Une expérience du CERN éclaire la formation des nuages
Publié par Isabelle le 16/05/2014 à 12:00
Source: CERN

Expérience CLOUD octobre 2013.Illustration CERN
Dans un article publié aujourd'hui dans la revue ScienceExternal Links icon, l'expérience CLOUD, au CERN , rapporte que les vapeurs biogènes émises par les arbres et oxydées dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) jouent un rôle important dans la formation des nuages et contribuent ainsi au refroidissement de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...). Ces aérosols biogènes sont ce qui donne aux forêts, vues de loin, leur halo bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise...) caractéristique.

L'étude de CLOUD montre que les vapeurs biogènes oxydées se combinent avec de l'acide sulfurique (L'acide sulfurique (anciennement appelé huile de vitriol ou vitriol) est un composé chimique corrosif de formule H2SO4.) pour former des particules embryonnaires, lesquelles peuvent ensuite grandir et devenir les noyaux de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé (solide ou liquide). On peut expérimenter ce...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) desquels les gouttelettes des nuages peuvent se former. Ce résultat fait suite à des mesures antérieures de CLOUD montrant que, contrairement à ce qu'on pensait auparavant, l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) sulfurique ne peut pas à lui seul former de nouvelles particules dans l'atmosphère.

Les gouttelettes qui composent les nuages se forment autour de particules d'aérosol (Un aérosol est un ensemble de particules, solides ou liquides, d'une substance chimique donnée en suspension dans un milieu gazeux. Émis par les activités humaines ou naturelles, les aérosols interviennent...) qui peuvent soit être émises directement, par exemple par l'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état...) des embruns, soit se former par un processus appelé nucléation, dans lequel des vapeurs atmosphériques à l'état de traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la...) s'agglutinent pour former de nouvelles particules qui peuvent grandir et devenir des noyaux de condensation. On estime qu'environ la moitié de ces "graines de nuages" proviennent de particules produites par nucléation, mais ce processus est mal connu.

La chambre CLOUD a obtenu des concentrations de contaminants beaucoup plus basses que les expériences précédentes, ce qui a permis de mesurer la nucléation en laboratoire dans des conditions atmosphériques réglées avec précision. L'expérience a plusieurs aspects uniques, notamment la possibilité de maîtriser l'intensité du faisceau de "rayons cosmiques" issu du PS du CERN, la capacité de supprimer complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à...) les ions au moyen d'un fort champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à...), l'ajustement précis de la "lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...)" produite par un système d'UV à fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et océaniques de données. Elle offre un débit...), et une exploitation extrêmement stable quelle que soit la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) de l'atmosphère.

On pense que l'acide sulfurique joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer...) un rôle clé, mais des expériences précédentes de CLOUD ont montré que, à lui seul, l'acide sulfurique a un effet bien plus faible qu'attendu. L'acide sulfurique présent dans l'atmosphère provient du dioxyde de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.), produit principalement par les combustibles fossiles. Le nouveau résultat montre que les vapeurs biogènes oxydées dérivées de l'alpha-pinène provenant des arbres forment rapidement de nouvelles particules en se combinant avec l'acide sulfurique. Il s'avère que les ions produits dans l'atmosphère par les rayons cosmiques galactiques font augmenter considérablement le taux de formation de ces particules, mais seulement quand les concentrations d'acide sulfurique et de vapeurs biogènes oxydées sont relativement faibles.

L'article de CLOUD inclut des études de modélisation à l'échelle mondiale qui montrent comment ce nouveau processus peut expliquer les variations saisonnières observées pour les particules d'aérosol atmosphériques, qui sont dues à la hausse des émissions globales des arbres durant l'été septentrional.

"S'il a fallu si longtemps pour comprendre quelles vapeurs sont responsables de la formation de nouvelles particules dans l'atmosphère, c'est parce que ces substances sont présentes en quantités minimes, avec environ une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) pour mille milliards de molécules d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et...), explique Jasper Kirkby. Atteindre ce niveau de propreté et de maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et...) dans une expérience de laboratoire est à la limite de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) actuelle. Le savoir-faire du CERN a été crucial pour faire de CLOUD la première expérience qui réussisse cette performance".

Les vapeurs biogènes rejoignent une autre catégorie de vapeurs à l'état de traces, appelées amines. CLOUD avait déjà montré que les amines s'agglutinent avec l'acide sulfurique pour produire de nouvelles particules d'aérosol dans l'atmosphère. Par contre, les amines ne sont présentes qu'à proximité de leurs sources premières, telles que les élevages, alors les vapeurs biogènes provenant des arbres sont omniprésentes au-dessus des continents. Ce tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) récent résultat de CLOUD pourrait par conséquent expliquer en grande partie la naissance de ce qui deviendra des nuages dans la basse atmosphère, dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier. Ainsi, si les aérosols d'acide sulfurique ont effectivement une influence considérable sur la formation des nuages, ils ont cependant besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les...) de l'aide des arbres.

"C'est un résultat très important, car il identifie un ingrédient clé responsable de la formation de nouvelles particules d'aérosol dans une grande partie de l'atmosphère. Or les aérosols, avec leur influence sur les nuages, ont été reconnus par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps...) comme la plus grande source d'incertitude dans les modèles climatiques actuels". Jasper Kirkby, porte-parole de CLOUD.
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