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Liens entre Pollution et Climat
Classé dans: Aerosols
Greenhouse gases — group @ 26 avril 2005 - () Tweet
TweetArticle invité par Loretta Mickley, Harvard University (Traduit par Pierre Allemand)
Tous les étés, dans la plupart des régions des USA, nous nous préparons aux vagues de chaleur. Pendant ces périodes, l’air devient très humide et généralement brumeux. Après quelques jours, un front froid survient, balayant la pollution et mettant fin à la chaleur. Etant donné que nous nous acheminons vers un réchauffement global, les spécialistes de la chimie de l’atmosphère se demandent de quelle façon le changement climatique pourrait affecter la qualité de l’air. Des températures plus élevées signifieront-elles plus de pollution durant ces épisodes ? Ces épisodes dureront-ils plus longtemps ? Plus important : quels sont les effets des changements dans la qualité de l’air sur la santé humaine ?
Récemment, le National Resource Defense Council (NRDC) a publié un Heat Advisory, un rapport mettant en garde sur le fait que la qualité de l’air ambiant pourrait largement souffrir des changements climatiques. En réponse, un groupe appelé le Pacific Research Institute (PRI), en association avec un autre groupe appelé United for Jobs, a publié le Air Quality False Alarm, critique détaillée des prévisions du NRDC. Le PRI soutient, entre autres, que les émissions anthropogéniques aux USA diminueront fortement dans les décennies à venir. De leur point de vue, la pollution de l’air ne sera plus qu’un souvenir, quelle que soit l’évolution du climat.
Où en sommes-nous en fait ?
Tout d’abord, voyons quelques notions de base concernant l’ozone et les matières particulaires (MP), deux composants essentiels du « smog ». La formation de l’ozone de surface est provoquée par le mélange de précurseurs naturels et anthropogéniques comme les oxydes d’azote et les composés organiques volatils. On possède des mesures de l’ozone de surface remontant à la fin du 19e siècle qui prouvent que la concentration atmosphérique de l’ozone a été multipliée par 2 à 5 dans certaines régions, en raison des émissions de précurseurs d’ozone par les voitures, l’industrie et les centrales de production d’énergie. Les MP peuvent être de plusieurs types : carbone organique, suies, et sulfonitrates d’ammonium. Certains types de MP comme les suies sont directement émises dans l’air, mais d’autres types proviennent de la condensation de molécules gazeuses. Comme l’ozone, les MP sont formées à partir d’ingrédients à la fois naturels et anthropogéniques.
De nombreux facteurs gouvernent la sévérité et la durée des épisodes de pollution. Un facteur évident est l’importance des émissions de précurseurs. Mais, il y a des facteurs météorologiques comme les propriétés de l’air de surface : le fait qu’il soit stagnant, clair ou nuageux, chaud ou froid. Par exemple, l’été 1998 a vu un record du nombre de pics d’ ozone sur la Nouvelle Angleterre. Cet été-là battit aussi le record de chaleur de la région. L’été chaud que l’Europe a subi en 2003 a aussi été un été présentant un haut niveau de pollution pour le continent. Ce même été fut frais aux USA , avec un niveau de pollution bas.
Ainsi, quelle sera l’évolution de la pollution résultant des changement climatiques des prochaines décennies ? Une réponse simple serait : des températures plus élevées signifieront un degré de pollution plus élevé ! C’est en réalité un peu plus compliqué. Il y a en effet d’autres facteurs météorologiques à considérer. Avec l’accroissement de la température de surface, est-ce que l’épaisseur de la couche limite va augmenter, diluant de ce fait les polluants ? Peut-être que les vents de surface plus forts chasseront toute la pollution Quels changements de la couverture nuageuse et des précipitations va-t-on observer ?
Pour venir à bout des problèmes posés par cette complexité, les expérimentateurs de modèles se tournent vers les études de sensibilité. Une étude de sensibilité consiste à changer seulement une ou deux variables et à garder tout le reste constant. Cette méthode de résolution permet d’isoler les effets d’un seul ou de deux facteurs à la fois.
Dans une étude de sensibilité, Aw et Kleemann (2003) ont imposé un accroissement de 5°C sur le bassin de Los Angeles, mais ont gardé constantes toutes les autres variables météorologiques (comme la vitesse du vent) dans leur modèle. L’ozone dans la région s’est accru de 10 – 15 %, mais la concentration des MP de sulfonitrate d’ammonium a décru de 10-15 %. Cela parce que l’ammoniac se condense moins rapidement à plus haute température. C’est un résultat intéressant. Mais, dans le monde réel, les systèmes de hautes températures stables comme celui qui s’était établi sur le Midwest et le Northeast la semaine dernière (18-20 avril) peuvent conduire à la fois à des températures élevées et des hautes teneurs en MP. Sous l’influence de ciels clairs et de vents faibles, les MP peuvent s’accumuler au-dessus des régions sources. Sous l’effet des changements climatiques, non seulement les températures peuvent changer, mais aussi le comportement de ces systèmes de hautes pressions.
Dans mon groupe de recherche, nous avons essayé une étude de sensibilité différente [Mickley et al., 2004]. Nous avons conçu notre modèle afin de tester uniquement l’effet du changement des vents sur la concentration des polluants. Nous avons trouvé que la sévérité des épisodes de pollution régionale dans le Midwest et le Northeast augmentait significativement autour de 2050, par rapport aux valeurs actuelles. Nous avons trouvé également que la durée moyenne d’un épisode passait de 2 à 3-4 jours. Que s’est-il passé ? Notre modèle prévoit une baisse de 20 % de la fréquence des fronts froids balayant les USA, ce qui fait que les périodes de stagnation dans le modèle persistent plus longtemps. Ce qui permet à la pollution issue de phases gazeuses et de MP d’atteindre des concentrations plus élevées.
Une autre étude de modèle [Hogrefe et al., 2004] s’est concentrée sur les effets des changement climatique sur l’ozone de surface. Les auteurs ont trouvé que même avec des émissions de précurseurs d’ozone maintenues à leur niveau des années 1990, le nombre total des « jours de dépassement » augmentait d’environ 60 % sur l’est des USA. (un « jour de dépassement » est un jour où la moyenne du taux d’ozone dépasse le seuil de l’EPA (84 ppb) pendant 8 heures). En raison de la complexité de l’étude, Hogrefe et al. [2004] n’ont pas pu déterminer précisément tous les changements météorologiques (température ? modèle de circulation ?) ayant une influence sur l’ozone de surface de leur modèle. Mais, ils ont trouvé qu’un facteur contribuant pour environ la moitié de l’accroissement était l’augmentation des émissions des précurseurs naturels de l’ozone, qui sont sensibles à la température.
Une des plus grandes inconnues reste, évidemment, l’évolution future des émissions anthropogéniques. La loi sur la propreté de l’air (Clean Air Act) a amené des améliorations très importantes de la qualité de l’air depuis les années 1970. Mais, même si nos émissions doivent diminuer, les conséquences sur la pollution de l’air restent incertaines. Fiore et al. [2002] ont montré que la diminution des émissions américaines pourraient être annulées par des augmentations ailleurs dans le monde.
Plus précisément, l’augmentation des émissions de méthane ailleurs dans le monde pourrait accroître les niveaux de base d’ozone sur les USA, conduisant à une pollution en 2030 analogue à celle que nous avons vue dans les années 1990.
Il y a donc encore beaucoup à apprendre sur les liens entre le climat et la pollution.
Comme l’ozone de surface et les MP ont des effets négatifs sur la santé humaine, il est important de connaître ces liens.
Aw, J., and M.J. Kleeman, Evaluating the first-order effect of intraannual air pollution on urban air pollution, J. Geophys. Res., 108, 4365, 10.1029/2002JD002688, 2003.
Fiore, A.M., D.J. Jacob, B.D. Field, D.G. Streets, S.D. Fernandes, and C. Jang, Linking ozone pollution and climate change: The case for controlling methane, Geophys. Res. Lett., 29, 1919, doi:10.1029/2002GL015601, 2002.
Hogrefe, C., B. Lynn, K. Civerolo, J.-Y. Ku, J. Rosenthal, C. Rosenzweig, S. Gaffin, K. Knowlton, and P.L. Kinney, Simulating changes in regional air pollution over the eastern United States due to changes in global and regional climate and emissions. J. Geophys. Res., 109, D22301, doi:10.1029/2004JD004690, 2004.
Mickley, L.