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Alors, parlons un peu de l'atmosphère, hein? Heureusement qu'on en a une! Ça nous fournit un environnement… comment dire… chaleureux. Sans elle, la Terre serait une boule de glace sans vie, avec une température moyenne de -50 degrés Celsius, imagine! Et puis, l'atmosphère, elle absorbe ou dévie les rayons cosmiques, les particules chargées, les ultraviolets… toute cette panoplie qui nous arrive de l'espace. En gros, c'est comme si on avait une couche de béton protectrice de 4 mètres et demi d'épaisseur. Sans elle, ces visiteurs invisibles de l'espace nous transperceraient comme de petits poignards, quoi! Même les gouttes de pluie, sans l'atmosphère, nous assommeraient!
Ce qui est fou, c'est que cette atmosphère, finalement, elle n'est pas si épaisse que ça. Elle s'étend jusqu'à environ 190 kilomètres d'altitude. Ça peut paraître beaucoup, vu d'ici, mais si on réduisait la Terre à la taille d'un globe terrestre posé sur un bureau, l'atmosphère ne serait qu'une ou deux couches de vernis.
Bon, les scientifiques, pour simplifier les choses, ils ont divisé l'atmosphère en quatre couches d'épaisseurs différentes: la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et l'ionosphère, qu'on appelle maintenant souvent la thermosphère. La troposphère, c'est vraiment la partie qui nous est précieuse. Elle contient assez de chaleur et d'oxygène pour qu'on puisse vivre. Même si, en montant, ça devient vite un endroit… disons… inhospitalier pour la vie. Du sol jusqu'à son point culminant, la troposphère, elle fait environ 16 kilomètres d'épaisseur à l'équateur. Sous nos latitudes tempérées, où on habite la plupart du temps, elle fait à peine 10 ou 11 kilomètres. 80% de la masse de l'atmosphère, et quasiment tous les phénomènes météorologiques, se concentrent dans cette couche mince et fragile, quoi. Y'a pas grand chose entre toi et le ciel, en fait!
Au-dessus de la troposphère, on a la stratosphère. Quand tu vois un nuage d'orage, avec son sommet qui s'étale en forme d'enclume, tu observes en fait la limite entre la troposphère et la stratosphère. Ce plafond invisible, on l'appelle la tropopause. Un Français l'a découverte en 1902, en montant en ballon, figure-toi! Il s'appelait Léon-Philippe Teisserenc de Bort. "Pause", ça veut pas dire qu'il s'arrête là, hein, mais plutôt qu'il atteint un sommet, quoi.
Même au point le plus haut de la troposphère, la tropopause n'est pas si loin de nous. Un ascenseur rapide, comme ceux qu'on trouve dans les gratte-ciel modernes, pourrait t'y emmener en 20 minutes environ. Mais bon, je te déconseille de tenter l'expérience! Sans protection, une montée aussi rapide te vaudrait au minimum un œdème cérébral et pulmonaire sévère, avec une accumulation dangereuse de liquide dans les tissus. Quand les portes de l'ascenseur s'ouvriraient, tous ceux qui seraient à l'intérieur seraient presque certainement morts ou en train d'agoniser. Même une ascension plus lente serait très inconfortable. À 10 kilomètres d'altitude, la température chute à -57 degrés Celsius, et il faut absolument de l'oxygène, enfin… on en aurait vraiment envie!
En quittant la troposphère, la température remonte assez vite, jusqu'à environ 4 degrés Celsius, grâce à l'absorption des rayons par la couche d'ozone. C'est d'ailleurs une autre découverte de Teisserenc de Bort lors de son ascension courageuse de 1902. Après, dans la mésosphère, la température redescend en flèche à -90 degrés Celsius. Et puis, dans la thermosphère, comme son nom l'indique, elle remonte d'un coup à plus de 1500 degrés Celsius. Et attention, hein, il y a des variations de température de plus de 500 degrés entre le jour et la nuit. Faut quand même préciser que, à cette altitude, la température est plutôt un concept théorique. C'est juste une mesure du niveau d'activité des molécules. Au niveau de la mer, la densité des molécules d'air est très élevée. Une molécule, elle se déplace à peine d'un tout petit peu – un millionième de centimètre, pour être précis – qu'elle percute une autre molécule. Comme il y a des milliards de molécules qui se cognent sans arrêt, beaucoup de chaleur est échangée. Mais, à l'altitude de la thermosphère, au-dessus de 80 kilomètres, l'air est tellement rare que deux molécules sont séparées par plusieurs kilomètres, et elles n'ont presque aucune chance de se rencontrer. Donc, même si l'énergie de chaque molécule est très élevée, il y a très peu d'interactions entre elles, et donc peu de transfert de chaleur. C'est une bonne nouvelle pour les satellites et les vaisseaux spatiaux, parce que si les échanges de chaleur étaient plus fréquents, tout objet artificiel qui évoluerait à cette altitude prendrait feu, hein!
Malgré tout, les vaisseaux spatiaux doivent faire très attention dans les couches supérieures de l'atmosphère, surtout lors de leur retour sur Terre. La tragédie de la navette Columbia, en 2003, l'a bien montré. Même si l'atmosphère est ténue, si le vaisseau entre dans l'atmosphère avec un angle trop important – au-dessus de 6 degrés, environ – ou à une vitesse trop élevée, il va percuter un grand nombre de molécules, ce qui va générer une force de friction intense, et ça peut provoquer une combustion. À l'inverse, si l'engin spatial entre dans l'atmosphère avec un angle trop faible, il risque de rebondir dans l'espace, comme un galet qui ricoche sur l'eau.
Pour comprendre à quel point on dépend du sol, pas besoin de s'aventurer aux confins de l'atmosphère. Ceux qui ont vécu dans des villes en altitude le savent bien: il suffit de monter de quelques centaines de mètres pour que le corps commence à se sentir mal. Même les alpinistes expérimentés, qui sont en pleine forme, entraînés et équipés de bouteilles d'oxygène, sont vite victimes du mal des montagnes: confusion mentale, nausées, fatigue, gelures, hypothermie, perte d'appétit et toutes sortes d'autres dysfonctionnements. Le corps rappelle à son propriétaire, de manière très forte, qu'il n'est pas fait pour fonctionner à des altitudes trop élevées.
"Même dans les meilleures conditions", écrit l'alpiniste Peter Habeler à propos de la situation au sommet de l'Everest, "chaque pas à cette altitude exige une volonté extrême. Il faut se forcer à avancer, à s'accrocher à ce qu'on peut. On a constamment une sensation d'épuisement extrême". Dans son livre "L'autre face de l'Everest", l'alpiniste et réalisateur britannique Matt Dickinson raconte l'histoire d'Howard Somervell. En 1924, Somervell participait à une expédition britannique sur l'Everest, et il "découvrit qu'un morceau de chair enflammée s'était détaché et bloquait sa trachée, le menaçant d'étouffement". Somervell eut beaucoup de mal à expectorer le morceau. Il s'avéra qu'il avait craché "toute la membrane muqueuse de sa gorge".
À partir de 7500 mètres d'altitude, c'est la "zone de la mort" pour les alpinistes, le corps ne se sent vraiment pas bien. Mais beaucoup de personnes se sentent très mal, voire sont en danger, même en dessous de 4500 mètres. La sensibilité n'a presque rien à voir avec la condition physique. Parfois, une grand-mère est pleine d'énergie en altitude, alors que ses descendants, forts et robustes, sont déjà à bout de souffle et doivent être redescendus.
En termes de capacité à vivre en permanence, la limite pour l'être humain est d'environ 5500 mètres. Mais même ceux qui sont habitués à vivre en altitude ne peuvent pas supporter cette altitude très longtemps. Dans son livre "Life at the Extremes", Frances Ashcroft explique qu'il y a des mines de soufre dans les Andes, à 5800 mètres d'altitude, mais les mineurs préfèrent descendre de 460 mètres tous les soirs et remonter le lendemain, plutôt que de vivre en permanence à cette altitude. Ceux qui vivent en altitude développent généralement, après des millénaires, une cage thoracique et des poumons particulièrement grands, ce qui augmente la concentration de globules rouges transportant l'oxygène d'environ un tiers. Mais il y a une limite à la concentration de globules rouges que le sang peut supporter. Si la concentration est trop élevée, le sang ne peut plus circuler correctement. Et au-dessus de 5500 mètres, même les femmes parfaitement acclimatées ne peuvent pas fournir suffisamment d'oxygène au fœtus en développement, et elles accouchent prématurément.
Dans les années 1780, en Europe, on a commencé à faire des expériences d'ascension en ballon. Et on a découvert, avec surprise, que plus on montait, plus la température baissait. La température diminue d'environ 1,6 degrés Celsius tous les 1000 mètres. Logiquement, on aurait plutôt tendance à penser que plus on se rapproche de la source de chaleur, plus il devrait faire chaud. Une des explications, c'est qu'en fait, on ne se rapproche pas tant que ça du soleil. Le soleil est à 150 millions de kilomètres. Se rapprocher de lui de quelques centaines de mètres, c'est comme se tenir dans l'Ohio et s'approcher d'un pas d'un feu de forêt en Australie, en espérant sentir la fumée. Pour répondre à cette question, il faut revenir à la densité des molécules dans l'atmosphère. La lumière du soleil active les atomes, elle augmente leur vitesse de mouvement. Les atomes, dans leur état activé, se percutent les uns les autres et libèrent de la chaleur. Quand tu sens le soleil chauffer ton dos en été, tu sens en fait la lumière du soleil activer les atomes. Plus tu montes, moins il y a d'atomes, donc moins ils se cognent. L'air est un truc qui peut être trompeur. Même au niveau de la mer, on a souvent l'impression que l'air est léger, qu'il n'a presque pas de poids. En réalité, la masse de l'air est énorme, et elle se manifeste souvent. Le biologiste marin Wyville Thomson écrivait, il y a plus d'un siècle: "Le matin, en se levant, on découvre parfois que le baromètre a augmenté de 2,5 centimètres, ce qui indique que près d'une demi-tonne de poids a discrètement pesé sur nous pendant la nuit, sans que nous ressentions la moindre gêne, au contraire, on a une sensation de dynamisme, parce que dans un gaz plus dense, il faut une force moins importante pour déplacer notre corps". On ne se sent pas écrasé par cette demi-tonne de pression supplémentaire pour la même raison qu'on ne se sent pas écrasé par la pression au fond de la mer: notre corps est principalement constitué de liquide incompressible. Le liquide produit une poussée qui maintient l'équilibre entre la pression interne et la pression externe.
Mais si l'air est en mouvement, comme lors d'un ouragan ou même d'une forte brise, on se rend vite compte que l'air a une masse considérable. Il y a environ 5200 billions de tonnes d'air autour de nous – plus de 9 millions de tonnes par kilomètre carré sur cette planète – c'est pas rien! Quand des millions de tonnes d'air se déplacent à 50 ou 60 kilomètres par heure, c'est pas étonnant que les branches cassent et que les tuiles s'envolent, hein! Comme le dit Anthony Smith, un front météorologique typique peut être constitué d'un milliard de tonnes d'air chaud, avec 750 millions de tonnes d'air froid en dessous. Pas étonnant que les services météorologiques soient parfois très excités!
Bien sûr, le monde au-dessus de nos têtes ne manque pas d'énergie. On estime qu'un gros orage peut contenir l'équivalent de quatre jours de consommation d'électricité pour l'ensemble des États-Unis. Dans les bonnes conditions, un nuage d'orage peut monter jusqu'à 10-15 kilomètres d'altitude, et contenir des courants ascendants et descendants qui se déplacent à plus de 150 kilomètres par heure. Les deux se produisent souvent côte à côte, donc les pilotes évitent de les traverser. Au milieu de ce chaos interne, les particules à l'intérieur du nuage se chargent électriquement. Pour des raisons qu'on ne comprend pas complètement, les particules les plus légères ont tendance à se charger positivement et sont emportées par les courants d'air vers le sommet du nuage. Les particules les plus lourdes restent à la base et accumulent une charge négative. Ces particules chargées négativement ont une forte envie de rejoindre la Terre, qui est chargée positivement. Et tant pis pour ce qui se trouve entre les deux! La foudre se déplace à 435 000 kilomètres par heure et peut chauffer l'air environnant à 28 000 degrés Celsius, ce qui est plusieurs fois supérieur à la température à la surface du soleil. À tout moment, il y a 1800 gros orages en cours dans le monde – en moyenne, environ 40 000 par jour. Des éclairs zèbrent le ciel jour et nuit, et environ 100 éclairs frappent le sol chaque seconde. Le ciel est un endroit vraiment… comment dire… animé!
Ce qui est incroyable, c'est qu'on a appris beaucoup de choses sur tout ça assez récemment. Les courants-jets, par exemple, se situent généralement à environ 9000-10 000 mètres d'altitude, et ils peuvent se déplacer à près de 300 kilomètres par heure, ce qui influence énormément les systèmes météorologiques de tous les continents. Pourtant, on n'a découvert leur existence que pendant la Seconde Guerre mondiale, quand les pilotes ont commencé à voler dedans. Même aujourd'hui, il y a beaucoup de phénomènes atmosphériques qu'on connaît mal. Il y a une turbulence qu'on appelle souvent "turbulence en ciel clair", et elle peut provoquer des turbulences violentes pour les avions. Il y a environ 20 accidents de ce type chaque année qui sont suffisamment graves pour être signalés. Ils n'ont rien à voir avec la structure des nuages ou tout autre phénomène qu'on peut détecter à l'œil nu ou au radar. Ce sont de petites zones de turbulence dans un ciel dégagé. Par exemple, un avion qui volait de Singapour à Sydney, dans des conditions calmes, a soudainement perdu 90 mètres d'altitude en survolant le centre de l'Australie – suffisamment pour projeter au plafond les personnes qui n'étaient pas attachées. 12 personnes ont été blessées, dont une grièvement. Personne ne sait vraiment d'où viennent ces petites poches d'air qui sèment la pagaille.
Le processus de mouvement de l'air dans l'atmosphère est le même que celui qui anime les entrailles de la Terre: c'est la convection. L'air chaud et humide s'élève des régions équatoriales et s'étale en butant contre la tropopause. En s'éloignant de l'équateur, il refroidit progressivement et redescend. Une partie de l'air qui redescend se dirige vers les zones de basse pression, et repart vers l'équateur, bouclant ainsi le cycle.
Dans les régions équatoriales, le processus de convection est généralement assez stable, et le temps est souvent agréable. Mais dans les régions tempérées, les variations saisonnières et régionales sont beaucoup plus marquées, et il y a moins de régularité. Du coup, les systèmes de haute et de basse pression se livrent une lutte sans fin. Les systèmes de basse pression sont créés par de l'air qui s'élève, et qui envoie des molécules d'eau dans le ciel, ce qui forme des nuages et finalement de la pluie. L'air chaud peut transporter plus d'eau que l'air froid, c'est pour ça qu'il y a beaucoup de pluies tropicales et de pluies torrentielles. Donc, les zones de basse pression sont souvent associées aux nuages et à la pluie, et les zones de haute pression sont généralement ensoleillées et le temps est agréable. Quand deux systèmes comme ça se rencontrent, on peut souvent le voir à la forme des nuages. Par exemple, si un courant ascendant chargé d'humidité ne parvient pas à percer une couche d'air plus stable au-dessus, il va s'étaler comme de la fumée qui touche un plafond. Et c'est comme ça que se forment les stratus – ces nuages peu attrayants et sans intérêt qui assombrissent le ciel. D'ailleurs, si tu observes quelqu'un qui fume et que tu regardes la fumée monter d'une cigarette dans une pièce sans courant d'air, tu auras une bonne idée de ce qui se passe. Au début, la fumée monte tout droit – c'est ce qu'on appelle un "écoulement laminaire", si tu veux impressionner tes amis – et ensuite elle s'étale et se disperse en une couche ondulée. Même les plus gros supercalculateurs, utilisés dans des environnements contrôlés avec précision, ne peuvent pas prédire avec exactitude la forme que prendra ce type de fumée ondulée. Alors imagine la difficulté pour les météorologues, qui doivent prévoir ces mouvements dans un monde vaste, venteux et en rotation constante!
Ce qu'on sait, c'est que la chaleur du soleil est répartie de manière inégale, et c'est ça qui crée les différentes pressions sur la planète. L'air ne supporte pas cet état de fait, alors il se précipite dans tous les sens pour essayer d'atteindre un équilibre partout. Le vent, c'est une façon pour l'air d'essayer d'atteindre cet équilibre. L'air se déplace toujours des zones de haute pression vers les zones de basse pression – c'est logique, hein. Imagine n'importe quoi qui contienne de l'air comprimé – un ballon, une bouteille de gaz, un avion sans hublot – imagine comment l'air comprimé a toujours envie d'aller ailleurs! Plus la différence de pression est grande, plus le vent est fort.
Au passage, la vitesse du vent, comme beaucoup de choses qui s'accumulent, augmente de manière exponentielle. Donc, un vent qui souffle à 300 kilomètres par heure n'est pas 10 fois plus fort qu'un vent qui souffle à 30 kilomètres par heure, il est 100 fois plus fort – et donc beaucoup plus destructeur. Si tu accélères des millions de tonnes d'air à ce point, ça génère une énergie colossale. Un ouragan tropical libère en 24 heures l'équivalent de la consommation d'énergie annuelle d'un pays riche de taille moyenne comme le Royaume-Uni ou la France.
L'énergie de l'atmosphère à rechercher l'équilibre a d'abord été découverte par Edmond Halley – un personnage omniprésent – et expliquée par son compatriote britannique George Hadley au XVIIIe siècle. Hadley a remarqué que les colonnes d'air ascendant et descendant créent souvent des "cellules" (qu'on appelle depuis les cellules de Hadley). Hadley était avocat de profession, mais il avait une passion pour la météo (c'est un Anglais, après tout!). Il a aussi émis l'hypothèse d'une relation entre les cellules, la rotation de la Terre et la déviation apparente de l'air. La déviation de l'air crée les alizés. Mais c'est Gustave-Gaspard Coriolis, un professeur d'ingénierie à l'École polytechnique de Paris, qui a résolu les détails de ces interactions en 1835, et c'est pourquoi on appelle ça l'effet Coriolis. (Une autre contribution de Coriolis à l'école a été l'invention du refroidisseur à eau, qui est toujours appelé le refroidisseur de Coriolis). La Terre tourne à environ 1675 kilomètres par heure à l'équateur. Et cette vitesse diminue considérablement quand on se rapproche des pôles, jusqu'à environ 900 kilomètres par heure à Londres ou à Paris, par exemple. Il suffit d'y réfléchir un peu, la raison est évidente. Si tu es à l'équateur, la Terre doit te faire parcourir une distance considérable – environ 40 000 kilomètres – pour te ramener à ton point de départ. Alors que si tu es au pôle Nord, il suffit de quelques mètres pour faire le tour. Mais dans les deux cas, il faut 24 heures pour revenir à son point de départ. Donc, plus tu es près de l'équateur, plus tu dois tourner vite.
Pourquoi un objet qui se déplace en ligne droite dans l'air, perpendiculairement à la rotation de la Terre, semble décrire une courbe vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud, à condition que la distance soit suffisamment grande? L'effet Coriolis explique ça en disant que c'est parce que la Terre tourne en dessous. Pour comprendre ça, l'explication classique, c'est d'imaginer qu'on est au centre d'un grand stade, et qu'on lance une balle à quelqu'un qui est au bord. Au moment où la balle arrive au bord, cette personne a avancé, et la balle la dépasse par derrière. De son point de vue, la balle semble avoir décrit une courbe pour l'éviter. C'est ça l'effet Coriolis: c'est ce qui fait que les systèmes météorologiques se courbent et que les ouragans tourbillonnent comme des toupies. L'effet Coriolis explique aussi pourquoi les navires de guerre doivent ajuster leur tir vers la gauche ou vers la droite. Sinon, un obus tiré à 25 kilomètres de distance pourrait dévier de sa cible d'environ 90 mètres et finir dans l'eau.
Compte tenu de l'importance pratique et psychologique que la météo a pour presque tout le monde, c'est incroyable que la météorologie n'ait commencé à devenir une science qu'au XIXe siècle. (Même si le mot "météorologie" existe depuis 1626. Il a été créé par un certain T. Granger dans un livre de logique).
En partie, le problème, c'est qu'une météorologie performante nécessite des mesures précises de la température, et fabriquer des thermomètres précis a été beaucoup plus difficile qu'on ne le pense. La précision des mesures dépendait de l'uniformité du diamètre intérieur du tube de verre. Et c'était pas facile à faire. La première personne à avoir résolu ce problème a été le fabricant d'instruments néerlandais Daniel Gabriel Fahrenheit. En 1717, il a fabriqué un thermomètre très précis. Mais, pour des raisons inconnues, il a fixé le point de congélation de l'eau à 32 degrés et le point d'ébullition à 212 degrés. Ces valeurs bizarres ont tout de suite posé problème à certaines personnes. En 1742, l'astronome suédois Anders Celsius a proposé une autre échelle de température. Et pour prouver que les inventeurs sont rarement capables de tout faire parfaitement, Celsius a placé le point d'ébullition à 0 degré et le point de congélation à 100 degrés sur son échelle. Mais cette échelle a vite été inversée.
Celui qu'on considère le plus souvent comme le père de la météorologie moderne, c'est le pharmacien britannique Luke Howard. Il est devenu célèbre au début du XIXe siècle. La principale contribution de Howard a été de donner des noms aux types de nuages en 1803. Il était un membre actif et respecté de la Société linnéenne, et il a utilisé les principes de Linné pour son nouveau système. Mais il a choisi la Société Askesian, moins connue, comme forum pour annoncer son nouveau système de classification. (Tu te souviens peut-être qu'on a parlé de la Société Askesian dans un chapitre précédent. Ses membres se consacraient aux plaisirs du gaz hilarant, donc on peut seulement espérer que la présentation de Howard a été prise au sérieux et a reçu l'attention qu'elle méritait. Les disciples de Howard gardent étrangement le silence sur ce point).
Howard a divisé les nuages en trois catégories: les nuages en couches ont été appelés stratus; les nuages en forme de mouton ont été appelés cumulus (ce nom signifie "accumulation" en latin); et les structures fines et plumeuses en altitude ont été appelées cirrus (ce qui signifie "bouclé"). Les cirrus apparaissent généralement avant l'arrivée du temps froid. Plus tard, il a ajouté un quatrième nom, pour un nuage qui provoque la pluie, il l'a appelé nimbus (ce qui signifie "nuage" en latin). L'ingéniosité du système de Howard, c'est que ces éléments de base peuvent être combinés librement pour décrire toutes les formes et toutes les tailles de nuages qui traversent le ciel – cumulo-stratus, cirro-stratus, cumulo-nimbus, etc. Le système a connu un succès immédiat, et pas seulement en Angleterre. Goethe a tellement apprécié ce système qu'il a écrit quatre poèmes en l'honneur de Howard.
Au fil des années, le système de Howard a été enrichi de nombreux ajouts, et finalement, l'encyclopédie "Atlas international des nuages" a été publiée en deux volumes, mais elle est rarement lue. Mais ce qui est intéressant, c'est que les types de nuages qui ont été identifiés après la mort de Howard – comme les nuages mammatus, les nuages pileus, les nuages velum, les nuages spissatus, les nuages floccus et les nuages mediocris – sont apparemment rejetés par la communauté météorologique en dehors de la météorologie, et ils sont peu acceptés au sein de la météorologie. Au passage, la première édition de l'atlas, en 1896, qui était beaucoup plus courte, divisait les nuages en 10 catégories de base. Parmi elles, les cumulo-stratus ondulés, les plus gros et les plus moelleux, occupaient la neuvième place. (Les cumulus sont souvent nets et ont des bords bien définis, alors que les autres nuages sont plus flous. C'est parce que l'intérieur humide des cumulus a une limite claire avec l'air sec à l'extérieur. Si une molécule d'eau dépasse le bord du nuage, l'air sec à l'extérieur l'élimine immédiatement, ce qui maintient le bord du cumulus net. Alors que les cirrus, qui sont beaucoup plus hauts, sont composés de glace, et la zone entre le bord du nuage et l'air à l'extérieur est plus floue, c'est pourquoi leurs bords sont souvent flous).
Les nuages d'orage en forme d'enclume, qui apparaissent de temps en temps, sont en fait, généralement, des phénomènes doux et peu volumineux. Un cumulus en forme de mouton, en été, même s'il s'étend sur des centaines de mètres de chaque côté, ne contient pas plus de 100 à 150 litres d'eau – "environ de quoi remplir une baignoire", comme le dit James Trefil. Si tu veux savoir à quel point un nuage est un truc léger, tu peux te promener dans le brouillard – le brouillard, c'est juste un nuage qui n'a pas décidé de s'envoler loin. On cite encore Trefil: "Si tu marches 91 mètres dans un brouillard normal, tu n'entreras en contact qu'avec environ 8 centimètres cubes d'eau – même pas de quoi prendre une bonne gorgée". Donc, les nuages ne sont pas de grands réservoirs d'eau. À tout moment, il n'y a qu'environ 0,035% de l'eau douce de la Terre qui flotte au-dessus de nos têtes.
Le destin des molécules d'eau varie beaucoup, selon l'endroit où elles tombent. Si elles tombent sur un sol fertile, elles sont absorbées par les plantes, ou elles s'évaporent à nouveau directement en quelques heures ou quelques jours. Mais si elles pénètrent dans les eaux souterraines, elles risquent de ne plus revoir le soleil pendant de nombreuses années – voire des milliers d'années, si elles s'écoulent vraiment profondément. Si tu regardes un lac, tu vois une grande quantité de molécules qui y sont restées en moyenne pendant 10 ans. On pense que les molécules d'eau restent dans l'océan plus longtemps, probablement 100 ans. En général, après une pluie, environ 60% des molécules d'eau retournent dans l'atmosphère en un jour ou deux. Une fois évaporées, elles restent dans le ciel environ une semaine – 12 jours, selon Drury – et puis elles retombent sous forme de pluie.
L'évaporation est un processus rapide, et on peut facilement le constater en regardant le destin d'une flaque d'eau en été. Même la Méditerranée, un grand bassin comme celui-là, s'assécherait en 1000 ans si elle n'était pas alimentée en permanence en eau. C'est ce qui s'est passé il y a un peu moins de 6 millions d'années, ce qui a provoqué ce que la communauté scientifique appelle la "crise de salinité messinienne", parce que les mouvements continentaux ont bloqué le détroit de Gibraltar. Au fur et à mesure que la Méditerranée s'asséchait, la vapeur d'eau évaporée retombait sous forme de pluie douce dans d'autres mers. Ce qui a légèrement diminué la salinité de ces mers – en fait, juste assez pour permettre à une plus grande zone de geler. L'extension de la zone de glace a renvoyé plus de chaleur solaire dans l'espace, ce qui a précipité la Terre dans une période glaciaire. Au moins, c'est la théorie.
Ce qu'on sait avec certitude, c'est qu'une petite variation dans la dynamique de la Terre peut avoir des conséquences inimaginables. Comme on va le voir dans quelques instants, il est possible que nous soyons même nés de ce type d'événement.
L'océan est le véritable moteur des activités à la surface de la Terre. En fait, les météorologues considèrent de plus en plus l'océan et l'atmosphère comme un seul système, donc on va en dire quelques mots de plus. L'eau est très douée pour stocker et transférer la chaleur – une quantité de chaleur inimaginable. Le Gulf Stream apporte chaque jour à l'Europe autant de chaleur que le monde entier a produit de charbon en 10 ans. C'est pour ça que le climat en Angleterre et en Irlande est plus doux en hiver qu'au Canada et en Russie. Mais l'eau chauffe très lentement, donc même pendant les jours les plus chauds, l'eau des lacs et des piscines reste fraîche. C'est pour cette raison qu'il arrive souvent qu'une saison ait commencé du point de vue astronomique, alors qu'on n'a pas encore l'impression d'être dans cette saison. Donc, le printemps commence en mars dans l'hémisphère nord, mais la plupart des régions n'ont pas l'impression d'être au printemps avant le mois d'avril.
L'eau de mer n'est pas une masse homogène. La température, la salinité, la profondeur, la densité, etc., de l'eau de mer varient d'un endroit à l'autre, et ça a un impact énorme sur la façon dont l'eau de mer transporte la chaleur, ce qui a ensuite un impact sur le climat. Par exemple, l'Atlantique est plus salé que le Pacifique, et c'est une bonne chose. Plus l'eau de mer est salée, plus elle est dense, et plus l'eau de mer dense coule. Si les courants de l'Atlantique n'avaient pas à supporter cette salinité supplémentaire, ils avanceraient jusqu'à l'Arctique, ce qui réchaufferait l'Arctique, mais l'Europe perdrait complètement cette chaleur si précieuse. Le principal vecteur de transfert de chaleur sur la planète, c'est ce qu'on appelle la circulation thermohaline. Elle est alimentée par les courants lents dans les profondeurs de l'océan – un processus découvert par le scientifique et aventurier Comte Rumford en 1797. (L'expression "circulation thermohaline" semble avoir une signification différente pour différentes personnes. En novembre 2002, Carl Wunsch du MIT a publié un article dans la revue "Science" intitulé "Qu'est-ce que la circulation thermohaline?". Il estime que l'expression décrit au moins sept phénomènes différents dans plusieurs revues importantes (la convection au fond des océans, la convection causée par des différences de densité ou de flottabilité, la "convection de matière dans des directions opposées au nord et au sud", etc.), qui sont tous liés à la circulation océanique et au transfert de chaleur. J'utilise ici le sens général). Voici comment ça se passe: l'eau de surface arrive près de l'Europe, sa densité augmente, elle coule en profondeur, et elle retourne lentement dans l'hémisphère sud. Cette masse d'eau arrive en Antarctique, rencontre le courant circumpolaire antarctique, et est poussée vers l'avant dans le Pacifique. Le processus est lent – il faut 1500 ans à l'eau pour aller de l'Atlantique Nord jusqu'au centre du Pacifique – mais la quantité de chaleur et d'eau transportée est considérable, et l'impact sur le climat est énorme.
(Comment est-ce qu'on peut calculer combien de temps il faut à une goutte d'eau pour passer d'un océan à un autre? La réponse, c'est que les scientifiques peuvent mesurer les substances mélangées à l'eau, comme les chlorofluorocarbures, ce qui permet de calculer depuis combien de temps elle n'a pas été en contact avec l'air. En comparant les mesures à différentes profondeurs et à différents endroits, on peut cartographier les mouvements de l'eau de manière assez précise).
La circulation thermohaline ne se contente pas de transporter la chaleur, elle remue aussi la nourriture au gré des courants, ce qui permet à un plus grand nombre de poissons et d'autres animaux marins de survivre. Malheureusement, la circulation thermohaline semble aussi très sensible aux changements environnementaux. Les simulations informatiques montrent qu'une légère dilution de la salinité des océans – par exemple, à cause de l'accélération de la fonte de la calotte glaciaire du Groenland – pourrait perturber ce cycle de manière catastrophique.
L'océan nous rend aussi un autre grand service. Il absorbe de grandes quantités de carbone, et il a des moyens de stocker le carbone dans des endroits sûrs. Le soleil brûle aujourd'hui environ 25% plus fort qu'il ne le faisait au début du système solaire, et c'est une des bizarreries de notre système solaire. Donc, la Terre devrait être beaucoup plus chaude qu'elle ne l'est. En fait, comme le dit le géologue britannique Aubrey Manning: "Cette énorme variation aurait eu des conséquences absolument catastrophiques pour la Terre. Pourtant, notre monde semble n'avoir été que très peu affecté".
Alors, qu'est-ce qui maintient la planète stable et fraîche? C'est la vie! Quand le carbone, sous forme de dioxyde de carbone dans l'air, retombe avec la pluie, d'innombrables billions de petits organismes marins le capturent et l'utilisent (avec d'autres choses) pour fabriquer leur petite coquille. Ce sont des organismes dont la plupart d'entre nous n'ont jamais entendu parler, comme les foraminifères, les coccolithophores, les algues calcaires, etc. Ils enferment le carbone dans leur coquille, ce qui empêche le carbone de retourner dans l'atmosphère par évaporation, ce qui formerait un gaz à effet de serre dangereux. Finalement, les petits foraminifères, coccolith