Une poussière très courante possède une efficacité étonnante pour faire apparaître de la glace dans les nuages.
Dans un nuage froid, les gouttelettes d’eau ne gèlent pas forcément dès que la température passe sous 0 °C. Elles peuvent rester liquides bien en dessous de ce seuil. La présence de minuscules particules change cependant la situation : certaines offrent une surface sur laquelle les premières molécules d’eau peuvent s’organiser pour former de la glace, initiant le changement d'état.
Nuages vus d'un avion.
Image Wikimedia
Parmi ces particules, le microcline intrigue depuis longtemps les chercheurs. Ce minéral appartient à la famille des feldspaths, très répandus dans les roches. Une fois arrachés au sol, de minuscules grains peuvent être transportés dans l’atmosphère. Le microcline favorise particulièrement bien la formation de glace, sans que la raison soit clairement établie jusqu’ici.
Une équipe internationale a examiné sa surface à l’échelle de quelques milliardièmes de mètre. Les chercheurs ont comparé le microcline à la sanidine, un minéral très proche. Sur la sanidine, la glace apparaît surtout près de petites marches présentes à la surface, comme le prévoyaient les observations antérieures.
Le microcline se comporte autrement. Les expériences montrent que la glace peut commencer à se former sur des zones planes, sans défaut particulier servant de point de départ. Ce résultat indique que la capacité du minéral ne dépend pas uniquement de fissures, de marches ou d’autres irrégularités microscopiques.
Simulation d'un nanocristal de glace au contact des surfaces de microcline et de sanidine.
Crédit : Schneider et al. / Nature Communications — CC BY 4.0
Pour comprendre ce comportement, l’équipe a complété ses observations par des simulations à l’échelle des atomes. Une disposition particulière des molécules dans la glace s’accorde bien avec l’organisation des atomes à la surface du microcline. Cette correspondance facilite la mise en place des premières structures glacées.
Autrement dit, la géométrie du minéral elle-même peut aider l’eau à adopter l’organisation nécessaire au gel. Les chercheurs soulignent qu’il faut considérer plusieurs orientations possibles de la glace pour repérer cette correspondance. Les modèles les plus simples risquent donc de manquer le mécanisme observé.
Ce phénomène compte au-delà du laboratoire. La glace présente dans les nuages participe à leur évolution et à la formation des précipitations. Comprendre pourquoi certaines poussières sont plus efficaces que d’autres peut donc améliorer la représentation de ces processus dans les modèles atmosphériques.
Les chercheurs doivent maintenant déterminer comment ce mécanisme résiste aux conditions réelles de l’atmosphère. Un grain de poussière naturel peut porter des défauts, des molécules ou d’autres dépôts absents d’une surface préparée en laboratoire. Mesurer leur influence permettra de rapprocher ces observations nanométriques du comportement des véritables nuages.