L’hiver s’installe dans l’hémisphère nord et avec lui, des journées froides et nuageuses. Les nuages jouent un rôle vital dans l'environnement, fournissant de la pluie mais réfléchissant également la lumière du soleil avant qu'elle n'atteigne la surface de la Terre.
Mais entre 2003 et 2022, les nuages au-dessus de l’Atlantique Nord et du Pacifique Nord-Est sont devenus moins réfléchissants, permettant à davantage de lumière solaire d’atteindre la surface de l’océan et provoquant une augmentation de la température de la surface de la mer.
Mes collègues et moi avons récemment mené des recherches qui montrent que les efforts mondiaux visant à améliorer la qualité de l’air ont involontairement accéléré le réchauffement climatique en modifiant les nuages.
Si un air plus pur présente des avantages majeurs pour la santé, la diminution de la quantité de particules polluantes a également réduit l’effet rafraîchissant des nuages, accélérant ainsi le réchauffement climatique.
Diminution des nuages et hausse des températures
Notre étude s’est appuyée sur deux décennies de données satellitaires pour analyser les impacts des changements de pollution particulaire et du réchauffement climatique sur les nuages. Les données montrent que les nuages de basse altitude dans l’hémisphère nord se sont rapidement atténués depuis 2003.
En particulier, la réflectivité des nuages sur l’Atlantique Nord et le Pacifique Nord-Est a diminué de près de 3 % par décennie. Au cours de la même période, la température de la surface de la mer a augmenté d’environ 0,4 °C, intensifiant les vagues de chaleur marines qui ont endommagé les écosystèmes et les pêcheries.
Nous nous attendions à ce que le réchauffement climatique dû à l’augmentation des gaz à effet de serre entraîne une diminution des nuages bas au-dessus de l’océan. Cependant, les changements observés étaient trop importants pour être expliqués par ce processus ou par la variabilité naturelle du climat, ce qui indique une cause supplémentaire du réchauffement que de nombreux modèles climatiques ont sous-estimée.
Le facteur clé s’est avéré être les aérosols, de minuscules particules qui agissent comme des germes pour les gouttelettes nuageuses. Lorsqu’il y a moins d’aérosols, les nuages contiennent des gouttelettes moins nombreuses mais plus grosses. Ces gouttelettes réfléchissent moins la lumière du soleil et sont plus susceptibles de pleuvoir rapidement, produisant des nuages plus sombres et de courte durée. Ce processus affaiblit l’influence refroidissante des nuages bas sur les zones marines.
Cet effet provient de deux mécanismes connus : l'effet Twomey, où moins d'aérosols rendent les nuages moins réfléchissants, et l'effet Albrecht, où des gouttelettes plus grosses raccourcissent la durée de vie des nuages. Ensemble, ces changements réduisent la réflectivité globale de la planète.
Une atmosphère plus propre, une planète plus chaude
En fin de compte, notre étude révèle un paradoxe : un air plus pur profite à la santé humaine tout en révélant toute la force du réchauffement des gaz à effet de serre, qui a toujours été « masqué » par l’effet refroidissant de la pollution particulaire.
Les émissions de dioxyde de soufre (SO₂), principale source d'aérosols sulfatés, ont fortement diminué à mesure que les pays ont adopté des réglementations plus strictes sur la qualité de l'air. Les émissions de SO₂ de la Chine à elles seules ont diminué d'environ 16 millions de tonnes par décennie depuis 2003, avec des réductions similaires aux États-Unis et en Europe. Un air plus pur signifie moins de particules d’aérosol disponibles pour former des nuages brillants et réfléchissants.
Notre étude a montré une diminution de 5 à 10 % des concentrations de gouttelettes nuageuses, en particulier dans les régions où la luminosité des nuages a le plus diminué. La correspondance étroite entre la réduction des aérosols, la taille des gouttelettes plus grandes et l’atténuation des nuages a confirmé qu’un air plus pur était à l’origine du réchauffement régional.
Nous avons analysé 24 modèles du système terrestre et constaté que la plupart sous-estimaient l’ampleur et l’étendue des changements observés dans les nuages. Seuls les modèles qui représentaient avec précision la façon dont les aérosols affectent les nuages correspondaient aux observations du monde réel, mettant en évidence une faiblesse majeure de la modélisation.
Dans notre étude, nous avons séparé les effets de la réduction de la pollution atmosphérique particulaire des changements nuageux provoqués par le réchauffement général. Les résultats ont montré que la diminution des aérosols représentait 69 % de la perte de réflectivité des nuages, tandis que le réchauffement en expliquait 31 %. Nos simulations indiquent que les changements dans la durée de vie des nuages en réponse à la présence de gouttelettes plus grosses (l'effet Albrecht) se sont révélés plus influents sur le changement de la taille des gouttelettes du nuage lui-même (l'effet Twomey).
La luminosité réduite des nuages dans ces régions océaniques a ajouté environ 0,15 watts par mètre carré (W/m²) par décennie au déséquilibre énergétique mondial de la Terre, même si ces régions ne couvrent que 14 % de la surface de la planète. L'augmentation des niveaux mondiaux de CO₂ a ajouté environ 0,31 W/m² par décennie au cours de la même période, ce qui signifie qu'un air plus pur a produit près de la moitié du réchauffement supplémentaire que le CO₂ lui-même dans ces régions.
Cette constatation pose un défi politique : les améliorations de la qualité de l’air qui sauvent des vies suppriment également le bouclier de refroidissement qui masquait une partie importante du réchauffement des gaz à effet de serre. Étant donné que les émissions d’aérosols devraient continuer à diminuer jusqu’au milieu du siècle, ce « démasquage » pourrait continuer à contribuer à un réchauffement plus rapide pendant des décennies.
Importance d’une observation continue
Les satellites observant les nuages et les aérosols approchent de la fin de leur mission, avec une suppression progressive prévue en 2026. La surveillance par satellite à long terme s’est avérée essentielle pour révéler le lien entre un air plus pur, des nuages plus sombres et le réchauffement régional, et continuera d’être essentielle pour comprendre le réchauffement futur.
Nos résultats suggèrent que de nombreux modèles climatiques pourraient sous-estimer le réchauffement régional à court terme à mesure que la pollution atmosphérique par les particules diminue. L’amélioration de la représentation dans les modèles de la façon dont les aérosols affectent les nuages et la poursuite des observations mondiales seront essentielles pour des projections plus précises.
S’attaquer au paradoxe d’un air plus pur qui révèle des exigences cachées en matière de réchauffement intégrant la qualité de l’air et la politique climatique et accélérant la réduction des gaz à effet de serre – le seul moyen durable de refroidir la planète.
