Comment la quantité de rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre a-t-elle évolué au cours de ces cinquante dernières années en Belgique et quelles sont les causes de ces variations? Une étude menée par des chercheurs du Laboratoire de Climatologie (UR SPHERES) de l'ULiège confirme que l'augmentation de la quantité de rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre observée depuis les années 1980 serait en partie due à une diminution de la nébulosité. Et les résultats – publiés dans la revue Atmosphere(1) – obtenus par les chercheurs n’indiqueraient pas forcément de lien avec les changements climatiques.
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ssentiel à la vie, le rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre régit son climat en réchauffant sa surface. Il permet l'évaporation de l'eau qui alimente le cycle de l'eau, de même que la photosynthèse qui intervient dans le cycle du carbone. Depuis les années 1980, la quantité de rayonnement solaire reçus en surface a augmenté de manière significative, après une période de diminution substantielle. Ces variations s'expliquent par des fluctuations dans la quantité d'aérosols présents dans la troposphère mais aussi par des changements dans la nébulosité. Des variations de cette quantité de rayonnement solaire peuvent ainsi avoir des conséquences sur nos écosystèmes, allant jusqu'à renforcer les pics de chaleur et les sécheresses, et à modifier le rendement de dispositifs tels que des panneaux solaires ou photovoltaïques, qui génèrent de l’électricité ou de l’eau chaude grâce au rayonnement solaire. Il est donc important d’en étudier les variations afin de les identifier et tenter d’en comprendre les causes.
Pour y parvenir des chercheurs du Laboratoire de Climatologie (Unité de recherche SPHERES) ont utilisé le modèle climatique MAR – le Modèle Atmosphérique Régional développé à l’Université de Liège - qui leur ont permis de reconstituer le climat de la Belgique de 1900 à nos jours. L'utilisation de modèles climatiques régionaux (MRC) peut en effet réduire en partie les biais dans les radiations simulées par les modèles globaux, car ils permettent une analyse spatiale plus fine. Cette étude, dont les résultats viennent d’être publiés dans la revue scientifique Atmopshere(1), a comparé des résultats obtenus avec le modèle MAR avec des mesures de rayonnement et de nébulosité réalisées par l'Institut Royal de Météorologie (notamment à Uccle et Saint-Hubert) depuis les années 50. « Les résultats ont montré que le modèle MAR parvenait tout à fait à modéliser les variations historiques du rayonnement solaire, explique Coraline Wyard, doctorante bénéficiant d’une bourse FRIA au Laboratoire de Climatologie et première auteur de l’article. »
La première période passée à la loupe par les chercheurs se situe entre 1959 e 1979. « A cette période, nous notons une diminution globale du rayonnement solaire, de l'ordre de 5% à Uccle, reprend la jeune doctorante. La raison de cette diminution provient d’une concentration plus élevée de particules fines (les aérosols) dans l'atmosphère majoritairement émises par les activités humaines de l’ époque ». Ces aérosols agissent en effet comme un parasol en réfléchissant le rayonnement solaire et favorisent également le développement de nuages en servant de noyaux de condensation aux fines gouttelettes qui les constituent. Ainsi, cette augmentation de la concentration en aérosols et par conséquent de la couverture nuageuse, a eu pour effet une diminution globale du rayonnement solaire.
Série temporelle du rayonnement solaire annuel moyen à Uccle. On voit nettement une diminution du rayonnement solaire reçu des années 1960 à la fin des années 1970 et une forte augmentation depuis la début des années 1980.
Après cette période de diminution, les chercheurs ont observé une seconde période qui s’étend de 1980 à 2010. Faisant suite à la Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance contre les pluies acides et le dioxide de Soufre et donc à la présence de particules fines dans l’atmosphère, les scientifiques ont enregistré une période d’augmentation, de l’ordre de 12%, du rayonnement solaire reçu en Europe et en Amérique du Nord. « Dans ce cas, le modèle MAR a montré que la diminution de la concentration des aérosols dans l'atmosphère a été accompagnée d'une diminution de la couverture de nuages bas et moyens surtout au printemps et en été, explique Xavier Fettweis, chercheur qualifié FR.S-FNRS au Laboratoire de Climatologie. » Toutefois, même après la stabilisation des concentrations d'aérosols, vers le début des années 2000, la quantité de nuages bas et moyens a continué à décroître suggérant l'intervention d'autres facteurs comme des changements dans la circulation atmosphérique.
Série temporelle de la couverture nuageuse annuelle moyenne à Uccle. On voit nettement une augmentation de la couverture nuageuse des années 1960 à la fin des années 1970 et une diminution depuis la début des années 1980.
L'origine de ces changements dans la nébulosité n'est donc pas claires et d’autres facteurs comme l’apparition de conditions plus anticycloniques ou le déplacement d’air tropical plus fréquentes, pourraient être intervenus « Des analyses plus poussées sont nécessaires, conclut Coraline Wyard. Comme le climat de l'Europe a toujours été sujet à de fortes oscillations décennales, il est difficile de dire si ces changements résultent de la variabilité naturelle du climat ou bien du réchauffement climatique, d'autant plus que ce dernier peut affecter les oscillations naturelles de notre climat. »
Pas de conclusions hâtives donc sur le lien entre augmentation du rayonnement solaire et changements climatiques. Pour le moment le modèle MAR du Laboratoire de Climatologie montre que l'augmentation du rayonnement solaire serait principalement due à une diminution de la nébulosité résultant de changements de circulation atmosphérique. Si toutefois cette augmentation du rayonnement solaire se maintenait, cela pourrait amplifier les épisodes de fortes chaleurs et sécheresses mais peut-être aussi avoir des conséquences sur le rendement des panneaux solaires.
Wyard C., Doutreloup S., Belleflamme A., Wild M. and Fettweis X. (2018), Global Radiative Flux and Cloudiness Variability for the Period 1959–2010 in Belgium: A Comparison between Reanalyses and the Regional Climate Model MAR., in Atmosphere 9(7), 262.
consulter la publication sur ORBi
Lamboratoire de Climatologie – UR SPHERES – Faculté des Sciences
Coraline WYARD - coraline.wyard@uliege.be
Xavier FETTWEIS - Xavier.Fettweis@uliege.be
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