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Des isotopes de métal stables tracent les particules atmosphériques

Les métaux relâchés dans l'atmosphère des activités humaines présentent un risque important pour les écosystèmes et la santé humaine. De petites particules aériennes d'un diamètre inférieur à 10 microns peuvent être inhalées et ensuite absorbées dans le tissu alvéolaire des poumons, entraînant des dommages.
Des isotopes de métal stables tracent les particules atmosphériques
Les sources de la pollution par particules peuvent être identifiées à l'aide d'isotopes de métal stables. La spectrométrie de masse multi-collecteur à source plasma (MC-ICP-MS) utilise des isotopes stables pour détecter des concentrations de métaux, permettant aux scientifiques d'étudier la chimie environnementale des métaux polluants tels que le cuivre (Cu) et le zinc (Zn). La technique peut être utilisée pour identifier et comprendre les processus de transport dans l'atmosphère.

Le projet ISOTRACE (Stable isotopes of metals as pollutant tracers in the atmospheric environment) a utilisé les rations d'isotopes stables pour suivre les sources de métal polluant affectant la qualité de l'air urbain. Le but était de mieux comprendre les mécanismes derrière le fractionnement isotropique dans les matériaux sources et la variation des isotopes dans les particules atmosphériques des principales villes européennes.

Les chercheurs ont étudié les compositions d'isotope de Zn des matériaux d'alimentation et des sous-produits de combustion dans trois différentes centrales au charbon et ont développé un modèle responsable des fractionnements d'isotope observés. Les résultats ont démontré que la spéciation des éléments dans le charbon, l'évaporation et la condensation étaient les processus régissant la variation isotopique dans les stations au charbon.

Le modèle développé par les partenaires d'ISOTRACE peut être utilisé pour estimer les signatures isotopiques de Zn dans les particules atmosphériques quittant les stations sur la base de l'analyse du charbon alimenté uniquement. Cela permet aux isotopes d'être utilisés comme un outil quantitatif pour l'allocation de la source de Zn de la combustion de charbon dans l'atmosphère.

Les chercheurs ont également récolté des particules de Londres et de Barcelone sur différentes périodes et à différentes hauteurs. Les résultats ont montré pour la première fois que les sources de zinc dominantes variaient entre les villes et en fonction de la période de l'année. Dès lors, chaque ville requiert sa propre évaluation des risques et ses propres stratégies de réduction qui tiennent compte de la période spécifique.

La comparaison avec la signature isotopique des sources différentes et des techniques de suivi des sources a indiqué que les émissions ne résultant pas des échappements du trafic, comme les pneus, sont importantes. Cependant, les émissions de processus à hautes températures, comme la combustion de pétrole, des déchets ou du charbon, sont aussi importantes à différentes périodes de l'année.

ISOTRACE a également démontré que différentes approches analytiques pourraient fournir des données isotopiques précises tout en soulignant le besoin d'une norme isotopique certifiée au niveau international pour les aérosols.

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Mots-clés

Métaux, pollution aux particules, isotopes de métal stables, spectrométrie de masse multi-collecteur, zinc, ISOTRACE