L’expérience CLOUD au CERN a été conçue pour étudier l’effet des rayons cosmiques sur la formation des aérosols atmosphériques dans des conditions de laboratoire contrôlées. On pense que les aérosols atmosphériques sont responsables d’une grande partie des graines qui forment les gouttelettes des nuages. La compréhension du processus de formation des aérosols est donc importante pour comprendre le climat.
L’expérience du CERN a révélé que les vapeurs à l’état de traces supposées jusqu’à présent expliquer la formation d’aérosols dans la basse atmosphère ne peuvent expliquer qu’une infime partie de la production d’aérosols atmosphériques observée. Les résultats, publiés dans la revue Nature, montrent également que l’ionisation par les rayons cosmiques renforce considérablement la formation d’aérosols.
Chambre ultramoderne de l’expérience CLOUD (CERN)
Ces résultats de l’expérience CLOUD sont importants car nous avons fait un certain nombre de premières observations de certains processus atmosphériques très importants “, a déclaré le porte-parole de l’expérience, Jasper Kirkby. Nous avons découvert que les rayons cosmiques favorisent considérablement la formation de particules d’aérosol dans la troposphère moyenne et au-dessus. Ces aérosols peuvent éventuellement devenir les graines des nuages. Cependant, nous avons constaté que les vapeurs dont on pensait auparavant qu’elles étaient responsables de toute la formation d’aérosols dans la basse atmosphère ne peuvent expliquer qu’une petite fraction des observations, même avec le renforcement des rayons cosmiques”.
Les aérosols atmosphériques jouent un rôle important dans le climat. Les aérosols réfléchissent la lumière du soleil et produisent des gouttelettes de nuages. Des aérosols supplémentaires éclaireraient donc les nuages et prolongeraient leur durée de vie. Selon les estimations actuelles, environ la moitié de toutes les gouttelettes de nuages commencent par l’agglomération de molécules qui ne sont présentes dans l’atmosphère qu’en quantités infimes. Certains de ces amas embryonnaires finissent par devenir suffisamment grands pour devenir les graines des gouttelettes de nuages. On pense que les traces d’acide sulfurique et de vapeurs d’ammoniac sont importantes et sont utilisées dans tous les modèles atmosphériques, mais le mécanisme et la vitesse auxquels ils forment des amas avec les molécules d’eau sont restés mal compris jusqu’à présent.
Les résultats de CLOUD montrent qu’à quelques kilomètres d’altitude dans l’atmosphère, l’acide sulfurique et la vapeur d’eau peuvent former rapidement des amas, et que les rayons cosmiques multiplient le taux de formation par dix ou plus. Cependant, dans la couche la plus basse de l’atmosphère, à environ un kilomètre de la surface de la Terre, les résultats de CLOUD montrent que des vapeurs supplémentaires, comme l’ammoniac, sont nécessaires. Cependant, les résultats de CLOUD montrent que l’acide sulfurique, l’eau et l’ammoniac ne suffisent pas à expliquer les observations de la formation d’aérosols dans l’atmosphère, même avec le renforcement des rayons cosmiques. D’autres vapeurs doivent donc être impliquées, et la découverte de leur identité sera la prochaine étape de CLOUD.
Ce fut une grande surprise de découvrir que la formation d’aérosols dans la basse atmosphère n’est pas due uniquement à l’acide sulfurique, à l’eau et à l’ammoniac”, a déclaré Kirkby. Il est maintenant essentiel de découvrir quelles autres vapeurs sont impliquées, si elles sont en grande partie naturelles ou d’origine humaine, et comment elles influencent les nuages. Ce sera notre prochaine tâche”.
L’expérience CLOUD se compose d’une chambre ultramoderne dans laquelle les conditions atmosphériques peuvent être simulées avec un contrôle et une précision élevés, y compris les concentrations de vapeurs à l’état de traces qui entraînent la formation d’aérosols. Un faisceau de particules provenant de l’accélérateur Synchrotron à protons du CERN constitue une source artificielle et réglable de rayonnement cosmique.
