Le physicien danois Henrik Svensmark dirige depuis 2004 le groupe de recherche soleil-climat au sein du Centre national danois de l’espace (DNSC, Copenhague). En 1997, il a formulé l’hypothèse que le soleil possède un effet indirect important sur le climat, à travers la modulation du rayonnement cosmique d’origine galactique et de ses conséquences sur la nébulosité de basse couche. Il revient dans cet entretien sur ces travaux et sur sa toute récente publication concernant cette hypothèse.
Pouvez-vous rappeler votre hypothèse centrale sur la nébulosité ?
Depuis des années, il existe de nombreux travaux sur un lien apparent entre l’activité solaire et le climat. Voici 10 ans, avec Eigil Friis-Christensen, j’ai suggéré que ce lien pourrait opérer à travers l’influence des rayons cosmiques sur la nébulosité terrestre. J’ai trouvé de bonnes corrélations entre les mesures de ce rayonnement d’origine galactique et la couverture nuageuse telle qu’elle est observée par les satellites.
Quel était le but de votre récente recherche ?
Le problème était qu’aucun mécanisme connu ne parvenait à expliquer ce lien entre nébulosité et rayon cosmique – et dès lors, beaucoup ont rejeté cette possibilité. Cependant, il est devenu clair que cette idée peut être testée expérimentalement. Comme vous le savez sans doute, il reste bien des incertitudes sur la formation des nuages, en particulier sur la manière dont les petits aérosols deviennent les composants des noyaux de condensation des nuages (CCN), autour desquels la vapeur d’eau se condense. L’hypothèse est que le processus est favorisé par la présence d’ions, et c’est que nous avons testé.
En quoi a consisté l’expérimentation ?
Cette expérience appelée SKY (nuage en danois) s’est tenue dans une chambre de réaction de 7 m3 contenant un mélange de gaz, dans des conditions de simulation réaliste de la basse troposphère terrestre. Des lampes simulaient l’irradiance spectrale du soleil, notamment l’UV qui lance le processus photochimique de formation de l’acide sulfurique. Lorsque cette atmosphère a été bombardée par des rayonnements cosmiques, les instruments ont enregistré l’ensemble des réactions chimiques. Les données ont montré que les électrons libérés par le rayonnement agissent comme des catalyseurs, accélérant de manière significative la formation de groupes stables de molécules d’eau et d’acide sulfurique, c’est-à-dire les ingrédients des CCN à l’œuvre dans la formation des nuages (schéma). L’utilisation de deux électrodes à des points opposés de la chambre a permis de confirmer le rôle central des électrons et, surtout, la vitesse étonnante à laquelle les réactions se tiennent : il suffit d’une seconde pour voir se former les premiers noyaux de condensation, là où les estimations théoriques étaient de 80 secondes.
Quelles sont les conséquences pour l’étude du climat ?
Cela signifie que les nuages ne sont pas seulement la résultante du climat, mais que le climat est aussi la résultante des nuages. Au cours du XXe siècle, le champ magnétique solaire a plus que doublé, réduisant d’autant la pénétration du rayonnement cosmique. La conséquence sur la nébulosité, notamment en basse couche, peut expliquer une partie des variations climatiques observées.
Références
Svensmark H., Eigil Friis-Christensen (1997), Variation of Cosmic Ray Flux and Global Cloud Coverage - a Missing Link in Solar-Climate Relationships, J. Atmosph. Solar-Terrestr. Phys., 59 ,11, 1225-1232.
Svensmark H. (1998), Influence of Cosmic Rays on Earth's Climate, Physic. Rev. Lett., 81, 22,. 5027-5030
Svensmark H. (2007), Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions, Proc. Roy. Soc. A, 463, 2078, 1364-5021
Certains de ces textes sont disponibles sur cette page d’Henrik Svensmark
A signaler
Henrik Svensmark vient de publier avec Nigel Calder un ouvrage de vulgarisation de sa théorie :
Svensmark H., N. Calder (2007), The Chilling Stars. A New Theory of Climate Change, Icon Books. Disponible sur Amazon
Quelques explications rapides
Les nuages se forment par condensation de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère. Pour que cette condensation opère, outre le refroidissement de la parcelle d’air, il faut la présence de petites particules (aérosols), un peu comme la buée se forme sur une surface froide. L’expérience décrite par H. Svensmark explique comment de tels noyaux de condensation (CN) se forment plus aisément e présence d’une ionisation moléculaire induite par le rayonnement cosmique d’origine galactique (RCG). Il est à noter que ce ne sont pas directement des noyaux de condensation de nuages (CCN) dont la taille critique est supérieure (environ 60 à 90 nm de diamètre) aux CN mis en évidence par l’expérience SKY (schéma ci-dessous). Néanmoins, il s’agit d’une étape importante dans l’établissement du lien entre rayonnement cosmique et nébulosité. Une analyse plus approfondie est en cours au CERN, dans le cadre du projet Cosmics Leaving Outdoor Droplets – CLOUD dont les premiers résultats devraient paraître d’ici 2010.
L’hypothèse du lien entre rayons cosmiques et nébulosité a encore un long chemin devant elle, puisqu’il faut montrer l’association avec des CCN, l’effet relatif de ces CCN sur la nébulosité (par rapport aux autres aérosols naturels ou anthropiques déjà présents dans l’atmosphère), la valeur en forçage de ce phénomène (c’est-à-dire, selon le niveau de formation des nuages et leur profondeur optique, le bilan radiatif entre l’effet albedo de réflexion du rayonnement incident et l’effet de serre d’absorption et d’émission de l’infra-rouge lointain). Plusieurs travaux suggèrent que le rayonnement cosmique est un « chaînon manquant » des sciences climatiques (voir notamment sur ce site la présentation des travaux de Nir Shaviv).
L’importance de ces recherches est évidente pour comprendre le réchauffement climatique actuel. En effet, l’irradiance totale du soleil est en hausse depuis deux siècles, et a connu ses plus fortes valeurs au cours de la seconde partie du XXe siècle. Outre l’effet direct sur le climat, ce rayonnement solaire et le champ magnétique interplanétaire induit font écran à l’entrée du rayonnement cosmique dans l’atmosphère. Donc à la formation de nuages dans l’hypothèse Svensmark. En moyenne, sur les 342 W/m2 de rayonnement solaire incident au sommet de l’atmosphère, environ 100 W/m2 sont réfléchis vers l’espace par l’albedo des nuages. On comprend qu’une petite variation suffit à avoir de grands effets (en comparaison, le forçage de l’ensemble des gaz à effet de serre accumulés dans l’atmosphère depuis la révolution industrielle s’élève à 2,4 W/m2).
Depuis une dizaine d’années, les hypothèses de Svensmark et al. sont accueillies assez froidement par une partie de l’establishment scientifique, qui en tient pour le confortable carbocentrisme des modèles actuels, faisant la part belle aux gaz à effet de serre, mais modélisant très mal en revanche les effets directs et indirects du soleil sur le climat. Plusieurs dizaines de travaux ont été publiés autour de l’hypothèse Svensmark, dont tous n’ont d’ailleurs pas retrouvé les corrélations entre nébulosité et RCG. La fiabilité assez médiocre des enregistrements (pour la nébulosité, mais aussi pour les RCG à haute énergie) explique une partie de ces controverses.
Quoi qu’il en soit, la science est un processus ouvert, et le climat terrestre n’a certainement livré tous ses secrets.
Pouvez-vous rappeler votre hypothèse centrale sur la nébulosité ?Depuis des années, il existe de nombreux travaux sur un lien apparent entre l’activité solaire et le climat. Voici 10 ans, avec Eigil Friis-Christensen, j’ai suggéré que ce lien pourrait opérer à travers l’influence des rayons cosmiques sur la nébulosité terrestre. J’ai trouvé de bonnes corrélations entre les mesures de ce rayonnement d’origine galactique et la couverture nuageuse telle qu’elle est observée par les satellites.
Quel était le but de votre récente recherche ?
Le problème était qu’aucun mécanisme connu ne parvenait à expliquer ce lien entre nébulosité et rayon cosmique – et dès lors, beaucoup ont rejeté cette possibilité. Cependant, il est devenu clair que cette idée peut être testée expérimentalement. Comme vous le savez sans doute, il reste bien des incertitudes sur la formation des nuages, en particulier sur la manière dont les petits aérosols deviennent les composants des noyaux de condensation des nuages (CCN), autour desquels la vapeur d’eau se condense. L’hypothèse est que le processus est favorisé par la présence d’ions, et c’est que nous avons testé.
En quoi a consisté l’expérimentation ?
Cette expérience appelée SKY (nuage en danois) s’est tenue dans une chambre de réaction de 7 m3 contenant un mélange de gaz, dans des conditions de simulation réaliste de la basse troposphère terrestre. Des lampes simulaient l’irradiance spectrale du soleil, notamment l’UV qui lance le processus photochimique de formation de l’acide sulfurique. Lorsque cette atmosphère a été bombardée par des rayonnements cosmiques, les instruments ont enregistré l’ensemble des réactions chimiques. Les données ont montré que les électrons libérés par le rayonnement agissent comme des catalyseurs, accélérant de manière significative la formation de groupes stables de molécules d’eau et d’acide sulfurique, c’est-à-dire les ingrédients des CCN à l’œuvre dans la formation des nuages (schéma). L’utilisation de deux électrodes à des points opposés de la chambre a permis de confirmer le rôle central des électrons et, surtout, la vitesse étonnante à laquelle les réactions se tiennent : il suffit d’une seconde pour voir se former les premiers noyaux de condensation, là où les estimations théoriques étaient de 80 secondes.
Quelles sont les conséquences pour l’étude du climat ?
Cela signifie que les nuages ne sont pas seulement la résultante du climat, mais que le climat est aussi la résultante des nuages. Au cours du XXe siècle, le champ magnétique solaire a plus que doublé, réduisant d’autant la pénétration du rayonnement cosmique. La conséquence sur la nébulosité, notamment en basse couche, peut expliquer une partie des variations climatiques observées.
Références
Svensmark H., Eigil Friis-Christensen (1997), Variation of Cosmic Ray Flux and Global Cloud Coverage - a Missing Link in Solar-Climate Relationships, J. Atmosph. Solar-Terrestr. Phys., 59 ,11, 1225-1232.
Svensmark H. (1998), Influence of Cosmic Rays on Earth's Climate, Physic. Rev. Lett., 81, 22,. 5027-5030
Svensmark H. (2007), Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions, Proc. Roy. Soc. A, 463, 2078, 1364-5021
Certains de ces textes sont disponibles sur cette page d’Henrik Svensmark
A signaler
Henrik Svensmark vient de publier avec Nigel Calder un ouvrage de vulgarisation de sa théorie :
Svensmark H., N. Calder (2007), The Chilling Stars. A New Theory of Climate Change, Icon Books. Disponible sur Amazon
Quelques explications rapides
Les nuages se forment par condensation de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère. Pour que cette condensation opère, outre le refroidissement de la parcelle d’air, il faut la présence de petites particules (aérosols), un peu comme la buée se forme sur une surface froide. L’expérience décrite par H. Svensmark explique comment de tels noyaux de condensation (CN) se forment plus aisément e présence d’une ionisation moléculaire induite par le rayonnement cosmique d’origine galactique (RCG). Il est à noter que ce ne sont pas directement des noyaux de condensation de nuages (CCN) dont la taille critique est supérieure (environ 60 à 90 nm de diamètre) aux CN mis en évidence par l’expérience SKY (schéma ci-dessous). Néanmoins, il s’agit d’une étape importante dans l’établissement du lien entre rayonnement cosmique et nébulosité. Une analyse plus approfondie est en cours au CERN, dans le cadre du projet Cosmics Leaving Outdoor Droplets – CLOUD dont les premiers résultats devraient paraître d’ici 2010.
L’hypothèse du lien entre rayons cosmiques et nébulosité a encore un long chemin devant elle, puisqu’il faut montrer l’association avec des CCN, l’effet relatif de ces CCN sur la nébulosité (par rapport aux autres aérosols naturels ou anthropiques déjà présents dans l’atmosphère), la valeur en forçage de ce phénomène (c’est-à-dire, selon le niveau de formation des nuages et leur profondeur optique, le bilan radiatif entre l’effet albedo de réflexion du rayonnement incident et l’effet de serre d’absorption et d’émission de l’infra-rouge lointain). Plusieurs travaux suggèrent que le rayonnement cosmique est un « chaînon manquant » des sciences climatiques (voir notamment sur ce site la présentation des travaux de Nir Shaviv).
L’importance de ces recherches est évidente pour comprendre le réchauffement climatique actuel. En effet, l’irradiance totale du soleil est en hausse depuis deux siècles, et a connu ses plus fortes valeurs au cours de la seconde partie du XXe siècle. Outre l’effet direct sur le climat, ce rayonnement solaire et le champ magnétique interplanétaire induit font écran à l’entrée du rayonnement cosmique dans l’atmosphère. Donc à la formation de nuages dans l’hypothèse Svensmark. En moyenne, sur les 342 W/m2 de rayonnement solaire incident au sommet de l’atmosphère, environ 100 W/m2 sont réfléchis vers l’espace par l’albedo des nuages. On comprend qu’une petite variation suffit à avoir de grands effets (en comparaison, le forçage de l’ensemble des gaz à effet de serre accumulés dans l’atmosphère depuis la révolution industrielle s’élève à 2,4 W/m2).
Depuis une dizaine d’années, les hypothèses de Svensmark et al. sont accueillies assez froidement par une partie de l’establishment scientifique, qui en tient pour le confortable carbocentrisme des modèles actuels, faisant la part belle aux gaz à effet de serre, mais modélisant très mal en revanche les effets directs et indirects du soleil sur le climat. Plusieurs dizaines de travaux ont été publiés autour de l’hypothèse Svensmark, dont tous n’ont d’ailleurs pas retrouvé les corrélations entre nébulosité et RCG. La fiabilité assez médiocre des enregistrements (pour la nébulosité, mais aussi pour les RCG à haute énergie) explique une partie de ces controverses.
Quoi qu’il en soit, la science est un processus ouvert, et le climat terrestre n’a certainement livré tous ses secrets.
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