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Les aérosols et le climat

Les aérosols, également appelés particules fines ou PM (de l'anglais particulate matter), sont des particules liquides ou solides d’une grandeur de quelques nanomètres à plusieurs centaines de micromètres . La concentration des aérosols varie fortement dans l’espace et dans le temps. Les aérosols tendent à s’opposer au réchauffement climatique par un effet d’ombrage pour le rayonnement solaire. Ils participent aussi à la formation des nuages et jouent par conséquent un rôle important dans la recherche sur le climat.

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Les aérosols sont des particules solides ou liquides en suspension dans l'air et proviennent de processus naturels (érosions des sols, embruns marins, feux de forêts, volcan…) ou anthropogéniques (combustions de pétrole, de gaz, de bois, agriculture, traffic …). S’ils sont néfastes pour la santé, ils sont le seul élément de l’atmosphère permettant de refroidir le climat. Selon leur composition chimique et leur grandeur, les aérosols réfléchissent en effet le rayonnement solaire vers l’espace et réduisent ainsi la température du sol.

Les aérosols sont aussi nécessaires à la formation des nuages. Ils agissent en tant que « noyaux de condensation» : lorsque l’air est saturé en vapeur d’eau, l’eau se condense à la surface des aérosols pour former des gouttelettes. Ces gouttelettes grossissent jusqu’à former un nuage dense et provoquer des précipitations. Si on augmente le nombre d’aérosols, les nuages seront formés de gouttes d’eau plus nombreuses mais plus petites. Les nuages seront alors plus brillants et réfléchiront plus de rayonnement solaire vers l’espace, ce qui tend à refroidir le climat par un effet indirect des aérosols. De plus, cela provoquera une diminution des précipitations car les gouttes plus petites restent en suspension dans l’air.

Malgré une grande marge d’incertitude, il est admis par la communauté scientifique que les aérosols contribuent ainsi à réduire le réchauffement climatique induit par les gaz à effet de serre. Les aérosols ont cependant une très courte durée de vie, au maximum quelques semaines, alors que les gaz à effet de serre peuvent rester dans l’atmosphère jusqu’à plusieurs milliers d’années.

Surveillance des aérosols

En Suisse, les aérosols sont mesurés à des fins climatiques au Jungfraujoch (altitude: 3580 m) et à Payerne (altitude : 490 m) à travers le programme de la Veille de l'Atmosphère Globale (VAG, Global Atmosphere Watch GAW) sous l’égide de l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) et l’infrastructure de recherche ACTRIS-CH (Aerosol, Cloudd and Trace gases Research Infrastructure). Les mesures des aérosols au Jungfraujoch, sous  la responsabilité de l'Institut Paul Scherrer, constituent  une des séries temporelles des plus diversifiées et des plus longues au monde. De par son altitude, le Jungfraujoch est partiellement situé dans la troposphère libre. Cette zone est découplée de la partie basse de l’atmosphère dans laquelle s’accumulent les aérosols produits par les sources naturelles et par les activités humaines. Cette couche, la plus basse de l’atmosphère, s’appelle la couche limite et les aérosols tendent à s’y accumuler. La station de mesure du Jungfraujoch est située loin des sources de pollution. La longue série temporelle montre qu’un cycle saisonnier peut être observé pour tous les paramètres mesurés. Il est principalement dû au transport vertical en été de masses d’air chargées en aérosol de la couche limite. L’air de la couche limite se réchauffe durant les journées chaudes et ensoleillées, s’élève car il est plus chaud et peut ainsi atteindre de hautes altitudes.

Une analyse des tendances des coefficients de diffusion, d'absorption ainsi que du nombre de particules sur les 10-15 dernières années (Collaud Coen et al., 2020, Asmi et al., 2013) a montré globalement une nette diminution de la charge en aérosol presque partout dans le monde. L’albedo de diffusion simple est des paramètres les plus importants pour caractériser l’effet des aérosols sur le climat. L’augmentation de ce paramètre de 2009 à 2018, visible principalement en Europe de l’est, en Arctique et en Asie, signifie une augmentation de la capacité des aérosols à refroidir le climat. En Amérique du nord et en Europe de l’ouest, les normes anti-pollution visant à diminuer les effets délétaires des aérosols sur la santé ont pour effet collatéral de diminuer le pouvoir refroidissant des aérosols sur le climat. Une société décarbonnée est la solution optimale pour la santé publique et le climat.

Collaud Coen, M. et al.: Multidecadal trend analysis of in situ aerosol radiative properties around the world, Atmos. Chem. Phys., 20, 8867–8908, 2020. Multidecadal trend analysis of in situ aerosol radiative properties around the world”: https://doi.org/10.5194/acp-20-8867-2020

Asmi, A.; Collaud Coen, M.; Ogren, J. A.; Andrews, E.; Sheridan, P.; Jefferson, A.; Weingartner, E.; Baltensperger, U.; Bukowiecki, N.; Lihavainen, H.; Kivekäs, N.; Asmi, E.; Aalto, P. P.; Kulmala, M.; Wiedensohler, A.; Birmili, W.; Hamed, A.; O'Dowd, C.; G Jennings, S.; Weller, R.; Flentje, H.; Fjaeraa, A. M.; Fiebig, M.; Myhre, C. L.; Hallar, A. G.; Swietlicki, E.; Kristensson, A. and Laj, P. Aerosol decadal trends: Part 2: In-situ aerosol particle number concentrations at GAW and ACTRIS stations Atmos. Chem. Phys., 2013, 13, 895-916

Collaud Coen, M., Weingartner, E., Furger, M., Nyeki, S., Prévôt, A.S.H., Steinbacher, M., and Baltensperger, U.: Aerosol climatology and planetary boundary influence at the Jungfraujoch analyzed by synoptic weather types, Atmos. Chem. Phys., 11, 5931-5944, 2011.

Collaud Coen, M., Weingartner, E., Apituley, A., Ceburnis, D., Fierz-Schmidhauser, R., Flentje, H., Henzing, J. S., Jennings, S. G., Moerman, M., Petzold, A. and others: Minimizing light absorption measurement artifacts of the Aethalometer: evaluation of five correction algorithms, Atmos. Meas. Tech., 3, 457-474, 2010.

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