Après des précipitations neigeuses et le retour du froid, l’arrivée d’un anticyclone est souvent synonyme de phénomènes d’inversions thermiques et de mers de nuages dans les vallées alpines. Des sols froids parfois recouverts de neige et des ciels clairs ont tendance a créer des bilans radiatifs favorables à des phénomènes de « piscines d’air froid » dans les vallées alpines. En effet durant ces périodes anticycloniques plus calmes, les gradients de pression horizontaux sont faibles et la turbulence mécanique diminue : l’atmosphère se stratifie. Selon que la masse d’air en altitude est plus ou moins chaude et agitée, des mers de nuages se forment en plaine et dans les vallées : l’humidité provenant du sol est piégée sous une couche d’atmosphère très stable. Sous l’effet de la baisse des températures la nuit, la vapeur d’eau se condense et des nuages se forment au sein de la couche stable : une mer de nuages apparait.
Il fait plus chaud en altitude… L’altitude de la mer de nuages correspond à l’altitude où l’inversion de température a lieu. Les sommets alpins sont des endroits rêvés pour contempler les mers de nuages.
Couches d’inversion et qualité de l’air
Il n’y a pas que l’humidité qui est piégée par les couches stables où la température augmente avec l’altitude. Les gaz et particules fines émis par les activités humaines au niveau du sol restent à proximité du sol et s’accumulent créant une pollution de l’air ambiant dangereuse pour la santé humaine. La pollution de l’air est essentiellement due aux combustions : chauffage, trafic routier et industrie. Dans le cas des vallées alpines, des polluants sont émis en altitude sur les versants montagneux.
L’accumulation des polluants gazeux et particulaires dans la couche d’atmosphère stable est à l’origine des épisodes de pollution. Plus la couche est fine et plus la pollution de l’air est forte.
Le 15 janvier 2025, la couche de nuages disparait à la mi-journée en vallée de l’Arve sous l’effet d’un fort vent du nord en altitude qui apporte de l’air froid. Les polluants particulaires sont alors visibles de manière homogène dans la vallée de l’Arve en-dessous de 1200 mètres d’altitude. Le 15 janvier 2025, la concentration moyenne en particules fines PM10 est de 48 à Sallanches et de 58 à Passy (mesures en microgrammes par mètre cube, données Atmo AURA). L’application de prévision de qualité airtogo a tendance à sous-estimer le phénomène d’accumulation dans la vallée de l’Arve. Cet épisode de pollution rappelle celui de mars 2023 même si les polluants à l’origine de la pollution peuvent être différents (voir l’analyse en fin d’article).
Mer de nuages : bonne ou pas pour la qualité de l’air ?
L’observation des mesures de qualité de l’air à la station de Passy apporte des réponses sur les mécanismes de la pollution de l’air dans la vallée de l’Arve les 14 et 15 janvier 2025. Le polluant le plus éclairant est l’ozone car son évolution au cours du temps donne une information sur la stabilité de l’atmosphère au niveau de la mesure de qualité de l’air à Passy. Peu d’ozone est formé dans l’atmosphère en période hivernale et l’ozone mesuré à Passy provient en grande partie de la climatologie globale et des masses d’air extérieures à la vallée. La présence d’ozone indique que la mesure de Passy est soumise à des influences extérieures à la vallée et à des masses d’air d’altitude. L’absence d’ozone indique que les polluants émis localement par les combustions (les oxydes d’azote) ont détruit l’ozone disponible et que la mesure est influencée par des phénomènes locaux. L’augmentation simultanée du dioxyde d’azote affirme cette hypothèse car l’ozone est détruit par le monoxyde d’azote (NO) émis en champ proche de la mesure pour produire du dioxyde d’azote (NO2). La durée de vie du monoxyde d’azote (NO) en présence d’ozone dans l’atmosphère n’est que de quelques minutes.
La variation des concentrations d’ozone à Passy au sein d’une journée est contrôlée par le cycle de la couche limite atmosphérique décrit dans cet article.
Le 14 janvier 2025 en présence de mer de nuages est une journée classique avec une augmentation des niveaux d’ozone avec du mélange atmosphérique en présence de radiation solaire malgré la couverture nuageuse (l’atmosphère est dite « neutre »). Les concentrations de particules fines restent stables ce qui indique un comportement du site de mesure moyen comparé à la vallée de l’Arve. Les concentrations de PM2.5 et PM10 dépassent malgré tout les recommandations de l’OMS.
Le 15 janvier 2025 à la mi-journée, la couche de nuages disparait. La radiation solaire au sol est plus forte ce qui a, avec l’absence de neige en fond et versants de vallée, pour conséquence d’augmenter le mélange atmosphérique par convection. La concentration d’ozone augmente et une masse d’air pauvre en dioxyde d’azote NO2 et riche en particules fines PM10 atteint la station de mesure de Passy à la mi-journée, il peut s’agir d’air de la vallée chargé en particules fines.
Pendant la nuit, la couche de nuages en altitude limite la formation d’une couche d’air stable au sol et limite ainsi la pollution locale en favorisant le brassage atmosphérique dans la vallée de l’Arve.
Dans la nuit du 15 au 16 janvier 2025, l’absence de couverture nuageuse favorise le refroidissement du sol par effet radiatif infra-rouge. Cet effet radiatif aboutit à la formation d’une couche stable au sol de faible épaisseur dans laquelle les polluants de l’air s’accumulent. La formation de cette couche stable est affirmée par l’effondrement des concentrations d’ozone et l’apparition de dioxyde d’azote (NO2). La concentration locale de NO2 formée localement en début de nuit est de 20 microgrammes par mètre cube. Les concentrations de PM2.5 et PM10 augmentent également ce qui indique un fort impact de combustions en champ proche de la mesure de Passy. L’augmentation « locale » nocturne de PM10 atteint presque 80 microgrammes par mètre cube dans la nuit. La concentration « moyenne » est de 40 microgrammes par mètre cube en début et fin de nuit.
Le ratio des concentrations locales PM10/NO2 dans la nuit du 15 au 16 janvier 2025 indique une forte responsabilité du chauffage au bois dans les émissions puisque la combustion du bois à basse température émet essentiellement des particules fines et peu d’oxydes d’azote. L’augmentation du dioxyde d’azote caractéristique des combustions à haute température dans les moteurs thermiques montre que le trafic routier non électrique est également responsable de la pollution locale à Passy à ce moment précis.
Cette analyse montre que la mer de nuages du 14 et du 15 janvier 2025 à l’altitude de 1200 mètres a été bénéfique pour la qualité de l’air à Passy et plus généralement en fond de vallée de l’Arve. Attention cependant, cette analyse réalisée à un moment donné ne peut pas être généralisée à toutes les journées polluées en vallée de l’Arve.