Quand le plancton marin dicte la formation des nuages

Une expérience de la collaboration CLOUD au CERN confirme que les émissions du phytoplancton océanique accélèrent la formation de particules d’aérosols au-dessus des mers froides. Ces résultats, publiés dans Nature, invitent à réviser les modèles climatiques, particulièrement pour l’océan Austral.

Depuis un demi-siècle, les climatologues soupçonnent le plancton marin microscopique d’influencer la formation des nuages au-dessus des océans. L’hypothèse, formulée dès les années 1970, postulait que les émissions soufrées du phytoplancton pouvaient ensemencer l’atmosphère en particules capables de condenser la vapeur d’eau. Une expérience menée dans la chambre CLOUD du CERN, dont les résultats paraissent cette semaine dans Nature, vient de confirmer que l’influence en question dépasse de loin toutes les estimations antérieures. L’acide méthanesulfonique (AMS), composé dérivé des gaz émis par le phytoplancton, se révèle capable de déclencher la formation et la croissance de particules d’aérosols avec une efficacité insoupçonnée au-dessus des régions océaniques froides.

Un dispositif expérimental aux frontières du réel

Menée par l’Université d’Helsinki, la recherche a exploité la chambre CLOUD dans des conditions contrôlées reproduisant les concentrations ultrafaibles et les basses températures de l’air marin isolé. La plage thermique couverte s’étendait de +9 °C jusqu’à −52 °C, permettant de simuler aussi bien les latitudes tempérées que les hautes régions polaires de la troposphère. Lorsque les températures descendaient sous la barre des −10 °C, en présence de simples traces d’ammoniac, l’AMS formait de nouveaux noyaux de particules avec une efficacité comparable à celle de l’acide sulfurique, longtemps tenu pour le principal moteur de la formation d’aérosols atmosphériques.

« Étant donné que l’AMS et l’acide sulfurique coexistent généralement à des concentrations similaires dans les régions marines fraîches, nos résultats indiquent que les taux de nucléation des particules pourraient être accélérés jusqu’à dix fois et les taux de croissance jusqu’à deux fois par rapport à l’acide sulfurique et à l’ammoniac seuls », a déclaré Jasper Kirkby, porte-parole de la collaboration CLOUD.

Comment le plancton façonne les nuages

Le plancton marin libère du diméthylsulfure (DMS) lors de la photosynthèse. Ce gaz, responsable de l’odeur caractéristique de la mer, s’oxyde dans l’atmosphère pour former des vapeurs acides, notamment de l’acide sulfurique et de l’AMS en concentrations comparables. L’expérience CLOUD a démontré que l’AMS et l’acide sulfurique se renforcent mutuellement en constituant des amas moléculaires communs. Le phénomène permet à de fragiles particules de l’ordre du nanomètre de survivre suffisamment longtemps pour grossir et devenir des noyaux de condensation nuageuse, gouttelettes microscopiques autour desquelles se forment les nuages.

Les résultats obtenus éclairent le nombre étonnamment élevé de particules observées au-dessus de l’océan Austral et dans la haute troposphère marine froide. Dans les régions concernées, les modèles climatiques actuels sous-estiment de plus de moitié les concentrations en noyaux de condensation nuageuse. L’écart entre observations et simulations, qui intrigue les scientifiques depuis des années, trouve ici un début d’explication convaincant.

Quand les émissions humaines reculent, le plancton prend le relais

La portée de la découverte s’élargit à mesure que les émissions de dioxyde de soufre issues des combustibles fossiles diminuent, sous l’effet des politiques de contrôle de la pollution atmosphérique. Avec le recul des aérosols d’origine anthropique, les sources biologiques naturelles de noyaux de condensation nuageuse, issues du plancton marin, pourraient occuper une place grandissante dans le système climatique. Le basculement progressif entre aérosols industriels et biogéniques complique l’équation climatique : les nuages plus nombreux et plus réfléchissants formés par le plancton pourraient partiellement compenser le réchauffement, ou au contraire introduire des rétroactions encore mal comprises.

« La collaboration CLOUD a accompli un pas décisif dans notre compréhension du climat », a déclaré Gautier Hamel de Monchenault, directeur de la recherche et du calcul au CERN. « Il est indispensable d’approfondir notre compréhension des aérosols : dans ce cas, une augmentation des noyaux de condensation nuageuse biogéniques affectera les estimations de la sensibilité climatique de la Terre ainsi que les projections du réchauffement climatique. »

Les travaux se poursuivent dans la chambre CLOUD pour affiner la paramétrisation des processus identifiés dans les modèles globaux. L’objectif poursuivi : intégrer correctement la rétroaction plancton-nuages dans les simulations du climat futur, alors que les océans se réchauffent et que la productivité biologique marine évolue.

Baalbaki, R., Shen, J., et al. Role of methanesulfonic acid in atmospheric particle nucleation and growth. Nature doi: 10.1038/s41586-026-10810-2 (2026).

Source : PSI / Helsinki U. / CERN