Quoi de plus captivant (et parfois effrayant pour certains) qu’un orage qui fait gronder le ciel au-dessus de nos têtes ? Même s’ils peuvent être très dangereux, ils restent sans aucun doute l’une des démonstrations les plus puissantes et fascinantes de Dame Nature. Ils cachent toutefois un visage moins connu du grand public : la foudre, lorsqu’elle frappe, est une vraie usine, produisant quantité de gaz réactifs.
Chaque éclair chauffe l’air si fort et si soudainement, qu’il peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de degrés le temps de quelques millisecondes. Un laps de temps suffisamment long pour « briser » les molécules d’oxygène et d’azote qui composent l’atmosphère terrestre. Un processus qui produit des oxydes d’azote (NO, NO₂ et d’autres variantes), les mêmes polluants émis par les pots d’échappement des voitures ou les centrales électriques tournant au charbon. Le problème, c’est que ces gaz favorisent ensuite la formation d’ozone (O3 ou trioxygène), une substance particulièrement nocive pour les voies respiratoires.
Des gaz toxiques produits par les orages
« À l’échelle de la planète, la foudre représente 10 à 15 % des émissions totales d’oxydes d’azote dans l’atmosphère », rappelle Kenneth Pickering, chercheur en sciences atmosphériques à l’Université du Maryland (College Park). Certes, la combustion des énergies fossiles en produit bien davantage, mais toujours près du sol.
La foudre, elle, secoue l’air en altitude, où ces gaz réactifs participent à la formation d’ozone dans les couches hautes de la troposphère (couche de l’atmosphère comprise entre 8 et 15 km) avant qu’il retombe parfois jusqu’au sol.
Le gaz ainsi dégagé par les orages peut voyager sur de très longues distances et dégrader ensuite l’air que nous respirons. Un phénomène forcément plus marqué en été, saison durant laquelle l’atmosphère est plus instable dans les pays au climat continental. « Les effets de la foudre sur le climat durant la saison estivale sont comparables à ceux des oxydes d’azote créés par l’activité humaine, ce qui explique pourquoi nous avons choisi d’étudier les orages en juin », précise Dale Allen, chercheur en sciences atmosphériques.
Pour comprendre mieux cette libération d’ozone, l’équipe de Pickering et Allen a utilisé TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution), un satellite de la NASA lancé en 2023, capable de mesurer la pollution atmosphérique toutes les heures à 35 400 km d’altitude.
Au mois de juin dernier, ils ont suivi minute par minute des orages qui traversaient l’est des États-Unis, en mesurant les taux de dioxydes d’azote qui s’en dégageaient toutes les dix minutes. Même pour TEMPO, c’est une très grosse cadence ; jamais encore un tel travail n’avait été conduit avec des mesures aussi rapprochées dans le temps » souligne Pickering. « Les orages évoluent vite : ils naissent, s’intensifient et disparaissent souvent en moins d’une heure. Ces observations à court intervalle nous donnent donc une vision beaucoup plus fidèle de ce qui se passe à l’intérieur », continue le chercheur.
En parallèle, les chercheurs ont comptabilisé les éclairs grâce aux instruments de cartographie de la foudre de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Une approche qui permet, comme l’explique Allen, « d’avoir une idée plus précise de la quantité de dioxyde d’azote produite par chaque éclair et de la durée pendant laquelle il reste présent dans l’atmosphère ».
Les orages contribuent donc bien à la pollution dite « naturelle » de notre atmosphère, mais aussi surprenant que cela puisse paraître après ce que nous venons de décrire, ils déclenchent simultanément des processus inverses.
Les orages : des purificateurs d’atmosphère
Les fortes décharges électriques qui surviennent lors des orages produisent aussi des molécules appelées radicaux hydroxyles (OH). Ces particules sont extrêmement réactives à la composition de notre atmosphère et agissent presque comme des détergents. Elles contribuent, par exemple, à dégrader le méthane, puissant gaz à effet de serre, mais également l’ozone en excès qui circule dans l’air lorsque les éclairs stimulent sa production.
C’est plutôt paradoxal, mais les réactions chimiques engendrées par un orage sont à la fois polluantes et nettoyantes en même temps. Sans elles, le méthane resterait beaucoup plus longtemps piégé dans l’atmosphère et l’ozone tendrait aussi à s’accumuler ; l’exemple parfait d’un phénomène atmosphérique autorégulateur.
C’est cet équilibre que les chercheurs souhaiteraient mieux cerner. Les résultats présentés sont encore préliminaires, puisque les données n’ont pas encore été soumises à l’évaluation par les pairs, étape indispensable avant toute validation scientifique. Pour autant, les chercheurs sont déjà persuadés qu’elles seront utiles à l’avenir.
« Nous pensons que lorsque les orages gagnent en intensité, les éclairs deviennent plus brefs et produisent moins d’oxyde d’azote par décharge », explique Allen. « Cette étude nous procure l’occasion de tester cette hypothèse. Comprendre comment l’empreinte chimique de la foudre évoluera dans un monde marqué par des phénomènes météorologiques extrêmes est indispensable pour affiner les modèles climatiques de demain ».
Si tel est le cas un jour, les scientifiques espèrent que les prévisions météorologiques gagneront en précision, tout en améliorant notre disposition à évaluer la capacité naturelle de l’atmosphère à éliminer seule certains polluants responsables du réchauffement climatique. Comme le résume Allen : « Avec de meilleures données viennent de meilleures prévisions, et peut-être de meilleurs moyens de protéger notre santé et notre environnement contre la pollution, qu’elle soit d’origine naturelle ou humaine ». La météo sert, par conséquent, de matière première à la climatologie : sans mesures précises du court terme, impossible d’édifier des tendances au long terme.
- Les éclairs libèrent à la fois des polluants nocifs pour l’air que nous respirons et des molécules capables de dégrader certains gaz à effet de serre.
- Des observations satellitaires inédites ont suivi des orages à très haute fréquence, permettant de mieux comprendre ces réactions chimiques complexes.
- Ces données, encore préliminaires, pourraient améliorer les modèles climatiques et affiner les prévisions de qualité de l’air.
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