Fig. 1 : Importance de la taille des particules et de la quantité de revêtement de particules de noir de carbone (BC). Panel a :La taille des particules et la concentration en nombre peuvent être différentes même si la quantité totale (masse) de BC est la même. Panneau b :La taille des particules et la quantité de revêtement déterminent l'efficacité d'absorption solaire du BC. De nombreuses particules BC sont émises sous forme de particules BC pures (particules BC sans revêtement). Les particules de BC sont progressivement recouvertes par d'autres espèces d'aérosols telles que les aérosols sulfatés et organiques par le biais de processus d'aérosols dans l'atmosphère (flèche). Ces processus d'aérosol améliorent l'efficacité d'absorption du BC jusqu'à un facteur 2. Crédit :Université de Nagoya
Des chercheurs japonais et américains ont développé un modèle avancé pour évaluer la capacité des particules de noir de carbone à absorber la lumière du soleil et à contribuer au réchauffement climatique. Le modèle a atteint une sensibilité plus élevée que celle obtenue par les modèles précédents car il a pris en compte à la fois la taille des particules et les états de mélange complexes du noir de carbone dans l'air. Ce modèle avancé aidera à évaluer l'efficacité de l'élimination du carbone noir de l'atmosphère pour supprimer le changement climatique.
Le carbone noir fait référence à de minuscules particules de carbone qui se forment lors de la combustion incomplète de carburants à base de carbone. Les particules de carbone noir absorbent la lumière du soleil, ils sont donc considérés comme contribuant au réchauffement climatique. Cependant, la contribution du noir de carbone au réchauffement de l'atmosphère terrestre est actuellement incertaine. Des modèles capables d'évaluer avec précision l'effet de réchauffement du carbone noir sur notre atmosphère sont nécessaires afin que nous puissions comprendre la contribution de ces minuscules particules de carbone au changement climatique. L'état de mélange des particules de noir de carbone et leur granulométrie influencent fortement leur capacité à absorber la lumière solaire, mais les modèles actuels ont de grandes incertitudes associées à la fois à la taille des particules et à l'état de mélange.
Des chercheurs des universités de Nagoya et de Cornell ont combiné leur expertise pour développer un modèle capable de prédire l'effet radiatif direct du noir de carbone avec une grande précision. L'équipe a réalisé un tel modèle en considérant différentes tailles de particules et états de mélange des particules de carbone noir dans l'air.
"La plupart des modèles d'aérosols utilisent un ou deux états de mélange de carbone noir, qui ne suffisent pas à décrire avec précision la diversité des états de mélange du noir de carbone dans l'air, " dit Hitoshi Matsui. " Notre modèle considère que les particules de carbone noir ont plusieurs états de mélange dans l'air. Par conséquent, nous pouvons modéliser la capacité des particules de carbone noir à chauffer l'air avec plus de précision que dans les estimations précédentes."
Fig 2. Une figure schématique montrant le traitement de la taille des particules et de la quantité de revêtement dans les simulations du modèle (panneau a) et les processus d'aérosol traités dans le modèle d'aérosol global (panneau b). Panel a :De nombreuses simulations de modèles ont été faites en changeant la taille des particules aux émissions (par exemple, "Petite taille" et "Grande taille"). La « méthode détaillée » peut simuler divers états de revêtement de particules de BC (BC pur, BC en couche mince, BC à couche épaisse, etc.). La "Méthode simple", qui est similaire à la méthode utilisée dans de nombreuses études de modélisation précédentes, ne peut pas résoudre suffisamment les différents états de revêtement des particules BC. Panel b :Processus des aérosols dans l'atmosphère (émissions, transport, transformation, et les processus de dépôt) et leur impact sur l'effet de chauffage du BC sont simulés dans le modèle d'aérosol global. Crédit :Université de Nagoya
Les chercheurs ont découvert que l'effet radiatif direct du noir de carbone prédit par leur modèle n'était très sensible à la distribution granulométrique que lorsque les états de mélange complexes du noir de carbone étaient correctement décrits.
Une sensibilité élevée a été obtenue par le modèle développé car il a calculé des facteurs tels que la durée de vie du noir de carbone dans l'atmosphère, la capacité du noir de carbone à absorber la lumière du soleil, et l'effet des matériaux recouvrant les particules de noir de carbone sur leur capacité à absorber la lumière du soleil de manière réaliste. Tous ces facteurs sont influencés par la taille des particules et l'état de mélange du noir de carbone.
Les résultats montrent que décrire correctement la taille des particules et l'état de mélange du noir de carbone est très important pour comprendre la contribution du noir de carbone au changement climatique.
Les résultats de l'équipe suggèrent que les interactions du noir de carbone avec les modèles atmosphériques et pluvieux sont susceptibles d'être plus complexes qu'on ne le pensait auparavant. Le modèle développé améliore notre capacité à estimer l'efficacité de l'élimination du carbone noir de l'atmosphère pour supprimer les futurs changements de température, qui devrait aider à orienter la recherche sur les stratégies d'atténuation du changement climatique.
Fig 3. Plages de l'effet de chauffage BC (moyenne globale). Les barres horizontales dans la "Méthode détaillée" et la "Méthode simple" montrent les plages d'effet de chauffage du BC lorsque la taille des particules d'émission est modifiée dans les limites de leur incertitude actuelle. La "Méthode détaillée" a une plage d'effet de chauffage BC 7 fois plus grande que la "Méthode simple" (0,24 W m-2 dans la "Méthode détaillée", 0,035 W m-2 dans "Méthode simple"). Les cercles dans les barres horizontales montrent les effets de chauffage du BC lorsque des tailles de particules moyennes sont utilisées pour les émissions. Crédit :Université de Nagoya
Fig 4. Ratio de l'effet de chauffage du BC entre les deux simulations avec les tailles de particules les plus petites et les plus grandes aux émissions. Le rapport a des valeurs plus élevées (est proche de 1) lorsque la taille des particules d'émission est importante (pas importante) pour l'estimation de l'effet de chauffage du BC. Crédit :Université de Nagoya
