Rôle des éclairs dans la formation de « super panaches » atmosphériques d’oxydes d’azote et d’ozone aux latitudes moyennes

En utilisant 4 années de mesures du service d’observation MOZAIC (mesures de gaz traces à bord d’avions commerciaux), ainsi que des observations au sol et satellitaires, une équipe franco-allemande, constituée de chercheurs issus du Laboratoire d’aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS), du Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (LERMA/, CNRS / Observatoire de Paris / Université de Cergy-Pontoise / UPMC / ENS Paris), de l’Institute for energy and climate research (IECR, Julich, Allemagne) et du Laboratoire de l’atmosphère et des cyclones (LACy/OSU-Réunion, CNRS / Université de la Réunion / Météo-France), a réussi à mettre en évidence l’apparition récurrente aux moyennes latitudes au-dessus de l’Atlantique Nord de panaches d’oxydes d’azotes et d’ozone, de grande extension horizontale. Ils ont également pu démontrer que la majorité de ces panaches étaient dus à des éclairs se produisant en Amérique du Nord d’où ils étaient ensuite transportés jusqu’en Europe.

Les composés azotés (NOy), et tout particulièrement le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2) encore appelés NOx, jouent un rôle essentiel dans l’atmosphère dans la mesure où ce sont eux qui déterminent la quantité d’ozone( 1) (O3), l’acidité et la capacité oxydante de l’atmosphère. Ces vingt dernières années, de nombreuses études ont permis de montrer que les éclairs contribuaient à produire localement des NOx qui sont des précurseurs de l’ozone troposphérique, mais pas de quantifier exactement ces productions. Des campagnes aériennes menées plus récemment ont permis de mesurer avec plus de précision la production de NOx par les éclairs à proximité de systèmes convectifs, mais pas son impact en terme de production d’ozone, que ce soit localement ou sur les régions éloignées des zones d’émission vers lesquelles les NOx et l’ozone produits pouvaient être transportés.

Pour tenter de mieux comprendre ces phénomènes et notamment de mieux quantifier l’impact des éclairs sur les régions éloignées de leurs lieux d’émission, une équipe franco-allemande composée de chercheurs du LA, du LERMA, de l’IECL et du LACy, a analysé des données du service d’observation MOZAIC. Ces données sont issues de mesures in situ [de NOy, d’ozone et de monoxyde de carbone (CO)] effectuées de manière automatique par des capteurs installés à bord d’avions commerciaux A340. Les chercheurs se sont particulièrement intéressés aux mesures obtenues, entre décembre 2001 et mai 2005, dans la haute troposphère du corridor Nord Atlantique sillonné par des avions de ligne reliant l’Amérique du Nord à l’Europe. L’analyse de ces données leur a permis de mettre en évidence la survenue régulière de panaches de NOx et d’ozone de grande extension horizontale, transportés d’un continent à l’autre.

Ils ont également pu déterminer l’origine géographique de ces panaches à l’aide de modélisations numériques réalisées avec le modèle FLEXPART, et associer à ces lieux la présence d’éclairs en utilisant des observations de l’activité électrique de l’atmosphère réalisées depuis le sol et des données satellitaires renseignant sur l’activité convective de l’atmosphère.

Ils ont ainsi pu montrer que la majorité des super panaches détectés sur cette région (74 %) sont issus d’éclairs produits au-dessus de l’Amérique du Nord, d’où ils ont été transportés à travers le corridor Nord Atlantique jusqu’au-dessus de l’Europe.
Enfin, les chercheurs ont également observé qu’au cours de ce transport intercontinental des super panaches, et en moyenne à l’intérieur de chacun d’eux :

• la concentration des NOy diminuait, ce qui s’explique principalement par le mélange, avec l’air environnant, du panache initialement fortement concentré en NOy ;
• la concentration de l’ozone augmentait, ce qui pourrait également être dû à ce mélange, la concentration d’ozone étant plus forte à l’extérieur qu’à l’intérieur des super panaches, mais aussi à la production photochimique d’ozone au cours du transport.

Ces résultats mettent pour la première fois en évidence l’impact des éclairs se produisant au-dessus de l’Amérique du Nord sur la composition atmosphérique au-dessus de l’Europe.

Note(s): 

1. L’ozone troposphérique n’est pas directement produit ni par la nature, ni par les activités humaines. Il provient de réactions photochimiques (activées par le soleil) impliquant d’autres polluants comme les oxydes d’azote (NOx) émis par les activités humaines et des sources naturelles.

Source(s): 

Alicia Gressent et al., 2014 : Lightning NOx influence on large scale NOy and O3 plumes observed over the northern mid-latitudes. Tellus B 2014, 66, 25544.