Du nouveau sous les soleils

Henrik Svensmark et ses collaborateurs viennent de faire paraître un nouvel article dans Nature Communications sur leur théorie des rayons cosmiques, sans doute la principale concurrente à la théorie du GIEC pour expliquer les évolutions récentes du climat. Ce n’est sûrement pas le dernier mot sur la question, mais cette pierre ajoutée à l’édifice de leur séduisante théorie montre que la science avance toujours.

Pour un petit topo sur le théorie de Svensmark, le mieux est d’aller lire ce qui en est expliqué sur pensee-unique. Svensmark lui-même (ainsi que Nir Shaviv, co-signataire de l’étude) avait fait une présentation de ce travail le mois dernier à la Contre-COP23 de Düsseldorf. On ignorait juste à ce moment-là que les résultats sortiraient dans une revue aussi prestigieuse.

En un mot, l’idée de Svensmark est que les évolutions climatiques, aussi bien à court qu’à long terme, sont déterminées pour une large part par la variation de couverture nuageuse. La formation des nuages serait facilitée lorsque le rayonnement cosmique atteignant notre planète (en provenance des supernovas) se fait plus intense, ce qui se produit soit lorsque le système solaire se trouve en certains lieux de la Galaxie (échelle de temps : l’année galactique, soit 200 millions d’années), soit lors des variations de l’activité solaire (échelle décennale), qui modulent le « filtre » exercé par notre étoile sur le rayonnement cosmique qui parvient dans l’atmosphère.

Dans la tradition de pensee-unique, voici le résumé de l’article ainsi qu’une traduction française. (Notez que l’article original est en consultation libre.)

Ions produced by cosmic rays have been thought to influence aerosols and clouds. In this study, the effect of ionization on the growth of aerosols into cloud condensation nuclei is investigated theoretically and experimentally. We show that the mass-flux of small ions can constitute an important addition to the growth caused by condensation of neutral molecules. Under atmospheric conditions the growth from ions can constitute several percent of the neutral growth. We performed experimental studies which quantify the effect of ions on the growth of aerosols between nucleation and sizes >20 nm and find good agreement with theory. Ion-induced condensation should be of importance not just in Earth’s present day atmosphere for the growth of aerosols into cloud condensation nuclei under pristine marine conditions, but also under elevated atmospheric ionization caused by increased supernova activity.

Il a déjà été proposé que les ions produits par les rayons cosmiques influencent les aérosols et les nuages. Dans cet article est étudiée, de façon théorique et expérimentale, l’effet de l’ionisation sur la croissance des aérosols en noyaux de condensations des nuages. Nous montrons que le flux de masse de petits ions peut constituer un important apport pour la croissance causée par la condensation de molécules neutres. Sous des conditions atmosphériques, la croissance dûe aux ions peut représenter plusieurs pour cents de la croissance neutre. Nous avons réalisé des expériences qui quantifient l’effet des ions sur la croissance des aérosols entre la nucléation et des tailles supérieures à 20 nm, et trouvé un bon accord avec la théorie. La condensation induite par les ions devrait être importante pour l’atmosphère terrestre actuelle non seulement pour ce qui est de la croissance des aérosols en noyaux de condensation de nuages dans des conditions ordinaires, mais aussi pour une ionisation atmosphérique élevée qu’une activité plus forte des supernovas peut causer.

Dans leur article, Svensmark et ses co-auteurs traitent d’une objection à leur théorie qu’ils reconnaissent avoir été un temps problématique :

However, to affect cloud properties, any change in small aerosols needs to propagate to CCN sizes 50–100 nm, but such changes were subsequently found by numerical modeling to be too small to affect clouds. (…) This has lead to the conclusion that no significant link between cosmic rays and clouds exists in Earth’s atmosphere. (…) In this work we demonstrate, theoretically and experimentally, the presence of an ion mechanism, relevant under atmospheric conditions, where variations in the ion density enhance the growth rate from condensation nuclei (≈1.7 nm) to CCN. It is found that an increase in ionization results in a faster aerosol growth, which lowers the probability for the growing aerosol to be lost to existing particles, and more aerosols can survive to CCN sizes. It is argued that the mechanism is significant under present atmospheric conditions and even more so during prehistoric elevated ionization caused by a nearby supernova. The mechanism could therefore be a natural explanation for the observed correlations between past climate variations and cosmic rays, modulated by either solar activity or caused by supernova activity in the solar neighborhood on very long time scales (…)

Cependant, pour modifier les propriétés des nuages, toute modification des petits aérosols doit se propager aux noyaux de condensation de nuages (CCN) de taille 50-100 nm, alors que de telles modifications avaient été considérées comme trop faibles pour affecter les nuages. (…) Cela avait conduit à la conclusion qu’il n’y avait pas de lien significatif dans l’atmosphère terrestre entre les rayons cosmiques et les nuages. (…) Dans ce travail nous démontrons, théoriquement et expérimentalement, l’existence d’un mécanisme ionique, pertinent dans les conditions atmosphériques, dans lequel les variations de la densité des ions renforce le taux de croissance des noyaux de condensation (≈1,7 nm) en CCN. Nous montrons qu’un accroissement de l’ionisation conduit à une croissance plus rapide des aérosols, diminuant la probabilité que cet aérosol se perde dans les particules présentes, et permettant à davantage d’aérosols de subsister à des tailles de CCN. Nous soutenons que ce mécanisme est significatif sous les présentes conditions atmosphériques, et encore plus lors d’une ionisation préhistorique plus élevée causée par une proche supernova. Ce mécanisme pourrait ainsi être une explication naturelle aux corrélations observées entre le climat du passé et les rayons cosmiques, modulés par l’activité solaire ou par l’activité d’une supernova au voisinage du soleil sur de très grandes échelles de temps (…)

Si Svensmark a vraiment surmonté l’obstacle, alors, comme le premier commentateur de leur article l’a joliment indiqué, « ses idées nous connectent pour de bon à notre galaxie ».

L’inévitable Anthony Watts a bien entendu signalé l’article dès sa publication (le veinard en avait eu une copie à l’avance, sous embargo jusqu’à hier), et en reproduit (en anglais) le communiqué de presse. L’intégrité intellectuelle lui étant chevillée au corps, le taulier de WattsUpWithThat n’a pas manqué de donner la parole, à la fin de son article, à Leif Svalgaard, autre spécialiste du soleil, pour qui Svensmark fait fausse route. C’est que le but n’est pas de faire bloc derrière une théorie sous prétexte qu’elle permet de contrer le GIEC, mais de réfléchir de façon libre et ouverte à la meilleure manière de comprendre les phénomènes. Cette initiative a sans doute contribué à ce que les commentaires de WUWT soient d’avis aussi variés et intéressants. C’est aussi de cette manière que la science avance.