La poussière des hautes latitudes
Écrit par James King
Le doctorant Daniel Bellamy inspecte une station météorologique installée près du lit asséché de la rivière à proximité du terminus du glacier Kaskawulsh en mai 2023. Photo James King.
La poussière se compose de fines particules atmosphériques (de matières particulaires en suspension dans l’atmosphère) qui proviennent de sources variées telles que le sol perturbé par le vent, les éruptions volcaniques, et la pollution. Cette poussière en suspension dans l’air est considérée comme un aérosol qui, une fois lancé dans l’atmosphère, peut modifier la distribution et l’absorption des radiations solaires entrantes et affecter la météo locale en altérant les caractéristiques des nuages.
La majorité de ces émissions d’aérosols minéraux (poussières) se trouvent à l’intérieur des régions du globe subtropicales à la pression atmosphérique élevée, tant dans l’hémisphère sud que l’hémisphère nord. On évalue le volume de ces émissions particulaires s’élever entre 1,700 et 4,9 milliards de tonnes chaque année[1]. Cependant, les sources d’émissions de poussières des hautes latitudes (définies comme au nord de 55°N et au sud de 45°S) sont rarement incluses dans ces estimations globales car des connaissances manquent encore sur leur emplacement, leur variabilité et leur propension à émettre de la poussière, parmi d’autres facteurs. La recherche récente a toutefois estimé leur contribution actuelle comme équivalant à la totalité annuelle des émissions provenant de l’Australie, soit de deux à cinq p cent[2].
Panorama de la vallée d’A’ą̈y Chù et Lhù’ààn Mân durant un jour calme, pris du sommet de Thechàl Dhâl en juin 2021. Cette vallée pro-glaciaire de plus d’un kilomètre de profondeur et large de seulement quatre à cinq kilomètres est un exemple de ce pour quoi la plupart des estimations globales sous-estiment les émissions actuelles de poussières de ces régions. Photo Felicity Hik
À ces latitudes élevées, les émissions de poussière sont considérables pour trois raisons majeures : (1) dans ces environnements, durant la majorité de l’année, les surfaces gelées, ou couvertes de neige ou de glace, limitent considérablement les possibilités du sédiment (et ses éléments nutritifs) d’être transporté par l’eau ; (2) le transport et le dépôt de la poussière peuvent altérer sérieusement les bilans radiatifs locaux en absorbant ou en distribuant la lumière solaire inclinée à angle relativement aigu[3], agissant comme des noyaux de condensation de glace ou de nuages[4], altérant davantage les bilans radiatifs[5], et augmentant l’insolation de la neige, de la glace, ou des sols gelés[6], puis : (3) les impacts anthropiques sur le changement climatique dans les régions de hautes latitudes s’observent de façon disproportionnée sous la forme de températures plus élevées que la moyenne globale et de changements sévères dans les types et les systèmes de précipitations, qui impactent l’équilibre délicat qui limite les émissions de poussières ayant historiquement lieu dans ces régions[7].
“Le processus d’érosion des glaciers est extrêmement efficace pour produire des matériaux fins (la « farine glaciaire »), tant que le glacier est actif près d’une région qui peut produire une variété de milieux de dépôt.”
Les régions sources de poussières hydrologiquement liées aux glaciers sont aussi connues comme des paysages périglaciaires[8], ce en quoi ils réagissent à l’activité des glaciers avec une variété de délais et d’intensités. Dans la plupart des cas, les glaciers sont la source de sédiments soumis à l’action du vent. Ces sédiments s’accumulent au fil du temps et fournissent un réservoir de sédiments fins emportés par les systèmes de rivières pro-glaciaires à partir de l’orteil de la région glaciaire, et déposés en aval comme une fonction du débit, de la topographie et des apports solides des rivières. Le processus d’érosion des glaciers est extrêmement efficace pour produire des matériaux fins (la « farine glaciaire »), tant que le glacier est actif près d’une région qui peut produire une variété de milieux de dépôt[9]. Les premières recherches sur la propension de ces surfaces de sédimentation à produire de la poussière par l’entremise de la déflation étaient tronquées par des observations peu fréquentes qui concluaient que la plupart des surfaces seraient recouvertes de particules plus grossières dans une proportion de près de cinquante p cent en l’espace d’un an et presque entièrement au bout de quatre ans[10]. Cependant, les observations se limitaient à une surface isolée qui ne connaissait pas tous les ans de sédimentation pro-glaciaire (c.-à-d. les vallées pro-glaciaires), alors que la recherche plus récente démontre que des émissions de poussière répétées se produisent à partir des mêmes régions sources ou de régions similaires, bien qu’avec une certaine variabilité[11].
Poussière et déglaciation
Les émissions de poussières provenant des climats froids ne sont pas nouvelles ni sous-étudiées[12]. Au cours des cycles de déglaciation précédents, incluant la plus récente déglaciation à avoir des répercussions sur les régions nordiques et commencée il y a environ 20 000 ans avant aujourd’hui, les rivières saisonnières ont transporté de grandes quantités de sédiments loin des terminus de glaciers, où le vent agirait sur les matières les plus fines des matériaux sédimentés principalement près des marges des terrasses des rivières[13]. Nous pouvons observer aujourd’hui ces matières fines triées par le vent — pour la plupart conservées dans les régions où les grands processus géomorphologiques ne se sont pas encore reproduits, mais aussi dans les régions encore englacées —, connues sous le nom de dépôts de loess[14]. Le loess est le matériau de la taille du silt (~soixante micromètres) qui est demeuré après que le vent ait transporté les poussières plus fines (<trente micromètres) à des centaines de kilomètres de distance. Les dépôts de loess peuvent s’élever à des dizaines de mètres et rappellent la taille disparate des anciennes couches de glace par rapport à aujourd’hui dans le paysage. Cependant, la dépendance envers des techniques, à la précision variable, de datation du loess pour retracer la fréquence d’émissions de poussières entraîne une compréhension incomplète des caractéristiques des dynamiques des émissions de poussières en climat froid[15].
Ci-dessus : Des émissions de poussières commencent tôt le matin dans la vallée de Kaskawulsh tandis qu’Ulrike Richter, étudiant au premier cycle, observe. Photo Daniel Bellamy.
Exemples d’études récentes
Des études récentes se sont basées au Yukon, en Alaska, en Islande et au Groenland, représentant les sources de poussières les mieux caractérisées en haute latitude dans l’hémisphère nord. Ces études démontrent que le potentiel d’émissions de poussières provenant de sources pro-glaciaires se situe à deux périodes clé de l’année, limitées par les états de la surface : (1) une période suivant l’hiver, quand la neige de surface commence à fondre et expose les sédiments de vallée fins avant d’être submergée par les rivières pro-glaciaires, et (2) une période précédant tout juste le début de l’hiver, quand les rivières pro-glaciaires se retirent (par la réduction de la radiation solaire et la diminution de la production d’eau de fonte qui en résulte) en exposant des sédiments glaciaires nouvellement déposés[16]. Ce modèle conceptuel d’émissions semi-annuelles dépend par inadvertance de la présence du vent lors de ces conditions de surface opportunes à la production d’émissions de poussières, et bien que l’analyse des vents locaux fasse partie de ces études précédentes pour déterminer le potentiel d’émissions (c.-à-d. les trajectoires des jours de poussière), elles ont dû pour la plupart se limiter à des périodes où des émissions de poussière avaient été observées par satellite ou par des stations météorologiques[17]. Avec les changements dramatiques du climat récemment observés dans les hautes latitudes (élévation des températures moyennes, régimes changeants des précipitations…), et spécialement dans l’hémisphère nord en raison du changement climatique anthropique, la durée des périodes de l’année au cours desquelles les conditions susmentionnées sont présentes (soit un sol couvert de neige ou l’écoulement des rivières) change rapidement elle aussi[18]. Ces changements se traduisent par l’augmentation de la durée de ces deux périodes où les conditions de surface sont favorables à l’érosion du vent, alors que diminue la quantité de neige tombée dans plusieurs régions et que l’augmentation de la température de l’air réduit finalement chaque été la quantité de glace qui peut fondre[19].
Ci-dessous : Des participants du Sommet de recherche 2023 de la Première Nation de Kluane contemplent la vallée d’A’ą̈y Chù lors d’un tour donné par Gùdia Johnson durant une tempête de poussière, le 26 mai 2023. Photo James King
Un exemple de ce point final induit par le changement climatique est le glacier Kaskawulsh au parc national Kluane (Yukon), qui se termine à une ligne de partage des eaux. En raison du changement climatique anthropique, une fonte rapide de glacier a simultanément étendu le delta pro-glaciaire à des niveaux inouïs et creusé un nouveau canal dans la moraine terminale, pour abandonner l’écoulement d’un bassin et orienter celui-ci vers le bassin adjacent en 2016[20]. Depuis cette mutation, les émissions poussiéreuses de cette vallée sont ininterrompues puisque seules de plus petites vallées latérales au printemps, ou l’eau de pluie en été, alimentent les eaux de surface, ce qui entraîne d’avril à octobre d’intenses périodes d’émissions de poussières[21],
Les régimes éoliens capables d’éroder et transporter des particules de la taille d’une poussière dans ces régions et d’autres régions de hautes latitudes se caractérisent par la présence d’anormales crêtes synoptiques de basse pression, de flux catabatiques diurnes, et de dépressions thermiques locales induites par la topographie (et renforcées par l’insolation) dans des conditions stables[22]. La stabilité des systèmes de haute pression sur un continent ayant des surfaces couvertes de neige et de glace apporte à une masse d’air la possibilité de rester en place pour de longues périodes, mais cela peut aussi fournir un gradient de pression fort entre cette masse et des crêtes de basse pression anormales qui proviennent des régions côtières. Cette interaction entre ces deux masses d’air contrastées peut générer des vents puissants s’écoulant des régions de haute altitude vers la côte[23]. Ces types de configurations du vent ont été la cause d’événements de poussière en Islande et au Groenland dans l’hémisphère nord, et sont aussi l’un des principaux conducteurs d’événements d’érosion éolienne survenus en Patagonie[24].
Vents catabatiques
Des voitures négocient une tempête de poussière qui a traversé la route de l’Alaska à la fin de juin 2016. Photo Lance Goodwin
Les vents catabatiques (du grec katabasis, qui signifie descendre) sont principalement générés par l’air que les surfaces élevées couvertes de glace refroidissent (comme les glaciers, les champs de glace, les inlandsis) durant les périodes radiatives stables, par le biais de l’émission vers le haut de la radiation infrarouge par la glace puis par l’air au-dessus d’elle, ce qui crée une masse d’air frais et dense qui s’écoule ensuite en aval à partir de son gradient de pression différentielle et des régions à plus basses altitudes[25]. Cet intense flux d’air descendant la vallée est produit dans l’après-midi jusqu’au soir, lorsque les processus radiatifs ont généré suffisamment d’air froid pour produire un gradient fort[26]. Selon la force du refroidissement radiatif, le jet de basse altitude qui est produit peut créer des vents de surface qui se trouvent aisément au-delà du seuil favorable au mouvement du sable ou de la neige (cinq à dix mètres par seconde), mais dont la force maximale se situe normalement entre vingt et cent mètres au-dessus de la surface[27].
“Les vents catabatiques (du grec katabasis, qui signifie descendre) sont principalement générés par l’air que les surfaces élevées couvertes de glace refroidissent.”
Le flux de retour ou vers l’amont, s’il y en a, emprunte une voie beaucoup plus élevée dans l’atmosphère (au-dessus de 500 mètres), créant une condition atmosphérique dont peuvent résulter des flux catabatiques soutenus au-delà de quatre à six heures synchronisées avec la fin de la journée[28]. Comme l’air descendant caractérise ces vents, ils se réchauffent adiabatiquement et peuvent générer des mécanismes d’assèchement des surfaces pour les sols stériles (durant, par exemple, les faibles conditions de débit fluvial au printemps et en automne dans les vallées pro-glaciaires, qui augmentent le potentiel de l’érosion éolienne). Dans les flux catabatiques forts et soudains, il a été théorisé qu’un saut hydraulique pouvait se produire lorsque le flux en aval rencontrait la couche limite stable dans la vallée, ce qui, dans le cas des sédiments d’érosion éolienne en suspension dans l’air, peut créer un mécanisme qui injecte la poussière à de plus grandes hauteurs dans l’atmosphère[29]. Des études sur les flux catabatiques dans les latitudes moyennes ont généré des théories autour du changement en insolation apporté par la levée ou le coucher du soleil, fournissant le gradient d’énergie nécessaire pour renforcer les flux éoliens des hautes aux basses altitudes et vice versa[30]. En contraste toutefois, dans les latitudes élevées, les périodes de lever et de coucher du soleil sont plus variables, les latitudes supérieures à 60°N n’ayant pas de lever ou de coucher du soleil entre la fin d’avril et la fin du mois d’août, ce qui altère potentiellement cette dynamique. Les modèles de vents catabatiques attendent encore d’être appliqués à cette privation de lever ou de coucher du soleil pour la formation de vents érosifs et présentent une voie forte à la recherche future pour mieux fusionner les observations de terrain avec une modélisation atmosphérique à plus grande échelle. D’autre part, la persistance de ces flux d’origine thermique attend encore d’être pleinement appliquée pour estimer la propension relative des sources de hautes latitudes à émettre des poussières sous un climat en transformation.
Une photo du chercheur en poussières et professeur Richard Washington, revenant de l’entretien d’une station de surveillance des poussières durant une tempête de poussière dans la vallée d’A’ą̈y Chù, en mai 2019. Photo James King
Inclure les savoirs autochtones et locaux
Pour conclure, je voulais souligner qu’en dépit du fait qu’une part importante des recherches mentionnées ci-dessus se concentre sur des études de terrain en régions de haute latitude, très peu de ces études reconnaissent l’aide directement ou indirectement reçue des communautés locales et qu’aucune ne mentionne les nations autochtones sur les terres de qui ces recherches ont été effectuées. En tant que science tâchant de comprendre comment les processus passés pourraient forger les paysages futurs dans les hautes latitudes et les impacts qu’ils auront sur le climat, l’inclusion des voix et des méthodologies autochtones dans cette recherche est d’une grande importance. Des travaux récents ont souligné l’importance de ces approches, notamment en proposant, par exemple, dix appels à l’action sur la manière dont la science occidentale peut être pratiquée autrement pour partager collectivement la responsabilité de réconcilier le déséquilibre de pouvoir entre les personnes et les questions auxquelles la science tente de répondre[31]. Mais si cette responsabilité nécessite d’être partagée par les chercheurs, elle incombe aussi aux organismes de financement qui ont besoin d’augmenter les exigences des programmes de recherche actuels afin d’inclure plus efficacement les nations locales dans la conception de la recherche ou, mieux encore, de changer la structure de financement pour permettre à celles-ci de guider les recherches effectuées sur leurs terres[32]. Les avantages sont nombreux, mais comprennent en fin de compte le développement de questions scientifiques plus appropriées pour informer directement la politique locale et l’adaptation au climat, en plus d’aborder la question des héritages coloniaux.
James King est géomorphologue et professeur agrégé au Département de géographie de l’Université de Montréal. Il explore les processus qui influencent les liens entre les cycles de nutriments et les dynamiques atmosphériques qui gouvernent les émissions et les dépôts d’aérosols minéraux. Il a travaillé dans les montagnes du nord-ouest du Canada, ainsi qu’aux États-Unis, en Mongolie et en Afrique australe.
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