Rayons cosmiques et formation des nuages

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Les premiers résultats de l'expérience CLOUD menée au Cern, publiés aujourd'hui par Nature, apportent enfin des éléments précis sur l'impact des rayons cosmiques sur la formation des aérosols - de potentielles 'graines' de nuages. Un élément clef pour le climat.

CLOUD est une expérience inédite au Cern, le grand laboratoire européen de physique: elle ne s’intéresse pas aux particules subatomiques mais à un autre genre de particules, appelées aérosols, qui peuplent notre atmosphère et qui jouent un rôle important mais complexe dans le climat.

L’objectif de CLOUD est de mieux comprendre les liens entre le rayonnement cosmique qui bombarde la Terre et la formation des aérosols, à partir des desquels peuvent se constituer des nuages. Si une partie des aérosols est directement émise par des processus naturels ou par des activités humaines, une autre partie se forme à partir de certains gaz dans l’atmosphère : on appelle ce processus la nucléation. L’enjeu de CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) est de quantifier plus précisément cette chimie atmosphérique pour améliorer les modèles climatiques.
Quantification précise

Les premiers résultats de cette expérience inédite sont publiés aujourd’hui dans la revue Nature. L’équipe internationale dirigée par le physicien Jasper Kirkby (Cern) quantifie pour la première fois avec précision le taux de nucléation des aérosols grâce à des conditions expérimentales entièrement contrôlées dans une chambre d’acier de 3 mètres de diamètre. Un air ultra pur contenant les ingrédients de base de cette nucléation (acide sulfurique, vapeur d’eau, ammoniac) était soumis à un faisceau de protons produit par l’accélérateur du Cern.
Les rayons cosmiques sont en effet des faisceaux de particules de haute énergie produits dans la galaxie par des supernovae (explosions d’étoiles en fin de vie). Lorsqu’ils atteignent l’atmosphère terrestre ils provoquent une ionisation (les atomes ou les molécules acquièrent une charge électrique). On soupçonne ce rayonnement de stimuler la nucléation des aérosols et donc d’avoir un effet sur la formation des nuages.

«Les précédentes expériences qui ont été menées ne donnaient pas un taux très précis de nucléation, la marge d'incertitude était très grande», explique Paolo Laj, spécialiste des aérosols atmosphériques au Laboratoire de glaciologie et de géophysique de Grenoble (LGGE, CNRS). «CLOUD donne un taux de nucléation d’une grande précision, y compris en présence d’ions, ce dont on ne disposait pas jusque là».

Kirkby et ses collègues ont observé que les ions augmentent le taux de nucléation des aérosols. Cependant, cet impact est plus fort à 15 km d’altitude que dans les couches basses de l’atmosphère. A environ un kilomètre de la surface de la Terre, les trois composants habituels de la nucléation ne suffisent pas pour produire la quantité d’aérosols observée dans le monde réel, expliquent les chercheurs. Même la présence d’ions ne rétablit pas la balance. D’autres éléments entrent donc en jeu, notamment des composants organiques capables de stabiliser la nucléation. Quantifier le rôle de ces ‘contaminants’, d’origine naturelle ou anthropique, est le prochain travail de l’expérience CLOUD, précisent les chercheurs.
Controverse sur rayons cosmiques et nuages

Ces résultats étaient très attendus par les scientifiques car l’effet des rayons cosmiques sur la formation des nuages est l’objet d’un vif débat entre scientifiques. D’après l’hypothèse du Danois Henrik Svensmark (Institut national spatial de Copenhague), la couverture nuageuse est liée à l’intensité du rayonnement cosmique, qui lui-même dépend de l’activité solaire (le champ magnétique solaire protégeant la terre des rayons cosmiques).

Les résultats de CLOUD ne permettent pas de tirer des conclusions sur la formation des nuages, l’expérience n’observant que la nucléation des aérosols. «Rien ne dit que dans l’atmosphère la majeure partie de la nucléation vienne de la présence d’ions, analyse de son côté Paolo Laj. S’ajoute ensuite le problème de l’évolution de ces particules pendant plusieurs jours». La nucléation n’est qu’une étape dans le processus de condensation qui permet la formation de gouttelettes puis de nuages. La création de particules plus grosses, et peut-être de véritables nuages dans la chambre de CLOUD, est pour plus tard.

http://www.sciencesetavenir.fr/actualite/fondamental/20110825.OBS9120/rayons-cosmiques-et-formation-des-nuages-les-brumes-se-dissipent.html