Déserts : Grains de sable dans la machine

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DANS LES COULISSES DU CLIMAT
Episode 7 : Déserts : Grains de sable dans la machine

Commentaire voix off
Elles frappent les zones arides et semi-arides de la planète et sont à l'origine d'un phénomène presque invisible qui influence le climat. Les tempêtes qui balaient les déserts projettent dans l'atmosphères des particules capables de parcourir des milliers de kilomètres en toute discrétion. Dans l'atmosphère terrestre, les poussières désertiques sont ainsi les particules les plus présentes après le sel marin. Comment ces poussières interagissent-elles avec le rayonnement solaire ? Quel impact ont-elles sur la circulation atmosphérique mondiale ? Voici l'aventure scientifique qui a permis de reproduire une tempête du désert dans un laboratoire d'Ile-De-France.

(Générique)

Commentaire voix off
Etudier les particules de poussières dans l'atmosphère n'est pas une mince affaire. Des équipes françaises s'y sont pourtant essayé, lors de campagnes de terrain pour caractériser leurs propriétés physiques, chimiques et optiques. Sur des zones sources, comme l'Afrique Sahélienne, mais aussi le long de leurs trajets à travers les continents et au-dessus de la Méditerranée, ces scientifiques ont effectué des mesures au sol et dans les airs, grâce à des avions et des ballons. Les prélèvements issus de ces missions sont conservés au laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques, situé à Créteil, sous la surveillance de Claudia Di Biagio.

ITW Claudia Di Biagio :
« Le fait d'aller étudier les poussières à travers des campagnes de terrain nous a permis de collecter beaucoup de données, c'est assez précieux, pour caractériser les propriétés physico-chimiques et optiques de ces poussières. Mais surtout ces campagnes nous ont permis de mettre en évidence, en fait, qu'il y a une grosse variabilité dans les propriétés optiques qui caractérisent, en fait, la capacité de ces particules à absorber, diffuser des rayonnements atmosphériques solaires et infrarouges. Cette problématique, elle est assez claire quand on regarde les sols. Ici par exemple, on a quelques sols différents pris dans des régions du monde, Patagonie, Namibie, Tunisie et Chine, et on peut voir directement une illustration de ces problèmes en regardant la différence de couleur entre les sols. Cette différence de couleur c'est à associer à une différence de composition de ces sols, et donc la question c'est comment ces différents types de sources vont réagir, vont interagir avec les rayonnements. »

Commentaire voix off
Pour caractériser ces échantillons, Claudia et le physicien, Juan Cuesta, peuvent compter sur un puissant allié nommé CESAM. Cette enceinte en acier inoxydable de 4m3 est une chambre de simulation atmosphérique. Elle permet de reproduire à petite échelle une tempête de sable en laboratoire. Ce plateau vibrant simule le souffle du vent et permet de créer un aérosol à partir d'un échantillon, c'est-à-dire des poussières en suspension. A l'intérieur de la chambre de simulation, ce nuage est traversé par la lu mière d'un soleil artificiel. L'interaction des particules de poussière avec ces rayons, en particulier avec le rayonnement infrarouge, impossible à mesurer en condition contrôlée sans l'apport d'une telle installation, va produire un spectre, sorte de signature de cet échantillon de poussière.

ITW Claudia Di Biagio :
« Ici, par exemple, c'est pour une expérience faite avec un aérosol généré depuis un sol de Chine comparé à une expérience qu'on a fait avec un sol du Niger. Et on peut voir très clairement la différence dans la forme spectrale et dans l'intensité des spectres. Ces pics-là correspondent à l'absorption des poussières désertiques qui agissent donc, qui empêchent une partie du rayonnement infrarouge de s'échapper efficacement vers l'espace. C'est donc tous ces types d'effets-là qui se jouent le rôle des poussières désertiques en influençant le bilan radiatif et le climat. Les expériences qu'on a fait à CESAM, justement, elles nous ont permis à travers un numéro relativement limité des échantillons, mais choisis de façon à présenter la variabilité globale, de mettre en place, peut-être la première base de données des indices de réfraction représentant la variabilité des propriétés optiques des poussières à l'échelle globale. Et ces propriétés vont souvent ensuite nourrir les modèles climatiques mais vont aussi nourrir les algorithmes des restitutions satellitaires. »

Commentaire voix off
Ces spectres produits en laboratoire intéressent particulièrement Juan Cuesta qui étudie la composition de notre atmosphère. Grâce à ces signatures spectrales, il parvient à détecter l'empreinte laissée par les poussières sur les relevés satellitaires. En agrégeant les données, ce physicien a pu cartographier en 3 dimensions, l'évolution journalière de la distribution des poussières à l'échelle mondiale.

ITW Juan Cuesta :
« Ce que nous voyons ici, en marron, c'est la distribution tridimensionnelle de cette poussière. Comment elle est émise près des sources par exemple ici sahariennes, comment ensuite la chaleur du Sahara va la ramener vers le haut et va mélanger par turbulence jusqu'à 6, 7 km d'altitude, et ensuite elles seront transportées vers l'Ouest, au-dessus de l'Atlantique, pour arriver jusqu'à l'Amérique centrale. »

Commentaire voix off
Une fois projetées dans l'air, ces particules de poussières absorbent et diffusent le rayonnement solaire qui entre dans l'atmosphère, ainsi que le rayonnement infrarouge réémis par la surface terrestre. Elles filtrent ainsi une partie de ces rayons à la manière d'un bouclier ou d'un gaz à effet de serre. Elles transportent aussi des minéraux et des nutriments à travers le globe, fertilisant des zones comme l'Amazonie. Autant d'impacts sur la machine climatique que les chercheurs tentent de caractériser précisément, pour les inclure dans les modèles de climat.

ITW Juan Cuesta :
« Les travaux que nous faisons visent à, d'une part, étudier en détail les processus près de sources : pourquoi la poussière a été soulevée d'une manière ou d'une autre, et pourquoi une tempête de poussière au coeur du Sahara a soulevé autant de poussières, et ensuite comment ces poussières qui ont été soulevées, sont transportées par le vent à longue distance et combien il en reste le long du transport. »

Commentaire voix off
Elles agissent sur le rayonnement en provenance du soleil, la plus grande source d'énergie pour notre planète. Elles peuvent aggraver les conditions de vie des populations et atteindre parfois les glaciers des pôles. Elles modifient la circulation atmosphérique et le bilan énergétique terrestre et influencent ainsi les régimes de pluie et leurs répartitions. Et tout cela dans des proportions inconnues. Autant de raisons pour la science de poursuivre ces investigations autour de ces tempêtes de poussières aussi puissantes qu'imprévisibles.