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Zen Mariani présente le programme pionnier de « Polar Night Experiment » (PONEX), ainsi que d’autres enjeux atmosphériques dans le Grand Nord
C’est le cœur de l’hiver à Inuvik, dans les Territoires du Nord-Ouest. Le vent hurle, et le thermomètre affiche -55 °C, une température si extrême que « tout casse tout le temps ». Votre mission ? Braver les éléments et voler à travers les nuages d’orage dans l’obscurité totale de la nuit polaire afin de recueillir des données atmosphériques.
Tels étaient les paramètres de l’expérience « Polar Night Experiment » (PONEX), une campagne scientifique pionnière lancée en janvier 2026 en étroite collaboration avec le Conseil national de la recherche du Canada (CNRC), qui s’appuyait sur des observations au sol et des vols de recherche à bord du Convair 580 du CNRC, afin de recueillir des données et des mesures qui seraient ensuite utilisées pour les chercheurs afin de mieux comprendre comment les processus polaires influencent les conditions météorologiques à l’échelle mondiale. Les scientifiques espéraient que ces connaissances les aideraient à améliorer la modélisation climatique et les prévisions météorologiques dans les régions polaires.
Zen Mariani, chercheur à Environnement et Changement climatique Canada (ECCC), a codirigé l’expérience « Polar Night Experiment » (PONEX) aux côtés d’Alexei Korolev, également chercheur à ECCC, et de Natalia Bliankinshtein, du CNRC. Ils faisaient partie d’une équipe d’une quarantaine de scientifiques venus du monde entier qui, avant de partir, avaient revêtu des parkas arctiques, ainsi que des bottes isolantes, des cagoules et des mitaines coupe-vent.
Le fait de travailler dans l’obscurité totale de l’Arctique a rendu cette mission scientifique encore plus extraordinairement difficile. C’est également ce qui fait de PONEX une campagne véritablement unique en son genre. Selon M. Mariani, les scientifiques ont déjà recueilli des données de ce type dans l’Arctique pendant la journée, mais jamais pendant la nuit polaire, « lorsque la période est la plus froide et la plus sombre qui soit. […] Nous n’avions tout simplement jamais fait cela auparavant. »
En raison de ces conditions extrêmement difficiles, la nuit polaire est l’un des environnements atmosphériques les moins bien compris de la Terre. C’est précisément ce qui la rend si fascinante aux yeux des scientifiques.
Comment l’atmosphère se comporte-t-elle lorsque l’obscurité totale s’accompagne de températures extrêmes? Quelles sont les particularités de la dynamique des nuages et des aérosols ?
Pour élucider ces questions, « il faut effectuer des mesures depuis la surface, puis monter à bord d’un avion et littéralement traverser les nuages – voler en plein cœur des tempêtes, des nuages et des phénomènes météorologiques violents, » explique Mariani. Une fois dans les airs, il recueille des données précieuses tout au long de ce vol inévitablement tumultueux.
Une fois de retour au sol, les chercheurs comparent les mesures réelles de la nuit polaire à leurs modèles informatiques antérieurs pour voir s’ils concordent. Tout cela s’inscrit dans un processus visant à améliorer leur compréhension de ce qui se passe là-haut.
La mission a été le fruit d’un immense effort de collaboration, explique M. Mariani, réunissant une équipe internationale de scientifiques déterminés à tester leurs instruments de pointe dans le cadre d’expériences en conditions réelles.
En raison de ces conditions extrêmement difficiles, la nuit polaire est l’un des environnements atmosphériques les moins bien compris de la Terre. C’est précisément ce qui la rend si fascinante aux yeux des scientifiques.
Bien sûr, nous sommes dans l’Arctique, et les choses ne se sont donc pas déroulées exactement comme prévu. Néanmoins, de nombreuses données précieuses ont été recueillies avant que la campagne ne soit quelque peu écourtée en raison de défaillances techniques. « Cela illustre bien les conditions de travail dans l’environnement hostile de l’Arctique, explique M. Mariani. Il faisait très froid, c’était très difficile. Il est inévitable que des équipements tombent en panne. »
Malgré ces contretemps, PONEX a tout de même atteint plusieurs objectifs clés, explique M. Mariani. « Je préfère m’attaquer à quelque chose de difficile, mais qui a un fort impact, plutôt que me contenter de rester les bras croisés et de faire quelque chose de facile, déclare-t-il. C’est pour cela que nous sommes là-bas. » Les lacunes qui subsistent dans notre compréhension de la physique et de la chimie atmosphériques doivent être comblées.
La majeure partie des mesures a été enregistrée, et les chercheurs effectuent actuellement des contrôles de qualité afin de s’assurer de leur exactitude. Une fois cette étape franchie, des scientifiques du monde entier intégreront les données de PONEX dans leurs nombreux projets de recherche.
Surfer sur les nuages au clair de lune n’est pas la première expérience de Mariani dans l’Arctique, mais simplement sa dernière aventure en date. Sa fascination pour l’Arctique est née dans le cadre de ses études à l’Université de Toronto, lorsqu’il s’est familiarisé avec la physique atmosphérique sous la direction de Kimberly Strong, qui dirigeait un programme au « Polar Environment Atmospheric Research Laboratory » (PEARL) à Eureka, une base de recherche située sur l’île d’Ellesmere, au Nunavut.
Sa collaboration avec Mme Strong lui a ouvert les yeux sur l’ensemble des recherches menées dans le Grand Nord, tandis que l’analyse des données satellitaires, des émissions de gaz et des polluants à l’état de traces lui a montré à quel point cette région éloignée est interconnectée avec le reste du monde.
Dans le cadre de ces premières recherches, Mariani a exploité un prototype d’instrument mesurant le rayonnement infrarouge : la quantité de chaleur qui pénètre ou s’échappe de la surface terrestre près du pôle Nord. C’est ainsi qu’il a pris pleinement conscience que les changements produisent à l’échelle mondiale s’accélèrent dans l’Arctique. Le réchauffement de l’Arctique augmente la quantité de vapeur d’eau dans l’air, ce qui, à son tour, retient davantage de chaleur, ce qui réchauffe encore davantage la surface. « C’est une boucle de rétroaction positive », explique-t-il.
Dans le cadre des recherches qu’il effectue au sein d’ECCC, M. Mariani étudie les processus météorologiques — la météo et la formation des nuages — ainsi que la manière dont ils ont un impact et influencent à la fois les habitants de l’Arctique et les infrastructures de la région.
« Les nuages constituent la plus grande source d’incertitude dans nos modèles climatiques », explique-t-il.
Lorsque les scientifiques tentent de prédire comment le climat arctique évoluera dans 20, 50, voire 100 ans, ils restent dans l’incertitude quant à l’impact des changements observés au niveau des nuages et des aérosols.
Ces dernières années, l’augmentation du nombre et de la puissance des rivières atmosphériques qui frappent les villes et villages de la côte ouest du Canada a régulièrement fait la une de l’actualité. (À mesure que la charge de carbone dans l’atmosphère réchauffe la planète, l’air retient davantage d’humidité et de chaleur. Depuis 1980 seulement, cela a rendu les fleuves atmosphériques plus fréquents, plus importants et plus chargés en humidité.)
Bien que ces rivières atmosphériques de la côte ouest soient attendus (et n’en soient pas moins dévastateurs), M. Mariani se concentre sur les fleuves atmosphériques qui ont commencé à frapper l’Arctique avec une fréquence croissante. Des communautés comme Iqaluit ne sont pas conçues pour résister aux inondations et aux précipitations extrêmes. Par ailleurs, Tuktoyaktuk, un hameau des Territoires du Nord-Ouest aux confins de l’océan Arctique, est menacé d’être emporté par les eaux, martelé par les vagues alors même que son pergélisol fond.
Les phénomènes météorologiques exceptionnels deviennent tout simplement plus fréquents partout, explique M. Mariani, qui souligne que le Grand Nord est particulièrement touché. « C’est catastrophique », dit-il à propos de la situation à laquelle sont confrontés les habitants de Tuktoyaktuk. « Et cela coûte très cher. On ne peut pas simplement plier bagage et partir, n’est-ce pas ? C’est donc un énorme problème. »
Il qualifie les changements climatiques dans l’Arctique de signal d’alarme pour tous les Canadiens et, en fait, pour les populations du monde entier. « Dans le contexte global du changement climatique à l’échelle mondiale, l’Arctique est le canari dans la mine, » explique M. Mariani. « On peut en quelque sorte le considérer comme un système d’alerte précoce, si vous voulez. » Les populations vivant dans le Grand Nord vont souffrir, mais le changement climatique a des répercussions mondiales sur tous les domaines, de la qualité de l’air au niveau des océans.
Mais savoir, c’est pouvoir, et M. Mariani est convaincu que les travaux sur l’atmosphère menés par lui et ses collègues contribueront à aider les gouvernements à prendre des décisions politiques éclairées sur tous les sujets, de la réglementation des émissions aux besoins en infrastructures. Et alors que le passage du Nord-Ouest s’ouvre à la navigation, il sait que les capitaines et les équipages auront besoin de prévisions fiables sur la météo et sur la glace de mer.
« Cela répond vraiment à tous les critères », déclare M. Mariani, soulignant ainsi l’importance de la recherche atmosphérique dans l’Arctique.
« L’Arctique est le canari dans la mine. On peut en quelque sorte le considérer comme un système d’alerte précoce, si vous voulez. »
Une autre collaboration passionnante à laquelle participe M. Mariani voit ECCC s’associer à l’Agence spatiale canadienne et à un consortium de 14 universités et organismes gouvernementaux canadiens dans le cadre d’une nouvelle mission satellitaire baptisée « AVENIR » (Aérosols, vapeur d’eau, nuages et leurs interactions avec le rayonnement). Les travaux préliminaires de la mission, actuellement en cours, comprennent une série d’études conçues pour améliorer notre compréhension de la manière dont les nuages, la vapeur d’eau et les aérosols influencent les régimes météorologiques et le climat de la Terre. Ensemble, ces trois éléments forment un système complexe et interconnecté, et la compréhension de leurs interactions est essentielle pour mieux prévoir les changements climatiques et améliorer les prévisions météorologiques. Cela permettra ensuite aux scientifiques de conseiller les décideurs politiques sur les mesures à prendre pour mieux se préparer aux phénomènes météorologiques extrêmes et à leurs effets, notamment les tempêtes, les inondations, les sécheresses et les épisodes de mauvaise qualité de l’air.
La mission satellitaire, dont le lancement est prévu au plus tôt en 2031, utilisera trois instruments canadiens : l’Aérolimbe, un instrument conçu pour mesurer les particules d’aérosols à moyenne et haute altitude ; le ProfilEau, un système d’imagerie qui mesure la vapeur d’eau dans les couches supérieures de la troposphère (la couche la plus basse de l’atmosphère terrestre) ; et l’instrument NuagIR, qui mesurera la vapeur d’eau, les nuages et l’énergie que l’atmosphère rayonne vers l’espace. Les données recueillies seront mises gratuitement à la disposition des scientifiques, des étudiants, des développeurs et du grand public, dans l’espoir qu’elles susciteront des recherches innovantes et donneront naissance à de nouvelles idées pour mieux gérer les risques liés à un climat en mutation rapide.
« Cela permettra d’obtenir des mesures parfaitement adaptées à l’Arctique canadien », explique M. Mariani, qui précise que les scientifiques ne disposent actuellement pas de ce type de données relatives au Grand Nord.
Cela dit, s’il est important pour la science occidentale de percer les secrets de l’atmosphère arctique, il est tout aussi essentiel de dialoguer avec les peuples autochtones qui y vivent et de recueillir leurs connaissances, car ils possèdent une compréhension profonde de cet environnement. « C’est un travail difficile, déclare Mariani. Il y a un certain nombre de questions vraiment importantes auxquelles nous essayons de répondre. » Ce qui se passe dans l’Arctique a des conséquences pour la planète entière. Le Grand Nord s’adresse à nous, et les missions ambitieuses menées par ECCC et ses partenaires nous permettront d’écouter, d’interpréter et d’agir en fonction de ce que la région nous dit.
Cet article a été réalisé en partenariat avec Environnement et Changement climatique Canada.
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