Une étude révèle que les microplastiques s’accumulant dans l’atmosphère pourraient avoir un impact sur les régimes de précipitation et le climat. Ces particules favoriseraient la formation des cristaux de glace autour desquels s’accumulent les gouttelettes de pluie. Cela suggère qu’elles pourraient induire la formation de nuages dans des conditions où ils ne se formeraient pas en temps normal et influencer leur capacité à produire de la pluie et à réfléchir la lumière du Soleil.
Les microplastiques sont désormais omniprésents dans notre environnement, y compris les lieux considérés comme étant les plus purs et les plus inaccessibles de la planète, tels que le sommet de l’Everest, les profondeurs marines en Antarctique et la fosse des Mariannes. Ils ont également été détectés dans notre organisme avec des concentrations inquiétantes dans notre cerveau et même le placenta, ainsi que chez la plupart des organismes vivants.
Un sous-ensemble de microplastiques dont le diamètre est inférieur à 100 micromètres peut être transporté haut dans l’atmosphère. Ces derniers ont par exemple été détectés dans les nuages au sommet des montagnes en Chine et au Japon. Des études ont suggéré que le taux de dépôt atmosphérique de microplastiques pourrait dépasser les 10 milligrammes par jour et par mètre carré.
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Dans le cadre de la nouvelle étude, détaillée dans la revue Environnemental Science & Technology Air, des chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie (Penn State) montrent que la présence de ces particules dans l’atmosphère peut avoir un impact sur les conditions météorologiques et le climat. À l’instar de toutes les particules atmosphériques solides, elles influenceraient la formation des nuages et, par extension, les régimes de précipitation ainsi que les prévisions climatiques — sans compter la sécurité aérienne.
« Au cours des deux dernières décennies de recherche sur les microplastiques, les scientifiques ont constaté qu’ils étaient partout. C’est donc une nouvelle pièce du puzzle », explique dans un communiqué du Penn State Miriam Freedman, coauteure principale de la nouvelle étude. « Il est désormais clair que nous devons mieux comprendre comment ils interagissent avec notre système climatique, car nous avons pu montrer que le processus de formation des nuages peut être déclenché par les microplastiques ».
Augmentation de la formation des cristaux de glace dans les nuages
Dans la plupart des zones tempérées de la planète, le sommet de nombreux nuages sont suffisamment hauts pour atteindre la partie de l’atmosphère où l’air froid gèle une partie de l’eau qu’ils contiennent. Les cristaux de glace formés absorbent ensuite la vapeur d’eau environnante, formant des gouttelettes liquides qui finissent par tomber à mesure qu’elles deviennent plus lourdes. Appelé nucléation, ce processus empêche l’évaporation des nuages et ainsi la production de pluie ou de neige.
Alors qu’on pense généralement que l’eau gèle à 0 °C, les cristaux de glace peuvent se former à des températures beaucoup plus basses sans particule solide autour de laquelle se nucléer (poussière, pollen, bactéries, etc.). Les particules solides fournissent une surface de nucléation partir de laquelle les cristaux peuvent se former. Par exemple, l’eau complètement exempte de particules solides gèle à -38 °C. « Si des microplastiques sont présents, ils pourraient provoquer la formation de cristaux de glace, ce qui pourrait augmenter les chutes de pluie ou de neige », expliquent les chercheurs de la nouvelle étude dans un article publié dans The Conversation.
D’autre part, la quantité de lumière solaire réfléchie par les nuages dépend de la proportion d’eau liquide et de glace qu’ils contiennent. Ils réfléchissent la lumière solaire incidente vers l’espace, ce qui a un effet de refroidissement. Ceux à basse altitude absorbent en revanche une partie du rayonnement émis par la surface de la Terre, ce qui a un effet de réchauffement. L’équipe estime que si les microplastiques favorisent la nucléation des cristaux de glace, cela pourrait modifier la capacité des nuages à diffuser la lumière et à soutenir l’équilibre énergétique de la planète.
Des pluies torrentielles plus fréquentes ?
Pour explorer son hypothèse, l’équipe du Penn State a évalué les points de congélation de gouttelettes d’eau contaminée avec différents types de microplastiques, notamment le polyéthylène basse densité (PEBD), le polypropylène (PP), le chlorure de polyvinyle (PVC) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les chercheurs ont constaté que la température moyenne de congélation était de 5 à 10 degrés plus élevée que celle des gouttes d’eau sans microplastiques. 50 % des gouttelettes ont gelé à -20 °C pour la plupart des microplastiques étudiés. « Il s’avère que si vous introduisez quelque chose d’insoluble, vous introduisez un défaut dans cette gouttelette et elle peut nucléer la glace à des températures plus chaudes », explique Heidi Busse, auteure principale de la recherche.
Bien que les implications exactes de ces particules ne soient pas claires pour le moment, les chercheurs estiment qu’elles pourraient augmenter la fréquence des pluies torrentielles. Dans une atmosphère contenant beaucoup d’aérosols, l’eau disponible s’accumulerait davantage autour des particules. Cela devrait techniquement réduire la fréquence des précipitations, « mais comme les gouttelettes ne tombent qu’une fois qu’elles sont assez grosses, vous recueillez plus d’eau totale dans le nuage avant que les gouttelettes soient assez grosses pour tomber et, par conséquent, vous obtenez des précipitations plus abondantes lorsqu’elles arrivent », estime Freedman.
Un impact conditionné par le vieillissement environnemental
Les chercheurs suggèrent en outre que le vieillissement environnemental, une dégradation photochimique que subissent les particules d’aérosol au fil du temps, peut modifier de manière significative la façon dont les particules interagissent avec les gaz et les vapeurs dans l’atmosphère. L’équipe a simulé le vieillissement environnemental des 4 microplastiques en les exposant à la lumière, à l’ozone et à des acides couramment présents dans l’atmosphère.
Toutes les particules testées ont pu nucléer de la glace. Cependant, le vieillissement environnemental a réduit la capacité de nucléation du LDPE, du PP et du PET. En revanche, il a augmenté la capacité de nucléation du PVC, probablement en raison de légères modifications de sa structure. L’équipe prévoit prochainement d’étudier comment les additifs couramment utilisés pour les plastiques pourraient aussi influencer cette capacité de nucléation.