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Comment les acides organiques se forment dans l'atmosphère

Publié le 11 mai 2021 Mis à jour le 12 mai 2021

L'acidité de l'atmosphère est de plus en plus déterminée par le dioxyde de carbone et les acides organiques tels que l'acide formique. Celui-ci contribue à la formation de particules d'aérosol à l’origine des gouttes de pluie et a donc un impact sur la croissance des nuages et le pH de l'eau de pluie. Dans les précédents modèles de chimie atmosphérique de la formation des acides, l'acide formique avait tendance à jouer un petit rôle. Les processus chimiques à l'origine de sa formation n'étaient pas bien compris. Une équipe internationale composée de plusieurs chercheurs de l’Université libre de Bruxelles et du centre de recherche de Jülich, en Allemagne, a maintenant réussi à combler cette lacune et à déchiffrer le mécanisme dominant de la formation de l'acide formique. Cela permet d'affiner encore les modèles d'atmosphère et de climat. Les résultats de l'étude ont été publiés dans Nature.

Au début des années quatre-vingt, les pays industrialisés découvrent que leurs forêts sont ravagées par les pluies acides et que leurs arbres dépérissent par milliers. La cause en était que les oxydes d'azote et les oxydes de soufre rejetés dans l'atmosphère par les activités humaines réagissaient avec les gouttelettes d'eau dans les nuages pour former de l'acide sulfurique et de l'acide nitrique. Les pluies acides ont un pH d'environ 4,2 à 4,8, inférieur à celui de l'eau de pluie pure (5,5 à 5,7), qui résulte de la teneur naturelle en dioxyde de carbone de l'atmosphère.

L’acidité des pluies est également modulée par les acides organiques présents dans l’atmosphère, mais jusqu’ici les mécanismes en jeu étaient mal compris. En particulier, la formation des acides organiques, dont le plus abondant d’entre eux est l’acide formique, était sujette à de très grandes incertitudes. Bruno Franco, de l’Université libre de Bruxelles (ULB), et Domenico Taraborrelli, du centre de recherche de Jülich (FZJ), ont maintenant décrypté la chaîne principale de processus physico-chimiques qui mènent à la formation de ce composé dans l’atmosphère. Dans leur étude, ils montrent le rôle surprenant des gouttelettes des nuages dans l’apparition du méthanediol, un intermédiaire clé permettant à l’acide formique d’être généré de manière abondante.

"D'après nos calculs, l'oxydation du méthanediol en phase gazeuse produit jusqu'à quatre fois plus d'acide formique que ce qui est produit par les autres processus chimiques connus dans l'atmosphère", expliquent les chercheurs.


Cette quantité réduit de 0,3 le pH des nuages et de l'eau de pluie, ce qui met en évidence la contribution du carbone organique à l'acidité naturelle de l'atmosphère.

Dans un premier temps, les deux scientifiques ont testé leur théorie à l'aide de MESSy, un modèle global de chimie atmosphérique, et ont comparé les résultats avec les quantités d’acide formique présentes dans l’atmosphère, calculées à l’ULB grâce aux mesures de l’instrument IASI (pour Interféromètre Atmosphérique de Sondage dans l’Infrarouge) à bord des satellites Metop-A, -B et –C.

«Ces mesures satellites sont très importantes car elles permettent, comme pour d’autres constituants de l’atmosphère, d’évaluer l’exactitude des modèles. Et pour la première fois, le mécanisme découvert permet de faire coïncider les modèles et les mesures d’acide formique, jusqu’alors largement sous-estimées » explique Bruno Franco.


Des expériences ultérieures dans la chambre de simulation atmosphérique SAPHIR de Jülich ont confirmé ces résultats.

Il est probable que le mécanisme mis en évidence soit également actif dans les aérosols aqueux et qu'il s'applique à d'autres acides organiques. L’impact de cette découverte pourrait donc être plus large et mener à une meilleure compréhension de la croissance des particules d'aérosols et du développement des nuages.

 

Contact scientifique

Dr. Bruno Franco, Spectroscopie, chimie quantique et télédétection atmosphérique (SQUARES), Université libre de Bruxelles (ULB)

Email : bruno.franco@ulb.be GSM: sur demande

Contact
Communication Recherche : com.recherche@ulb.ac.be