Lettre (5) : la première dimension du Réchauffement climatique : L’Atmosphère


    


Après les remarques des quatre premières lettres comme introduction au modèle du Réchauffement climatique à quatre dimensions que je propose, cette cinquième lettre est consacrée aux caractéristiques de l’atmosphère considérée comme la première dimension du modèle avec les facteurs Gaz à effet de serre GES, Aérosols et Nuages.
GES
32  L’atmosphère, très fine couche (Image de la peau pour un corps) de quelques dizaines de Km par rapport à la dimension terrestre (Rayon terrestre moyen de l’ordre de 6371 Km), dont la première dizaine (La troposphère avec 90% de la masse) constitue la base de toute l’activité météorologique. L’atmosphère permet la plus importante atténuation du rayonnement solaire (gaz plus aérosols plus nuages) atteignant  en moyenne près de 55% du spectre solaire incident.
33  L’atmosphère permet d’augmenter la température à la surface de la terre en jouant le rôle d’une serre pour la terre entière. Ainsi le rayonnement solaire correspondant à une énergie constituée dans la partie du spectre visible (44 % de photons sont de longueur d’onde entre 0,4 et 0,7 µm) pénètre dans l’atmosphère et la fraction absorbée par le sol est réémise dans l’Infrarouge (principalement photons de longueurs d’onde entre 4 et 20 µm)  énergie dont près de la moitié est réfléchie par les (gaz plus aérosols plus nuages) vers le sol ou plus simplement « piégée » par l’atmosphère. Une augmentation du CO2 atmosphérique impliquerait une augmentation de l’effet de serre. Le forçage radiatif du CO2 et des gaz équivalents est positif.
34 Sans l’atmosphère la température moyenne à la surface de la terre serait de  -18°C. Avec l’atmosphère la température est de +14°C, soit 32°C de plus (Rôle de serre). L’atmosphère définit donc la température moyenne terrestre. Toute perturbation de la composition de l’atmosphère entrainera une augmentation de la température terrestre induite par une pénétration plus importante du rayonnement solaire (cas de la diminution d’une concentration) ou par un « effet de serre » plus important (cas de l’augmentation d’une concentration). La terre connaît actuellement une augmentation de près de 43% de la proportion du CO2 due aux émissions des combustibles fossiles introduites par l’activité humaine ! Cette augmentation est différemment répartie en fonction des régions !! Cette augmentation n’est pas survenue « instantanément » mais depuis près d’un siècle d’utilisation de plus en plus croissante des combustibles fossiles !!!
35  La terre connait actuellement une augmentation de la température de près de 1,5°C depuis près d’un siècle et de la concentration en CO2 atteignant 400 ppm sans précèdent observé depuis plus de 800 000 ans. La variation de la concentration en CO2 depuis l’ère industrielle parait assez brutale en comparaison avec celles du passé qui en plus, n’a jamais dépassé 280 ppm !!! (Voir encadré de la Figure 1.)
Figure 1. O. Berruyer, 2012
Aérosols
36  Les molécules, les aérosols ou les nuages, représentent des centres atmosphériques  de diffusion (Scatering), d’absorption ou d’émission du rayonnement électromagnétique. Ces trois mécanismes de transport de l’énergie radiative sont différemment observés pour les trois types de « particules » et sont à l’origine de l’équilibre radiatif global et du réchauffement climatique.
37 L’aérosol atmosphérique représente l’ensemble des particules solides qui peuvent être aéroportées et dont la dimension varie entre celle d’un agglomérat atomique de l’ordre du nanomètre et celle de la poussière désertique de quelques dizaines de micromètres. On distingue quatre principaux aérosols par ordre d’importance,  désertique, océanique, anthropogénique et biologique (bio aérosol). Par sa position dans l’atmosphère, en plus des mécanismes mécaniques d’évolution, l’aérosol interagit avec le rayonnement solaire ou tellurique de différentes manières et de façon continue en fonction de la dimension de ses particules. Grossièrement, plus les particules sont très fines plus la diffusion est proche de celle à symétrie sphérique (sphérique dans le cas limite de la diffusion de Rayleigh) et plus les particules sont grosses plus la diffusion est orientée vers l’avant par rapport au rayonnement incident (angle solide de diffusion proche de 0 Sr).
38 L’aérosol désertique, principale composante de l’aérosol atmosphérique (émission de 3000 à 6000 Tg/an, 1Tg =  1012g) dont la première source est le Sahara, est à l’origine des changements du temps « ponctuels » qui peuvent embrasser de très grandes zones atmosphériques lors des tempêtes sahariennes (Figure 2. Image satellite de source NASA). Le Maroc peut rester parfois deux à trois semaines sous l’influence des tempêtes Sahariennes et l’aérosol désertique de composante minérale très importante y est presque omniprésent toute l’année.
Figure 2. SeaWiFS Project, NASA 28 Fév.2000 

39  En 2006, La première importante campagne de mesures de l’aérosol Saharien (SAharan Mineral dUst experiMent, SAMUM) avec plus d’une vingtaine d’équipes de recherche et une représentation de la NASA est organisée au Maroc par le DFG sur deux sites de mesures Ouarzazate et Tinfou (près de Zagora).  Les mesures au sol et in situ dans l’atmosphère avec deux avions équipées ont permis la caractérisation des différents paramètres microphysiques et optiques de l’aérosol Saharien près du sol et à différents niveaux d’altitudes avec un suivi des observations par satellite. Les résultats sont publiés dans plus d’une quarantaine d’articles parus principalement dans Tellus et Geophysical Research (2009 – 2010) et dans plusieurs thèses dont quelques-unes soutenues à la faculté des sciences d’Oujda.  L’impact de l’aérosol désertique est celui des deux types de désert froid (zone tempérée) et chaud (zone subtropicale) avec des caractéristiques climatiques et des types de surface presque « opposées », on observe plus de grosses particules pour les déserts chauds induisant un forçage radiatif à la surface surtout négatif et inversement moins de grosses particules aux déserts froids permettant le maintien de l’équilibre radiatif global.
40 L’aérosol océanique,  aussi important que celui désertique du point de vue émissions à cause de l’étendue océanique (plus de 3300 Tg/an de sels marin) reste moins essentiel du point de vue radiatif car plus constant et avec peu de temps de résidence dans l’atmosphère excepté celui côtier et celui entrainé par les phénomènes extrêmes tels que les ouragans.
41 L’aérosol anthropogénique issu surtout des sources de combustion des agglomérats industriels et des transports de tout genre en plus des chauffages particuliers (Près de 380 Tg/an) est à l’origine des pollutions des villes qui d’une part affectent de manière dramatique la santé publique (obligation de port de filtres dans les cas extrêmes) et d’autre part atténuent le rayonnement solaire et absorbent de l’énergie entrainant localement une augmentation de la température. Les cas retentissants sont surtout enregistrés en Asie (Voir Asian Brown Cloud ABC plus loin) et parfois aux Etats Unis et Europe de l’Ouest (Exemples de pluies acides).
Nuages
42  La formation des nuages se fait à partir de la condensation sur les particules d’aérosol appelées noyaux de condensation NC (Voir Figure 3. A. Asmi, 2012). L’aérosol atmosphérique joue un rôle essentiel dans l’apparition des nuages, dans leurs évolutions et dans l’atténuation du flux radiatif solaire de façon directe et de façon indirecte à travers les nuages.
43  L’apparition ou la disparition des nuages modifie la structure de l’atmosphère et le bilan radiatif terrestre. Le rôle des nuages est très complexe car ils peuvent avoir différentes : formes, positions, répartitions, apparitions, disparitions et compositions. Au niveau rôle radiatif, grossièrement les hauts nuages sont moins épais et laissent passer le rayonnement solaire ainsi ils participent au réchauffement. Au contraire, les bas nuages sont plus épais et réfléchissent plus le rayonnement vers l’espace et participent ainsi au refroidissement de la surface terrestre. Les nuages rétablissent l’équilibre énergétique des différentes zones terrestres de façon permanente et leur effet global est de forçage négatif et encore assez imprécis.

Figure 3. A. Asmi, 2012

Le réchauffement climatique est plus qu’une réalité
L’orientation écologique est une nécessité tardive
Suite lettre 6 : Deuxième dimension du réchauffement climatique :

Pr Diouri Mohammed
Université Mohammed Premier
Faculté des sciences
Département e physique
Oujda

Pr Diouri Mohammed


 

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