Chaque année entre septembre et décembre, Lubna Dada fait des nuages. Dada, une scientifique atmosphérique, se réunit avec des dizaines de ses collègues pour mener des expériences dans une chambre en acier inoxydable de 7 000 gallons au CERN en Suisse. «C’est comme un camp scientifique», explique Dada, qui étudie la façon dont les émissions naturelles réagissent avec l’ozone pour créer des aérosols qui affectent le climat.
Les nuages constituent la plus grande source d’incertitude dans les prévisions climatiques. Selon l’endroit, la couverture nuageuse peut refléter la lumière du soleil loin de la terre et de l’océan, qui autrement absorberaient sa chaleur – un avantage rare dans un monde en réchauffement. Mais les nuages peuvent aussi piège chaleur sur les glaces de l’Arctique et de l’Antarctique. Les scientifiques veulent en savoir plus sur les causes de la formation des nuages et si cet effet est un refroidissement ou un réchauffement. Et surtout, dit Dada, « nous voulons savoir comment nous, les humains, avons modifié les nuages ».
Dans le ciel, les particules d’aérosol attirent la vapeur d’eau ou la glace. Lorsque les petites boules humides deviennent suffisamment grosses, elles deviennent des graines pour les nuages. La moitié de la couverture nuageuse de la Terre se forme autour de substances comme le sable, le sel, la suie, la fumée et la poussière. L’autre moitié se forme autour des vapeurs libérées par des êtres vivants ou des machines, comme le dioxyde de soufre provenant de la combustion de combustibles fossiles.
Au CERN, les scientifiques reproduisent ce processus en injectant dans la chambre en acier des vapeurs représentant des environnements spécifiques. (Cela s’appelle la chambre CLOUD, pour Cosmics Leaving Outdoor Droplets.) Par exemple, ils peuvent imiter les gaz trouvés au-dessus des villes. Mais Dada, qui travaille habituellement à l’Institut Paul Scherrer en Suisse, s’est rendu au CERN pour se pencher sur le passé. Son équipe de scientifiques du monde entier souhaitait recréer l’air au-dessus des forêts, car une atmosphère « vierge » suggère à quoi ressemblait la formation des nuages avant l’industrialisation. « Nous avons besoin de cette comparaison avec l’époque où il n’y avait pas d’émissions humaines », dit-elle, « afin de pouvoir corriger nos modèles climatiques ».
Dans un article publié ce mois-ci dans Science Advances, l’équipe de Dada établit un nouveau poids lourd dans la création de nuages : une sorte de produit chimique libéré par les arbres. Les arbres émettent des substances volatiles naturelles comme l’isoprène et les monoterpènes, qui peuvent déclencher des réactions chimiques formant des nuages. Les nouveaux travaux de Dada se concentrent sur une classe négligée de substances volatiles moins abondantes appelées sesquiterpènes, qui ont une odeur boisée, terreuse, citronnée ou épicée, selon la molécule et le type de plante ou de microbe qui les émet.
L’équipe montre que les sesquiterpènes sont plus efficaces que prévu pour l’ensemencement des nuages. Un simple rapport de 1 à 50 entre le sesquiterpène et les autres substances volatiles doublé formation de nuages.
Le rôle des arbres dans l’ensemencement des nuages est important, car il suggère à quoi pourrait ressembler le ciel au-dessus de certaines régions si les gouvernements parvenaient à réduire les émissions de soufre. Dans un monde moins pollué, les plantes et les arbres deviendront des moteurs plus importants de la formation des nuages, un écho du monde prémoderne.
Ces recherches pourraient permettre d’affiner les estimations de l’atmosphère avant l’industrialisation. Peut-être avons-nous sous-estimé la population mondiale d’aérosols en négligeant une grande partie de ceux qui proviennent des arbres. Si tel est le cas, les modèles climatiques devront être réorganisés.
« La formation de nouvelles particules est un sujet très brûlant en ce moment », déclare Paquita Zuidema, une spécialiste de l’atmosphère à l’Université de Miami qui n’a pas participé à l’étude. « Nous réalisons de plus en plus que nous ne savons pas exactement à quoi ressemble une atmosphère vierge. »
Alors que les émissions anthropiques dominent la formation des nuages dans les zones peuplées, les substances volatiles végétales dominent ailleurs sur des terres plus vierges. Les outils de laboratoire ne sont devenus suffisamment sensibles que récemment pour comprendre lesquels contribuent le plus.
De nombreuses découvertes sur les sesquiterpènes sont relativement récentes. En 2010, des chercheurs les ont détectés près du sol forestier amazonien. Plus haut dans la canopée, les sesquiterpènes étaient plus difficiles à suivre. Cela suggérait que l’ozone transformait les sesquiterpènes en aérosols ensemençant les nuages. Dada a signalé un système similaire dans les forêts et tourbières finlandaises l’année dernière. « Nous en voyons de plus en plus parce que nos instruments sont désormais bien meilleurs », dit-elle. « Ils ne sont pas seulement en Amazonie. »