Les effets d'une colle naturelle sur la chimie de l'atmosphère
Une nouvelle étude montre que certains composés organiques carbonés libérés par les arbres ont un impact sur la qualité de l'air. Des scientifiques du Danemark, de Nouvelle-Zélande et des États-Unis ont découvert que l'oxydation de l'isoprène (un hydrocarbure) génère des gaz et des aérosols qui ont un impact sur le réchauffement planétaire. Les résultats ont été publiés dans la revue Science. L'isoprène est un précurseur de l'ozone, fabriqué par les plantes et les animaux. Il est rejeté par de nombreux arbres à feuilles caduques, principalement les chênes. Au niveau mondial, les émissions d'isoprène par les plantes dépassent 500 teragrammes par an. Dans un article d'accompagnement, le Dr Tadeusz Kleindienst, chimiste de l'atmosphère à l'Environmental Protection Agency (EPA) aux États-Unis, explique que l'isoprène «représente probablement la seconde chimie pour un hydrocarbure, après le méthane». L'isoprène réagit très rapidement avec les radicaux hydroxyle (OH), considérés par les chercheurs comme le «détergent de l'atmosphère». «Les émissions des villes et celles des plantes se mélangent et réagissent pour modifier la chimie de l'atmosphère», explique le directeur du projet Paul Wennberg, professeur de chimie atmosphérique et de science de l'environnement à l'institut Caltech (California Institute of Technology) aux États-Unis. «À l'exception (importante) du méthane et du gaz carbonique, la quantité d'isoprène émise dans l'atmosphère dépasse largement celle de tous les gaz provenant d'activités humaines (essence et produits chimiques de l'industrie).» Les scientifiques ont conduit une série de tests en laboratoire qui montre que lorsque la concentration de monoxyde d'azote (NO) est faible (comme dans les zones quasiment non peuplées), l'oxydation de l'isoprène par les radicaux OH produit une quantité notable d'hydroxy-hydroperoxyde. Les radicaux OH poursuivent l'oxydation de l'isoprène et génèrent des dihydroxyépoxydes (ou époxydes) dont une petite partie est convertie en aérosols présents dans l'air. Fabien Paulot, auteur principal et diplômé de Caltech, a produit des époxydes en plaçant de l'isoprène et du peroxyde d'hydrogène dans un sac en Téflon rempli de 800 litres d'air non pollué. Les réactions chimiques entre l'isoprène et le peroxyde d'hydrogène (qui sert de source de radicaux OH) sont déclenchées en éclairant le mélange par des ultraviolets. D'après les chercheurs, les époxydes résultantes sont très solubles et se dissolvent aisément dans les gouttelettes d'humidité en suspension dans l'air, formant des aérosols riches en composés organiques. «Ces époxydes sont la colle de la nature», souligne le professeur Wennberg. «Lorsqu'elles rencontrent des particules acides, elles deviennent collantes. Elles cessent d'être solubles, précipitent et collent aux particules dont elles augmentent la taille, ce qui opacifie l'atmosphère.» Les scientifiques précisent que la transformation des époxydes en aérosol est probablement plus importante en présence d'activités humaines, car les aérosols sont en général plus acides dans un environnement pollué. Mais quel est l'impact de ces particules sur l'homme? «On a démontré que les particules dans l'atmosphère ont un effet sur la santé, car elles sont assez petites pour pénétrer les poumons en profondeur», a déclaré le professeur John Seinfeld de l'institut Caltech. «En outre, les aérosols influencent le climat en diffusant et absorbant le rayonnement solaire, mais aussi en servant de germes pour la formation des nuages. Il est donc important de savoir d'où viennent ces particules.» Ces récents travaux peuvent aider les scientifiques à mieux modéliser la chimie gaz-aérosols au niveau mondial, et à mieux comprendre le fonctionnement de la chimie de l'isoprène dans certaines des régions les plus reculées du globe. «L'aspect le plus important des travaux de Paulot et de ses collaborateurs réside peut-être dans son intérêt pratique», remarque le Dr Kleindienst. «Les organismes de régulation comme l'EPA aux États-Unis utilisent des modèles d'impact de la formation d'aérosols organiques secondaires sur la qualité de l'air qui sont généralement limités dans leur capacité prédictive, car ils s'appuient sur des expériences donnant le rendement paramétré en aérosols à partir des composés précurseurs qui réagissent.». «L'intégration des voies chimiques déduites de manière expérimentale par Paulot et al. aux modèles déterministes de la chimie gaz-aérosols devrait améliorer leur capacité prédictive.» Ont également participé à l'étude des membres de l'université de Copenhague au Danemark et de l'université d'Otago en Nouvelle-Zélande.
Pays
Danemark, Nouvelle-Zélande, États-Unis