Les aérosols : une composante atmosphérique peu connue

24 juillet 2019, 3 Commentaire(s)

Si les aérosols ne sont pas indispensables en météorologie, ils jouent un rôle très important en climatologie et peuvent affecter notre santé car ils constituent une des composantes importantes de la pollution. Dans les prochaines semaines paraîtra une mini-série informative de cinq blogs sur les spécificités des aérosols, leurs interactions avec les nuages, leurs effets sur le climat et la santé. Le dernier blog vous permettra de découvrir les mesures et les activités de MétéoSuisse dans le domaine des particules fines. Dans cette première partie, vous apprendrez ce que sont les aérosols, d’où ils proviennent et leur implication dans les couchers de soleil.

Les particules sprayées sont une sorte d’aérosol. (Source : https://aerosolteam23.weebly.com/generation.html)
Les particules sprayées sont une sorte d’aérosol. (Source : https://aerosolteam23.weebly.com/generation.html)

Une confusion historique à éviter

Les aérosols sont des particules liquides ou solides en suspension dans l’air. En sciences de l’environnement, il est usuel d’exclure les hydrométéores –c’est-à-dire les nuages, la pluie et la neige- de la catégorie des aérosols car ils constituent une composante de l’atmosphère à part entière. Les aérosols sont aussi nommés « particules fines » ou PM (pour « particulate matter » en anglais) et sont catégorisés selon leur taille : on appelle PM1, PM2.5 et PM10 les particules dont le diamètre est plus petit que 1, 2.5 et 10 micromètres. Certains se souviennent peut-être du temps où il était recommandé de ne pas employer « les bombes à aérosols » afin de stopper la destruction de la couche d’ozone. Ces bombes à aérosol désignent des sprays qui permettent de vaporiser un liquide en fines gouttelettes (les aérosols) sous l’effet d’un gaz propulseur. Avant la signature du protocole de Montréal (1987), la plupart des gaz propulseurs étaient constitués de chlorofluorocarbone (CFC), gaz très pratiques car ininflammables, inodores et chimiquement stables, mais néfastes pour la couche d’ozone. Ces gaz destructeurs de la couche d’ozone sont actuellement interdits en Suisse. Certains sprays contiennent par contre des gaz à effet de serre tels que le diméthyl éther (fort effet de serre), le butane ou le propane. Dans les bombes à aérosols, ce n’étaient donc pas les aérosols qui dégradaient l’ozone, mais bien les gaz propulseurs. Voilà pour la confusion historique assimilant les aérosols à un effet néfaste sur l’atmosphère, un prochain blog vous renseignera sur l’implication positive des aérosols dans la lutte contre le réchauffement climatique ! En attendant, faisons plus connaissance avec ces particules fines.

Les sources des aérosols

Les aérosols proviennent de diverses sources naturelles ou anthropiques, c’est-à-dire résultant des activités humaines. Les aérosols générés par des processus de combustion (moteur à combustion, chauffage, industrie, feux de forêts, éruptions volcaniques…) sont en général très petits et sont constitués d’agglomérats de suie. Ils ne sont donc pas sphériques et ont une géométrie plutôt complexe. Les poussières minérales, par exemple les sables du Sahara, et les embruns marins de forme cubique font partie des aérosols les plus grands, alors que les pollens peuvent être considérés comme gigantesques dans le contexte des particules fines (10-200 micromètres, soit quelques centièmes à quelques dixièmes de millimètres). Les déchets botaniques, la suspension de poussières résultant de travaux agricoles ainsi que l’abrasement des pneus des voitures ou des roues des trains constituent par exemple d’autres sources d’aérosols. Quant aux volcans, ils peuvent émettre de grandes quantités de cendres et de gaz soufrés à très hautes altitudes. Tous ces aérosols sont dits « primaires », car ils sont directement injectés dans l’atmosphère sous forme de particules.

Les aérosols dits secondaires sont formés dans l’atmosphère par conversion gaz-particules due à la condensation de vapeurs d’origine naturelle ou anthropique. Les principaux gaz permettant la formation de nouvelles particules sont les gaz soufrés (SO2, SOx,…) et les oxydes d’azote (NOy). Récemment, les chercheurs ont trouvé que de nouvelles particules pouvaient aussi être efficacement créés par des vapeurs organiques en absence d’acide inorganiques tels que l’acide sulfurique ou l’ammonium (Kirkby et al. Nature, 2016).

Affichage aggrandi: Voici quelques images d’aérosols prises par microscopie électronique  (source : http://alg.umbc.edu/usaq/archives/001044.html)
Voici quelques images d’aérosols prises par microscopie électronique (source : http://alg.umbc.edu/usaq/archives/001044.html)

La durée de vie des aérosols

La durée de vie d’une particule est le temps qu’elle passe dans l’atmosphère. Celle des aérosols est relativement courte, de quelques heures à quelques semaines, ce qui explique leur grande inhomogénéité spatiale. Les particules les plus fines ont des durées de vie courtes car elles se transforment rapidement en particules plus grandes par coagulation, condensation ou réactions chimiques. Les particules les plus grandes sont en générale éliminées en quelques jours par sédimentation et se déposent près de l’endroit où elles ont été émises. Ce sont donc les particules de taille intermédiaire entre 0.1 et 2.5 micromètres qui restent le plus longtemps en suspension dans l’atmosphère. Les précipitations, en particulier les longues pluies fines et régulières, constituent le plus sûr moyen d’éliminer les aérosols de l’atmosphère. Les poussières minérales provenant des déserts, les cendres volcaniques ou les suies des feux de forêts sont parfois rapidement propulsées à de grandes altitudes et atteignent les plus hautes couches de la troposphère. Elles peuvent ainsi voyager durant plusieurs jours voire plusieurs semaines tout autour du monde. C’est ainsi que nous mesurons chaque année au Jungfraujoch entre 100 et 800 heures avec des incursions de poussières du Sahara. Un autre évènement exceptionnel a eu lieu en juillet 2017, lorsque des feux de forêt particulièrement intenses au Canada ont injectés des suies jusqu’à 15 à 17 km d’altitude, dans la stratosphère.

La beauté des couchers de soleil

Terminons cette présentation par une touche esthétique et poétique. Les aérosols sont en effet à l’origine de flamboyant couchers de soleil. Lorsque le soleil est à son zénith, la couche atmosphérique traversée est peu épaisse et le faible nombre de collisions entre les rayons lumineux et les aérosols favorisent la couleur bleue. A l’aube et au crépuscule, les rayons du soleil parcourent une épaisseur atmosphérique plus importante et la coloration rouge-orangée du ciel est alors favorisée par les multiples diffusions des rayons lumineux sur les aérosols contenus dans l’atmosphère. Ainsi les incursions de poussières du Sahara augmentent le nombre d’aérosols et amplifient l’étendu des couchers de soleil et l’intensité de leurs couleurs comme ce fut le cas à la fin août 2017 !

Affichage aggrandi: Coucher de soleil depuis de Sihlsee le 28 août 2017 (Photo : D. Gerstgasser)
Coucher de soleil depuis de Sihlsee le 28 août 2017 (Photo : D. Gerstgasser)

Commentaires (3)

  1. Pierre Kaplan, 25.07.2019, 06:11

    Prière de nous parler aussi des « aérosols » laissés par les avions...
    Merci d'avance ainsi que de publier ce commentaire.
    Il est bon de ne pas promouvoir une pensée unique...

    1. MétéoSuisse, 25.07.2019, 16:14

      Concernant les traînées de condensation, nous vous renvoyons à un article publié sur le site internet de l’Office fédéral de l’aviation civile OFAC.
      https://www.bazl.admin.ch/bazl/fr/home/politique/environnement/aviation-et-rechauffement-climatique/trainees-de-condensation.html

  2. Rachel, 24.07.2019, 18:26

    Vous mentionnez les gaz propulseurs en début d'article. Bien qu'un certain nombre d'entre eux soient aujourd'hui interdits, il en reste quelques-uns qui ont des effets extrêmement néfastes sur la couche d'ozone.
    Je pense en particulier au protoxyde d'azote, connu sous le nom de gaz hilarant, utilisé comme gaz propulseur dans les bombones de crème chantilly (E942). Selon le GIEC, il contribue 298 fois plus au réchauffement climatique qu'une même masse de CO2 (https://fr.wikipedia.org/wiki/Protoxyde_d%27azote).
    A quand son interdiction, qu'on puisse à nouveau déguster une coupe de glace-chantilly sans mauvaise conscience?