Selon une nouvelle étude de l'Université de Columbia aux États-Unis, la technologie d'injection d'aérosols stratosphériques peut provoquer des effets secondaires à grande échelle en fonction du lieu, du moment et des matériaux utilisés. Des systèmes de mousson perturbés aux contraintes de la chaîne d’approvisionnement en passant par les réactions chimiques incertaines, la technologie se heurte à de formidables obstacles.

Une idée autrefois considérée comme fantaisiste – refroidir la Terre en répandant des particules réfléchissant la lumière du soleil dans la haute atmosphère – est devenue un sujet sérieux dans la science du climat. La méthode, connue sous le nom d’injection d’aérosols stratosphériques (SAI), vise à lutter contre le réchauffement climatique en simulant les effets naturels de refroidissement consécutifs aux éruptions volcaniques. Des centaines d’études ont modélisé le fonctionnement théorique d’un tel système. Mais les chercheurs de l'Université de Columbia préviennent que les partisans de ce concept ignorent les énormes incertitudes, les défis techniques et les risques qu'il pourrait poser dans la pratique.

"Même si les simulations de SAI dans les modèles climatiques sont très sophistiquées, elles sont nécessairement idéalisées", a déclaré V. Faye McNeil, chimiste atmosphérique et scientifique des aérosols au Columbia Climatological Institute et à la Columbia School of Engineering. "Les chercheurs simulent des particules parfaites de tailles parfaites. Dans les simulations, ils mettent exactement la quantité qu'ils veulent là où ils le veulent. Mais quand on commence à réfléchir à l'endroit où nous en sommes réellement, par rapport à cette situation idéalisée, il y a beaucoup d'incertitude dans ces prédictions."

"Si vous essayez de mettre en œuvre cette technologie, toute une série de choses pourraient se produire - nous pensons que l'éventail des résultats possibles est beaucoup plus large que ce que quiconque avait imaginé auparavant."

Dans l'étude publiée dans Scientific Reports, McNeil et ses collaborateurs ont exploré les barrières physiques, politiques et économiques qui pourraient compliquer le déploiement du SAI. Ils ont compilé les résultats d'études antérieures pour mieux comprendre comment différents choix de conception, tels que le moment, l'altitude et le lieu d'injection, affectent la réponse climatique de la Terre. Même de petites différences dans la manière et l’endroit où les aérosols sont libérés peuvent modifier radicalement les résultats.

Parmi les nombreuses variables, la latitude est l’une des plus importantes. Par exemple, l’injection de particules au-dessus des pôles pourrait perturber les systèmes de mousson tropicale, tandis que la concentration près de l’équateur pourrait perturber le courant-jet et altérer la circulation thermique interhémisphérique.

"Il ne s'agit pas simplement de rejeter 5 téragrammes de soufre dans l'atmosphère. Le lieu et le moment de sa mise en œuvre sont importants", a déclaré McNeil. Les changements suggèrent que si l’ISC est réalisée, elle devrait l’être de manière centralisée et coordonnée. Toutefois, compte tenu des réalités géopolitiques, les chercheurs estiment que cela est peu probable.

Jusqu'à présent, les études de modèles se sont concentrées presque exclusivement sur les méthodes SAI utilisant des gaz riches en sulfate, similaires à ceux formés lorsque les panaches volcaniques s'oxydent et se condensent dans la stratosphère. Les éruptions volcaniques ont refroidi la Terre dans le passé : lorsque le mont Pinatubo est entré en éruption en 1991, par exemple, la température de la planète a chuté de près d'un degré Celsius au cours des années suivantes. Cet incident est souvent cité comme preuve de principe du fonctionnement de SAI.

En plus du refroidissement du sol, le SAI peut avoir des conséquences néfastes, tant attendues qu'involontaires. Par exemple, l’éruption du mont Pinatubo a également perturbé le système de mousson indien, provoquant une diminution des précipitations en Asie du Sud et provoquant un réchauffement et un appauvrissement de la couche d’ozone dans la stratosphère. L'utilisation de sulfates pour le SAI peut présenter des risques similaires ou des problèmes environnementaux supplémentaires, notamment les pluies acides et la contamination des sols. Ces préoccupations ont incité à rechercher d’autres composants aérosols du SAI.

Les alternatives minérales proposées comprennent le carbonate de calcium, l'alumine alpha, le dioxyde de titane rutile et anatase, la zircone cubique et le diamant. L'examen des alternatives s'est principalement concentré sur leurs propriétés optiques, mais d'autres facteurs ont été négligés.

"Lorsque les scientifiques discutent de matériaux candidats à utiliser dans les aérosols, ils réfléchissent rarement à la manière dont les contraintes pratiques pourraient limiter votre capacité à injecter de grandes quantités de ces matériaux chaque année", a déclaré Miranda Harker, scientifique en aérosols à l'Université de Columbia et auteur principal de l'article. "Beaucoup de matériaux proposés ne sont pas particulièrement abondants."

Les diamants sont optiquement bons pour cette tâche, mais ils ne sont tout simplement pas assez nombreux. Quant à la zircone cubique et au dioxyde de titane rutile, l'offre pourrait être en mesure de répondre à la demande, mais la modélisation économique de l'équipe de Columbia suggère que l'augmentation de la demande mettra à rude épreuve la chaîne d'approvisionnement et les rendra plus coûteuses. L’offre d’alumine alpha et de carbonate de calcium est suffisante pour absorber la demande sans pousser les prix à des niveaux prohibitifs – mais comme pour d’autres matériaux candidats, leur dispersion implique de sérieux défis techniques.

Aux minuscules tailles de particules submicroniques requises pour le SAI, tous les substituts minéraux ont tendance à s'agréger en agrégats plus grands. Selon les calculs des chercheurs, ces agrégats sont moins efficaces que les particules individuelles pour réduire la lumière solaire, et leur impact climatique est encore moins connu. "Au lieu de ces propriétés optiques parfaites, vous obtenez quelque chose de bien pire", a déclaré Haack. "Par rapport au sulfate, je ne pense pas que nous verrons le genre d'avantages climatiques dont on a parlé."

Selon les chercheurs de l'Université de Columbia, chaque défi du monde réel (de la manière de mettre en œuvre le SAI aux types de particules à utiliser) ajoute de nouvelles couches d'incertitude à une idée déjà imprévisible. Ils soutiennent que ces complexités doivent être reconnues avant d’envisager sérieusement le déploiement de l’injection d’aérosols stratosphériques.

"Lorsque vous regardez la géo-ingénierie solaire, tout est question de compromis en matière de risques", a déclaré Gernot Wagner, économiste du climat à la Columbia Business School qui travaille en étroite collaboration avec le Climate Institute. Compte tenu des réalités complexes de l'ISC, a-t-il déclaré, "cela ne se passera pas comme le modélisent 99 pour cent de ces articles".

Les co-auteurs de l'étude comprennent également Daniel Steingart, codirecteur du Columbia Electrochemical Energy Center.

L'étude, publiée dans le numéro du 21 octobre 2025 de la revue Scientific Reports, est intitulée « Les considérations d'ingénierie et de logistique ajoutent des contraintes pratiques aux stratégies d'injection d'aérosols stratosphériques ».

Compilé à partir de /ScitechDaily