Ensemencement dans les nuages: pourquoi les scientifiques tentent-ils de le faire neiger

L'eau est une ressource précieuse qui affecte presque tous les aspects de la vie sur Terre. Il est également limité, de sorte que les gens utilisent diverses méthodes pour faire en sorte que l'offre réponde à la demande.

L'une de ces techniques est l'ensemencement dans les nuages, qui consiste à ajouter des particules à l'atmosphère pour favoriser la formation de pluie ou de neige. Aujourd'hui, de nombreuses entités à travers l'ouest - y compris des agences gouvernementales locales et des états, des services publics et des domaines skiables - ensemencent des nuages ​​afin de renforcer les chutes de neige hivernales en montagne. Plus de neige accumulée signifie plus de ruissellement de printemps et d’été, qui alimente les sources d’eau locales, irrigue les cultures et alimente les barrages générant de l’énergie hydroélectrique.

L’ensemencement des nuages ​​a également été utilisé pour disperser le brouillard dans les aéroports, augmenter les précipitations d’été et réduire la grêle. En fait, l'ensemencement des nuages ​​se produit dans plus de 50 pays du monde. Pourtant, malgré toute cette activité, nous ne savons toujours pas si cela fonctionne.

En tant que scientifiques de l'atmosphère, nous avons récemment mené une étude sur le terrain pour évaluer l'ensemencement des nuages ​​comme moyen d'améliorer le manteau neigeux en montagne lors des tempêtes hivernales. Nos résultats démontrent clairement que, du moins dans certaines conditions, il est possible de modifier l’évolution et la croissance des particules nuageuses, ce qui entraîne des chutes de neige qui, autrement, ne se seraient pas produites. La question suivante est de savoir si l'ensemencement dans les nuages ​​peut être un outil efficace pour les gestionnaires de l'eau dans l'ouest des États-Unis.

Création de cristaux à l'intérieur des nuages

Les nuages ​​sont constitués de gouttelettes d’eau trop petites pour tomber sous forme de précipitation. Ces gouttelettes refroidissent souvent à des températures bien inférieures au point de congélation - aussi basses que 0 degrés Fahrenheit (moins 18 degrés Celsius) ou plus froides. Dans de nombreuses circonstances, des cristaux de glace (qui peuvent se développer rapidement en présence de liquide surfondu) doivent être présents pour qu'un nuage produise une quantité importante de précipitations. Pour les nuages ​​qui se forment lorsque l'air est soulevé au-dessus d'une montagne, en l'absence de cristaux de glace, ou de trop peu d'entre eux, de nombreuses gouttelettes d'eau qui composent le nuage s'évaporent simplement du côté sous le vent de la montagne.

L’ensemencement des nuages ​​en hiver repose sur l’hypothèse selon laquelle, lorsque de l’eau en surfusion existe dans un nuage, elle peut être modifiée en introduisant des particules qui jouent le rôle de noyaux de glace artificiels. Ce processus crée des cristaux de glace qui utilisent l'eau en surfusion pour se développer suffisamment pour qu'ils tombent à la surface sous forme de neige.

Le spécialiste de l'atmosphère, Bernard Vonnegut, frère du célèbre romancier Kurt Vonnegut, a été le premier à semer le nuage dans les nuages. En 1947, le laboratoire de Vonnegut a montré que l’iodure d’argent était un noyau de glace efficace pouvant former de la glace à des températures beaucoup plus élevées que les noyaux de glace naturels.

Au cours des 40 prochaines années, les scientifiques qui ont étudié l'ensemencement dans les nuages ​​ont fait des découvertes importantes sur presque tous les aspects de la physique des nuages. Malgré cela, le Conseil national de la recherche a conclu en 2003 qu '«il n'existait toujours aucune preuve scientifique convaincante de l'efficacité des efforts intentionnels de modification du climat». Néanmoins, les États et les communautés ont poursuivi leurs efforts en matière d'ensemencement opérationnel des nuages, tandis que des recherches ont été menées sur son efficacité. arrêt.

Le chemin de SNOWIE

Pourquoi ces programmes existent-ils sans preuves scientifiques de leur efficacité? La réponse est simple: les États occidentaux ont besoin d'eau et de nombreux décideurs estiment que l'ensemencement dans les nuages ​​peut être un moyen rentable de le produire.

En 2004, l’état du Wyoming a commandé un projet pilote qui a abouti à la même conclusion que de nombreuses études précédentes: l’ensemencement dans les nuages ​​aurait pu augmenter les précipitations, mais cette augmentation pourrait aussi s’expliquer par la variabilité naturelle des systèmes de tempêtes. Cependant, un projet jumeau financé par la National Science Foundation a démontré que de nouveaux outils de modélisation informatique et une instrumentation améliorée pourraient générer de nouvelles connaissances.

Dans le même temps, Idaho Power Company travaillait avec le Centre national de la recherche atmosphérique pour évaluer le programme opérationnel d’ensemencement dans les nuages ​​de la société. De cette collaboration est née l’idée d’utiliser de nouveaux outils de modélisation informatique et une instrumentation améliorée pour évaluer l’efficacité du programme d’ensemencement dans le nuage d’Idaho Power. Le résultat final a été notre projet, Nuages ​​d'hiver ensemencés et naturels: l'Idaho Experiment ou SNOWIE.

De l'iodure d'argent à la neige

À l'hiver 2017, nous avons embarqué des radars sophistiqués, tels que le Doppler on Wheels (DOW), que nous avons positionné au sommet d'une montagne, et le Wyoming Cloud Radar (WCR), que nous avons monté à bord d'un avion de recherche. Ces outils nous ont permis d’observer dans les nuages ​​afin de déterminer où et quand les précipitations se développaient.

Une fois que les nuages ​​ont été ensemencés avec des particules d’iodure d’argent, nous avons utilisé des sondes d’imagerie suspendues aux ailes d’un avion de recherche pour examiner les détails les plus fins des particules d’un nuage pendant que l’appareil entrait et sortait des régions ensemencées. Deux semaines seulement après le début de notre projet de terrain de 10 semaines, notre radar a détecté le premier signal indéniable de précipitations résultant d'un ensemencement des nuages.

Nous avons vu des signaux clairs et sans équivoque indiquant que la libération de particules d’iodure d’argent était à l’origine de la formation de cristaux de glace, et que ces cristaux se développaient dans la neige et tombaient à la surface de la montagne. Dans les zones touchées par l'ensemencement, les concentrations de cristaux de glace ont augmenté de plusieurs centaines, entraînant la formation de neige. En revanche, à seulement 1 kilomètre dans les régions nuageuses non ensemencées, le nuage est resté composé principalement de petites gouttelettes liquides et en grande partie dépourvu de glace.

Comment pourrions-nous dire que ce que nous avons vu était en réalité dû à l'ensemencement des nuages? Dans un cas, un avion a emprunté une trajectoire rectiligne perpendiculaire à la direction du vent, libérant de l'iodure d'argent. L’iodure d’argent a commencé à se disperser sous le nuage dans un nuage de zig-zag, une configuration créée par le comportement de vol de l’appareil et qui ne se serait pas produite naturellement. Nous avons vu des échos radar se former en zig-zag qui correspondaient à nos prévisions basées sur le moment et l'endroit où l'iodure d'argent serait libéré dans les nuages.

Le cloud cloud peut-il faire la différence?

Maintenant que nous savons que l'ensemencement des nuages ​​peut entraîner des chutes de neige, nous voulons voir s'il peut modifier l'équilibre de l'eau sur une chaîne de montagnes entière. Les données de SNOWIE seront utilisées dans des modèles informatiques pour tester nos idées sur la manière dont l'ensemencement dans les nuages ​​pourrait influer sur les chutes de neige saisonnières et en quantifier l'impact. En fin de compte, les gestionnaires de l’eau et les fonctionnaires voudront savoir combien de précipitations supplémentaires peuvent être produites grâce à l’ensemencement des nuages ​​et si c’est un moyen rentable d’augmenter les précipitations dans les bassins versants locaux.

Robert M. Rauber de l'Université de l'Illinois, Katja Friedrich de l'Université du Colorado, Bart Geerts de l'Université du Wyoming, Roy Rasmussen et Lulin Xue du Centre national de recherche atmosphérique, et Mel Kunkel et Derek Blestrud de la société Idaho Power Company. participé à l’étude SNOWIE évoquée dans cet article.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Jeffrey French et Sarah Tessendorf. Lisez l'article original ici.