LES NUAGES LES PLUS HAUTS DE LA TERRE DESCENDENT

Les nuits d’été, longtemps après le coucher du soleil, de fins nuages peuvent briller vivement dans le ciel du crépuscule. Ils ont été décrits pour la première fois en 1885, après la grande éruption du Krakatoa en 1883. Comme le Soleil les éclaire encore quand le sol est dans la nuit, ils doivent flotter à plus de 80 km d’altitude. S’ils sont faits de glace d’eau, comme on le suppose depuis 1912, l’air doit y être plus froid que 150 kelvins (environ −120 °C). Ce sont les nuages noctulescents, les plus hauts nuages de la Terre.

Un canari dans la haute atmosphère

On les soupçonne depuis longtemps de porter un signal climatique. La hausse du dioxyde de carbone refroidit la stratosphère et la mésosphère, les couches situées sous ces nuages. Des couches refroidies se contractent : la haute atmosphère « rétrécit », et les nuages, perchés au sommet, devraient lentement descendre. Un modèle climatique de cette région, LIMA/MIMAS, prédit exactement cela — une descente qui s’accélère après 1960, 6,5 fois plus rapide qu’avant, à mesure que le dioxyde de carbone augmente de plus en plus vite.

Le vérifier est difficile. La fréquence d’apparition des nuages dépend du nombre d’observateurs et de la météo ; leur éclat a été mesuré avec des instruments non calibrés. Leur altitude, en revanche, est mesurée depuis leur découverte. Les revues précédentes n’avaient trouvé aucune tendance nette : les hauteurs varient naturellement entre 79 et 85 km, plus que la baisse attendue.

Comparer ce qui est comparable

Oleg Ugolnikov, de l’Institut de recherches spatiales de l’Académie des sciences de Russie, et ses collègues de Moscou et de Kaliningrad, se sont d’abord fixé des règles strictes. Les lidars modernes, qui sondent le ciel avec un laser, voient de minuscules grains de glace en haut de la couche nuageuse, alors que les photographies voient les plus gros grains, à sa base — jusqu’à 2 km plus bas. Une seule technique compte donc : la triangulation, qui consiste à photographier le même nuage depuis deux endroits ou plus et à calculer sa hauteur à partir du décalage de sa position.

L’équipe a aussi écarté les relevés imprécis. Le tout premier, en 1887, trouvait 79 km, mais ses deux observateurs n’étaient qu’à 32,4 km l’un de l’autre et synchronisés à quelques minutes près seulement — or les nuages dérivent jusqu’à 50 m/s —, assez pour des erreurs de plus de 10 km. L’équipe ne garde que des sites distants d’au moins 40 km, avec un horaire exact : O. Jesse autour de Berlin en 1890-1891, C. Störmer près d’Oslo en 1932-1934, puis Stockholm, l’Estonie, la Lettonie et l’Écosse, jusqu’à 200 km entre les sites en 1986.

Vingt mille nouvelles hauteurs

Depuis 2020, une vingtaine de caméras, pour la plupart du réseau automatique Starvisor, surveillent le ciel entre 54 et 61 degrés de latitude nord. Elles travaillent en groupes distants de 50 à 200 km et prennent jusqu’à quatre images par minute. Un logiciel découpe chaque champ de nuages en fragments, les apparie d’une caméra à l’autre et calcule leur hauteur et leur vitesse. Résultat : environ 20 000 altitudes individuelles.

Une seconde méthode les vérifie avec les mêmes images. Quand un nuage glisse dans l’ombre de la Terre, il bleuit d’abord, quand la lumière qui l’éclaire traverse la couche d’ozone, puis rougit, quand elle traverse la basse atmosphère. Le moment de ces changements de couleur donne sa hauteur. Après une correction tenant compte du voile de fines particules de la stratosphère, les deux méthodes s’accordent à 0,18 km près.

Démêler les indices

La hauteur de ces nuages dépend aussi de la saison, de l’heure de la nuit, des marées lunaires, de la latitude et de l’activité solaire. L’équipe a ajusté tous ces facteurs à la fois, mesure par mesure, de 1890 à 2026. Seuls deux effets ressortent : la saison, avec les nuages les plus bas vers le 10 juillet, quelques semaines après le solstice, et la tendance à long terme.

Cette tendance est mesurée comme une fraction K de la prédiction du modèle : K = 1 veut dire que le modèle a raison, K = 0 qu’il n’y a pas de tendance. L’ajustement donne K = 0,52 ± 0,18 — une descente détectée avec plus de 99,5 % de confiance, mais deux fois plus faible que ce que prédit le modèle. Aujourd’hui, cela fait environ 1,2 km par siècle.

Un contrôle simple le confirme. Avant 2000, la hauteur moyenne de toutes les mesures était de 82,52 km ; dans les années 2020, elle est de 81,83 km. Les nuages sont 0,69 km plus bas, environ la moitié de la baisse attendue par le modèle depuis 1960.

Le bas descend, le haut tient

Un détail frappe. La limite supérieure des hauteurs des nuages n’a presque pas bougé, ni au fil de la saison ni au fil des décennies. La limite inférieure a baissé environ deux fois plus que la moyenne — près du rythme prédit par le modèle.

Les auteurs comptent sur de nouvelles triangulations pour préciser la hauteur moyenne actuelle, mais la tendance elle-même restera limitée par le petit nombre et la précision modeste des anciennes mesures. Le vrai progrès, selon l’article, viendra quand lidars, satellites et caméras auront observé ces nuages assez longtemps au XXIᵉ siècle.