Tourbillons de fumées s'élevant dans la stratosphère – ASTuS

Le paroxysme des grands feux de forêts engendre une pyro-convection qui dépose dans la stratosphère une quantité de fumée comparable à l'impact d'une éruption volcanique moyenne. Le coordinateur et ses collaborateurs ont découvert en 2020 que ces fumées s'auto-organisent en tourbillons anticycloniques qui montent sous l'effet du chauffage dû à l’absorption du rayonnement solaire par les aérosols carbonés. Ces persistent plusieurs mois, s'élevant de 10 à 20 km dans la stratosphère. La conséquence est un impact des fumées sur plusieurs années, avec un impact climatique bien plus long qu'estimé jusqu'ici, et qui augmentera dans le futur. Les tourbillons transportent aussi un mini trou d'ozone, pouvant circuler au-dessus des continents en plein été, accroissant les UV au sol. Un second article publié en 2021 a établi que des tourbillons de fumée ont aussi été créés après les feux de 2017 en Colombie Britannique et ils sont probablement présent dans beaucoup d’événements du même type. Bien que les aérosols volcaniques soient, en principe, bien moins absorbants que les aérosols de feux, il y a des indications de structures compactes ascendantes après plusieurs éruptions récentes.

Le projet rassemble une équipe d'experts en dynamique des fluides, télédétection de l'atmosphère et modélisation pour documenter et comprendre ce phénomène atmosphérique totalement nouveau, sa distribution et son impact. Le projet est divisé est trois parties. La première est orientée vers l’observation et est dévolue à explorer les données archivées du passé. La seconde est orientée vers la mécanique des fluides et les propriétés radiatives. La troisième est orienté vers la modélisation réaliste et l’étude des impacts.

Dans la première partie, nous étudions les cas du passé à partir des données archives en distinguant le passé récent, après 2006, pour lequel les données du lidar spatial CALIOP sont disponibles pour une localisation et une caractérisation précise des aérosols, et les périodes plus anciennes où moins de données satellite sont disponibles et où plus de modélisation est requise. Nous étudions dans cette partie comment les propriétés des aérosols sont reliées au chauffage observé et comment le trou d’ozone observé impacte le rayonnement UV au sol. Nous mettons aussi en place une réponse adaptée en termes d’observations ciblées et modélisation pour les futurs événements.

La deuxième partie est dévolue à la compréhension des tourbillons stables chauffés à l’intérieur d’un fluide tournant stratifié qui n’ont jamais été décrits dans la littérature. Les conditions réalistes qui sont à la marge de l’instabilité inertielle sont très non linéaires et présentent un défi pour les méthodes théoriques et numériques disponibles. Nous utiliserons une hiérarchie de modèles et représentations théoriques partant du contexte bien maîtrisé à faible nombre de Rossby pour nous approcher des cas réalistes. Nous réaliserons des expériences numériques avec un modèle non-hydrostatique adapté à la stratosphère. Une composante importante de cette seconde partie sera une expérience de laboratoire dans une cuve tournante dont nous attendons de fournir un démonstrateur expérimental et un modèle flexible pour tester la théorie.

La troisième partie sera dévolue à reproduire les événements observés en commençant par calculer de manière détaillé l’effet radiatif des aérosols. Cette information sera utilisée dans un modèle de chimie climat complet qui sera testé prioritairement sur les cas de 2020 et 2017, et sera utilisé pour évaluer dans le temps l’impact des événements en termes de bilan radiatif et de composition atmosphérique.