L’organisation météorologique mondiale (WMO) a publié, le 20 novembre 2012, son bilan annuel sur l’évolution de la concentration des gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère. En 2011, un nouveau niveau record a été atteint, ce qui signifie que toutes les conférences internationales sur le réchauffement climatique ont échoué. Elles ne sont pas parvenues à infléchir la courbe de croissance de ces gaz. Le CO2 a atteint les 390,9 parties par million (ppm) en 2011, soit 40% de plus que les 280 ppm de l’ère pré-industrielle.

Ainsi, entre 1990 et 2011, le forçage radiatif a augmenté de 30% à cause du CO2 et des autres GES comme le méthane. Depuis le début de l’ère industrielle, au XIXe siècle, 375 milliards de tonnes de carbone ont été relâchées dans l’atmosphère, prioritairement par la combustion de combustibles fossiles. Environ la moitié de ce carbone reste dans l’atmosphère tandis que l’autre moitié a été absorbée par les océans et la biosphère terrestre.

“Ces milliards de tonnes de CO2 ajoutées dans l’atmosphère terrestre vont y rester pendant des siècles, contribuant au réchauffement de la planète avec des impacts sur tous les aspects de la vie sur Terre. Les émissions futures ne feront qu’aggraver la situation”, a commenté Michel Jarraud, secrétaire général de la WMO. Avant l’ère industrielle, la quantité de CO2 émise dans l’atmosphère était entièrement récupérée par les écosystèmes marin et terrestre. Aujourd’hui, cette captation n’atteint plus que 50% des émissions et rien ne permet de prédire que cette proportion va rester stable.

On peut se satisfaire d’une croissance qui n’accélère pas malgré l’augmentation de la population sur Terre et le développement de pays comme la Chine et l’Inde. Néanmoins, ce résultat est loin de permettre d’atteindre l’objectif d’une augmentation limitée à 2°C en 2100. Désormais, les projections, comme celle de l’étude commandée par la Banque mondiale, tablent plutôt sur 4°C. Sans certitude.

Ainsi, la température sur Terre, qui était de 13,9°C en moyenne au XXe siècle, a affiché en 2011, un écart de + 0,51°C, soit:

14,41 °C

Michel Alberganti

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Comme les milliards de particules qui peuplent l’air que nous respirons, surtout en ville, les suies émises par les moteurs diesel font particulièrement débat depuis que l’Organisation mondiale de la santé (OMS) les a classées comme cancérogènes certains pour l’homme (lire l’article de Gilles Bridier à ce sujet). L’une des difficultés pour appréhender ce type de pollution atmosphérique réside dans son caractère invisible et souvent inodore. Or, on le sait bien, ce que l’on ne voit pas est moins inquiétant que ce que l’on voit. Pourtant, ces particules, dangereuses pour la santé, jouent également un rôle dans le changement climatique. D’où l’intérêt de pouvoir mieux les observer. C’est justement le but des travaux publiés par le Centre pour le laser à électrons libres (CFEL) de Hambourg dans la revue Nature de cette semaine.

Laser à rayon X

“Pour la première fois, nous pouvons réellement voir la structure de particules individuelles flottant dans l’air, leur habitat naturel”, déclare Henry Chapman, un chercheur de l’Électron-synchrotron allemand (DESY), membre du CFEL. Pour y parvenir, les scientifiques ont dû trouver un moyen plus efficace que la lumière visible  ou les rayons X. Finalement, la solution a été apporté par le plus puissant laser à rayon X actuel, le LCLS, issu de l’accélérateur SLAC fondé par le ministère de l’énergie américain (DOE) à Stanford. De tels lasers utilisent les électrons libres, c’est à dire non liés à un atome, produits par un accélérateur de particules. Au LCLS, ces électrons émettent ensuite des photons ayant la longueur d’onde des rayons X. A Hambourg, un système similaire est en cours de construction, le XFEL, qui doit entrer en service en 2015. Il existe également un projet de ce type en France en collaboration avec le Synchrotron Soleil.

Particules de moins de 2,5 microns

La partie dans laquelle les électrons ondulent mesure de 3 à 4 km, ce qui fait du laser à électrons libres un instrument qui n’est pas vraiment portatif… Néanmoins, les chercheurs du CFEL sont parvenus à une première sur les particules de moins de 2,5 microns (millièmes de mm) qui correspondent à celles qui pénètrent dans nos poumons et qui arrivent en seconde position, après le CO2, parmi les acteurs du réchauffement climatique. Pour l’expérience, les chercheurs ont fabriqué eux-mêmes des particules de suie à partir d’un morceau de graphite et ils les ont dispersées, mélangées à du sel, dans un flux d’air. C’est cet aérosol qui a été intercepté par le rayon laser à électrons libres. L’interaction entre les pulsations du laser et les particules ont produit une diffraction de la lumière que les scientifiques ont enregistrée. A partir de ces motifs de diffraction, ils sont capables de reconstituer la structure de la particule qui les a engendrés.

“La structure des particules détermine comment elle disperse la lumière”, explique Andrew Martin, un autre signataire de l’étude travaillant au DESY. “Et ce phénomène explique comment l’énergie solaire est absorbée par l’atmosphère terrestre et joue ainsi un rôle majeur dans les modèles climatiques. De même, il existe de nombreux liens entre ces particules d’environ 2 microns et les effets négatifs sur la santé”, note le chercheur. Grâce au laser à électrons libres, la forme et la composition de particules individuelles ont pu être analysées. Cela pourrait permettre de mieux comprendre comment elles interfèrent avec les fonctions des cellules dans les poumons.

Dimension fractale importante

L’équipe du CFEL a ainsi analysé 174 particules dont elle a également mesuré la compacité en utilisant une propriété appelée “dimension fractale” et qui décrit comment un objet rempli l’espace. Les chercheurs ont été surpris par les valeurs obtenues, supérieures à ce qu’ils attendaient. La preuve d’une compacité importante. De même, la structure des particules s’est révélée étonnamment variable ce qui révèle un nombre important de déformations dans l’air.

Réchauffement climatique et suies de moteurs diesel

Ces travaux laissent entrevoir la possibilité de mieux visualiser l’évolution de la formation des suies dans un moteur diesel, par exemple, et même d’analyser les premières étapes de la formation des cristaux de glace dans les nuages. Ils pourraient affiner les modèles climatiques qui en ont besoin en matière d’interaction entre l’énergie solaire et l’atmosphère terrestre. Pour les constructeurs automobiles, de précieuses informations sur les fameuses suies émises par les moteurs diesel pourraient permettre d’en réduire la quantité ou d’en atténuer la dangerosité pour la santé humaine.

Michel Alberganti

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