Traînée de condensation

{{#ifeq:||Un article de Ziki, l'encyclopédie libre.|Une page de Ziki, l'encyclopédie libre.}}

Modèle:Voir homonymes Modèle:Infobox Nuage Une traînée de condensation, dite cirrus homogenitus dans l'Atlas international des nuages de 2017<ref>Modèle:Lien web.</ref>, est un nuage qui se forme à l'arrière d'un avion. Ce phénomène physique, qui dépend de phénomènes atmosphériques complexes<ref name="Koop">Modèle:Article.</ref>, a été étudié dès les années 1950<ref>Modèle:Article.</ref> et provient de la condensation de la vapeur d'eau émise par les moteurs d’avion à très haute altitude<ref name="MF">Modèle:Lien web.</ref>. Le phénomène est encore plus prévalent si l'air est déjà sursaturé<ref> Gettelman, A., Liu, X., Ghan, S. J., Morrison, H., Park, S., Conley, A. J., Klein, S. A., Boyle, J., Mitchell, D. L., and Li, J.-L. (2010) Global simulations of ice nucleation and ice supersaturation with an improved cloud scheme in the Community Atmosphere Model, J. Geophys. Res., 115, D18216, doi:10.1029/2009JD013797</ref>. Sont aussi employées les expressions : traînée de vapeur, traînée blanche, ou encore Modèle:Langue (pour Modèle:Langue).

Ces traînées apparaissent à la sortie des moteurs (à pistons ou réacteurs) ou en bout d'ailes dès Modèle:Unité d'altitude si l'hygrométrie dépasse 68 % pour une température de Modèle:Tmp, à partir de noyaux de congélations fournis en grande partie par les gaz et résidus solides de combustion<ref name="Minnis"/>. Elles s'estompent par sublimation ou se transforment<ref>Modèle:Article.</ref>, dans certaines conditions d’hygrométrie et de température, en nuages artificiels analogues à des cirrus allongés<ref name="ESA">Modèle:Lien web.</ref>. Ces nuages artificiels peuvent alors couvrir de vastes surfaces de ciel, notamment dans l'hémisphère nord<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>. Ils peuvent persister durant plusieurs heures, parfois plusieurs dizaines d'heures<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>.

Ces traînées augmentent l'albédo de l'atmosphère. Le trafic aérien croissant modifie ainsi les échanges énergétiques de l'atmosphère<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>. Ces traînées, en permanence nombreuses tout autour de la Terre du fait de l'important trafic aérien mondial, et pouvant parfois fusionner pour former d'immenses cirrus constitués essentiellement de cristaux de glace, accentuent aussi l'effet de serre<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref> : bien qu'elles réfléchissent les rayons du soleil le jour, elles réchauffent surtout la planète la nuit en retenant les infrarouges dans ces manteaux de cristaux de glace. Cela vient s'ajouter à l'effet de serre issu de la combustion importante de kérosène et double la responsabilité du trafic aérien en termes de contribution au réchauffement climatique<ref name="ImpactClimat2011" />, augmentant ainsi une part qu'on estimait autrefois faible par rapport à d'autres modes de transport<ref>Modèle:Article.</ref>.

La présence de ces traînées est signalée par le sigle COTRA, contraction de l'expression anglaise Modèle:Langue, dans un rapport météorologique METAR<ref name="MF"/>.

Nature physico-chimique des traînées

Fichier:Contrails nasa2004October13.jpg
Photo satellitale prise au-dessus de la Géorgie (MODIS, NASA, le Modèle:Date), montrant des chapelets de centaines de traînées de condensation transformées en cirrostratus artificiels<ref>Modèle:Article.</ref>.

Les traînées de condensation sont des nuages<ref name=":0">Modèle:Article</ref>. Vues d'un satellite météorologique, ces traînées sont détectables dans le spectre visible de jour, mais on peut les suivre encore mieux en tout temps dans les trois longueurs d'onde de 8,5, 11,0 et Modèle:Nombre de l’infrarouge. Ceci indique qu'elles contiennent de l'eau liquide et/ou des cristaux de glace<ref name="DLR">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref> et qu'elles influencent le bilan radiatif de l'atmosphère terrestre<ref name="TheseBalin">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Thèse de Ioan Balin ; Modèle:Langue ; Thèse no 2975 (2004) ; école polytechnique fédérale de lausanne ; (Présentation, français et anglaisModèle:Pdf).</ref>.

Ces traînées contiennent aussi des aérosols de particules émises par les réacteurs<ref>Modèle:Article.</ref>, dont du noir de carbone<ref>Modèle:Article.</ref> et des sulfates<ref>Modèle:Article.</ref>, mais leur cinétique, et leurs modifications physico-chimiques sous l'effet de la température, des UV solaire et du rayonnement cosmique, de l'ozone et des gaz est encore incomplètement comprise<ref name="ChemAtmo" />. Des phénomènes discrets sont néanmoins mieux observés, grâce au lidar notamment<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>.

L'imagerie satellitaire aide à mieux comprendre leur dynamique dans la haute atmosphère, et certaines interactions avec les facteurs climatiques<ref>Modèle:Article.</ref>.

Nouveaux outils de suivi

De nouveaux outils permettent de mieux comprendre la chimie et la physique des traînées de condensation, des cirrus et de leur processus de production et de disparition. Ils pourraient un jour assurer un suivi permanent de leur production, évolution et impacts géoclimatiques<ref name="TheseBalin" /> :

  • le Lidar et en particulier du (LIDAR multi-longueur d’onde (JFJ - LIDAR)). Cet appareil émet un faisceau laser à trois longueurs d'onde (355, 532 et Modèle:Nombre) puis détecte les radiations rétro–diffusées : élastiques (Mie, 355, 532 et Modèle:Unité) ou inélastiques (Raman, 387, 407, 607, et 532 rotationnel)<ref name="TheseBalin" />. Il permet un suivi distant et en temps quasi-réel. Il analyse des profils thermohygrométrique (de température et de la teneur en eau), tout au long de la colonne d'air. Il produit des profils de propriétés optiques qui - via l'analyse des coefficients de rétrodiffusion et d’extinction - renseignent sur le contenu particulaire des aérosols présents.
  • la dépolarisation de la lumière du laser rétrodiffusée (à Modèle:Unité) renseigne sur le degré de présence d'eau et de glace, et éventuellement de particules minérales, dans les nuages<ref name="TheseBalin" />. Ce type d'outil devrait donc aussi permettre de comprendre les éventuelles interactions entre traînées de condensation et particules minérales aérotransportées à échelle planétaire comme les poussières sahariennes (déjà étudié dans une thèse rendue en 2004)<ref name="TheseBalin" /> ou particules de nuage de cendres volcaniques, issues d'un accidentModèle:Etc.
  • Des avions et drones peuvent échantillonner les traînées même et les cirrus induits.

Mécanisme de formation

Fichier:ContrailsTraînéesCondensation2FLCommons.jpg
Les deux façons de former les traînées. En haut, celles prenant naissance au bout des ailes et en bas, celles provenant des réacteurs.
Fichier:EA-6B Prowler from VAQ-138.jpg
Exemple de condensation sur l'aile et de « trainée » se condensant en bout d'aile.
Fichier:B-17 Flying FortressDetail.jpg
Cette forteresse volante B-17 (Seconde Guerre mondiale) génère deux types de trainées, l'une discrète, en bout d'aile, l'autre en bouts de pales, d'où la forme hélicoïdale.

Ces traînées ne se forment qu'à certaines conditions, qui ne se rencontrent pratiquement que dans la haute troposphère et un peu plus souvent en hiver<ref name="MF"/>,<ref name=":0" /> :

  • où l'air est à environ Modèle:Température
  • où l'air est assez humide pour atteindre la saturation et former des cristaux de glace, spontanément ou si un élément supplémentaire déclenche le processus<ref name="MF"/>.
  • où l'air contient des noyaux de congélation, capables de nucléer la vapeur d'eau qui forme alors des gouttelettes surfondues de condensation. Ces dernières peuvent persister jusqu'à Modèle:Température avant de se congeler sans l’intervention d’une particule d'aérosol servant de noyau glacigène. Bien que l'atmosphère contienne de tels noyaux, ils sont en faible concentration à haute altitude. Ce sont donc surtout les gaz éjectés par les moteurs et les particules qu'ils contiennent qui fournissent de tels éléments précipitant la formation des cristaux et l'apparition de la traînée<ref name="MF"/>.

Les principes de formation des traînées de condensation sont donc similaires à ceux des nuages et sont expliqués en détail par la physique des nuages.

La formation des traînées dépend essentiellement des cinq facteurs que sont l'humidité et la température de l'air traversé par l'avion, la quantité d'eau rejetée par le réacteur due à la combustion du carburant, la température des gaz d'échappement et la pression atmosphérique<ref name=":0" />.

Types

Il existe trois sources pouvant induire la formation de traînées visibles sur un avion<ref name="EPA">Modèle:Lien web.</ref>,<ref name="NWS">Modèle:Lien web.</ref>,<ref name="LARC">Modèle:Lien web.</ref> : le moteur à pistons, la turbine de moteur à réaction et (plus discrètement) certains éléments de portance.

Traînées d'ailes (ou de détente)

Quelques éléments de portance (ailerons ou extrémité d'aile) produisent un vortex tubulaire associé à une dépression sur le dessus de l’aile (ce qui permet à l'avion de voler). La chute de pression est la plus brusque en bout d'aile où elle entraîne une chute instantanée de température (comme le fait la décompression du fluide compressé par le moteur d'un réfrigérateur, mais d'une manière bien plus brutale). Si l'avion vole dans une zone où l'humidité relative de l'air approche les 100 %, la baisse de température peut faire passer l’air au-delà de la saturation au bout des ailes<ref name="EPA"/>,<ref name="NWS"/>,<ref name="LARC"/>. Elles sont connues comme traînées de détente<ref>Modèle:Lien web</ref>.

Le tourbillon qu'on y retrouve concentre et piège cet air sursaturé en une sorte de tube qui rend brièvement visible cette condensation car les gouttelettes d'eau ont eu le temps d'y geler. Ces traînées sont rares et brèves car les cristaux de glaces sont rapidement sublimés en vapeur d'eau et l’humidité relative retombe sous 100 %. En effet, au contraire de ce qui se passe en sortie de réacteur ou de moteur, le taux de noyaux de congélation est très faible en bout d'aile car il ne dépend que de ceux de la masse d'air<ref name="EPA"/>,<ref name="NWS"/>,<ref name="LARC"/>.

Traînées de moteur à pistons (ou d'échappement et de détente)

En sortie de moteur à pistons, les gaz chauds et très humides, sont soumis à des phénomènes d'expansion/décompression quand ils sont pris dans le vortex de l'hélice et propulsés en arrière de l'avion. Si l'air est très humide et assez froid, ces gaz génèrent une traînée blanche, qui peut même prendre un aspect hélicoïdal. Cette trainée de condensation apparait quand la quantité d'humidité que peut contenir l'air est inférieure à celle ajoutée par les gaz d'échappement. Dès que l'air est en phase saturée, la vapeur se condense en microgouttelettes et éventuellement en cristaux de glace qui deviennent visibles<ref name="EPA"/>,<ref name="NWS"/>,<ref name="LARC"/>. Selon les conditions de température et l'heure (jour nuit), ces traînées se dissipent en quelques dizaines de secondes, minutes ou dizaine de minutes ou contribuent à former ou alimenter des nuages. De tels phénomènes étaient observés lors de certains combats aériens lors de la Seconde Guerre mondiale.

Traînées de moteur à réaction (ou d'échappement)

En sortie de réacteur, les gaz d’échappement sont très chauds, très humides, riches en micro et nanoparticules, et subissent une brutale expansion/décompression qui les refroidit brutalement<ref name="EPA"/>,<ref name="NWS"/>,<ref name="LARC"/>. Chaque litre de carburant consommé produit environ un litre d'eau, qui va rapidement s'étendre en panache de vapeur, brutalement mise en contact avec l'air froid d'altitude.

Comme la quantité d'humidité que peut contenir l'air à ces altitudes est bien inférieure en général à celle venant du réacteur, l'air passe en phase saturée et la vapeur se condense alors en gouttelettes puis en cristaux de glace. Selon les conditions de température et l'heure (jour nuit), ces traînées peuvent se dissiper après seulement quelques dizaines de secondes ou minutes ou perdurer jusqu’à plusieurs heures puis former des cirrus qui persisteront éventuellement des dizaines d'heures. Elles sont connues également sous le nom de traînées d'échappement à cause de leur mode de formation<ref>Modèle:Lien web</ref>.

Autres facteurs

Fichier:C-141 Starlifter contrail crop1.png
Condensation d'altitude en sortie de réacteurs.

Comme pour la formation des cirrus « normaux », d'autres facteurs contribuent à la formation de traînées de condensation (ou interagissent avec elles et entre eux), facteurs que les modèles commencent à prendre en compte <ref name=Bock_Burkardt2019>Lisa Bock & Ulrike Burkhardt (2019) Contrail cirrus radiative forcing for future air traffic ; | Atmos. Chem. Phys., vol 19, n°12 ; pp8163-8174 |URL :https://doi.org/10.5194/acp-19-8163-2019 |© cc-by-sa 4.0 License. |rem : les auteurs appartiennent à l’Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen et au Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Allemagne)|Reçu le 14 Dec 2018, discuté à partir du 25 Jan 2019, révisé le 17 May 2019 et accepté le 23 Mai 2019, puis publié le 27 Juin 2019 </ref> :

  • Le trafic aérien<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} N. Stuber et P. Forster, « Modèle:Langue », Modèle:Langue, 2007, Modèle:P. Modèle:Lire en ligne Modèle:Pdf.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} N. Stuber, P. Forster, G. Rädel et K. Shine, « Modèle:Langue », Nature no 441, 15 juin 2006, Modèle:P. Modèle:Présentation en ligne.</ref> : il est estimé que depuis 1945, le trafic aérien mondial double tous les quinze ans (grâce à un taux de croissance annuel moyen d’environ 5 %) portant le nombre de passagers de 31 millions en 1950 à plus de 3 milliards en 2012. Le trafic a été multiplié par 100 de 1950 à 2000 et pourrait l'être par 6, si les tendances constatées se confirmaient, de 2000 à 2050.
  • l’amélioration de l’efficacité des moteurs (2 % d’amélioration par an sont espérés) diminuera les émissions de gaz par passager transporté, mais pas la formation des contrails. Par contre des carburants de substitution produisant moins de suies, d’autres particules aurait un effet plus significatif (à condition qu’il ne soit pas gommé par une augmentation du trafic stimulé par ces économies de carburant) ; Ces améliorations n’empêcheraient pas une légère augmentation de la probabilité de formation de traînée sous les tropiques. Et si moins de suies dans les gaz de combustion diminuerait la profondeur optique et de la durée de vie des cirrus, leur forcage radiatif serait moins marqué que ce qu’annonçaient Burkhardt et al. (2018), il serait au mieux diminué de 15 % notamment car forte augmentation du trafic aérien devrait aussi générer plus de vapeur d’eau et donc une abondance de cristaux de glace <ref name=Bock_Burkardt2019/>.
  • Les rayonnements solaires ou cosmiques : aux altitudes où se forment les cirrus, deux types de rayonnements peuvent interférer avec la formation des nuages ; les rayons reçus du soleil, et le rayonnement cosmique, assez énergétique pour être très ionisants, mais généralement en grande partie détourné de la terre, par la magnétosphère et le vent solaire. À haute altitude, ces deux types de rayonnement (envoyés par le soleil ou provenant du milieu interstellaire) sont moins filtrés par l’atmosphère (plus ténue) et par la couche d'ozone (pour les UV). Le flux de rayonnement reçu par la vapeur d'eau est à cette altitude bien plus important qu'au sol (notamment dans l'ultraviolet et l'infrarouge solaire direct).
Une partie de ce rayonnement peut ioniser l'air (ce sont aussi elles qui créent les aurores boréales), voire craquer des molécules d'eau, le dioxygène, le méthaneModèle:Etc. Charles Thomson Rees Wilson, en étudiant la formation des nuages, a montré au siècle dernier dans la première chambre à brouillard, que ce type de rayonnement pouvait catalyser la condensation d'un gaz saturé en vapeur en microgouttelettes. Dans le cas des cirrus, une partie des gouttelettes gèle instantanément en cristaux de glace, pouvant à leur tour devenir des noyaux de nucléation de gouttelettes plus grosses finissant par former des cristaux plus gros et visibles.
Les images satellitales et les travaux de l'université de Leeds montrent que, sous les corridors aériens ou sous leur vent (d'altitude), certains jours, plus de 80 %, voire 100 % de la nébulosité du ciel est artificielle, dérivant de l'étalement des cirrus initiés par les trainées de condensation ou réalimentés par ces derniers ;
  • Les aérosols particulaires minéraux d'altitude : les aérosols volcaniques fins (PM) issus des grandes éruptions volcaniques pourraient également interagir avec les cirrus et on suppose avec les traînées. De même pour certaines particules soulevées par les tempêtes (certaines tempêtes de sable exceptionnelles par exemple) ;
  • la répartition géographique du flux d’avion, qui explique de fortes variations régionales dans la répartition des contrails, variations qui devraient s’exacerber d’ici 2050 <ref name=Bock_Burkardt2019/>.;
  • l’altitude de vol des avions (à basse altitude ils ne génèrent pas de trainées, mais polluent néanmoins et seraient sources d’une pollution sonore constante. Par ailleurs le nombre d’avions grandissant, par sécurité il est prévu pour eux des altitudes de vol un peu plus élevées, ce qui selon les modèles augmentera le risque de formation de cirrus réchauffant l’atmosphère <ref name=Bock_Burkardt2019/>.;
  • le changement climatique ; un faible réchauffement n’est pas supposé modifier la formation des cirrus par ce que ne modifiant pas ou peu les températures de la stratosphère et son hygrométrie, mais le pire scénario du GIEC (RCP8.5) pourrait lui conduire à amoindrir la présence des cirrus <ref name=Bock_Burkardt2019/>.. Cependant si les avions volent plus haut parce que beaucoup plus nombreux en 2050 (ce qui est prévu) ils consommeront proportionnellement plus de carburant et des cirrus pourraient se former plus haut.

Évolution des traînées

Fichier:AvionsTrainéesContrails Lille 2013 26.JPG
Selon l'altitude, la température de l'air, les vents, les traînées disparaissent ou évoluent différemment (ici, le contraste de la photo a été augmenté dans le rectangle pour rendre le phénomène plus visible).

Les traînées de condensation produites par les réacteurs sont beaucoup plus durables et communes que celles produites par les vortex au bout des ailes, car elles sont induites par une addition significative d’humidité absolue. Selon les conditions de pression, température, ventModèle:Etc., elles peuvent<ref name="MF"/>,<ref name="EPA"/>,<ref name="LARC"/> :

  • évoluer progressivement en nuage d’altitude plus ou moins épais, large et durable. Ce type de nuages, qualifié d'Homomutatus, dérive selon les vents d’altitude et conserve souvent durant plusieurs heures la forme et la direction de la traînée. Ces cirrus artificiels persistants peuvent même s’installer pendant des jours ou des semaines ;
  • conserver une forme rectiligne, se casser ou même prendre une forme de zigzag avant de disparaître ;
  • se dissoudre rapidement par évaporation/sublimation et/ou dispersion, en devenant invisible à nos yeux. Parfois seule une partie de la traînée ne se forme pas ou disparaît précocement, en raison d’un courant aérien qui la disperse localement ou de l’ombre portée d’un nuage situé entre le soleil et ce point (un tel phénomène est visible en haut à gauche de la photo ci-contre).

Formation d'autres traînées (invisibles) dans la troposphère

Modèle:Article détaillé Un phénomène rappelant celui des traînées d’avion existe - pour d’autres raisons - à une altitude beaucoup plus basse, dans la troposphère.

  • Indétectable dans le spectre visible, il est clairement perceptible dans l’infrarouge par les satellitesModèle:Référence nécessaire.
  • Ces traînées sont produites par la formation d'aérosols de microgouttelettes, qui – à cette altitude – ne gèlent pas, à partir des émissions de cheminées de navires. On les attribue essentiellement à l'effet de nucléation de l'eau-vapeur induite par le soufre relargué par le fioul lourd brûlé par les chaudières de navires. Ce soufre joue le rôle d'un catalyseur en constituant un noyau facilitant la nucléation de microgouttelettes d’eau.
  • Il est possible (à confirmer) que la réverbération du soleil et en particulier d'une partie des UV sur l’eau ait une importance dans le phénomène en augmentant l’énergie disponible (que nous percevons par exemple sous la forme des coups de soleil) on constate par exemple que les pics d'ozone sont souvent beaucoup plus importants au-dessus de la mer ou en bordure de mer.
  • Le fait que ces « traînées » soient nettement visibles dans l'infrarouge signifie qu’une partie du rayonnement calorique solaire est renvoyé en direction de l’espace. Localement, le phénomène contribue donc, comme les « Modèle:Langue » d’altitude, à légèrement refroidir l’air ambiant, mais bien moindrement sans doute que dans le cas des avions. Mais il faut aussi tenir compte que chacun de ces panaches est aussi le témoin d'une émission importante de gaz à effet de serre (NOx<ref>Modèle:Article</ref>, CO, HC, [[Dioxyde de carbone|Modèle:Fchim]]).

Effets sur la couche d'ozone

Les NOx émis dans l'atmosphère par les réacteurs (et par la foudre <ref>Khodayari, A., Vitt, F., Phoenix, D., & Wuebbles, D. J. (2018) The impact of NOx emissions from lightning on the production of aviation-induced ozone. Atmospheric environment, 187, 410-416 (résumé)</ref>) interfèrent négativement avec l'ozone stratosphérique, qu'il s'agisse d'ozone naturel ou induit par les émissions des avions et ce, de manière saisonnière<ref>Stratmann, G., Ziereis, H., Stock, P., Brenninkmeijer, C. A. M., Zahn, A., Rauthe-Schöch, A., ... & Volz-Thomas, A. (2016) NO and NOy in the upper troposphere: Nine years of CARIBIC measurements onboard a passenger aircraft. Atmospheric environment, 133, 93-111 (résumé).</ref> et via la photochimie de l'atmosphère, en perturbant l'état d'équilibre de la haute troposphère. Selon une étude publiée en 1998<ref name=Grooß98>Grooß, J. U., Brühl, C., & Peter, T. (1998). Impact of aircraft emissions on tropospheric and stratospheric ozone. Part I: Chemistry and 2-D model results. Atmospheric Environment, 32(18), 3173-3184.</ref>,<ref>Dameris, M., Grewe, V., Köhler, I., Sausen, R., Brühl, C., Grooß, J. U., & Steil, B. (1998). Impact of aircraft NOx emissions on tropospheric and stratospheric ozone. Part II: 3-D model results. Atmospheric Environment, 32(18), 3185-3199 (résumé).</ref> Modèle:Citation. Les modèles 2D tendaient à sous-estimer les valeurs de fond des NOx dans la troposphère libre, et par suite à surestimation l'augmentation de l'ozone induite par les avions subsoniques. On montre à la fin des années 1990 que la convection (très importante en été aux latitudes moyennes et toute l'année aux latitudes chaudes) pourrait faire passer le rapport de mélange des NOx au-dessus du niveau critique de 0,3 ppbv et dégrader la couche d'ozone en zone polaire nord si l'aviation s'y développe<ref name=Grooß98/>. Dans l'hémisphère sud, les avions sont bien moins nombreux, mais la calotte glaciaire est plus vaste qu'au nord et climatiquement plus isolée, ce qui rend la zone beaucoup plus froide. Les données satellitaires de la NASA utilisées pour la recherche sur la haute atmosphère, ont montré Modèle:Référence nécessaire que les nuages stratosphériques de l'Antarctique avaient une durée de vie deux fois plus longue que ceux situés au-dessus de l'Arctique où les couches d'air sont plus mélangées et moins froides. En refroidissant les couches de l'atmosphère où l'ultraviolet produit la couche d'ozone, les traînées d'avion peuvent exacerber les réactions chimiques de destruction de l'ozone<ref name="ChemAtmo" />.

En hiver dans l'hémisphère nord, l'aviation contribuerait à augmenter le « mauvais » ozone troposphérique d'environ 3 %, avec peu d'effet sur l'ozone stratosphérique<ref name="ChemAtmo" />. Une modélisation prospective a estimé que pour 500 vols de transports supersoniques commerciaux en 2015 (à une altitude de vol Modèle:Unité, une vitesse de croisière de Mach 2,4 avec un indice d'émission de Modèle:Unité de NO2 par kilogramme de kérozène brûlé), l'ozone diminuerait de 3 % dans la basse stratosphère polaire conduisant à une diminution de près de 1,5 % de l'ozone dans la colonne atmosphérique<ref name="ChemAtmo" />.

Effets sur le climat

Modèle:Article détaillé

Les traînées de condensation influent sur le climat en perturbant deux constituants-clé de l'atmosphère : l'ozone (gaz à effet de serre dont Modèle:Citation<ref name="MozaicIagos2008" />) et la vapeur d'eau (autre gaz à effet de serre)<ref name="MozaicIagos2008" />. Ces deux gaz jouent à cette altitude un rôle majeur. Si l'ozone troposphérique commence à être bien suivi, on connait encore très mal (via des outils récents tels que Mopitt (pour le CO), Advanced Composition Explorer et Iasi pour l’[[Ozone|Modèle:Fchim]] et le COx) les flux et échanges verticaux d'ozone entre les hautes et basses couches (c'est-à-dire entre troposphère et stratosphère).

Fichier:Contrails over Nova Scotia.jpeg
Traînées de condensation au-dessus de la Nouvelle-Écosse, vues de satellite.

En termes de forçage radiatif, les avions ont deux grands impacts connus, opposés, sur le climat régional et planétaire<ref>Modèle:Article.</ref>, pour partie contradictoires<ref name="Yang">Modèle:Article.</ref>,<ref name="Brasseur">Modèle:Article.</ref> :

  • En émettant du CO2 et de la vapeur d'eau (deux gaz à effet de serre), ils contribuent à moyen et long terme au réchauffement global<ref name="MozaicIagos2008" /> ;
  • Par l'émission d'aérosols et la formation de traînées de condensation qui se transforment en larges cirrus augmentant l'albédo de l'atmosphère, ils contribuent à court terme (surtout dans l'hémisphère nord, et notamment en Europe<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Bakan, S., Betancor, M., Gayler, V. & Graßl, H. Modèle:Langue. Modèle:Langue 12, 962–968 (1994).</ref> où les vols sont très nombreux) à un refroidissement le jour et à un réchauffement la nuit, mais en termes de bilan global, l'effet réchauffant serait nettement dominant sur l'effet « rafraîchissant<ref name="ImpactClimat2011" /> ».

Les sciences du climat et de l'atmosphère cherchent à mieux quantifier la part respective de ces deux phénomènes, dont en Europe de l'Ouest, qui selon les images satellitaires est l'une des zones les plus touchées au monde<ref name="Brasseur"/>. À court terme les impacts précoces, visibles et les plus importants de l'aviation sont les traînées de condensation, et l'induction des cirrus qu'elles provoquent<ref name="LeedsUniv">Modèle:Lien web.</ref>.

Les émissions des avions semblent aussi perturber l’équilibre photochimique atmosphérique, encore mal compris à cette altitude, mais qui est Modèle:Langue fortement couplé au climat global<ref name="MozaicIagos2008" />. Enfin, l'eau et l'ozone sont aussi deux précurseurs des radicaux hydroxyles qui affectent la chimie de la troposphère, et le cycle de plusieurs autres gaz trace naturels et anthropiques<ref name="MozaicIagos2008"/>.

Impact diurne/nocturne

Fichier:Trainées avion évolution albédo.jpg
Traînées au soleil levant et évolution
(Lille, Modèle:Date).

Il existe un facteur jour/nuit déterminant. En effet, la vapeur d’eau est un puissant gaz à effet de serre (dont le coefficient est plus élevé que celui du CO2<ref>Modèle:Lien web.</ref>), mais cette vapeur d'eau a un impact tout à fait différent en matière de réchauffement selon sa forme :

  • forme condensée dans l'air, notamment sous forme de nuages, reflétant le rayonnement solaire ;
  • vapeur d'eau, invisible à nos yeux, mais faisant barrage à une partie des infrarouges.

Vols de jour

Les traînées de condensation des avions volant sous le soleil blanchissent et/ou réfléchissent une partie de l’énergie solaire thermique en la renvoyant vers l’espace avant qu'elle n'ait eu le temps de réchauffer le sol ou les masses d'air. Ce phénomène tend à refroidir la basse atmosphère. L'albédo est ici le phénomène déterminant<ref name="Stuber">Modèle:Article.</ref>.

Vols de nuit

La vapeur d'eau et les nuages causés par ces traînées s’opposent au refroidissement en réfléchissant les infrarouges émis par le sol vers ce dernier. Ceci diminue le refroidissement nocturne d'un ciel autrement dégagé et accroît donc le réchauffement en piégeant la chaleur rayonnée par le sol dans les basses couches de l’atmosphère, comme une couverture garde la chaleur du dormeur<ref name="Stuber"/>.

Fréquence et aspects saisonnier

Fichier:Contrails 1994 1995 Nasa US Air Force.jpg
Saisonnalité des observations de contrails, au-dessus de Langley aux États-Unis, en 1994-1995. Les traînées sont plus fréquemment observées du sol en fin d'hiver et début de printemps.

Le phénomène est observable par tout le monde, bien que les couches nuageuses basses cachent une partie des traînées de condensation. Comme le montre un observatoire photographique néerlandais des traînées dans les années 2007 à 2010, les traînées sont devenues omniprésentes dans l'hémisphère nord, observables presque tous les jours, dans tout ou partie du ciel au-dessus de l'Europe<ref name="ObsNl">Modèle:Lien web. Voir aussi sur le même site l'index des photographies et galeries de photos récentes incluant les jours où les avions n'ont pas volé à cause du volcan islandais.</ref>.

Le transport aérien est celui qui connaît la plus forte croissance mondiale, devant l’automobile. S'il n'émettait à la fin des années 1990 que 3 % environ des gaz à effet de serre Modèle:Référence nécessaire, les données scientifiques disponibles montrent que son effet en termes de bilan radiatif est proportionnellement nettement plus important. En effet, c'est en moyenne, l'effet des grandes longueurs d'onde qui domine le bilan de forçage radiatif des traînées d'avion, qui fait que l'effet réchauffant l'emporte sur l'effet refroidissant<ref name="Stuber"/>, <ref name=Bock_Burkardt2019/>.

Dans les années 1990, la NASA et l'[[United States Air Force|Modèle:Langue]] notaient déjà une fréquence plus élevés des traînées en fin d'hiver et début de printemps selon le graphique ci-contre<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Cinq ans plus tard, au début des années 2000, Nicola Stuber montrait que les vols de nuit (Modèle:Heure du soir - Modèle:Heure du matin) effectués en Grande-Bretagne en saison froide (durant les seuls trois mois de décembre, janvier et février) contribuent pour environ 50 % au réchauffement alors qu'ils comptent pour moins d’un quart (22 %) du trafic annuel<ref name="Stuber"/>.

Recherche

Fichier:TrainéesCondensationAvionsLille 3889.JPG
Ces condensats contiennent du Modèle:Fchim, du CO, des oxydes d'azote, de faibles quantités résidus de kérosène et de métaux (additifs des carburants, usure des tuyères…). Ils naissent dans une atmosphère très froide mais soumise à un flux intense de photons plus énergétiques que dans les basses couches de l'air protégées par l'ozone. La photochimie de ces couches est mal comprise, de même que les phénomènes de catalyse ou photocatalyse qui pourraient être impliqués.
Fichier:Contrails Climate change atmos-chem-phys.net 19 8163 2019 acp-19-8163-2019-f02.jpg
Forçage radiatif dans 4 scénarios (les 4 régions du monde où il y a le plus d’avions en vol et donc de traînées sont encadrées.) :
a) situation en 2006 ;
b) simulation pour 2050 avec l’augmentation de trafic prévue par l’AEDT ;
c) même simulation mais en tenant compte du réchauffement global en 2050 ;
d) scénario où l'efficacité du carburant et de la propulsion se sont fortement améliorées et où de nouveaux carburants ont réduit de moitié les émissions de suies, avec une légère augmentation des rejets d’eau.

Le premier signalement connu de traînée de condensation remonte à 1915, dans le Tyrol du Sud<ref>Modèle:Lien web</ref>. Cependant, on n'a pris conscience de l'ampleur physique de leurs impacts que dans les années 1990 ; après que des scientifiques de la NASA en 1998 eurent par exemple montré que des traînées de condensation produites sur la côte pacifique des États-Unis pouvaient s'étaler et fusionner pour produire un cirrus couvrant Modèle:Unité. Des photographies satellite ont ensuite dévoilé des traînées de condensation produites par l'aviation commerciale au-dessus de la Nouvelle-Angleterre (formant un nuage qui a atteint Modèle:Unité).

Une première étude sur leur mécanisme de formation est publiée en 1953 par la société américaine de météorologie<ref> Appleman, H.: The formation of exhaust condensation trails by jet aircraft, B. Am. Meteorol. Soc., 34, 14–20, 1953.</ref>.

En 1993, un programme cofinancé par la Commission européenne, dit « Mozaic » (1993-2008) associant cinq avions longs-courriers en service commercial, a commencé à mesurer les taux d'ozone, de vapeur d'eau, de monoxyde de carbone et d'oxydes d'azote, pour produire un début de base de données utile pour évaluer les processus photophycochimiques atmosphériques en jeu à échelle de l'atmosphère planétaire et pour le climat et la qualité de l'air de la couche HTBS (interface Haute troposphère-basse stratosphère), mal observée par les réseaux de sondage classiques et par les moyens satellitaires<ref name="MozaicIagos2008">Les programmes aéroportés Mozaic et Iagos (1994-2008), La Météorologie no 62, août 2008 Modèle:Pdf.</ref> ; En 1993 on a commencé à mesurer l'ozone (Modèle:Fchim) et l'humidité relative (Modèle:Fchim) puis en 2001, le monoxyde de carbone (CO). Un des cinq avions a été équipé d'un analyseur d'oxydes d'azote (Modèle:Fchim). En 2004, le suivi est poursuivi par l'Institut national des sciences de l'univers - CNRS (Insu-CNRS), l'Observatoire Midi-Pyrénées, Météo-France et le FZJ (Modèle:Langue) allemand. En 2008, seuls trois des cinq avions Mozaic volaient encore (deux pour la Lufthansa et un pour Air Namibia) (Modèle:Nombre de 1994 à 2008). Un projet complémentaire, « Lagos », Modèle:Citation<ref name="MozaicIagos2008" />. Il faut cependant attendre 1998 pour qu’une première évaluation européenne des effets des contrails soit publiée<ref>Brasseur, G. P., Cox, R. A., Hauglustaine, D., Isaksen, I., Lelieveld, J., Lister, D. H., Sausen, R., Schumann, U., Wahner, A., and Wiesen, P (1998) European scientific assessment of the atmospheric effects of aircraft emissions, Atmos. Environ., 32, 2329–2418</ref>.

En 2000, un programme appelé PARTEMIS<ref name="PARTEMIS">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Langue - Modèle:Date-Modèle:Date, Modèle:Langue.</ref>, visant à mieux comprendre l'effet de l'état du réacteur sur l'éjection de particules et d'aérosols et leur devenir et transformations dans l'atmosphère, a été initié pour aider les constructeurs à produire des réacteurs plus efficaces et moins nocifs pour le climat. Le projet inclut le développement de modèles mathématiques des processus physiques et chimiques et des méthodes de prévision des impacts météorologiques.

En 2001, un autre programme européen, CYPRESS (dans le cadre de Cordis)<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Langue - Modèle:Date-Modèle:Date, Modèle:Langue.</ref>, sur la base des prédictions et de l'évolution probable de la conception de turbines de réacteurs (pour une période de 17-Modèle:Nombre), cherche à modéliser (avec les grands fabricants de turbines) les émissions de polluants que ces moteurs induiront, et notamment les relations entre Modèle:Fchim et de Modèle:Fchim évoquées par le rapport du GIEC<ref name="GIEC"/>.

De son côté, le ministère britannique des transports a financé l'Université de Reading<ref>Projet suivi par Nicola Stuber en 2004-2006.</ref> avec la Direction de la météorologie, puis avec l'Université de Leeds. Il s'agissait notamment de mieux comprendre, grâce à des ballons sondes équipés de capteurs météorologiques, la température, la chimie et la météorologie de la haute atmosphère, pour mieux prédire les phénomènes de production de traînées persistantes, avec une étude plus détaillée au-dessus du Sud-Est de l'Angleterre. À partir de ces données, les universitaires tentent d'estimer plus précisément l'impact global de l'aviation en termes de forçage radiatif. Pour cela, ils ont utilisé des données collectées directement lors de vols aériens. Mais ils ont aussi dû mettre à jour les bases de données d'émissions (c'est l'objet du Projet AERO2K (Modèle:Langue)<ref name="AERO2K">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Langue - Modèle:Date-Modèle:Date, Modèle:Langue - 2001.</ref> qui est parti du fait qu'au début des années 2000, les bases de données mondiales d'émissions n'étaient renseignées qu'avec environ dix ans de retard et ne pouvaient répondre aux besoins des scientifiques et des décideurs<ref name="AERO2K"/>.

Ces travaux ont notamment montré qu'au-dessus du Sud-Est de l'Angleterre, plus d'un quart des vols de nuit, bien que visuellement plus discrets que ceux qui contribuent à plus de 60 % du forçage radiatif des traînées qui blanchissent le ciel le matin et la journée suivante. Le trafic aérien hivernal (25 % des vols ont lieu entre décembre et février, alors que les hautes couches sont froides et la convection de mi-altitude faible<ref name="ChemAtmo">Modèle:Article.</ref>) représente à lui seul la moitié du forçage. Une des premières conclusions de ces travaux, publiés dans le journal Nature<ref name="Stuber"/>, est qu'une révision des heures de vol (à concentrer sur la journée) pourrait aider à minimiser l'impact climatique de l'aviation<ref name="LeedsUniv" />.

Le programme AERO2K a pour objet de produire une base de données à jour pour aider les décideurs à mieux évaluer l'impact climatique des avions, en produisant un inventaire mondial 4D de la consommation de kérosène et des émissions induites de polluants gazeux (Modèle:Fchim, CO, HC, Modèle:Fchim) et particulaires pertinents pour évaluer l'impact des avions sur la haute atmosphère. Ces paramètres devaient être issus du trafic civil, mais aussi militaire avec pour la partie SIG une résolution spatiale de 1° latitude/longitude pour Modèle:Unité de colonne d'atmosphère. La résolution temporelle la plus fine serait l'heure.

Le projet incluait une prospective à Modèle:Nobr, basée sur les dernières techniques de prévision utilisées par l'industrie (Airbus notamment, par les gouvernements et pour la gestion du trafic aérien). Une originalité du projet était d'associer des experts en sciences et technologies, à des décideurs politiques, et à des représentants de l'industrie aéronautique<ref name="AERO2K" />. Ce programme a été complété par le programme NEPAIR qui cherche à établir un indicateur synthétique des impacts de l'aviation<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Langue - Modèle:Date-Modèle:Date, Modèle:Langue.</ref>.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a de son côté consacré un rapport scientifique complet au phénomène des nuages artificiels produits par les traînées d’avion (1999, en anglais<ref name="GIEC">Modèle:Ouvrage.</ref>). Ce phénomène est clairement à considérer comme faisant partie des sources de modifications anthropiques du climat, mais avec un double aspect qui rend sa quantification complexe.

Un des moyens pour éliminer cet effet serait d’abaisser l’altitude des vols ce qui entraînerait moins de formation de traînées car l'air peut contenir plus d'humidité à plus basse altitude et la dispersion par les vents y serait plus rapidement. Cependant, cela impliquerait une diminution de la capacité de l’espace aérien et l’augmentation des émissions de Modèle:Fchim causée par une activité aérienne moins efficiente<ref name="Grewe">Modèle:Article.</ref>,<ref name="GIEC-99">Modèle:Ouvrage.</ref>. une amélioration de l'efficience des motorisations permettrait aussi de légèrement diminuer cette contribution au réchauffement<ref>Modèle:Article.</ref>.

En 2012 en France, l'Office national d'études et de recherches aérospatiales (ONERA) invite le laboratoire de physique et de métrologie des aérosols de l'IRSN dans le projet Mermose (Mesure de la réactivité des émissions de moteurs aéronautiques) financé dans le cadre du Grand emprunt. Il s'agit de mieux comprendre la contribution du transport aérien au changement climatique par les interactions entre eau et croissance de la glace à la surface des particules émises par les avions<ref name="IRSN2012" />. Ce laboratoire maîtrisait déjà la métrologie des particules carbonées en cas d’incendies dans une installation nucléaire, et il doit ainsi renforcer sa compétence en matière de condensation de vapeur sur des particules de suies en cas d'accident nucléaire<ref name="IRSN2012">IRSN, revue Repère no 13, mai 2010, Modèle:P..</ref>.

Tendances et prospective

Depuis l'apparition des avions à réaction, la part du ciel occupée par des traînées d'avion augmente, fortement depuis les années 1990. Le GIEC le juge alors préoccupant<ref name="GIEC"/> notamment car la contribution de l'aviation à l'effet de serre ne cesse d'augmenter (elle serait passée de 3 % environ à 5 % d'augmentation par an en quelques années) alors que les liaisons aériennes internationales n'ont pas été prises en compte par le traité de Kyoto<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Dans les années 1990, des scénarios de forçage radiatif (à vocation d'état des lieux et prospective) cherchent à intégrer les effets climatiques des traînées de condensation, par la NASA et le GIEC<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Selon ce travail, en 1992, l'apport global de l'aviation était de Modèle:Unité, soit 3,5 % du total forçage radiatif anthropique (Modèle:Unité mesurée par rapport à l'atmosphère pré-industrielle, pour les gaz à effet de serre et des aérosols combinés, et de Modèle:Unité pour les gaz à effet de serre seul).

Pour les avions la part estimée du Modèle:CO2 était la plus importante (Modèle:Unité, suivie des Modèle:Fchim (Modèle:Unité, via ses impacts sur l'ozone) et par le méthane (Modèle:Unité, par l'intermédiaire des changements indirects des taux méthane). La NASA estime alors que le bilan du forçage causé par les traînées d'avion était d'environ Modèle:Unité alors que la vapeur d'eau stratosphérique, en tant que gaz à effet de serre, ne comptait que pour dix fois moins (Modèle:Unité), devant les aérosols sulfatés (effet direct), les aérosols carbonés (Modèle:Unité) et les suies (Modèle:Unité). La NASA juge aussi que les cirrus artificiels peuvent aussi contribuer au forçage radiatif (de 0 à Modèle:Unité selon le facteur d'incertitude alors retenu).

En 2011 (après que dans les années 2000-2010 jusqu'à 10 % du ciel couvrant l'Europe centrale soit déjà blanchi par ces cirrus<ref name="ImpactClimat2011" />), des chercheurs allemands<ref group=N>Ulrike Burkhardtet et Bernd Kärcher de l'Institut de physique de l'atmosphère de Wessling (Allemagne)</ref> publient un premier calcul de l'effet des traînées d'avion sur le bilan radiatif de la terre (via un modèle climatologique local et global intégrant ces condensations artificielles de nuages)<ref name="ImpactClimat2011" /> : ces traînées réchaufferaient la planète d'environ Modèle:Unité par mètre carré, soit deux fois plus que la contribution des avions au réchauffement par leurs seules émissions de Modèle:CO2<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Langue (Article intégral, en accès libre) ; Modèle:Langue ; Volume:1, Pages:54–58 ; 2011 ; DOI:10.1038/nclimate1068.</ref>,<ref name="ImpactClimat2011">Modèle:Article Modèle:Commentaire biblio</ref> (sachant qu'en 2010, les émissions provenant de l'aviation représentaient environ 3 % du total annuel des émissions de Modèle:CO2 provenant des carburants fossiles)<ref name="ImpactClimat2011" />.

Ce forçage radiatif par les cirrus de traînée est environ neuf fois plus intense que celui des traînées ne formant qu'une ligne sans se transformer en cirrus. Ces cirrus modifient la nébulosité naturelle en blanchissant le ciel, ce qui ne compense cependant que partiellement leur effet réchauffant : Le forçage radiatif net dû à ces cirrus est le composant de forçage radiatif lié à l'aviation le plus important.

Les auteurs plaident pour qu'il soit désormais inclus dans les études sur l'impact de l'aviation sur le climat, et dans les recherches d'options d'atténuation appropriées. Certains espèrent qu'un moteur condensant une partie de la vapeur d'eau avant qu'elle ne soit envoyée dans l'atmosphère puisse limiter ce phénomène sans générer d'autres problèmes.

Les premiers grands scénarios prospectifs (2015-2050) datent de cette époque. La NASA juge que la croissance de la flotte subsonique des années 2000 à 2015 — selon les données disponibles à l'époque — pourrait conduire à un forçage de Modèle:Unité vers 2015 (environ 5 % du forçage radiatif anthropique total prévu pour cette période)<ref name="NASA2015">Modèle:Lien web.</ref>.

Malgré des progrès en matière de connaissance<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>, en 2010 on manque encore d'un cadastre mondial des émissions assez précis pour évaluer quantitativement et qualitativement les impacts des traînées émises par les avions civils et militaires. Faut-il diminuer les vols de nuits, et les décollages en hiver pour mieux respecter la convention de Rio sur les modifications climatiques ? C'est une question posée dans la revue Nature en 2006<ref name="Stuber"/>. En 2016, une étude <ref name=Chen2016/> (sur la base de quatre scénarios d'émissions par l'aviation entre 2006 et 2050) conclut que le facteur radiatif des cirrus pourrait augmenter, et atteindre jusqu'à Modèle:Unité.

En 2019, une suite à l'étude de 2011 est publiée par ses auteurs, après qu'une catégorisation plus fine des nuages ait été construite<ref name=AtlasInternat2017>Modèle:Lien web.</ref>, et après qu'un modèle atmosphérique ait été affiné pour mieux prendre en compte les cirrus<ref>modèle : ECHAM5-CCMod, dotée d'une paramétrisation en ligne de cirrus de traînée et conçu pour des simulations d'effets des trainées jusqu'en 2050 au moins, Modèle:Citation.</ref> plus précis que les précédents (et différenciant les facteurs d'apparition et les effets des nuages naturels et des traînées sur l'atmosphère). Cette étude utilise un modèle de nucléation des contrails différent de celui utilisé par Chen et Gettelman en 2016<ref name=Chen2016> Chen, C.-C. and Gettelman, A. (2016) «Simulated 2050 aviation radiative forcing from contrails and aerosols», Atmos. Chem. Phys., 16, 7317–7333, https://doi.org/10.5194/acp-16-7317-2016, 2016.  </ref>. Pour la modélisation des évolutions futures, 2006 devient l'année de référence, car on dispose depuis cette date de données aéronautiques précises à échelle planétaire. L'étude a modélisé l'impact de la couverture mondiale en traînées d'avion jusqu'en 2050, en intégrant les prospectives de trafic aérien et d'émissions futures. Conclusion : les calculs antérieurs ont sous-estimé l'effet réchauffant de ces traînées de condensation sur le climat, qui dépasse nettement leur effet rafraichissant. Et il devrait tripler entre 2006 et 2050 (même en tenant compte des progrès prévus de la motorisation, car les estimations prospectives prévoient un quadruplement du trafic aérien d'ici 2050)<ref>Wilkerson, J. T., Jacobson, M. Z., Malwitz, A., Balasubramanian, S., Wayson, R., Fleming, G., Naiman, A. D., and Lele, S. K. (2010) Analysis of emission data from global commercial aviation: 2004 and 2006, Atmos. Chem. Phys., 10, 6391–6408, https://doi.org/10.5194/acp-10-6391</ref>. Le forçage radiatif des cirrus passerait alors de Modèle:Unité entre 2006 et 2050 s'il est calculé à partir du nombre de km parcouru projeté au sol. Or à cause du trafic aérien croissant, il faut s'attendre à un Modèle:Citation. Les calculs refaits en tenant compte des trajets obliques (en 3D, plus proche de la réalité) concluent alors un forçage radiatif encore plus important : Modèle:Unité (plutôt que 159) <ref name=Bock_Burkardt2019/>.. Selon les modèles disponibles en 2019, les changements d'altitudes de vol et du nombre d'avion devraient d'ici 2050 un peu atténuer l'augmentation de l'effet réchauffant des cirrus aux latitudes moyennes (zones tempérées) mais le renforcer en zones tropicales. L'Asie de l'Est sera sans doute la plus touchée au monde <ref name=Bock_Burkardt2019/>.

Les liens entre nébulosité et réchauffement climatique des mers et de la surface terrestre sont complexes, et encore mal compris mais on sait que des taux élevés d'aérosols riches en suies se traduiront par des cirrus artificiels (« contrails ») plus nombreux et plus durables, affectant la météorologie des basses couches de l'atmosphère et la température au sol<ref name=CameroScienceJul2019>Katie Camero (2019) Aviation's dirty secret : Airplane contrails are a surprisingly potent cause of global warming ; Publié dans: Science / Environnement doi: 10.1126/science.aay5598.</ref>. Ulrike Burkhardt<ref>Ulrike Burkhardt est chercheur au German Aerospace Center's (DLR's) Institute for Atmospheric Physics de Wessling</ref> alerte sur le fait que même en imaginant une réduction de 90 % des émissions de suies grâce à des carburants aéronautiques plus propres, on ne pourra pas ramener l'impact des traînées d'avion à un niveau comparable à la situation de 2006. Il suggère en outre que le scénario tendanciel (et le plus probable) est que le taux de suies injectés dans l'atmosphère par les avions va encore augmenter, ainsi que les nuages artificiels (cirrus) car outre que les kérosènes ne sont toujours pas taxés, la plupart des réglementations de l'aviation, tout comme les plans de lutte contre la pollution - pour ce qui a trait aux impacts climatiques des avions - ne concernent que les émissions de CO2. Ainsi l'Accord de Paris fixe des objectifs d'émissions maximales de CO2, et le programme CORSIA ( « Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation » ou "Programme de compensation et de réduction de carbone pour l'aviation internationale" ) engage l'aviation à évoluer à partir de 2020 vers la neutralité carbone, et imposent des déclarations annuelles ; mais ils ne disent rien de l'impact des contrails sur le climat<ref name=CameroScienceJul2019/> ,<ref name=Bock_Burkardt2019/>.

Selon Andrew Gettelman, physicien des nuages au Centre national de recherche sur l'atmosphère (Boulder, Colorado), les cirrus artificiels ont un effet réchauffant encore assez faible comparé aux énormes quantités de CO2 émises par les sociétés humaines « mais, il reste important que le secteur de l'aviation comprenne la science et élimine leur impact »<ref name=CameroScienceJul2019/>,<ref name=Bock_Burkardt2019/>.

Le transport aérien engendre un réchauffement net de l'atmosphère. En 2018, son forçage radiatif effectif (ERF) net était estimé à Modèle:Unité, dont Modèle:Unité (57 %) pour les traînées de condensation, Modèle:Unité (34 %) pour le Modèle:CO2 accumulé depuis les débuts de l'aviation et Modèle:Unité (17 %) pour les dérivés des NOx<ref name=2018BilanForcageRadiatifAvion>Modèle:Article.</ref>. Le transport aérien était ainsi responsable en 2018 de 3,8 % du réchauffement climatique anthropique depuis le début de l’ère industrielle. Sur la période 2000–2018, sa part est plus importante (4,8 %)<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Pistes de solutions et leurs limites

Depuis les années 2000 l'industrie cherche à produire des moteurs Modèle:Pas clair<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>.

Les traînées de condensation n'apparaissant que dans des conditions précises d'insolation et de température : leur formation pourrait être réduite en redirigeant certains vols en fonction de la météo et de l’heure, en contrepartie d'une consommation plus importante de kérosène<ref name=CameroScienceJul2019/>. En 2023, American Airlines et Google publient des résultats montrant une réduction moyenne de 54 % des traînées de condensation lors de tests menés sur Modèle:Nobr utilisant des trajectoires optimisées, associée à une augmentation de seulement 2 % de la consommation de kérosène<ref name="lc">Modèle:Lien web</ref>.

D'autres carburants émettant moins de particules pourraient être utilisés, tels que les agrocarburants ou biocarburants ou l'hydrogène<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Si le trafic aérien augmente encore, « même cela pourrait ne pas suffire », alertent les auteurs d'une étude de 2019 qui incluait un scénario alternatif pour 2050, imaginant des avions émettant 50 % de particules et suies en moins. Cette diminution n'amoindrirait que de 15 % l’effet réchauffant des cirrus artificiels créés par les avions<ref name=CameroScienceJul2019/>.

Nuisance supplémentaire

Fichier:Contrail nuit.jpg
Traînée nocturne ; 14 janvier 2006 par nuit de pleine lune, froide, claire et sans vent, dans la banlieue lilloise (pose de Modèle:Nobr).

Les nuits de pleine lune, des traînées sont maintenant visibles alors que par nuit noire elles sont très rarement visibles, en tous cas pour les longueurs d'onde perçues pour l'œil humain. Elles peuvent gêner l'observation astronomique. Ces phénomènes sont généralement classés comme « nuisances lumineuses » pour l'astronomie, plutôt que comme pollution lumineuse bien qu'ils soient associés à une pollution réelle et durable à partir des réacteurs, liée au Modèle:CO2, à la vapeur d'eau (gaz à effet de serre) et aux particules émises.

Effets d'un arrêt du trafic aérien

Deux cas se sont présentés depuis l'apparition de l'aviation commerciale :

  • un arrêt de la circulation aérienne à la suite des attentats du Modèle:Date- ;
  • un arrêt de quelques jours dans l'hémisphère nord au-dessus de l'Europe à la suite de l'éruption d'un volcan islandais (Modèle:Date-).

Cas du 11 septembre

Modèle:Article détaillé C'est un des moyens de vérifier l'hypothèse que dans les régions à fort trafic aérien (telles que les États-Unis), les traînées de condensation pouvaient avoir un impact visible sur le climat en augmentant l'albédo de la Terre : réduction de l'apport solaire diurne ainsi que des déperditions de chaleur nocturne<ref name="Minnis">Modèle:Article.</ref>,<ref name="NASA2">Modèle:Lien web.</ref>.

Les trois jours d'interdiction de survol des États-Unis à la suite des attentats du 11 septembre 2001 ont permis à Davis Travis (université du Wisconsin) de constater une anomalie de température de plus d'un degré Celsius, de l'amplitude thermique d'une journée (écart entre la température la plus haute, le jour, et la plus basse, la nuit)<ref name="Travis">Modèle:Article.</ref>. Les mesures et les modèles ont montré que, sans traînée de condensation, l'amplitude des températures entre le jour et la nuit était d'environ Modèle:Combien plus élevée que lors de la période précédente. Cet écart est significatif. En effet, même si la température varie fortement d'un jour à l'autre, rendant le recueil de données peu significatif, l'amplitude jour/nuit, pour sa part, est un facteur beaucoup moins variable d'un jour à l'autre.

Éruption du volcan islandais Eyjafjöll

Modèle:Article détaillé Les répercussions de l'éruption de l'Eyjafjöll en Modèle:Date sur le trafic aérien entraînent une disparition des traînées de condensation dans une bonne partie du ciel européen. En Angleterre, en Allemagne et en France on constate n'avoir pas vu un tel ciel bleu exempt de traînées depuis des années<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Le Modèle:Date-, un retour à la « normale » est constaté dans le ciel européen.

Traînée de dissipation

Fichier:10sec old Distrail in Hong Kong.jpg
Traînée de dissipation le Modèle:Date- au-dessus de Hong Kong.
Fichier:Fallstreak hole over Moscow 01.JPG
Autre exemple de traînée de dissipation circulaire.

Modèle:Article détaillé Une traînée de dissipation, appelée Cavum dans la version 2017 de l'Atlas international des nuages<ref name=OMM-2017>Modèle:Lien web.</ref>, est l'effet inverse d'une traînée de condensation qui se produit quand un avion à réaction passe à travers un nuage mince. La température élevée des gaz d'échappement réchauffe l'air ambiant et réduit ainsi l'humidité relative de l'air à moins de 100 % derrière l'avion. Ceci dissipe les gouttelettes du nuage et crée un sillon limpide nettement défini<ref>Modèle:Lien web</ref>. Ce phénomène est rapporté dans les rapports météorologiques, comme le METAR ou le PIREP, par l'abréviation anglaise Distrail, pour dissipation trail (traînée de dissipation)<ref>Modèle:Lien web</ref>.

Le cavum peut être de forme circulaire, avec de la virga tombant typiquement de la partie centrale du trou, quand un aéronef traverse la couche mince de nuages lors de sa montée ou de sa descente. La forme est circulaire quand elle vue directement par en dessous, mais elle peut sembler ovale vue à distance. Le cavum est linéaire si l'aéronef se déplace au niveau du nuage. Dans les deux cas, le trou ou le corridor s'élargissent progressivement<ref name=OMM-2017/>.

Notes et références

Notes

Modèle:Références

Références

Modèle:Références nombreuses

Bibliographie

Annexes

Modèle:Autres projets

Articles connexes

Liens externes

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