Chris Wright, Université de Washington
Si vous regardez une carte des éclairs près du port de Singapour, vous remarquerez une étrange traînée d’intense activité foudroyante juste au-dessus de la voie maritime la plus fréquentée au monde. Il s’avère que les éclairs réagissent réellement aux navires, ou plutôt aux minuscules particules qu’ils émettent.
En utilisant les données d’un réseau mondial de détection de la foudre, mes collègues et moi-même avons étudié comment les panaches d’échappement des navires sont associés à une augmentation de la fréquence des éclairs.
Pendant des dizaines d’années, les émissions des navires ont augmenté régulièrement en raison de l’accroissement du commerce mondial et de l’augmentation du trafic maritime. Puis, en 2020, de nouvelles réglementations internationales ont réduit de 77 % les émissions de soufre des navires. Nos recherches récemment publiées montrent que les éclairs au-dessus des voies de navigation ont diminué de moitié presque du jour au lendemain après l’entrée en vigueur de la réglementation.
Cette expérience imprévue démontre que les orages, qui peuvent atteindre 10 miles de haut, sont sensibles à l’émission de particules plus petites qu’un grain de sable. La réactivité de la foudre à la pollution humaine nous permet d’avancer dans la compréhension d’un mystère de longue date : Dans quelle mesure, le cas échéant, les émissions humaines ont-elles influencé les orages ?
Les particules d’aérosols peuvent-elles affecter les nuages ?
Les aérosols, également connus sous le nom de particules, sont omniprésents. Certaines sont soulevées par le vent ou produites par des sources biologiques, comme les forêts tropicales et boréales. D’autres sont générées par l’activité industrielle humaine, comme les transports, le brûlage agricole et la fabrication.
Il est difficile d’imaginer que dans un seul litre d’air – de la taille d’une bouteille d’eau – il y a des dizaines de milliers de minuscules amas de liquide ou de solide en suspension. Dans une ville polluée, il peut y avoir des millions de particules par litre, pour la plupart invisibles à l’œil nu.
Ces particules sont un ingrédient clé de la formation des nuages. Elles servent de germes, ou de noyaux, pour la condensation de la vapeur d’eau en gouttelettes nuageuses. Plus il y a de particules d’aérosols, plus il y a de gouttelettes de nuages.
Dans les nuages peu profonds, tels que les cumulus à l’aspect bouffi que l’on peut voir par une journée ensoleillée, la présence d’un plus grand nombre de graines a pour effet de rendre le nuage plus lumineux, car l’augmentation de la surface des gouttelettes diffuse davantage la lumière.
Dans les nuages d’orage, cependant, ces gouttelettes supplémentaires gèlent en cristaux de glace, ce qui rend les effets des particules d’aérosol sur les orages difficiles à cerner. Le gel des gouttelettes des nuages libère de la chaleur latente et fait éclater la glace. Cette congélation, combinée aux puissantes instabilités thermodynamiques qui génèrent les tempêtes, produit un système très chaotique, ce qui rend difficile d’isoler l’influence d’un seul facteur sur les tempêtes
Nous ne pouvons pas générer un orage dans le laboratoire. En revanche, nous pouvons étudier l’expérience accidentelle qui se déroule dans le couloir de navigation le plus fréquenté au monde.
Émissions des navires et foudre
Avec des moteurs souvent hauts de trois étages et brûlant du fioul visqueux, les navires qui entrent et sortent des ports émettent de grandes quantités de suie et de particules de soufre. Les voies maritimes proches du port de Singapour sont les plus fréquentées au monde : environ 20 % du pétrole de soute utilisé par les navires y sont achetés.
Afin de limiter la toxicité pour les personnes vivant à proximité des ports, l’Organisation maritime internationale (OMI), une agence des Nations unies qui supervise les règles de navigation et la sécurité, a commencé à réglementer les émissions de soufre en 2020. Dans le port de Singapour, les ventes de carburant à haute teneur en soufre ont chuté, passant de près de 100 % du carburant des navires avant la réglementation à 25 % après, remplacé par des carburants à faible teneur en soufre.
Mais quel est le rapport entre les émissions des navires et la foudre ?
Les scientifiques ont proposé un certain nombre d’hypothèses pour expliquer la corrélation entre les éclairs et la pollution, qui tournent toutes autour de l’élément essentiel de l’électrification d’un nuage : les collisions entre des cristaux de glace ressemblant à des flocons de neige et des morceaux de glace plus denses.
Lorsque les cristaux de glace légers et chargés sont soulevés par la chute de la glace plus dense, le nuage devient un condensateur géant, qui accumule de l’énergie électrique au fur et à mesure que les cristaux de glace se heurtent les uns aux autres. Ce condensateur finit par se décharger et un éclair jaillit, cinq fois plus chaud que la surface du Soleil.
Nous pensons que, d’une manière ou d’une autre, les particules d’aérosol provenant des cheminées des navires génèrent plus de cristaux de glace ou des collisions plus fréquentes dans les nuages.
Dans notre dernière étude, mes collègues et moi-même décrivons comment les éclairs au-dessus de la voie maritime ont chuté d’environ 50 % après 2020. Aucun autre facteur, tel que l’influence d’El Niño ou des changements dans la fréquence des orages, ne pouvait expliquer cette chute soudaine de l’activité des éclairs. Nous en avons conclu que la baisse de l’activité des éclairs était due à la réglementation.
La réduction du soufre dans les carburants des navires a entraîné une diminution des germes de condensation des gouttelettes d’eau et, par conséquent, une diminution des collisions de chargement entre les cristaux de glace. En fin de compte, il y a eu moins d’orages suffisamment électrifiés pour produire un coup de foudre.
Quelle est la prochaine étape ?
Moins d’éclairs ne signifie pas nécessairement moins de pluie ou moins d’orages.
Il reste encore beaucoup à apprendre sur la manière dont l’homme a modifié les orages et sur la manière dont nous pourrions les modifier à l’avenir, intentionnellement ou non. Les particules d’aérosols renforcent-elles réellement les orages en général, en créant des mouvements verticaux plus importants et plus violents ? Ou bien les effets des aérosols sont-ils spécifiques aux particularités de la production d’éclairs ? L’homme a-t-il modifié la fréquence des éclairs à l’échelle mondiale ?
Mes collègues et moi-même nous efforçons de répondre à ces questions. Nous espérons qu’en comprenant les effets des particules d’aérosols sur la foudre, les précipitations orageuses et le développement des nuages, nous pourrons mieux prédire comment le climat de la Terre réagira aux fluctuations des émissions humaines.
Chris Wright, Fellow in Atmospheric Science, Program on Climate Change, University of Washington
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original. Traduction Enerzine.com
