PARTICULES ATMOSPHÉRIQUES

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Particules atmosphériques et climat

Contrairement aux gaz à effet de serre dont les implications dans le réchauffement climatique sont désormais bien cernées, les particules atmosphériques jouent un rôle ambivalent. Même si leurs effets sur le climat dépendent de leurs propriétés physico-chimiques, il est maintenant bien établi que ces particules jouent un rôle majeur dans l’évolution du climat. Cependant, du fait du caractère complexe et parfois indirect des phénomènes mis en jeu, l’ampleur de ces effets fait toujours l’objet de très nombreux travaux de recherche.

Pour comparer les effets des composants de l’atmosphère sur le changement climatique, on utilise le concept de forçage radiatif. Exprimée en watts par mètre carré (W/m2), cette grandeur correspond à la différence entre l’énergie radiative reçue par un système climatique et celle qu’il réémet. Un forçage positif induit un réchauffement de l’atmosphère, tandis qu’un forçage négatif induit un refroidissement. Si les gaz à effet de serre provoquent un forçage positif en absorbant le rayonnement infrarouge tellurique (émis par la Terre), la plupart des particules entraînent globalement un forçage négatif. Certains auteurs avancent ainsi qu’un impact globalement refroidissant des particules pourrait compenser en partie le réchauffement de l’atmosphère par les gaz à effet de serre.

Les particules atmosphériques affectent le climat à travers deux effets, l’un direct et l’autre indirect. Ces impacts sont estimés entre – 0,1 W/m2 et – 0,9 W/m2 pour l’effet direct et entre – 0,22 W/m2 et – 1,85 W/m2 pour l’effet indirect.

L’impact climatique direct

L’impact direct correspond à la diffusion et à l’absorption du rayonnement solaire et terrestre par les particules. La diffusion dévie les radiations dans toutes les directions et diminue donc la quantité de rayonnement reçue à la surface de la Terre en en renvoyant une partie vers l’espace. Les particules diffusent fortement le rayonnement de longueur d’onde proche de leur taille. Ce forçage est donc très important pour les particules de quelques centaines de nanomètres de diamètre qui sont capables de diffuser le rayonnement solaire (entre 300 et 700 nm). L’absorption, quant à elle, convertit le rayonnement reçu en chaleur et induit un réchauffement local autour de la particule.

En fonction de l’importance relative de ses propriétés de diffusion et d’absorption, un aérosol aura un effet direct refroidissant ou réchauffant l’atmosphère. Ces propriétés sont intimement liées à sa composition chimique. Ainsi, les aérosols de nature diffusante, tels que les aérosols sulfates ou organiques, ont tendance à refroidir l’atmosphère. Au contraire, les aérosols composés de carbone suie, très absorbants, peuvent induire un réchauffement des basses couches de l’atmosphère. Toutefois, il est commun que les particules de suie soient rapidement recouvertes de matière organique par le processus de condensation lors de leur transport dans l’atmosphère, modifiant ainsi leur capacité d’absorption. Par ailleurs, certains aérosols organiques absorbent significativement le rayonnement visible.

Les impacts climatiques indirects

À travers leur capacité à absorber l’eau, les particules peuvent agir comme noyaux de condensation dans la formation des gouttelettes nuageuses. Cette capacité dépend de différents paramètres : les conditions locales (température de l’atmosphère, humidité relative…), les propriétés chimiques et physiques des particules. On parle alors de propriétés hygroscopiques pour qualifier leur affinité physico-chimique avec l’eau. Ainsi, les sels inorganiques composant les sels de mer ou encore les particules sulfatées constituent de très bons noyaux de condensation, car ils ont un caractère hydrophile, à l’inverse des suies ou de certains composés organiques.

L’un des impacts climatiques indirects des aérosols est lié à l’augmentation de la concentration en nombre des particules modifiant les propriétés des nuages. Pour une quantité d’eau donnée disponible dans un nuage, plus le nombre de particules pouvant servir de noyaux de condensation augmente, plus le nombre de gouttelettes est important et plus leur taille est faible, ce qui engendre une modification de la diffusion du rayonnement solaire vers l’espace. Ce processus conduit donc à un refroidissement de l’atmosphère. On appelle ce phénomène « effet Twomey », du nom du physicien irlandais Sean Twom [...]

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Particules atmosphériques

Particules atmosphériques
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Différents types de particules atmosphériques

Différents types de particules atmosphériques
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Pollution dans la vallée de l’Arve

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Écrit par :

  • : professeure, université Paris-Diderot
  • : professeur des Universités, professeur de chimie de l'atmosphère et physique de l'environnement, université Paris-Est Créteil Val-de-Marne, Institut Pierre-Simon-Laplace

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Pour citer l’article

Karine DESBOEUFS, Jean-François DOUSSIN, « PARTICULES ATMOSPHÉRIQUES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-atmospheriques/