L’océan Austral est réputé pour avoir l’air le plus pur de la planète. Mais les raisons précises de cette situation sont restées un mystère jusqu'à présent.

Il y a bien plus que le simple manque d’activité humaine. Oui, il y a moins de gens là-bas qui utilisent des produits chimiques industriels et brûlent des combustibles fossiles. Mais il existe également des sources naturelles de particules fines, comme le sel provenant des embruns marins ou la poussière soulevée par le vent.

Quelle que soit leur origine, les fines particules solides ou les gouttelettes liquides en suspension dans l'air sont appelées « aérosols ». Nous considérons que l'air pur contient de faibles niveaux d'aérosols, sans faire de distinction entre les sources naturelles ou industrielles.

Nos recherches récentes, publiées dans npj Climate and Atmospheric Science , a découvert que les nuages ​​et la pluie jouent un rôle crucial dans la purification de l'atmosphère.

Comprendre le rôle des nuages ​​et de la pluie

Les niveaux d’aérosols au-dessus de l’océan Austral sont influencés par une série de facteurs. Ceux-ci incluent la quantité de brouillard salin et la variation saisonnière de la croissance de minuscules organismes végétaux appelés phytoplancton, qui sont une source de particules de sulfate en suspension dans l'air.

Moins de sulfates sont produits en hiver, période où l'air au-dessus de l'océan Austral est le plus pur.

Mais ce n’est pas toute l’histoire. L’océan Austral est également l’endroit le plus nuageux de la planète. Il connaît des averses de courte durée et sporadiques comme nulle part ailleurs. Nous voulions comprendre le rôle des nuages ​​et de la pluie dans la purification de l'air.

Le plus grand obstacle à la compréhension de ces processus a toujours été le manque d'observations de haute qualité des nuages, des précipitations et des aérosols dans cette région du monde mal observée.

Heureusement, une nouvelle génération de satellites nous permet d’étudier les images des nuages ​​avec des détails sans précédent. Nous avons développé un programme informatique pour reconnaître différentes configurations nuageuses sur une vaste zone de l'océan Austral.

En particulier, nous recherchions des motifs distinctifs en forme de nid d'abeilles dans le champ nuageux. Ces nuages ​​en forme de nid d'abeilles présentent un grand intérêt car ils jouent un rôle majeur dans la régulation du climat.

Lorsque la cellule en nid d'abeille est remplie de nuages ​​ou « fermée », elle est plus blanche et plus lumineuse, réfléchissant davantage de lumière solaire vers l'espace. Ces nuages ​​aident donc à garder la Terre au frais.

En revanche, les cellules en nid d'abeilles vides ou « ouvertes » laissent entrer plus de lumière solaire.

Ces subtilités restent une source d'erreur dans la modélisation du climat terrestre car elles ne sont pas correctement prises en compte. Il est important d'obtenir le bon équilibre entre les cellules ouvertes et fermées, sinon les résultats peuvent être très mauvais.

Le fait que les cellules en nid d'abeilles soient ouvertes ou fermées est également lié à la quantité de pluie qu'elles peuvent produire.

Les cellules sont suffisamment grandes pour être vues depuis l’espace, avec un diamètre d’environ 40 à 60 km. Nous pouvons donc les étudier à l'aide d'images satellite.

Nos recherches arrivent à point nommé étant donné le lancement ce mois-ci d'une expérience sur les nuages ​​et les précipitations à Kennaook/Cape Grim en Tasmanie. Il vise à obtenir des données à plus haute résolution sur les nuages, la pluie et la lumière du soleil.

Éliminer les aérosols du ciel

Nous avons comparé les modèles de nuages ​​en nid d'abeilles avec les mesures d'aérosols de l'observatoire de Kennaook/Cape Grim ainsi qu'avec les observations de précipitations du Bureau de météorologie provenant d'un pluviomètre voisin.

Nos résultats ont montré que les jours où l’air était le plus pur étaient associés à la présence de nuages ​​​​en nid d’abeille ouverts. Nous pensons que cela est dû au fait que ces nuages ​​génèrent des averses de pluie sporadiques mais intenses, qui semblent « laver » les particules d'aérosol de l'air.

C'est quelque peu contre-intuitif, mais il s'avère que les cellules ouvertes contiennent plus d'humidité et produisent plus de pluie que les cellules fermées blanches et pelucheuses remplies de nuages. Nous avons découvert que les nuages ​​​​en nid d'abeille ouverts produisent six fois plus de pluie que les nuages ​​​​fermés.

Ainsi, ce qui semble être un temps moins nuageux vu par satellite déclenche en fait les averses de pluie les plus efficaces pour éliminer les aérosols. Alors que le motif en nid d'abeille rempli ou fermé, qui semble plus trouble, est moins efficace. C'était l'un des aspects les plus surprenants de nos découvertes.

Nous avons constaté que les nids d'abeilles vides sont beaucoup plus courants pendant les mois d'hiver, lorsque l'air est le plus pur.

Nous voulions également savoir à quoi ressemblent les champs de nuages. Notre analyse suggère que des systèmes météorologiques à grande échelle contrôlent la configuration du champ nuageux. À mesure que des tempêtes indisciplinées traversent l'océan Austral, elles produisent ces cellules ouvertes et fermées.

De l'air frais et de meilleurs modèles climatiques

Nos recherches ont ajouté une nouvelle pièce au puzzle expliquant pourquoi l'océan Austral possède l'air le plus pur au monde. Les précipitations sont la clé, en particulier celles provenant de ces nuages ​​​​clairs et ouverts de type nid d'abeilles. Nous avons été les premiers à découvrir qu'ils sont véritablement responsables du nettoyage de tout l'air circulant au-dessus de l'océan Austral.

Ces motifs en nid d'abeilles se retrouvent également dans les régions de l'Atlantique Nord et du Pacifique Nord en hiver. Nos travaux aideront donc également à expliquer comment ces nuages ​​éliminent les aérosols, notamment la poussière et la pollution, à ces endroits. Et nos résultats contribueront à améliorer les modèles climatiques, permettant ainsi des prévisions plus précises.

La pluie élimine les aérosols du ciel de la même manière qu'une machine à laver nettoie les vêtements.

Une fois le front froid passé, l’air est pur. Si vous hivernez sur la côte sud de l'Australie, vous pourrez profiter des bienfaits de cet air frais provenant de l'océan Austral.

Nous tenons à reconnaître les précieuses contributions du CSIRO, de l'ANSTO et du Bureau de météorologie à cette recherche.