuages de glace

Les drones ont été utilisés pour la première fois dans une région reculée de Chypre, où l’air est souvent chargé de poussières venant du désert. Les informations obtenues ont alimenté une base de données sur les nuages de glace, qui contient des observations et des données de terrain à long terme sur les propriétés microphysiques des nuages, les particules à noyau de glace autour desquelles les cristaux se forment et les aérosols.

«Il y a des bases de données sur les aérosols et des bases de données sur toutes les variables météorologiques, mais il n’y avait pas de base de données spécifique sur les particules à noyau de glace. Nous l’avons constituée de toute pièces», déclare la professeure Lohmann. Le premier instrument de mesure des particules à noyau de glace disponible dans le commerce, qui a été conçu par les chercheurs du projet, a été mis sur le marché il y a seulement quelques années. «C’est une discipline très récente», explique-t-elle.

En incluant les analyses des carottes glaciaires du Groenland, la base de données BACCHUS disposera d’informations sur la période pré-industrielle qui remonteront jusqu’à 1300 après JC.

Une équipe de BACCHUS a fait le tour de l’Antarctique sur le navire de recherche Akademic Tryoshnikov afin de réunir des données pour les modèles de climat polaire. «Nous sommes parvenus à obtenir beaucoup de mesures sur les particules à noyau de glace dans des zones pour lesquelles nous manquions encore d’échantillons», déclare la professeure Lohmann.

«Nous souhaitions également évaluer l’influence du futur trafic de navires en Arctique sur les nuages et l’impact de la pollution des bateaux sur cet environnement intact.» Jusqu’ici les résultats ont été trop épars pour pouvoir en tirer des conclusions, en partie du fait des incertitudes sur les sources et la durée de vie des aérosols naturels.

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