vignette|upright=1.5|Panache de vapeur d'eau issu des tours de refroidissement de la centrale nucléaire de Gundremmingen, en train de former un nuage artificiel (Homomutatus), en Allemagne. vignette|Photo aérienne montrant 3 nuages issus des panaches de vapeur des centrales thermiques de Frimmersdorf (à gauche), de Neurath (au centre) et de Niederaussem (à droite), qui tous ont traversé la couche nuageuse dense (Nord-Ouest de Cologne).
Un nuage anthropogénique (ou nuage anthropique ou nuage artificiel), ou encore « homogenitus » selon l'Atlas international des nuages de 2017., est un nuage dont la formation et/ou la persistance sont artificiellement induites par les activités humaines (volontairement ou involontairement).
Selon les cas, ces nuages sont isolés et évanescents, ou s’étendent durant des heures ou jours sur de vastes zones ; alors leur vapeur d’eau ou leurs cristaux de glace modifient fortement l’albédo, la turbulence, la température, la chimie et l’humidité de l’atmosphère, contribuant au dérèglement climatique..
Histoire et origine des nuages artificiels Ces nuages sont par définition des artéfacts typiques de l'anthropocène, mais leur visibilité et leur fréquence datent essentiellement des débuts de la révolution industrielle. Les cirrus artificiels induits par les avions à réaction sont encore plus récents : ils ne sont largement visibles dans le ciel que depuis la fin du et peuvent maintenant s'étendre sur une grande partie du ciel, en modifiant significativement les températures et la pluviométrie à méso-échelle ou même à grande échelle ; ils sont liés aux (qui a fait l'objet d'un L’OACI d'un Symposium organisé en 2024 par l’OACI)...
Depuis , l'utilisation massive et constante de combustible fossile (charbon, puis pétrole et gaz naturel), et l'injection dans l'air de grandes quantités de vapeur d'eau et de particules (y compris dans la haute atmosphère maintenant périodiquement traversée par des fusées et où circulent constamment des milliers d'avions à réaction) ajoutent à la fois de l'humidité et des noyaux de condensation et de congélation (CNN pour cloud condensation nuclei en anglais).
Les caractéristiques climatiques et physico-chimiques de cette atmosphère sont, dans le même temps, elles-mêmes modifiées par l'Homme via le forçage radiatif induit par les émissions de gaz à effet de serre ; autant d'éléments susceptibles d'induire la formation de nuages à des moments, lieux et/ou altitudes où ils ne devraient normalement pas se former ou persister.
Remarque : On sait aussi fabriquer expérimentalement de petits nuages artificiels dans les chambres à brouillard..
Vocabulaire, classifications Les météorologues et physiciens de l'atmosphère utilisent une taxinomie latine internationale spécifique pour scientifiquement mieux décrire les nuages, et plus facilement archiver les photographies de nuages, ainsi que les données les concernant..
Tous les nuages peuvent ainsi classés selon leur altitude (basse, moyenne ou élevée) et en 12 genres, regroupant des espèces, pouvant elles-mêmes être déclinées en variétés. Un premier atlas international a répertorié et nommé les diverses formes de nuages connues en Hildebrandsson, H. H., Riggenbach, A., & de Bort, L. P. T. (1896). Atlas international des nuages: International cloud-atlas. Gauthier-Villars.. Il a été mis à jour en 1932 et 1956, puis en 2017 où 12 nouveaux taxons sont apparus, dont deux décrivent les nuages anthropogéniques de la haute atmosphère. : Homogenitus : décrit typiquement une traînée d'avion, et plus rarement de fusée ou de missile (ex :Cumulus mediocris homogenitus), ou tout nuage artificiel issu d'un processus industriel (ex : « nuages cumuliformes » générés par les tours de refroidissement). Le nom du genre approprié est donné aux nuages manifestement créés par une activité humaine, suivi du qualificatif « homogenitus ». Ainsi un cumulus créé par une source industrielle sera nommé cumulus (de même éventuellement pour l'espèce ou la variété), suivi du qualificatif homogenitus. Par exemple, Cumulus mediocris homogenitusIllustration OMM : Photographie du panache d'une centrale au charbon donnant naissance à un nuage nommé Cumulus mediocris homogenitus, faite par Jarmo Koistinen, à Espoo, Finland, en février 2010 ; Homomutatus : décrit un nuage homogenitus persistant, ayant évolué pour prendre peu à peu l'apparence d'un nuage plus naturel, par exemple sous l'effet de vents forts d'altitude, conduisant à la formation d'un cirrus (ex :Cirrus floccus homomutatus, Cirrocumulus homomutatus ou Cirrostratus homomutatus ou Cirrus fibratus vertebratus homomutatus)...
Anthropogenèse
Les nuages artificiels ont en commun l'existence d'une cause humaine à la nucléation de micro-gouttelettes d'eau ou cristaux de glace dans des conditions où elle ne se produirait normalement pas. Une source directe de nucléation de l'eau-vapeur peut être des particules directement injectées dans l'air (suies, particules en suspension comme les PM10, PM2.5, issues de divers types de combustion par exemple), mais on a découvert au que les vapeurs très diffuses d’acide sulfurique, d’ammoniaque, d'amines et de divers composés organiques hautement oxygénés peuvent, dans l'atmosphère, aussi facilement déclencher la nucléation de gouttelettes, qui elles-mêmes engendrent la formation de nuages.
Outre les véhicules et usages individuels de combustibles, ces sources sont aussi industrielles et agricoles (engrais azotés notamment). Dans ce registre, la cause la plus fréquente semble être la vapeur d'acide sulfurique, très présente dans l'atmosphère en raison de sa faible pression de vapeur, et car son précurseur (dioxyde de soufre, SO2 y est régulièrement libéré par l'activité volcanique (plusieurs millions de tonnes/an pour un volcan comme le Stromboli., souvent émises avant l'éruption.), et comme résultant de l'oxydation du sulfure de diméthyle (ou DMS) abondamment synthétisé par le phytoplancton, et depuis 250 ans environ par les combustibles fossiles brûlés par l'Homme.
Enjeux Comprendre le rôle et les interactions des aérosols anthropiques, ainsi que des nuages artificiels avec le climat régional et planétaire est crucial, car les nuages et les aérosols restent la source d'incertitude la plus importante dans les modèles de changement climatique, alors qu'ils étaient les premiers facteurs de régulation naturels de la température terrestre. Tant que ces phénomènes ne seront pas mieux compris, ils diminueront notre capacité à estimer la sensibilité climatique et à bien anticiper les effets du dérèglement climatiqueFrege Issa C.P (2016) Studies on atmospheric ions and new particle formation at the CERN CLOUD chamber and the High Alpine Research Station Jungfraujoch (Doctoral dissertation, ETH Zurich), https://doi.org/10.3929/ethz-b-000000263 ; copie autorisée sans usages commercial ; résumé en français, texte en anglais.
Ces phénomènes sont complexes et difficiles à observer, car une partie des noyaux de condensation sont issus de vapeurs présentes à des concentrations infimes (, bien plus discrètes que les suies ou poussières. En 2016, .
Typologies et exemples de nuages anthropogéniques Cirrus créés par les avions à réaction vignette|Traînées de condensation se formant au soleil levant (Homogenitus), et leur évolution en cirrus à fort albédo (Homomutatus).(Lille, 8 octobre 2006). Ces trainées pourraient souvent, et en grande partie, être évitées, à faible coût, par des changements mineurs de plans de vol qui diminuerait aussi l'impact climatique de l'aviation.
Le nuage anthropogénique le plus courant est la traînée de condensation (condensé en anglais par contrail), qui se forme à haute altitude dans le sillage des avions à réaction. C'est un nuage de glace qui ne persiste que dans les rares cas de forte sursaturation de l'atmosphère en glace (seuls 3 % des vols génèrent 80 % du réchauffement du aux traînée de condensation persistantes quand l'avion vole dans les parties plus froides de la stratosphère). Les cristaux de glace s'évaporent facilement dans l'air (60 % environ d'humidité ambiante). Selon le physicien de l'atmosphère Ralf Sussmann., la formation de traînées persistantes .
Quand ils ne disparaissent pas en quelques minutes, ces nuages de cristaux de glace horizontaux s'étendent horizontalement, plus ou moins loin et durablement selon les conditions de température et d'ensoleillement, selon l'effet de cisaillement vertical induit par la vitesse du vent horizontal, et selon le degré de turbulence du « régime de dispersion ». Dès sa formation, la traînée s'étend aussi verticalement ; plus ou moins, selon les conditions locales de température et de pression. Une paire de vortex est créée par l'avion en raison des différences de pression aux ailes, mais le « régime de vortex » n'agit que 10 à 100 secondes derrière l'avionRalf Sussmann Contrails and Climate – Understanding Vertical Dispersion of Contrails ; from : Sussmann R & Gierens K (1999) Lidar and numerical studies on the different evolution of vortex pair and secondary wake in young contrails, J. Geophys. Res., 104, 2131-2142.
Une traînée qui persiste et se transforme en cirrus change l'albédo de l'atmosphère. L'augmentation du trafic aérien mondial a ainsi un effet croissant sur les échanges énergétiques globaux de l'atmosphère et sur la nébulosité planétaire. Ce phénomène pourrait encore croître, car le transport aérien augmente régulièrement, et de nombreux prospectivistes, ainsi que l'industrie de l'aviation estiment qu'il devrait encore s'intensifier....
Ces traînées, par leurs impacts en termes d'effet de serre..., doubleraient la responsabilité du trafic aérien en termes de contribution au réchauffement (sachant qu'en 2010, les émissions provenant de l'aviation représentaient environ 3 % du total annuel des émissions de provenant des carburants fossiles), augmentant ainsi une part qu'on estimait autrefois faible par rapport à d'autres modes de transport..
Nuages créés par les villes vignette|upright=2.4|Cartographie d'anomalies de la Nébulosité, artificiellement induite par les conurbations, par le réchauffement urbain (bulle de chaleur) et par la pollution particulaire, ici à Paris et Londres (selon une étude parue en 2019). Plus les couleurs sont chaudes, plus il y a de nuages, pour 2009-2018 en mai, juin, juillet et août. Moyenne pour 563 jours consécutifs à Paris et pour 549 jours à Londres. vignette|La convection induite par la chaleur accumulé en ville plus qu'à ses alentours ruraux crée une nébulosité artificielle qui, en été, augmente au long de la journée. S'il y a du vent, les nuages urbains et leur pollution se déplacent. Si le vent est faible, la rugosité urbaine favorise encore la formation de nuages
Si en ville le brouillard naturel est plus rare que dans la nature et les milieux ruraux (en raison d'un air plus sec et la température plus chaude)., les activités humaines peuvent y susciter un smog de pollution, bas et plus ou moins fréquent, et on a récemment (2019) confirmé que les grandes conurbations urbaines créent leurs propres nuages.
Vers la fin des années 1990, en observant attentivement les zones de formation ou de persistances de nuages de basse-altitude à Nashville et à Tokyo, les météorologues ont constaté des anomalies nuageuses, associées à des modifications microclimatiques aux frontières villes-campagnes, et au-dessus des grandes villes.... Des modélisations (simulations à haute-résolution..), et des études de cas in situ (à Atlanta ou Pékin par exemple) ont ensuite démontré que les villes influencent les systèmes convectifs locaux de la basse atmosphère, suffisamment pour induire des précipitations convectives.. à moyenne échelle. L'étude des bulles de chaleur urbaines a montré que les villes imperméabilisées et dévégétalisées accumulent beaucoup de chaleur.