par Prof. Dr. Paul Berth

Comme tout le monde le sait, pour expliquer la légère hausse des températures de l’atmosphère observée au 20^e siècle, le GIEC invoque un seul responsable : le taux de CO₂ atmosphérique, et donc l’activité humaine. Les médias, bien entendu, suivent le GIEC et le monde entier diabolise le CO₂. Cependant, n’existe-t-il pas d’autres hypothèses? Les lecteurs attentifs de ce site (SCE) savent que l’hypothèse du GIEC est mise à mal par toute une série d’observations (voir par exemple ici, ici et ici) et que certains problèmes théoriques existent dans la théorie même de l’effet de serre (voir ici et ici). Quelle est donc l’explication pour le réchauffement si ce n’est pas le taux de CO₂? Bien qu’il y ait probablement des causes multiples, nous allons voir qu’une équipe de chercheurs du CERN propose une hypothèse alternative en se basant sur les résultats du projet CLOUD. Une vidéo récente (octobre 2018) présentant les résultats de cette expérience sera d’ailleurs présentée en fin d’article. Avant de regarder cette vidéo, faisons d’abord le point.

1. La grande importance des nuages et aérosols

Les nuages sont des masses visibles constituées d’une grande quantité de gouttelettes d’eau ou de cristaux de glace en suspension dans l’atmosphère au-dessus de la surface d’une planète. Ils sont souvent associés à de microscopiques particules minérales ou organiques responsables de leur formation (voir point 2 ci-dessous). Les nuages font partie des aérosols, c’est-à-dire des particules solides ou liquides en suspension dans une atmosphère.

Les nuages et aérosols ont une importance capitale pour le climat de notre Terre. Pour s’en rendre compte il suffit de prendre un bain de soleil : lorsqu’un nuage arrive, la personne en train de bronzer se rhabille, car il fait subitement beaucoup plus froid. La couverture nuageuse et les aérosols jouent un rôle majeur sur la quantité de rayons solaires arrivant au sol et donc sur la température moyenne de la basse atmosphère. Les nuages sont en effet en grande partie responsables de ce que l’on appelle l’albédo de la Terre.

L’albédo de la Terre est la quantité de rayonnement solaire directement réfléchie par la Terre vers l’espace. Les rayons réfléchis vers l’espace ne sont pas capables de réchauffer la planète. L’albédo est un chiffre sans dimensions allant de 0 (le corps noir parfait qui absorbe tous les rayonnements) à 1 (un corps parfaitement réfléchissant et n’absorbant rien). L’albédo moyen de la Terre est de 0.3[1]. Ceci veut dire que 30% des radiations solaires sont réfléchies vers l’espace sans être absorbées. Les principaux responsables de cet albédo sont les surfaces réfléchissantes comme la glace, l’eau, les nuages et les aérosols. Concernant les aérosols, au plus il y en a dans l’atmosphère, au moins il y aura de rayonnements solaires réchauffant le sol, entraînant un refroidissement des basses couches atmosphériques. Deux observations démontrent que les aérosols influencent la température de la basse atmosphère :

(1) Lors de l’occupation du Koweït par l’Irak de nombreux puits de pétrole furent incendiés ce qui produisit d’énormes nuages de particules de suie dans la région. Ces aérosols ont perduré pendant des mois. Un étude a ensuite démontré que la température sous les aérosols avait chuté de 10°C par rapport aux zones de ciel dégagé[2]. L’effet des aérosols est ici clairement démontré.

(2) Un autre exemple est l’éruption du volcan Tambora qui a eu lieu en Indonésie en avril 1815. Cette éruption est considérée comme l’éruption la plus violente des temps historiques et est responsable de « l’année sans été » de 1816. En effet, la quantité de particules émises dans l’atmosphère était tellement importante qu’un refroidissement climatique général a été constaté : en 1816, les moyennes des températures dans l’hémisphère nord descendirent de 0,5°C à plus de 1°C[3].

En plus de leur effet réfléchissant (pour les radiations venant directement du soleil) il est évident que les nuages retiennent également la chaleur en provenance du sol. Il y a moins de pertes de chaleur par convection lorsqu’il y a des nuages. C’est pour cela qu’il fait plus chaud la nuit lorsque le ciel est nuageux que lorsque le ciel est dégagé. Nous voyons donc que les nuages ont un double rôle.

2. Les nuages se forment en présence de noyaux de condensation

Pour qu’un nuage se forme il faut des noyaux de condensation. Les anglophones parlent de CCN, pour Cloud Condensation Nuclei. Ces noyaux de condensation sont de petites particules solides de composition très variable, de diamètre voisin de 0,2 microns. Lorsque l’air est chargé d’humidité, les molécules d’eau se rassemblent sur les CCN et finissent par former des gouttelettes d’eau en suspension dans l’air et donc un nuage (Figure 1). Sans ces petites particules solides, les nuages ne se formeraient pas aussi facilement. La quantité de particules solides dans l’atmosphère est donc un facteur très important qui détermine la quantité de nuages et donc l’albédo de la Terre, et finalement le climat et son évolution.

Figure 1. Formation de nuages en présence de noyaux de condensation (CCN : Cloud Condensation Nuclei).

 

3. Les noyaux de condensation de l’atmosphère peuvent se former en présence de radiations cosmiques et de molécules d’origine biologique

Nous allons voir maintenant que les radiations cosmiques sont d’une grande importance dans le processus de formation des noyaux de nucléation. Que sont les radiations cosmiques? Il s’agit essentiellement de rayonnements de haute énergie qui proviennent pour la plupart de l’extérieur du système solaire, par exemple de galaxies lointaines[4]. Ce rayonnement comporte pour sa partie chargée principalement des protons (88%), des noyaux d’hélium (9%), le reste étant constitué d’électrons et de différents nucléons ainsi que de quantités infimes d’antimatière légère (antiprotons et positrons). La partie neutre du rayonnement est quant à elle constituée de rayons gamma ainsi que de neutrinos. Sur Terre, il est impossible d’y échapper, et nous sommes chaque jours traversés de part-en-part par ces particules de très haute énergie. En impactant l’atmosphère terrestre, les rayons cosmiques produisent des pluies de particules secondaires qui peuvent également atteindre la surface de la Terre.

Par quels processus ces radiations cosmiques peuvent-elles donc produire des noyaux de condensation pour la vapeur d’eau? Simplement, en présence de molécules organiques volatiles d’origine biologique (en anglais on parle de VOC pour Volatile Organic Compounds). C’est ce que nous démontre une publication récente de Jasper Kirkby publiée dans Nature[5]. Les VOC seraient donc d’une importance capitale car elles produisent des particules pouvant former des nuages. Ces résultats ont été obtenus au CERN lors d’une série d’expériences du projet CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets), entre Octobre 2012 et Novembre 2013.

De nombreuses sources naturelles de VOC existent et la végétation en est l’une des principales sources. Les VOCs sont essentiellement de l’isoprène (C₅H₈) et ses formes polymères : des monoterpènes (C₁₀H₁₆), sesquiterpènes (C₁₅H₂₄) et diterpènes (C₂₀H₃₂). Dans l’expérience du CERN citée ci-dessus c’est de l’α-pinène (Figure 2) qui a été utilisé par les chercheurs car c’est le monoterpène d’origine biologique le plus abondant dans l’atmosphère, dépassant souvent 50 pptv (1 pptv se lit  en anglais « 1 part-per-trillion by volume » et signifie 1 molécule pour 1 000 000 000 000 de molécules, soit 10^–12)[6]. Pour l’expérience du CERN, l’α-pinène a été placé dans des cuves en acier de 3 m de diamètre et a d’abord été oxydé par exposition à de l’ozone mais aussi par exposition à des radicaux hydroxyles (OH•) produits par photolyse de l’ozone. Cette oxydation aurait également lieu dans la nature et produit toute une série de molécules fortement oxygénées (les HOM, pour « highly oxygenated molecules ») qui furent identifiées et dosées par l’équipe de chercheurs. Nous n’entrerons pas dans ces détails ici.

Figure 2. L’α-pinène (C₁₀H₁₆), un monoterpène bicyclique produit par de nombreuses plantes.

Le point important est qu’après avoir obtenu ces HOM issus de l’α-pinène, l’équipe de Kirkby irradia la cuve avec des rayonnements semblables aux radiations cosmiques. Ils détectèrent alors une formation de particules solides capables d’agir comme noyaux de condensation pouvant former des nuages. Ils virent que les rayons cosmiques augmentaient la vitesse de nucléation de un à deux ordres de grandeur par rapport aux contrôles ou la nucléation se produisait en l’absence de radiations cosmiques (Figure 3). Les chercheurs montrèrent également que l’acide sulfurique atmosphérique, pouvant être produit par les  activités humaines lors par exemple de la combustion du charbon, peut influencer le phénomène et réduire le nombre de noyaux de condensation, et donc in fine la quantité de nuages. L’équipe de Kirkby a donc mis le doigt sur un mécanisme par lequel la végétation peut influencer le climat de la terre, et ce sans faire intervenir le CO₂!

Figure 3. Vitesse de nucléation des particules biologiques en fonction de la concentration de molécules hautement oxygénées (HOMs, highly oxygenated molecules) provenant de la réaction de l’a-pinène avec l’ozone (O₃) et les radicaux hydroxyles (OH•) de l’atmosphère. La courbe avec les triangles correspond à la présence de radiations cosmiques, la courbe avec les cercles sont les contrôles sans radiations cosmiques. Les couleurs indiquent la concentration en H₂SO₄. Source : Kirkby et al. 2016.

4. Conclusion

En conclusion, la végétation est donc capable de produire des particules atmosphériques pouvant mener à la formation de nuages en présence de rayons cosmiques. Ces nuages régulent ensuite le climat, comme chacun peut le constater en prenant un bain de soleil. Dans la vidéo explicative du CERN donnée ci-dessous, il est expliqué que les nuages étaient probablement plus abondants avant l’ère industrielle (ca. 1850) par rapport à aujourd’hui, et ce en raison d’une moindre présence d’acide sulfurique atmosphérique. Il en résulte que la température de l’atmosphère était plus basse avant l’ère industrielle, et ceci est bien visible sur les séries thermométriques comme par exemple la série HadCrut4 : la différence est d’environ 0.7–0.8°C entre 1880 et 2018 (voir ici).

Le CERN vient donc de proposer un mécanisme capable de refroidir ou de réchauffer les basses couches atmosphériques et dans lequel le CO₂ n’a plus aucun rôle!! Il existe bien entendu une corrélation entre niveau d’activité industrielle et taux de CO₂ atmosphérique, mais ce n’est pas le CO₂ qui provoque le réchauffement dans le mécanisme proposé. C’est simplement un peu moins de nuages qui provoque le réchauffement.

Notons que l’équipe de Svensmark (2017) propose d’autres mécanismes basés sur les rayons cosmiques, et tout comme dans le mécanisme proposé par Kirkby, le CO₂ ne joue aucun rôle. Les dernières recherches de Svensmark sont publiées dans la revue Nature Communications.

Nous voyons donc que le GIEC devrait sérieusement revoir ses conclusions… Mais va t’il tenir compte de ces recherches dans son prochain rapport? Nous pouvons parier que ces recherches seront oubliées… Décidemment comme nous aimons à la répéter dans SCE, beaucoup de choses sont encore à découvrir en climatologie, et prétendre que la ‘Science est dite’ semble bien hasardeux et présomptueux. Regardons maintenant la vidéo ci-dessous :

Vidéo explicative du CERN.

Références

[1] Goode, P. R.; et al. (2001). « Earthshine Observations of the Earth’s Reflectance ». Geophysical Research Letters. 28 (9): 1671–1674.

[2] Cahalan RF (1991) The Kuwait oil fires as seen by Landsat. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 97 (D13): 14565.

Aldhous P (1991) Oil-well climate catastrophe. Nature, 349 (6305): 96.

[3] Richard B. Stothers (1984). « The Great Tambora Eruption in 1815 and Its Aftermath ». Science. 224 (4654): 1191–1198.

[4] Ackermann et al. (2013) Detection of the Characteristic Pion-Decay Signature in Supernova Remnants. Science. 339 (6424): 807–811.

[5] Kirkby et al. (2016) Ion-induced nucleation of pure biogenic particles. Nature 533:521-526.

[6] Guenther, A. B. et al. The Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature version 2.1 (MEGAN2.1): an extended and updated framework for modeling biogenic emissions. Geosci. Model Dev. 5, 1471–1492 (2012).