Quel est l’impact climatique des traînées d’avion ?

La réponse de

Auteur Olivier Boucher

Olivier Boucher

Olivier Boucher a été chef de l’équipe « Climat, chimie et écosystèmes » au Centre Hadley du Met Office britannique de mars 2005 à mai 2011. Il est maintenant directeur de recherche CNRS au Laboratoire de météorologie dynamique (LMD). Il a coordonné le chapitre « Nuages et aérosols » du cinquième rapport d'évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (Giec).

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Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat
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Les avions volant à haute altitude laissent parfois des traînées blanches dans le ciel. Ce phénomène suscite des interrogations légitimes du public ; il constitue aussi un sujet d'étude pour les chercheurs.

Les conditions de formation des traînées d'avion dans le ciel sont comprises depuis les années 1940 avec les travaux de Schmidt1 (1941) et Appleman2 (1953). La théorie thermodynamique a été complétée ensuite par Schumann3 (1996) pour prendre en compte le rendement des moteurs d'avion.

Le principe de formation de ces traînées est simple. L'air chaud et humide, qui sort du moteur d'avion, se mélange avec l'air plus froid et plus sec de l'atmosphère. Sous certaines conditions de température et d'humidité que l'on ne rencontre que dans la haute atmosphère vers des altitudes de 10 km à nos latitudes, ce mélange conduit à la condensation de la vapeur d'eau en gouttelettes d'eau liquide qui gèlent ensuite quasi-instantanément pour former un nuage de petits cristaux de glace. Ce phénomène de condensation peut aussi être observé lorsque vous expirez de l'air par une journée froide et qu'il se crée un petit nuage devant votre bouche. Dans ce cas, le nuage s'évapore rapidement car il est de petite taille et l'air ambiant n'est pas saturé en vapeur d'eau. Dans la haute atmosphère, les choses peuvent être différentes.

Si la haute atmosphère est très sèche, il n'y a pas de formation de traînée d'avion. C'est pourquoi il y a des jours où on n'observe pas de traînées bien que des avions volent au-dessus de nos têtes.

Si la haute atmosphère est sèche mais suffisamment humide pour permettre la formation d'une traînée, celle-ci va s'évaporer (ou plutôt se sublimer) rapidement. Dans ce cas, la traînée est de très courte durée de vie.

Si la haute atmosphère est humide mais reste sous-saturée par rapport à la glace, la traînée va prendre plus longtemps pour se sublimer, typiquement jusqu'à une demi-heure, car il faut d'une part que le temps que le mélange se fasse entre l'air du vortex situé derrière l'avion et son environnement, et d'autre part que la glace puisse se sublimer dans un environnement plus humide.

Enfin, si la haute atmosphère est sur-saturée par rapport à la glace, la traînée va continuer à se développer à partir de la condensation de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère. Dans ce cas, elle peut persister des heures et se transforme progressivement en un voile nuageux. Ces nuages «artificiels» sont initialement formés de cristaux de glace de petite taille, mais après quelques heures, ils deviennent indifférentiables de nuages naturels de type cirrus. Ils disparaîtront plus tard au gré des variations météorologiques.

Deux remarques s'imposent. La première est que les conditions d'humidité dans la haute atmosphère sont très variables, c'est pourquoi on peut voir des traînées d'avion qui sont intermittentes. Elles ne persistent que là où la haute atmosphère est plus humide ou sur-saturée par rapport à la glace. La seconde est que la haute atmosphère peut être sur-saturée par rapport à la glace sans qu'un nuage «naturel» n'ait pu se former. Ce phénomène, connu de longue date, est dû au fait que la formation des cristaux de glace qui constituent les nuages dits «froids» nécessitent la présence de petits noyaux glaçogènes comme des poussières ou des pollens qui sont en concentrations très faibles dans la haute atmosphère. Le mélange «air chaud humide-air froid sec» derrière l'avion court-circuite ce processus naturel et permet la condensation d'eau liquide. C'est donc l'avion qui a déclenché l'apparition des traînées, mais la quasi-totalité de la glace présente dans les traînées persistantes provient de la vapeur d'eau qui était déjà présente dans l'atmosphère.

On ne sait pas bien prédire l'humidité de la haute atmosphère si bien qu'il est difficile d'anticiper où les traînées de condensation vont se former ou pas. Il semblerait cependant que certaines situations météorologiques favorisent les conditions atmosphériques nécessaires à la formation de traînées. Il n'y a pas de raison de penser que ces conditions favorables à l'apparition de traînées deviennent plus fréquentes mais il est sûr que le nombre d'avions augmente de manière continue depuis des décennies, ce qui en soi augmente la probabilité de formation des traînées.

Les chercheurs s'intéressent aux traînées des avions car celles-ci ont un impact sur le climat, qui est faible, mais pas forcément négligeable. Les traînées et les cirrus induits ont un double impact sur le climat : elles réfléchissent le rayonnement solaire, ce qui contribue à refroidir le climat, mais elles induisent aussi un effet de serre, ce qui contribue à réchauffer le climat. Le rapport du GIEC de 1999, et la quasi-totalité des études conduites depuis, concluent que l'effet réchauffant par effet de serre l'emporte sur l'effet refroidissant par réflexion du rayonnement solaire. Le rapport du GIEC de 2013 estime le forçage radiatif des traînées d'avion est de +0.01 W.m–2 avec un intervalle de confiance de +0.005 à +0.03 W.m–2 et celui dû aux traînées et aux cirrus induits pris ensemble est de +0.05 W.m–2 avec un intervalle de confiance de +0.02 à +0.15 W.m–2. Ce forçage est faible par rapport à celui des gaz à effet de serre d'origine humaine (2.7 W.m–2). Même s'il est concentré sur certaines régions, les modèles de climat montre qu'il reste trop petit pour produire des effets observables sur le climat de nos régions (Rap et al.4, 2010).

Notes

  • 1. Schmidt, E., Die Entsheung von Eisnebel aus den Auspuffgasen von Flugmotoren, 1941.
  • 2. Appleman, H. , The formation of exhaust condensation trails by jet aircraft, Bull. Am. Meteorol. Soc., 34, 14-20, 1953.
  • 3. Schumann U., On conditions for contrail formation from aircraft exhausts, Meteorol. Z., 35, 4-23, 1996.
  • 4. Rap, A., P. M. Forster, J. M. Haywood, A. Jones, and O. Boucher, Estimating the climate impact of linear contrails using the UK Met Office climate model., Geophys. Res. Lett., 37, L20703, 2010.

Glossaire

  • Sublimation
    Changement d’état d’un corps qui passe de la phase solide à la phase gazeuse, nécessitant de l’énergie. Phénomène inverse de la condensation solide.
    [D’après : Marie-Antoinette Mélières (LGGE) en collaboration avec Estelle Poutou - © CNRS/sagascience]
  • Forçage
    Cause interne ou externe à un système provoquant une perturbation d’un état d’équilibre. Par exemple, le forçage radiatif dû à l’augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, depuis 150 ans, cause une augmentation de la température de l’air à la surface de la Terre.
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