L’histoire est bien connue. La croissance économique et industrielle est à l'origine de l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère terrestre. Ce dernier étant un gaz à effet de serre, il piège la chaleur du soleil et provoque un réchauffement progressif de l'atmosphère, ce qui bouleverse le système terrestre, sa flore et sa faune. Étonnamment, le CO2 a un autre effet secondaire, un effet de refroidissement. Ne pensez cependant pas que cela pourrait compenser le réchauffement de la planète. Ce processus est en cours et est étudié depuis longtemps déjà, et il est clair qu'il n'a pas neutralisé la tendance au réchauffement. Alors, que se passe-t-il exactement ?
L'atmosphère est comme la tour Eiffel
La chose principale à retenir est que tout dépend de la densité de l'air. Vous pouvez imaginer la fine couche de gaz de la Terre comme une tour Eiffel, très grande et lourde à la base, mais qui s'amincit très rapidement pour atteindre le sommet fin et léger de la tour. Par conséquent, les différentes couches atmosphériques se comportent très différemment, par exemple en ce qui concerne les échanges thermiques.
CO2 : un gaz à effet de serre très efficace
Les molécules de dioxyde de carbone sont très efficaces pour absorber et ré-émettre de la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge. Dans la basse atmosphère, les molécules d'air sont serrées les unes contre les autres, comme la foule à un festival d'été, et la chaleur qu'une molécule ré-émet est donc immédiatement absorbée dans la même région atmosphérique. Ce phénomène est l'effet de serre, un réchauffement général de la troposphère.
La moyenne atmosphère est beaucoup moins dense (la moyenne et la haute atmosphère ne contiennent que 15 % de la masse totale de l’atmosphère). Le rayonnement infrarouge réémis par les molécules de CO2 y est beaucoup moins ré-absorbé et davantage de rayonnement s'échappe dans l'espace. Cela entraîne une perte globale de chaleur, et il y a donc un effet de refroidissement.
Au fur et à mesure que l’humanité émet du CO2 et freine sa capture à la surface, sa concentration augmente non seulement dans la couche inférieure mais aussi dans les couches moyennes. La différence est que dans la couche inférieure, le réchauffement s'intensifie, tandis que dans les couches moyennes, le refroidissement s'intensifie. Lorsque les molécules se refroidissent, elles ralentissent et restent plus proches les unes des autres, et les couches moyennes et supérieures se rétrécissent légèrement.
Infographie originale: Marco Saporiti/Density Design Research Lab
Un impact tangible sur notre technologie satellitaire
Les satellites orbitent autour de la Terre dans les couches atmosphériques les plus élevées, la thermosphère et l'exosphère. Bien que l'air soit peu abondant dans ces couches, les satellites subissent toujours une résistance lorsqu'ils entrent en contact avec les molécules d'air. C'est pourquoi il faut réajuster périodiquement l’orbite des satellites actifs grâce à de petits moteurs de contrôle pour qu’ils restent sur l'orbite prévue. Lorsque les vieux satellites sont mis hors service, ils retombent lentement vers la Terre car ils perdent de la vitesse en raison de la résistance des molécules d'air qu'ils rencontrent. La résistance accrue à basse altitude les ralentit encore plus, de sorte qu'ils retombent encore plus vite et finissent par se désintégrer dans la mésosphère. Dans la plupart des cas, tous les morceaux brûlent avant d’atteindre la surface.
Mais maintenant que l'augmentation du CO2 entraîne un refroidissement et un rétrécissement des couches atmosphériques moyennes et supérieures, les satellites subissent moins de résistance à l'altitude à laquelle ils orbitent et y restent beaucoup plus longtemps. Notre atmosphère est donc de moins en moins efficace pour se débarasser des débris spatiaux en orbite autour de notre planète. Comme nous mettons de plus en plus de satellites en orbite chaque année, nous ne pouvons pas compter sur la Nature pour maintenir un environnement sûr en orbite terrestre. Le changement climatique impacte ainsi toutes les activités humaines, de la surface jusqu’en orbite terrestre.
Further reading
Crédit: NASA
Crédit: ESA/United Nations