Les nuages sont parmi les éléments les plus difficiles à modéliser pour prévoir l’évolution du climat. Mais sans eux, la Terre serait 20 °C plus chaude. Or, une nouvelle étude sonne l’alarme : les nuages bas pourraient diminuer comme peau de chagrin au XXIsiècle, provoquant un réchauffement catastrophique.

Mathieu Perreault
Mathieu Perreault La Presse

Nuages bas

Plus d’effet de serre, moins de nuages bas. C’est l’équation que les travaux de climatologues de l’Université de Victoria, en Colombie-Britannique, ont permis d’élaborer. « On peut s’attendre à une diminution de la quantité de nuages bas [en dessous de 2000 m d’altitude] au XXIsiècle », explique Colin Goldblatt, auteur principal de l’étude publiée en janvier dans la revue Nature Geoscience.

« Si cette diminution est plus rapide, il pourrait y avoir un point de bascule où la température augmente rapidement. Les nuages bas dans leur ensemble sont responsables de 20 à 30 °C de refroidissement de la Terre, parce qu’ils réfléchissent les rayons du soleil. »

Ces nuages bas se trouvent surtout à l’ouest des continents des tropiques, par exemple dans l’Atlantique près des côtes africaines ou sur celles du Pérou. Comme les modèles climatiques peinent à reproduire l’effet des nuages, parce que leur formation implique des phénomènes survenant à des échelles beaucoup plus petites que la résolution de ces modèles, M. Goldblatt a conçu des modèles permettant de comprendre l’impact des nuages sur la température de la Terre au début de son existence, jusqu’à il y a 3 milliards d’années.

PHOTO TIRÉE DU COMPTE TWITTER DE COLIN GOLDBLATT

Colin Goldblatt

On regarde la contribution de différents facteurs à l’évolution de la température dans les 2 premiers milliards d’années de la Terre, et ainsi, on peut voir la contribution des nuages.

Colin Goldblatt, scientifique

Stratosphère

Les changements climatiques vont aussi faire diminuer la couverture nuageuse au début de la stratosphère, à 5 km d’altitude, ce qui ne devrait toutefois pas avoir d’impact sur la température terrestre, même s’ils reflètent aussi les rayons du soleil. « Les nuages de haute altitude contribuent aussi à réchauffer la Terre, dit M. Goldblatt. Alors ces deux effets des changements climatiques actuels s’annulent. »

Les conclusions de M. Goldblatt sont généralement confirmées par Tapio Schneider, un climatologue de l’Université Caltech qui a publié en 2019, dans Nature Geoscience, une étude sur l’impact des changements climatiques sur les nuages de haute altitude. « Mais je ne crois pas qu’on va voir une contribution significative des nuages bas aux changements climatiques au XXIsiècle », estime M. Schneider.

Le Soleil jeune faible

La période étudiée par M. Goldblatt intéresse les climatologues parce qu’elle se penche sur les enjeux liés au « problème du Soleil jeune faible ».

« Il y a 4 milliards d’années, le Soleil était 30 % moins intense que maintenant, dit-il. Et pourtant, il n’y a pas eu de glaciation. C’est important parce que c’est à ce moment que la vie est apparue. De nombreuses hypothèses ont été proposées pour expliquer cela, mais aucune ne s’est imposée. Je crois que les nuages bas forment la meilleure explication. »

Les plus anciennes traces de vie sur Terre sont des microbes datant de 3,7 milliards d’années, mais à l’époque, l’atmosphère était très différente. Il a fallu attendre la « grande oxygénation », par un autre type de bactéries, il y a 2,4 milliards d’années, pour que la proportion d’oxygène dans l’atmosphère commence à augmenter (elle est aujourd’hui de 21 %). Il y avait alors beaucoup de gaz carbonique (CO2), un gaz à effet de serre, mais il aurait fallu des taux de 5 % à 10 % pour résoudre le « problème du Soleil faible », alors que la proportion de CO2 dans l’atmosphère n’a jamais dépassé 3 %, selon M. Goldblatt.

Au milieu du XVIIsiècle, avant l’ère industrielle, la proportion de CO2 était de 270 parties par million (PPM). Elle est maintenant de 415 PPM. Selon M. Goldblatt, il y avait moins de nuages bas il y a 4 milliards d’années, ce qui signifiait que davantage de rayons du Soleil réchauffaient la Terre.

Au fur et à mesure que le Soleil a gagné en intensité, la quantité de nuages bas a augmenté, ce qui signifie qu’ils constituent « un facteur important de régulation du climat », selon le climatologue de Colombie-Britannique.

Planètes aqueuses et « Terre boule de neige »

L’impact des nuages bas sur le climat a aussi été étudié avec d’autres scénarios, par d’autres chercheurs. Par exemple, des chercheurs ont avancé qu’il y avait eu une brusque augmentation de la quantité de nuages bas avant une période appelée « Terre boule de neige », il y a 650 millions d’années, quand la Terre était presque entièrement couverte de glace.

IMAGE FOURNIE PAR LA NASA

Impression d’artiste d’une aquaplanète

D’autres climatologues ont modélisé le climat d’« aquaplanètes », des exoplanètes presque entièrement couvertes d’eau, en postulant l’absence de nuages. Les exoplanètes sont des planètes en orbite autour d’autres étoiles que le Soleil.

Ionisation

Quelques chercheurs avancent depuis une vingtaine d’années que des cycles solaires extrêmement longs, se renouvelant sur des siècles, voire des millénaires, pourraient changer le taux de création de nuages bas, grâce à une augmentation de l’ionisation, la création d’atomes chargés devenant des noyaux de glace, puis des nuages.

Ces chercheurs, au premier plan le physicien Henrik Svensmark, du Centre spatial national du Danemark, n’ont toutefois pas réussi à convaincre beaucoup de leurs collègues de la validité de leur thèse et de l’existence de ces cycles solaires très longs. Selon M. Goldblatt, la création de nuages par ionisation a un impact 10 fois moins grand sur le climat que les gaz à effet de serre émis par l’activité humaine.

Le CO2 préhistorique

4000 PPM : quantité de CO2 dans l’atmosphère terrestre il y a 500 millions d’années

180 PPM : quantité de CO2 durant les ères glaciaires des deux derniers millions d’années

Source : NASA