Au cours de l'expédition de recherche MOSAiC, menée dans la banquise arctique entre 2019 et 2020, des scientifiques de l'EPFL ont observé une perturbation atmosphérique déclenchée par l'intrusion d'une masse d'air chaud très polluée. Une première étude approfondissant le phénomène et ses implications potentielles vient d'être publiée.

Les instruments météorologiques installés sur le brise-glace Polarstern ont enregistré un énorme bond de la température de l'air près de la surface, de -30,8°C à près de 0°C, entre le 14 et le 17 avril 2020. Il s'agissait d'une oscillation record qui n'avait jamais été observée dans le centre Océan Arctique dans la climatologie météorologique disponible, depuis 40 ans. Le brise-glace opérait dans le cadre de l'expédition MOSAiC, qui vise à mieux comprendre les moteurs du changement climatique accéléré dans l'Arctique et son impact sur la région. Au cours de l'expédition, des centaines d'instruments de recherche ont effectué des millions de mesures en temps réel, collectant des données sur les propriétés biologiques, chimiques et physiques du fond de l'océan jusqu'au plus profond des nuages.

L'une des scientifiques à bord du Polarstern était Julia Schmale, professeure assistante tenure track à l'EPFL et responsable du Laboratoire de recherche sur les environnements extrêmes (EERL) de l'EPFL, basé au centre de recherche ALPOLE de l'EPFL Valais Wallis. Avec un postdoc de l'EERL, Lubna Dada, et plusieurs collègues de MOSAiC, ils ont publié une étude dans Nature Communications fournir des informations importantes sur ce phénomène troublant.

Les données recueillies par les chercheurs montrent qu'une masse d'air chaud transportant de grandes quantités de polluants du nord de l'Eurasie avait pénétré dans les hautes latitudes. Leur étude est la première à révéler les propriétés chimiques et microphysiques de la matière particulaire emportée dans le centre de l'Arctique par une intrusion chaude, et à relier ces découvertes aux impacts climatiques sur la formation des nuages.

Des données surprenantes

"Nous savions déjà d'après les prévisions météorologiques qu'une masse d'air chaud arrivait", explique Schmale. "C'est un processus qui se produit régulièrement dans la région. Mais lorsque nous avons examiné les données de pollution que nous avons enregistrées, nous avons vu quelque chose que nous n'avions jamais vu auparavant." Schmale a donc vérifié fréquemment les lectures des instruments de mesure de l'air et a remarqué que ce n'était pas seulement l'augmentation de la température, mais de manière inattendue le nombre, la concentration en masse et le potentiel de formation de nuages ​​des particules advectées qui atteignaient des niveaux records. Ses collègues du Polarstern recueillaient des données tout aussi surprenantes sur la neige et la glace.

De retour à l'EPFL, Schmale a travaillé avec Dada, chimiste et physicien de l'atmosphère, pour analyser les données de l'événement. Dada, l'auteur principal de l'étude, a constaté que la concentration de pollution atmosphérique dans la masse d'air chaud dépassait les valeurs généralement mesurées à Zurich. Contrairement aux particules fines dans la ville suisse, la pollution atmosphérique de l'Arctique était beaucoup plus acide, due à l'acide sulfurique, et contenait moins de nitrate. "Il est troublant de voir de telles données dans une région où il n'y a pas d'industrie ni aucune autre source de pollution comparable", dit-elle. De plus, les analyses des données radar ont montré que les particules contribuaient à former des nuages ​​optiquement épais, qui agissent essentiellement comme une couverture opaque, amplifiant l'augmentation de la température plus près du sol. Cela peut avoir des implications importantes pour la fonte des glaces de mer plus tard dans la saison.

De l'Arctique aux latitudes moyennes

Un point clé de l'étude montre ainsi que des intrusions "sales" peuvent avoir un effet fort sur le bilan radiatif de l'atmosphère, alors que des intrusions "propres" se comporteraient différemment. En raison du changement climatique, les événements d'intrusion chaude, comme celui observé par les scientifiques de l'EPFL dans l'océan Arctique en avril 2020, sont devenus plus fréquents et plus durables. Cependant, on sait peu de choses sur la concentration de la pollution atmosphérique, car elle n'est pas prise en compte par les modèles météorologiques.

Le centre de l'Arctique en particulier est affecté par ce type d'événements et se réchauffe en même temps trois fois plus vite que le reste de la planète. Cela provoque une fonte des glaces polaires à un rythme sans précédent, avec des conséquences imprévisibles sur les écosystèmes et la dynamique atmosphérique qui affectent également les latitudes moyennes. + Explorer plus loin

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