Comment les installations industrielles influencent les chutes de neige – connaissances

Lorsque les habitants d’Oak Ridge, dans le Tennessee, se sont réveillés le 22 décembre 1960 et ont tiré les rideaux, ils ont constaté qu’il avait neigé. La neige semblait un peu plus fine que d’habitude, mais elle était par ailleurs tout à fait normale – contrairement à la zone où elle était tombée : la couverture neigeuse s’était étendue en forme d’entonnoir avec le vent venant du sud-ouest. Elle était nettement définie des deux côtés. Et là où l’entonnoir blanc convergeait, à 16 kilomètres de là, se trouvait l’installation K-25.

Cette usine de diffusion de gaz a enrichi de l’uranium pour le projet Manhattan, qui visait à construire la première bombe atomique au monde. Le système nécessitait 75 millions de litres d’eau par jour pour son refroidissement. Une quantité correspondante de vapeur d’eau s’est élevée des deux tours de refroidissement et a gelé en un nuage de neige au-dessus d’Oak Ridge.

C’était la première fois que des chutes de neige étaient associées à une telle installation industrielle. Depuis lors, des chutes de neige similaires ont été observées à maintes reprises, notamment en cas de brouillard épais, notamment en Allemagne : à proximité des autoroutes, des usines d’incinération des déchets et des brasseries munichoises (les flocons de ce qu’on appelle la neige à la bière auraient une légère odeur de malt). L’explication était évidente : les véhicules et les installations industrielles dégagent de la chaleur, expulsent de la vapeur d’eau et des particules de saleté et créent des turbulences dans l’air. Tout cela peut changer les nuages. Cependant, les données de mesure manquent jusqu’à présent pour enregistrer systématiquement le phénomène de « neige industrielle ».

Une équipe internationale en est responsable le physicien Velle Toll de l’Université de Tartu en Estonie maintenant rattrapé. Ils ont évalué les données satellite et identifié 67 sources de neige industrielle en Europe, en Amérique du Nord et en Asie, y compris les usines de papier, les cimenteries, les centrales électriques au charbon et les raffineries de pétrole, comme celles de la revue scientifique Science rapport.

Jusqu’à un centimètre et demi de « neige industrielle » par jour

La manière dont les nuages ​​se forment et le rôle que joue la pollution de l’air dans celle-ci sont donc considérés comme l’un des plus grands facteurs d’incertitude dans les projections climatiques. Une chose est sûre : les particules de poussière et de saleté, appelées aérosols, servent de noyaux de condensation aux nuages ​​dans l’air. Les gouttelettes s’accumulent autour d’eux. Un nuage de glace peut également se former à partir d’un nuage d’eau lorsque la température descend en dessous de zéro. Cependant, cela nécessite de l’énergie. La scientifique atmosphérique Ulrike Lohmann de l’ETH Zurich compare cela à une montagne qu’il faut surmonter. Une particule d’aérosol réduit cette barrière : une montagne devient une colline. “Pour initier la congélation, il faut un noyau de glace capable d’introduire de l’eau liquide dans la structure de la glace.”

Et ce noyau de glace doit être solide comme le sel marin, la poussière du Sahara ou le pollen des fleurs. Cependant, ils sont souvent rares dans les couches d’air frais. Et c’est ici qu’interviennent les ressources humaines : les centrales électriques à base d’acier, de ciment ou de charbon. Ceux-ci peuvent souffler suffisamment de métaux ou d’aérosols sulfates à travers leurs cheminées, qui conviennent également comme noyaux de glace.

L’équipe de Toll a étudié plus en détail cinq des sources d’aérosols ; elles sont situées au Canada et en Russie. Ils ont identifié près de 300 « événements de givrage » au cours des années 2000 à 2021. Sur cette base, ils ont reconstitué une séquence causale : les aérosols sont entrés dans les nuages, après quoi des cristaux de glace se sont formés et il est tombé de la neige – jusqu’à 15 millimètres par jour. La partie nuageuse affectée s’est ensuite relâchée sur une longueur parfois de plusieurs centaines de kilomètres et le rayonnement solaire y a augmenté. Ils ont observé ce phénomène surtout pendant les mois d’hiver.

Ces connaissances pourraient désormais permettre de mieux comprendre l’interaction entre les aérosols et les nuages ​​et de rendre les modèles climatiques plus précis. Mais il existe aussi un champ d’application pratique : certains nuages ​​refroidissent l’atmosphère, d’autres la réchauffent. Si vous inoculez à ces derniers de l’iodure d’argent pour qu’il pleuve – ou qu’il neige – cela peut amortir le réchauffement climatique. Les nuages ​​mélangés d’eau et de glace au-dessus des mers polaires, par exemple, conviennent à cet effet.

Une équipe dirigée par Diego Villanueva de l’Université de Leipzig a utilisé un modèle climatique pour simuler ce qui se passerait si la neige était enlevée en hiver. Le résultat est paru dans la revue en 2022 Lettres de recherche environnementale: La surface de la mer s’est moins réchauffée et la glace marine s’est à nouveau un peu élargie. “Cela aiderait un peu”, explique Lohmann, qui a participé aux deux études. Elle sait à quel point la géo-ingénierie est controversée, mais conseille de rechercher les méthodes afin de mieux évaluer les risques et de prendre une décision au pire.

Lohmann a déjà essayé la méthode. Au cours des trois derniers hivers, elle et son équipe ont lancé un drone équipé d’une torche à iodure d’argent sur le plateau suisse. Des appareils de mesure ont observé depuis le sol et depuis un ballon captif l’évolution des propriétés de la haute nébuleuse. «Nous avons même réussi une fois à dissiper partiellement un nuage», explique le chercheur en cloud. « Nous pouvions effectivement voir des cristaux de glace se former. »

Cependant, le processus qui conduit à la neige industrielle n’a pas encore été entièrement déchiffré. Une chose a irrité l’équipe de Velle Toll lors de l’analyse des données satellite : des nuages ​​de glace se sont également formés dans le panache d’échappement de cinq centrales nucléaires et il a neigé. Hormis la vapeur d’eau, ces centrales électriques n’émettent pratiquement aucun polluant atmosphérique. Par conséquent, d’autres processus sont susceptibles d’être impliqués dans la formation des nuages ​​​​de glace. Il est possible que les panaches d’air évacué s’élèvent et entraînent avec eux les aérosols provenant des couches proches du sol.

Dans le cas de l’usine de diffusion de gaz à Oak Ridge, la situation était similaire : beaucoup de vapeur d’eau, pratiquement aucun polluant atmosphérique. À l’époque, un employé d’une station météorologique locale soupçonnait que la source des carottes de glace provenait des émissions de poussière d’une usine de fer-manganèse située à environ 30 kilomètres de là. Les deux systèmes auraient alors assuré ensemble le « processus de formation artificielle de nuages ​​» et les « précipitations artificielles ».