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Des chercheurs de l'Université Dalhousie sondent le ciel arctique à l'aide de lasers en quête de réponses au changement climatique
1 mars 2007
Un rayon laser vert du Laboratoire canadien de recherches atmosphériques sur l’environnement polaire (Polar Environment Atmosphere Research Laboratory ou PEARL) à Eureka, au Nunavut, pourrait bientôt apporter un nouvel éclairage sur le changement climatique et sur son rôle dans le réchauffement de la planète. À compter de l’été prochain, ce rayon laser, appelé lidar, émettra un faisceau lumineux d’une largeur de quatre centimètres qui percera l’obscure nuit polaire sur plusieurs kilomètres au-dessus du PEARL.
 

Le lidar est similaire au radar — comme lui, il reçoit l’écho des ondes qu’il émet et qui rebondissent sur les objets placés sur leur trajectoire. Alors que le radar fait appel aux ondes radioélectriques hautes fréquences, le lidar utilise un puissant laser pour émettre une onde lumineuse courte et intense. Dans sa trajectoire ascendante, l’onde est rétrodiffusée par de fines particules atmosphériques (ou aérosols). En comptant le temps nécessaire à l’onde pour revenir au lidar, les chercheurs peuvent mesurer la distance et la longueur d’onde des aérosols.

La capacité du lidar à mesurer les aérosols permettrait éventuellement de mieux comprendre la préoccupante tendance au réchauffement dans l’Arctique. « Nous assistons à des changements profonds. Au cours des 30 dernières années, la température moyenne de l’Arctique a augmenté de quatre degrés Celsius. Pour mieux comprendre l’importance de ce réchauffement, soulignons que l’écart de température moyenne entre la période actuelle et la dernière glaciation est de six degrés Celsius seulement », indique Tom Duck, professeur à l’Université Dalhousie et concepteur du nouveau système de lidar au PEARL.

Le lidar de M. Duck permettra d’accroître l’exactitude des prévisions en matière de changement climatique et aidera les scientifiques à étudier les processus liés à l’échange radiatif au-dessus d’Eureka. L’échange radiatif illustre l’interaction des rayons du soleil avec la surface de la Terre et la couverture nuageuse. Durant l’été, alors que l’Arctique vit sa période de jour polaire, la couverture neigeuse et glaciale réfléchit une proportion importante des rayons solaires dans l’espace. Mais les aérosols et les autres polluants forment des nuages qui emprisonnent les rayons solaires dans l’atmosphère, ce qui contribue éventuellement au réchauffement de la planète. Grâce au lidar, les scientifiques peuvent dorénavant déterminer la quantité d’aérosols présente et savoir d’où ils proviennent.

Le PEARL est l’emplacement idéal pour utiliser le système lidar et faire la collecte de telles données. C’est l’installation de recherche permanente le plus au nord sur la planète — seulement 1 100 kilomètres la séparent du pôle Nord. « Le ciel est très clair et le vortex polaire circule juste au-dessus », indique James Drummond, détenteur d’une chaire de recherche du Canada et professeur à l’Université de Toronto et à l’Université Dalhousie. Le vortex polaire est une masse d’air qui tourbillonne dans la stratosphère, au-dessus de l’Arctique et de l’Antarctique. Les variations du vortex pourraient expliquer la tendance au réchauffement observée par les scientifiques — réchauffement qui se fait à un rythme accéléré dans l’Arctique.

Les Canadiens vivant dans le Nord sont les premiers à subir les effets de la hausse des températures. « Nos aînés nous disent que la glace marine est plus lente à se former. Si la couverture de glace n’est pas suffisamment épaisse, les ours polaires ne peuvent chasser les phoques et ils ne s’éloignent pas du rivage. Généralement, la nuit, on peut en voir entre huit et douze. Il y a 20 ans, le phénomène était rare », raconte Brian Manning, directeur d’école à Baie Resolute, une collectivité de 250 habitants située à environ 630 kilomètres au sud d’Eureka.

Baie Resolute est le point de départ des chercheurs se dirigeant vers le PEARL. Ce qu’ils découvrent dans l’isolement des vastes étendues de l’Arctique pourrait aider les communautés nordiques à s’en sortir, en plus de permettre de mieux saisir les conséquences planétaires du réchauffement climatique.

Retombées

Bien qu’ils vivent dans un immense pays nordique, la plupart des Canadiens ne se préoccupent pas beaucoup de l’Arctique. Mais cela pourrait changer si les chercheurs du PEARL arrivent à prouver que le changement climatique peut devenir l’un des plus redoutables défis de l’homme.

« Nous sommes là-bas à observer la planète et nous sommes pleinement conscients de l’urgence de comprendre le changement climatique », indique James Drummond, responsable d’une équipe d’universitaires et de scientifiques au PEARL.

L’Arctique est la région qui subit les conséquences les plus graves du changement climatique. Parallèlement, il se pourrait que l’Arctique joue un rôle dans l’accélération du rythme du changement climatique, en raison de ce que les chercheurs appellent une boucle de rétroaction à grande échelle. Les trois régions de la planète qui se sont réchauffées le plus rapidement au cours des deux dernières décennies ont été l’Alaska, la Sibérie et des zones de la péninsule antarctique. Au fur et à mesure que la neige et la glace fondent, moins de chaleur est réfléchie vers le ciel et davantage reste emprisonnée au sol. Ce phénomène a pour effet d’accroître les températures et la fonte, ce qui a plusieurs conséquences, dont une augmentation alarmante du niveau de la mer.

Zoom

Toutefois, malgré le rôle essentiel que peut jouer l’Arctique au chapitre du changement climatique, notre connaissance scientifique du système climatique de l’Arctique présente toujours d’énormes lacunes. Selon l’Organisation météorologique mondiale (OMM) des Nations Unies, les modèles climatiques ne fonctionnent pas bien dans les régions polaires. Par exemple, ils n’ont pas réussi à prévoir le bris tragique des plates-formes de glace dans l’Antarctique observé depuis quelques années.

En vue de combler ces lacunes, l’OMM a lancé l’Année polaire internationale. Cette initiative regroupera notamment des chercheurs du PEARL et d’autres scientifiques provenant de pays nordiques comme les États-Unis, la Russie et la Norvège. Soulignons que les chercheurs peuvent faire fonctionner à distance, à partir d’autres laboratoires, les instruments du PEARL.

En raison de son emplacement — un grand nombre de satellites polaires sont en orbite dans le secteur —, le PEARL offre la possibilité de mesurer divers éléments à l’intérieur comme à l’extérieur du vortex polaire. Cela fait du laboratoire un site d’observation atmosphérique exceptionnel. En plus de pouvoir utiliser les instruments permanents du PEARL, comme les lidars, les chercheurs invités peuvent ajouter de l’équipement temporaire ou permanent afin de tirer pleinement profit des installations.

Grâce à sa situation géographique — au cœur même du climat nordique canadien —, à ses projets de recherche de pointe et à ses liens internationaux, le PEARL pourra rester à l’avant-garde des très importantes recherches menées sur le changement climatique dans les années à venir.

Partenaires

Le PEARL est un partenariat entre les universités canadiennes et les laboratoires de recherche gouvernementaux. Il attire également des chercheurs de tous les coins du monde, intéressés par les installations du laboratoire situé aux confins de la planète. Le PEARL a été mis sur pied par le Réseau canadien pour la détection des changements atmosphériques (Canadian Network for the Detection of Atmospheric Change ou CANDAC) — un réseau de chercheurs et de ressources qui se consacre aux problèmes liés au changement climatique partout au Canada.

Le secteur privé y joue également un rôle. Par exemple, le nouveau lidar du PEARL a été conçu en collaboration avec Spectral Applied Research, une société de systèmes optiques établie à Toronto.

Pour en savoir plus

Visitez Eureka en photos (Lien anglophone).

Découvrez la station Eureka et ses environs à travers les yeux du photographe Pierre Fogal.

Visionnez les vidéos de la NASA sur la fonte de la glace de mer et apprenez comment elle entraîne une boucle de rétroaction contribuant au réchauffement.

Pour mieux connaître les systèmes optiques de pointe de Spectral Applied Research (Lien anglophone).