Ces images brillantes montrent comment les chercheurs en Suisse utilisent des techniques de modification météorologique pour comprendre comment les cristaux de glace se forment dans les nuages, un facteur important et mal compris dans les modèles climatiques et météorologiques
Les chercheurs de CloudLab utilisent un ballon blanc géant pour hisser un appareil qui mesure les cristaux de glace haut dans l'air
Quelqu'un qui fait une promenade dans les collines enneigées près de la capitale suisse de Berne l'hiver dernier aurait été perplexe par un ballon blanc géant s'élevant dans les nuages basses. Près du sommet de la colline où le ballon était attaché, ils auraient trouvé un groupe de chercheurs lançant un drone, puis le pilotant au vent pour saupoudrer des cristaux de poudre d'argent dans le brouillard.
«Nous utilisons le nuage naturel comme laboratoire», explique Ulrike Lohmann chez Eth Zurich en Suisse, membre du groupe de recherche derrière la scène inhabituelle. Appelée CloudLab, le groupe a trouvé des moyens d'utiliser des méthodes de graine de nuages normalement utilisées pour stimuler la neige ou les précipitations pour mesurer la façon dont les cristaux de glace se forment dans les nuages avec une nouvelle précision.
Les collines enneigées autour de Berne, en Suisse, offrent un site idéal pour étudier comment les cristaux de glace se forment dans les nuages
Ces informations sont essentielles pour améliorer les modèles météorologiques et climatiques. La vitesse à laquelle les gouttelettes d'eau dans les nuages forment des cristaux de glace déterminent que les prévisions prédisent qu'un nuage commencera à neiger ou à pleuvoir. La glace dans les nuages est également une variable importante dans les modèles climatiques pour estimer la quantité de soleil qu'ils reflètent et donc combien ils refroidissent la planète. Mais le comportement exact de la glace dans les nuages reste une incertitude majeure.
Lohmann et ses collègues essaient d'obtenir de meilleures mesures depuis plus d'une décennie. Ils ont vu les cristaux de glace se développer dans des chambres de nuages de laboratoire, mais cela n'a pas la variabilité des turbulences et de la température trouvées dans un nuage réel. Ils ont pris des mesures sur les sommets des montagnes enroulées en nuage, mais ceux-ci ont été confondus en soufflant de la neige. Ils ont même attaché des instruments aux téléphériques dans les Alpes, seulement pour les voir fermer par le mauvais temps qu'ils essayaient d'étudier.
Les nuages de stratus bas se forment régulièrement au-dessus du plateau suisse comme «une sorte de chambre nuageuse dans le ciel»
«Ensuite, nous avons pensé, vous savez, nous pourrions être plus intelligents», explique Lohmann. «Nous avons cette strate faible persistante en Suisse.» Ces nuages frisés réguliers et célèbres se forment régulièrement au-dessus du plateau suisse, canalisés entre les montagnes du Jura au nord et les Alpes au sud. Les chercheurs ont réalisé que ces nuages leur permettraient d'effectuer le même type d'expériences contrôlées du laboratoire dans un nuage réel – une sorte de chambre de nuages dans le ciel. «Nous pouvons perturber le nuage d'une manière que nous voulons», explique Lohmann.
Fin 2022 et encore l'hiver suivant, les chercheurs se sont installés sur une colline près de la petite ville d'Eriswil, à l'est de Bern. Lorsque les conditions étaient correctes, ils ont volé un drone pour libérer une petite quantité de particules d'iodure d'argent dans le nuage. Ces particules agissent comme des graines autour desquelles les gouttelettes d'eau surfoncées commencent à faire pousser des cristaux de glace, devenant finalement suffisamment lourds pour tomber. Le but du ballon, à plusieurs kilomètres sous le vent du drone, était de hisser un dispositif pour enregistrer des images 3D des cristaux lorsqu'ils passaient pour distinguer différents types de croissance. Les instruments radar au sol ont également suivi le panache de glace au fur et à mesure de la fin du nuage.
Les chercheurs utilisent un drone pour saupoudrer des particules d'iodure d'argent dans des nuages pour semer les chutes de neige
Normalement, «Si vous mesurez des cristaux de glace dans un vrai nuage, vous ne savez jamais si le cristal de glace s'est formé là-bas ou si cela vient d'ailleurs», explique Lohmann. Cette approche a résolu ce problème, leur permettant de faire des mesures précises de la vitesse à laquelle les cristaux de glace se sont formés après que le drone ait libéré son argent.
Une conclusion clé de ces mesures est que les cristaux de glace en réalité peuvent se développer considérablement plus rapidement que les modèles météorologiques et climatiques actuellement, explique Lohmann. Cela pourrait expliquer les prévisions qui sous-estiment combien de temps un nuage pleuvra ou ne fera pas de neige. Cela pourrait également signifier que les modèles climatiques surestiment les effets de refroidissement de certains nuages, car les nuages avec plus de glace refléteront moins de soleil que les nuages avec plus d'eau liquide, dit-elle.
La taille et la forme des cristaux de glace changent à quel point les nuages de lumière du soleil se reflètent loin de la planète
Leurs mesures 3D de cristaux individuels ont également permis aux chercheurs de CloudLab de sonder les différentes manières de former des gouttelettes sur l'eau surfoncées dans différentes conditions, ce qui pourrait également avoir des implications pour l'effet que les nuages ont sur le climat. «Ils aimeraient être de la glace», explique Lohmann.
