Impact climatique des émissions des feux de forêt dans la stratosphère – PyroStrat

La gravité des incendies de forêt s’est récemment considérablement accrue, conduisant à une prise de conscience de leur effet sur le climat. Les feux de forêt libèrent d'énormes quantités de chaleur dans l'atmosphère, ce qui donne lieu à des orages extrêmes appelés Pyrocumulonimbus (PyroCb). Ces orages peuvent générer de forts courants convectifs qui injectent des panaches de fumée dans la stratosphère, où le temps de résidence des aérosols n'est pas limité par les précipitations. Différentes études récentes ont montré que l’impact de ces PyroCb sur la stratosphère à l’échelle globale rivalise avec celui des éruptions volcaniques modérées en termes d'ampleur et de durée, et les dépassent en termes de forçage radiatif. Après les incendies de forêt australiens de 2019/2020, les auteurs du projet ont fait la découverte frappante que les injections des PyroCb combinée au chauffage par le rayonnement solaire des aérosols carbonés dans la stratosphère génèrent des tourbillons de grande échelle persistant pendant des mois et confinant les produits de combustion et l'humidité dans des bulles qui s’élèvent jusqu’à plus de 30 km d’altitude.
La capacité des panaches de PyroCb à s'auto-organiser en structures confinées et stables, faisant s’élever des aérosols absorbants et des gaz trace à impact climatique jusqu’à de très hautes altitudes, rend nécessaire l’étude de l’impact des forts incendies de forêt sur la stratosphère au cours des dernières décennies. En outre, l’augmentation de la fréquence et de l'intensité croissantes des feux de forêt liée au réchauffement climatique, incitent à évaluer en retour leur potentiel de modification du climat. Contrairement aux éruptions volcaniques dont le rôle dans le système climatique est bien connu, l'impact des PyroCb sur le climat via la rétroaction stratosphérique n'a jamais été systématiquement exploré. Ces informations sont d'une importance cruciale pour comprendre les différentes facettes du changement climatique et PyroStrat est conçu pour combler cette lacune. L'objectif de notre projet est ainsi de quantifier l'impact des PyroCb sur la composition stratosphérique et l'équilibre radiatif de l’atmosphère. Nous aborderons cinq questions scientifiques, à savoir :
1. Quelle est la composition des émissions de PyroCb dans la stratosphère et quelle est leur ampleur ?
2. Quelles sont les propriétés physico-chimiques et l'évolution des panaches de PyroCb dans la stratosphère ?
3. Quel est le forçage radiatif des aérosols de fumée et comment se compare-t-il à celui des aérosols volcaniques ?
4. Comment les changements de la composition stratosphérique affectent-ils les processus dynamiques ?
5. Quel est le rôle des PyroCb dans le bilan hydrique de la stratosphère et dans les processus chimiques affectant la couche d’ozone ?
Les objectifs du projet seront atteints grâce à l’utilisation synergique de différents types observations et de modèles (chimie-transport, transfert radiatif et chimie-climat). La première étape sera de cataloguer les émissions de PyroCb dans la stratosphère à l'aide d’observations (WP1) et de caractériser leurs propriétés physico-chimiques (WP2). La deuxième étape évaluera l’impact des PyroCb sur la couche d'ozone et la composition stratosphérique, et quantifiera le forçage radiatif associé (WP3).
Le consortium est composé de groupes de recherche de trois instituts français aux profils très complémentaires et reconnus internationalement en matière d'observation et de modélisation. La composante observationnelle du projet est renforcée par trois partenaires internationaux des États-Unis, du Canada et de la Nouvelle-Zélande. Dans son ensemble, le consortium apporte une expertise unique sur tous les aspects scientifiques du projet. Outre les réponses aux questions scientifiques, PyroStrat fournira de nouvelles données d'observation et de modélisation et des logiciels concernant la composition, la dynamique et les propriétés radiatives des émissions de PyroCb.