Une expérience capture la « foudre dans un modèle » pour révéler comment les orages affectent le climat et la qualité de l’air
Imaginez ceci : vous êtes coincé dans les embouteillages un après-midi d’été, consultant l’application météo sur votre téléphone alors que de sombres nuages d’orage s’amoncellent. Vous pensez peut-être aux coupures de courant ou aux inondations possibles, mais probablement pas au fait que chaque éclair qui illumine le ciel émet le même gaz toxique, l’oxyde d’azote, que votre voiture au ralenti émet dans ses gaz d’échappement.
C’est pourtant exactement ce qui se produit lors d’un orage. Pour la première fois, des scientifiques de l’université du Maryland ont pu détecter la foudre et son impact sur la qualité de l’air à l’aide d’observations satellitaires à haute fréquence, ce qui leur a permis d’obtenir des informations précieuses sur la façon dont les orages produisent à la fois de la pollution et des substances chimiques essentielles qui contribuent à purifier l’atmosphère terrestre.
Au cours de quelques jours à la fin du mois de juin, Kenneth Pickering, professeur de recherche en sciences atmosphériques et océaniques, et Dale Allen, chercheur associé, ont utilisé les données recueillies par l’instrument TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution) de la NASA pour surveiller attentivement l’évolution des orages qui traversaient l’est des États-Unis.
Lancé en 2023 et fonctionnant à partir d’un satellite de télécommunications en orbite géostationnaire au-dessus des États-Unis, TEMPO suit généralement les polluants atmosphériques à travers l’Amérique du Nord toutes les heures depuis son perchoir à 22 000 miles au-dessus de la Terre. L’expérience de Pickering et Allen leur a toutefois permis d’effectuer des mesures rapides de l’oxyde d’azote (et des gaz apparentés comme le dioxyde d’azote) associés à chaque orage à des intervalles de 10 minutes. Grâce aux capacités avancées de l’instrument, ils ont enfin pu étudier des processus complexes tels qu’ils se produisaient dans l’air, plutôt que de rassembler des indices après coup.
« C’est la première fois qu’une recherche de ce type est menée à une telle fréquence temporelle. Les orages évoluent rapidement. Ils se forment, s’intensifient et disparaissent souvent en l’espace d’une heure. Ces observations à intervalles courts nous donnent un meilleur aperçu de ce qui se passe réellement pendant un orage. » a déclaré M. Pickering.
L’expérience a permis aux chercheurs de compter le nombre d’éclairs au moment où ils se produisaient à l’aide des données des instruments satellitaires Geostationary Lightning Mapper de la NOAA, et ainsi d’obtenir une idée plus précise de la quantité d’oxydes d’azote produite par chaque éclair pendant un orage et de la durée pendant laquelle ils restent dans l’air après, a précisé M. Allen. Et de préciser : « Ces informations aideront les chercheurs à améliorer les modèles climatiques existants et à mieux comprendre comment la foudre peut affecter l’air que nous respirons ».
Lorsqu’un éclair frappe, il produit des températures extrêmement élevées qui brisent les molécules d’azote et d’oxygène dans l’air. Cela entraîne la création de 10 à 15 % de tous les oxydes d’azote libérés dans l’atmosphère, qui contribuent à la pollution par l’ozone pouvant déclencher de l’asthme et d’autres troubles respiratoires.
« La pollution humaine est beaucoup plus importante, mais il est important de noter que la foudre libère des oxydes d’azote à des altitudes beaucoup plus élevées, où ils peuvent catalyser plus efficacement la production d’ozone », a ajouté M. Pickering.
Alors que les gaz d’échappement des voitures polluent l’air près du sol, la pollution due à la foudre se produit dans les couches supérieures de l’atmosphère, où l’ozone qui en résulte est le plus efficace pour le réchauffement atmosphérique. La pollution due à la foudre et l’ozone qui en résulte peuvent parfois être transportés jusqu’à la surface, affectant la qualité de l’air à des centaines de kilomètres de l’orage d’origine, ce qui explique en partie pourquoi l’expérience TEMPO a un impact potentiel sur la vie quotidienne.
« Pour les personnes vivant dans des régions montagneuses comme le Colorado, cette information peut être très importante, car la foudre contribue de manière significative à la formation d’ozone troposphérique à des altitudes élevées. Cela pourrait changer la façon dont les météorologues prévoient la qualité de l’air pendant et après les orages dans ces régions. » explique encore M. Pickering.
Mais la foudre ne crée pas seulement de la pollution, elle déclenche également la formation de radicaux hydroxyles, des molécules importantes qui contribuent à purifier l’atmosphère terrestre en décomposant des gaz tels que le méthane, un facteur important du réchauffement climatique et des niveaux de fond d’ozone. L’expérience sur la foudre a fourni aux chercheurs des informations cruciales sur cette réaction en chaîne provoquée par la foudre, reliant la production d’oxydes d’azote aux radicaux hydroxyles, ce qui les a aidés à cartographier la composition atmosphérique et la dynamique moléculaire complexe à l’œuvre pendant les orages.
« Nous pensons que lorsque les orages deviennent plus intenses, les éclairs sont plus courts et produisent moins d’oxyde d’azote par éclair. Cette étude nous donnera l’occasion de le prouver. Il est essentiel de comprendre comment l’empreinte des éclairs va évoluer dans un monde où les phénomènes météorologiques extrêmes s’intensifient afin de formuler des modèles climatiques pour l’avenir. » observe M. Allen.
Bien que Pickering et Allen soient encore en train d’analyser les premières données recueillies par TEMPO, ils pensent que leur expérience aidera les scientifiques à évaluer la part des gaz polluants présents dans l’atmosphère terrestre qui peut être attribuée aux activités humaines par opposition aux processus naturels. À l’heure actuelle, les scientifiques spécialisés dans l’étude de l’atmosphère ne connaissent pas avec certitude la quantité de pollution générée par chaque éclair, mais l’expérience TEMPO fournit les données brutes qui permettront de comprendre comment les différents degrés d’intensité des éclairs peuvent avoir un impact sur la qualité de l’air à l’échelle locale et mondiale.
« Nous voulons utiliser ces données à haute fréquence pour réduire les principales incertitudes de nos modèles climatiques actuels », a conclu Dale Allen. « De meilleures données permettent de meilleures prévisions et, potentiellement, de meilleurs moyens de protéger notre santé et notre environnement contre la pollution naturelle et anthropique. »
Source : U. Maryland
