Comment la fumée des feux de forêt refroidit-elle notre planète ?

La chaleur extrême déclenche souvent des feux de forêt intenses. La période estivale de cette année n’y a pas échappé. D’importantes vagues de chaleur ont provoqué d’énormes incendies dans la région de la Méditerranée, au Canada, aux États-Unis et même en Sibérie. Pourtant, les répercussions des feux de forêt les plus intenses sur les températures peuvent être paradoxales. Ils permettent parfois de refroidir la surface de la Terre, à un niveau régional et mondial.

La fumée dense des incendies peut temporairement occulter la lumière du Soleil près de la surface. Les températures de la région chutent ainsi de plusieurs degrés. Cette fumée peut également permettre un refroidissement à l’échelle mondiale en augmentant la capacité de réflectivité des nuages de la basse atmosphère ou en obstruant la lumière du Soleil pour ceux situés dans la haute atmosphère. C’est un phénomène similaire aux conséquences d’une éruption volcanique.

Les scientifiques se sont récemment lancés dans l’étude de ces effets. La saison des feux de brousse de 2019-2020 en Australie a été la première lors de laquelle les chercheurs ont détecté un refroidissement mondial induit par la fumée. Néanmoins, ce phénomène ne suffira pas à lui seul à contrer le réchauffement climatique induit par l’Homme. Les spécialistes estiment tout de même qu’il est trop tôt pour déterminer ce qu’il signifie à l’échelle du système climatique.

Les saisons des feux se font de plus en plus violentes. Cet été, de nombreuses vagues incendiaires extrêmes ont été déclenchées dans le monde entier. La recherche de réponses devient donc de plus en plus urgente.

« Il est clair que la recherche liée aux conséquences des feux de forêt sur le climat est tout à fait d’actualité », déclare Sergey Khaykin, météorologue spécialisé dans les incendies à Sorbonne Université.

UN CIEL PLUS SOMBRE, DES NUAGES PLUS CLAIRS

Lorsque les incendies font rage, ils relâchent un mélange de minuscules particules d’eau et de gaz dans l’air. Balayée par les vents, la fumée des feux de forêt peut polluer l’air sur des centaines, voire des milliers, de kilomètres.

À la mi-juillet par exemple, une vague de fumée en provenance d’un incendie dans le sud du Canada a traversé la ville de New York, de Philadelphie et de Washington D.C., déclenchant des alertes sur la qualité de l’air. Fin juillet, les fumées des feux de forêt se sont propagées dans le Minnesota, entraînant des niveaux de pollution de l’air « sans précédent ». La semaine dernière, Athènes s'est vue absorbée par la fumée alors que les incendies faisaient rage dans les forêts environnantes. L’incendie Dixie Fire en Californie est actuellement le plus grand brasier de l’histoire de l’État. Il a déjà détruit plus d’une centaine de maisons et a rasé toute une ville.

En plus de représenter une menace pour la santé, la fumée dense des feux de forêt stagnant en surface occulte parfois assez de lumière pour engendrer une chute des températures. Dès 1950, les scientifiques avaient évalué cette conséquence en comparant les températures lors des jours où la fumée était épaisse avec les prédictions annoncées sans cette fumée.

« Selon votre distance par rapport au cœur de l’incendie, les effets vont dépendre de la taille du feu et de la quantité de fumée émise », explique Robert Field, chercheur au Goddard Institute for Space Studies de la NASA. Lorsque la fumée est assez épaisse, « il est possible que les températures chutent brièvement de 5 °C ».

Il décrit ces effets de refroidissement comme « épisodiques » et que l’on pourrait « presque [considérer] comme une curiosité académique » par rapport aux impacts de la fumée des incendies sur la santé publique. Toutefois, une nouvelle étude menée lors de la saison 2019-2020 des feux de brousse en Australie montre comment la fumée des feux de forêt pourrait refroidir la surface de notre planète.

Des scientifiques du National Center for Atmospheric Research des États-Unis ont rapporté dans la revue Geophysical Research Letters que les incendies australiens ont généré tellement de fumée dans l’atmosphère de l’hémisphère Sud qu’elle a engendré un effet de refroidissement mondial, « intense et rapide », d’environ 0,06 °C. Selon John Fasullo, l’auteur principal de l’étude, ce phénomène s’explique par l’interaction des particules de fumée avec les nuages situés dans la basse atmosphère, appelée troposphère.

Ces particules agissent comme des noyaux à partir desquels la vapeur d’eau forme des gouttelettes. Résultat : les nuages contiennent davantage de gouttelettes, plus petites et plus réflectives. Bien que la fumée ait tendance à rapidement retomber des nuages, les feux de brousse en Australie ont perduré pendant des mois. Ils généraient donc toujours plus de fumée permettant aux nuages de l’atmosphère d’augmenter leur pouvoir de réflectivité.

« Cette conséquence n’est normalement pas majeure, mais lorsqu’elle se propage à l’ensemble de l’océan Austral, elle s’accumule », explique M. Fasullo.

En effet, ce phénomène semble avoir eu des conséquences sur le système climatique. La modélisation des chercheurs a démontré que le refroidissement induit par la fumée dans l’hémisphère Sud a poussé des tempêtes tropicales intenses vers la zone de convergence intertropicale, plus au nord. Selon M. Fasullo, ce changement de direction a engendré la création du phénomène La Niña l’année dernière. Il aurait entraîné une baisse des températures de surface des océans dans l’est du Pacifique équatorial. Il convient de noter que davantage de recherches sont nécessaires pour confirmer cette hypothèse.

Toutefois, la question de savoir si « les feux de forêt peuvent créer leur propre climat ou être à l’origine d’une réponse climatique » ne fait plus débat, soutient M. Fasullo.

DES CONDITIONS CLIMATIQUES ALIMENTÉES PAR LES FEUX

Même si l’étude de M. Fasullo révèle les effets de refroidissement de la fumée dans la basse atmosphère, il peut arriver que, parfois, la fumée des feux de forêt traverse la troposphère jusqu’à la stratosphère, une quinzaine de kilomètres au-dessus. Au sein de cette couche, les conséquences peuvent être plus importantes.

La fumée atteint la stratosphère lorsque la chaleur émise par un puissant incendie déclenche une ascendance qui se mélange à l’humidité contenue dans l’atmosphère. Cette situation mène à la production d’imposants nuages d’orage. Appelés pyrocumulonimbus, ces nuages d’orage alimentés par les incendies agissent comme des sortes de cheminées : ils conduisent la fumée jusqu’à la haute atmosphère. Dans cette couche, ces émanations peuvent circuler autour du globe et y rester pendant des mois.

C’est ce qui est arrivé fin 2019 et début 2020 en Australie. Une éruption inouïe de trente-huit pyrocumulonimbus a déversé près d’un million de tonnes de fumée dans la stratosphère basse. Une étude menée par M. Khaykin publiée en septembre dernier a révélé que la fumée avait assombri la surface terrestre pendant plusieurs mois. Elle aurait probablement engendré un léger effet de refroidissement supplémentaire en plus de l’augmentation de la réflectivité des nuages.

Une situation similaire pourrait se produire cette année.

La saison des feux dans l’ouest de l’Amérique du Nord a démarré de façon spectaculaire. Aux mois de juin et juillet, les températures ont été particulièrement hautes. De nombreux feux de forêt ont fait rage en Californie, dans le Nord-Ouest Pacifique et en Colombie-Britannique.

Outre les incendies, les scientifiques ont remarqué la présence de nombreux pyrocumulonimbus. Le 30 juin, en Colombie-Britannique, un nuage d’orage colossal a déversé de la fumée alors qu’il se situait à une quinzaine de kilomètres de la surface. Cet évènement a déclenché « une vague de pyrocumulonimbus sur plusieurs jours », témoigne David Peterson, scientifique au Naval Research Laboratory, spécialisé dans l’étude des pyrocumulonimbus.

De la fin mai au 2 août, le Canada a été le théâtre de quarante-neuf évènements impliquant des pyrocumulonimbus. Le 15 juillet, une éruption de dix pyrocumulonimbus est survenue. Cet été, vingt-et-un nuages d'orage alimentés par les feux se sont formés au-dessus des États-Unis continentaux. Ensemble, ils forment le plus grand nombre de pyrocumulonimbus jamais observé en Amérique du Nord depuis le début de leur surveillance en 2013.

M. Khaykin surveille lui aussi ces nuages ainsi que d’autres en Sibérie. Il explique que pour le moment, ils ont acheminé bien moins de fumée dans la stratosphère que ceux de l’année dernière en Australie. Pourtant, cette situation pourrait changer puisque la saison des feux ne se termine que dans quelques mois et que les conditions météorologiques chaudes et sèches perdurent dans la majeure partie de l’Ouest.

L’éruption de pyrocumulonimbus en Australie avait propulsé la fumée jusqu’à des altitudes particulièrement hautes. Cette année, la fumée n’atteint que la partie inférieure de la stratosphère, où les cirrus se forment. Selon M. Khaykin, cette condition pourrait « favoriser les interactions aérosols-nuages » dans la stratosphère, un phénomène « très peu connu ».

« Nous n’en sommes peut-être qu’aux prémices de la compréhension de l’importance des conséquences de ces feux de forêt. »