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Les éclairs produisent des quantités considérables d'oxydes d'azote

7235 lectures / 2 commentaires17 novembre 2009, 14 h 19

Grâce aux satellites, les chercheurs ont découvert que plus d'1,2 milliards d'éclairs se produisaient dans le monde chaque année. (le Rwanda a le plus d'impact de foudre au kilomètre carré, alors qu'ils sont rares dans les régions polaires). Des essais en laboratoires et sur le terrain ont révélé que le coeur de certains éclairs atteignait 29 700 °C, une température suffisante pour faire fondre instantanément le sable et casser les molécules d'oxygène et d'azote en deux atomes individuels.

Et voilà la nouveauté : chacun de ces milliards d'éclairs produit un souffle d'oxyde d'azote (Nox) qui réagit avec la lumière du soleil et d'autres gaz de l'atmosphère qui produisent de l'ozone. Près de la surface de la Terre, l'ozone peut nuire à la santé des humains et des plantes, plus haut dans l'atmosphère, c'est un gaz à effet de serre puissant, et dans la stratosphère, il bloque la radiation des ultra-violets, responsables des cancers.

En 1827, le chimiste allemand Justin von Liebig observa le premier qu'un éclair produisait des Nox- abréviation scientifique pour un mélange gazeux d'azote et d'oxygène y compris le monoxyde d'azote (NO) et le dioxyde d'azote (NO2). Presque deux siècles plus tard, le sujet continue à attirer l'attention des scientifiques.

La combustion d'énergie fossile, les microbes dans le sol, la foudre et les feux de forêts produisent tous des Nox. Les scientifiques pensent que la contribution des éclairs au budget de la Terre, probablement autour de 10%, est relativement faible par rapport aux émissions d'énergie fossile. Cependant ils ne sont pas encore sûrs de l'estimation mondiale des Nox produits par les éclairs soit exacte.
« Il y a toujours beaucoup d'incertitude en ce qui concerne la quantité de Nox produite par la foudre » a déclaré Kenneth Pickering, un scientifique spécialiste de l'atmosphère qui étudie les éclairs au Centre de Vol Spatial Goddard de la Nasa à Greenbelt, Maryland. « En fait, même les estimations publiées récemment sur la production mondiale de Nox par les éclairs varie toujours de 1 à 4. Nous essayons de réduire cette incertitude afin d'améliorer la précision à la fois des modèles climatiques mondiaux et des modèles régionaux de la qualité de l'air. »

En utilisant des données glanées grâce aux observations aériennes et celles des satellites, Pickering et sa collègue de Goddard Lesley Ott ont récemment pris la direction d'une meilleure estimation mondiale des Nox produits par la foudre et ont trouvé que la foudre pouvait avoir un impact considérablement plus fort sur le climat dans les latitudes intermédiaires et subtropicales (et moins sur la qualité de l'air de surface) qu'on ne l'avait pensé précédemment.

Selon un nouvel article d'Ott et Pickering dans le Journal de Recherche Géophysique, en moyenne chaque éclair étudié dans les différentes régions de latitudes moyennes et subtropicales transforme 7 kg d'azote en Nox chimiquement réactifs. « En d'autres termes, on pourrait conduire une voiture neuve à travers les Etats-Unis plus de 50 fois et produire toujours deux fois moins de Nox qu'un éclair moyen » a estimé Ott. Les résultats ont été publiés en juillet.

Quand les chercheurs ont multiplié le nombre d'impacts de foudre par 7 kg, ils ont trouvé que la quantité totale de Nox produite par la foudre chaque année est de 8,6 terra-grammes, ou 8,6 millions de tonnes. « Ce qui est plutôt élevé par rapport aux estimations précédentes. » a dit Pickering.

Carte des impacts de foudre sur Terre. Le centre de l'Afrique est la région la plus touchée par les éclairs et les régions polaires les moins.
Crédit : Jeff De La Beaujardiere, Scientific Visualization Studio

Plus remarquable que le nombre, cependant, c'est l'endroit où les Nox sont produits. Il y a 10 ans, beaucoup de chercheurs croyaient que les éclairs d'un nuage jusqu'au sol produisaient beaucoup plus de Nox par éclair qu'un éclair intra nuage, qui se produit à l'intérieur d'un nuage et beaucoup plus haut dans l'atmosphère.

La nouvelle preuve suggère que les deux types d'éclairs produisent approximativement la même quantité de Nox par éclair en moyenne. Mais comme la plupart des éclairs sont intranuage, cela laisse entendre que beaucoup plus de Nox sont produits et restent plus haut dans l'atmosphère. En composant cet effet, la recherche a également montré que de puissants courants ascendants à l'intérieur des orages aidaient à transférer des niveaux plus bas de Nox vers des altitudes plus élevées dans l'atmosphère.
« Nous avons réellement commencé à nous interroger sur nos anciennes suppositions car nous avons obtenus de meilleures mesures d'éclairs sur le terrain » a déclaré Ott.

Les observations ont émergé des projets conduits sur le terrain en Allemagne, au Colorado, en Floride, au Kansas et en Oklahoma entre 1985 et 2002. Par exemple, sur un terrain de campagne de la NASA appelé CRYSTAL-FACE (Cirrus Regional Study of Tropical Anvils et Cirrus Layers Florida- Florida Area Cirrus Experiment) un avion a volé tête baissée à travers un nuage en forme d'enclume pour mesurer l'anatomie des orages. Des détecteurs ont mesuré la pression, l'humidité, la température, le vent et la quantité de traces de gaz comme les Nox et l'ozone.

Plus tard, Ott a saisi ces données, ainsi que que d'autres données du Réseau de Détection Nationale de Foudre Américain et du TOMS de la NASA, dans un modèle informatique complexe qui simulait les six orages et calculait la quantité de Nox qu'un éclair produit en moyenne. Avec ce nombre, elle a ensuite pu estimer la quantité de Nox que la foudre produit au niveau planétaire chaque année.

« Ce que nous essayons de comprendre, c'est combien de transformations d'ozone sont dues à la force radiative de l'éclair, et comment cela pourrait se traduire en impact climatique », a déclaré Pickering.

Il y a une possibilité que la foudre puisse produire un cycle rétroactif qui accélère le réchauffement climatique. Pickering constate que « Si un globe plus chaud produit plus d'orages, cela pourrait conduire à une production de Nox plus importante, qui entraîne plus d'ozone, plus de force radiative et plus de réchauffement. » Il insiste sur le fait que c'est une théorie et bien que certaines études des modèles mondiaux semblent indiquer que ce soit effectivement le cas, cela n'a pas encore été confirmé par des observations sur le terrain.

Les dernières découvertes ont également des répercussions pour les modèles régionaux de la qualité de l'air. Des scientifiques de l'Agence de Protection de l'Environnement américaine (EPA), par exemple, sont déjà en train de rentrer les nouveaux chiffres dans un modèle de qualité de l'air largement utilisé appelé CMAQ. « La foudre est l'un des facteurs les moins importants pour le niveau d'ozone de surface, mais dans certains cas, un pic d'ozone formé à partir des Nox de la foudre pourrait être suffisant pour rendre une région non-conforme aux critères de qualité de l'air de l'EPA à certaines périodes de l'année » selon Pickering.

Pickering a offert une mise en garde importante aux découvertes : la valeur de 7 kilogrammes par éclair a été donnée sans considération pour la foudre des orages tropicaux, où la plupart des coups de foudre de la Terre se produisent. Ce n'est que très récemment que des données sont devenues disponibles pour les régions tropicales, a-t-il constaté.

En savoir plus

Source

NASA Researchers Explore Lightning's NOx-ious Impact on Pollution, Climate - NASA

Auteur

Cécile Matricon ; date originale : 17 novembre 2009, 14 h 19

Les opinions exprimées dans cet article n'engagent que leur auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de notre-planete.info

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