Les particules de poussière provenant des déserts favorisent la formation de glace dans les nuages. Cette nouvelle découverte met en évidence l’importance des aérosols pour comprendre le comportement des nuages, prévoir les précipitations et évaluer le rôle des nuages dans le changement climatique.
Une nouvelle étude montre que des particules de poussière naturelles provenant de déserts lointains peuvent entraîner la formation de cristaux de glace dans les nuages de l’hémisphère nord de la Terre. Ce mécanisme subtil influence la quantité de lumière solaire réfléchie par les nuages et la manière dont la pluie et la neige s’y forment - avec des conséquences importantes pour les prévisions climatiques.
Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’ETH Zurich a découvert, sur la base d’observations satellites effectuées sur 35 ans, que la poussière minérale - de minuscules particules soulevées par le vent et transportées dans la haute atmosphère - peut entraîner le gel des gouttelettes de nuages. Ce processus est particulièrement important dans les régions nordiques, où les nuages se forment souvent dans une plage de températures juste en dessous du point de congélation.
"Là où il y a plus de poussière, les nuages sont beaucoup plus susceptibles de geler dans leur partie supérieure", explique Diego Villanueva, post-doctorant en physique atmosphérique à l’ETH Zurich et premier auteur de l’étude. "Cela a des conséquences directes sur la quantité de lumière solaire qui est renvoyée dans l’espace et sur la quantité de précipitations qui se produisent"
La poussière transforme les nuages en glace
Les chercheurs se sont concentrés sur les nuages qui contiennent à la fois de l’eau surfondue et de la glace, et qui se forment entre -39°C et 0°C. La poussière est un élément essentiel de ces nuages. De tels nuages sont fréquents aux moyennes et hautes latitudes, notamment au-dessus de l’Atlantique Nord, de la Sibérie et du Canada. Les chercheurs savent que de tels nuages sont extrêmement sensibles aux changements environnementaux - notamment à la présence de noyaux de cristallisation, qui se forment principalement à partir d’aérosols de poussière désertique.
En comparant la fréquence des nuages de glace avec la teneur en poussière, les chercheurs ont observé un schéma remarquablement uniforme : plus il y a de poussière et plus les nuages sont froids, plus ils deviennent souvent des nuages de glace. De plus, ce schéma coïncidait presque parfaitement avec les prédictions d’expériences en laboratoire sur la manière dont la poussière conduit à la congélation des gouttelettes.
"C’est l’une des premières études à montrer que les mesures satellitaires de la composition des nuages correspondent à ce que nous savons en laboratoire", explique la co-auteure Ulrike Lohmann, professeur de physique atmosphérique à l’EPF de Zurich.
Une nouvelle valeur de référence pour les modèles climatiques
La manière dont les nuages gèlent a un impact direct sur la quantité de lumière solaire qu’ils réfléchissent dans l’espace et sur la quantité d’eau qu’ils libèrent sous forme de précipitations. Ces facteurs sont très importants pour les modèles climatiques. Mais jusqu’à présent, nombre de ces modèles manquaient d’un point de référence solide pour comprendre comment fonctionne le gel des nuages à l’échelle mondiale.
Les nouvelles découvertes établissent un lien mesurable entre la poussière dans l’air et la fréquence de la glace au sommet des nuages, et fournissent ainsi une référence importante pour améliorer les projections climatiques. "Cela aide à trouver l’une des pièces les plus incertaines du puzzle climatique", explique Villanueva.
Une image complexe avec un signal clair
Pendant des décennies, les climatologues ont étudié la congélation des gouttelettes à l’échelle microscopique. Cette étude montre pour la première fois que la formation de glace dans les nuages suit le même schéma que la congélation des gouttelettes, mais à une échelle beaucoup plus grande.
Les nouvelles découvertes montrent l’impact énorme que peuvent avoir de minuscules particules de poussière sur l’atmosphère : Des défauts de l’ordre du nanomètre à la surface des particules forment les germes de cristaux de glace qui peuvent être observés depuis l’espace. Le domaine de la recherche atmosphérique dans ce domaine s’étend donc de l’échelle nanométrique aux observations à grande échelle depuis l’espace.
Le lien entre la poussière et la glace n’est toutefois pas aussi fort partout dans le monde. Dans les régions désertiques comme le Sahara, peu de nuages se forment et le mouvement important d’air plus chaud peut supprimer le givrage. Dans l’hémisphère sud, ce sont souvent les aérosols marins qui jouent le rôle de la poussière.
Selon l’équipe de recherche, d’autres études sont nécessaires pour clarifier l’influence d’autres facteurs tels que la force des courants ascendants ou l’humidité de l’air sur le gel des nuages. Mais une chose est sûre : les minuscules grains de poussière provenant de déserts lointains contribuent à former les nuages au-dessus de nos têtes et, avec eux, l’avenir de notre climat.
Bibliographie
Villanueva D, Stengel M., Hoose C, Bruno O, Jeggle K, Ansmann A, Lohmann U : Dust-driven droplet freezing explains cloud top phase in the northern extratropics. Science, 31 juillet 2025, adt5354
