Aérosols: identifier et observer en temps réel les molécules impliquées

Publié par Isabelle le 19/02/2021 à 13:00
Source: CNRS INC
Une des grandes incertitudes qui persiste autour du réchauffement climatique est l'impact des nuages. On sait qu'ils se forment par condensation d'eau autour de microparticules appelées aérosols. L'origine moléculaire de ces aérosols est quant à elle peu comprise et difficile à mesurer en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel car les concentrations dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) sont très faibles.

Une équipe de scientifiques de l'IRCELYON (CNRS/Université Claude Bernard) a récemment mis au point (Graphie) une nouvelle technique d'analyse ultra-sensible basée sur la spectrométrie de masse (La spectrométrie de masse (mass spectrometry ou MS) est une technique physique d'analyse...). Cette technique leur a permis d'identifier, pour la première fois et en temps réel, la structure des composés impliqués dans la formation des embryons moléculaires à l'origine d'aérosols. Publiés dans la revue Nature Communications, ces résultats ouvrent la voie vers une meilleure compréhension et prédiction de la formation et volatilité (En finance, la volatilité est une mesure de l'instabilité du cours d'un actif financier. Elle...) des aérosols, et par conséquent du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...).


Caractérisation moléculaire des espèces initiant la formation des aérosols. © Sophie Tomaz, Matthieu Riva et Marlène Fabre

Les aérosols sont des microparticules qui se forment dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) par une série de réactions d'oxydation, par l'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes...) notamment, de petites molécules organiques volatiles. Ces particules ont un impact considérable tant sur le climat que la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...). Elles interagissent directement avec la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) et sont les noyaux de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui...) à l'origine de la formation des nuages. Leur rôle exact dans cette formation reste d'ailleurs une source d'incertitudes majeure dans la modélisation et la prédiction du climat. Si l'on sait qu'une classe de produits d'oxydation, appelés molécules organiques hautement oxygénées, joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible...) dans la formation et la croissance des particules atmosphériques, les mécanismes de réaction ainsi que les structures de ces espèces très réactives restent insaisissables.

Pour élucider cette question, des chimistes de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique...) et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) de Lyon (IRCELYON, CNRS/Université Claude Bernard) ont étudié l'oxydation par l'ozone, ou ozonolyse, de monoterpènes, une classe très répandue de molécules organiques volatiles émises par les plantes et à l'origine des aérosols. Pour cela, ils ont utilisé une source d'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une...) chimique (CI) récemment développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) à l'Ircelyon1 et qui permet, couplée à un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité...) de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) ultra-sensible, d'isoler et étudier en temps réel les structures des espèces clés dans la formation des aérosols, tels que les radicaux et dimères. Le principe est simple: l'air contenant de très faibles concentrations de ces espèces très réactives est aspiré et rencontre un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'ions, ici NO3-, qui s'attachent aux molécules ciblées sans les dénaturer. Les ions ainsi formés peuvent être ensuite guidés, triés et détectés par spectrométrie de masse.

Les résultats, publiés dans la revue Nature Communications, permettent de mieux comprendre la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) radicalaire qui se déroule dans l'atmosphère et devraient fournir des hypothèses plus réalistes pour modéliser la formation des aérosols et, donc, des nuages. L'approche expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) proposée devrait également permettre l'étude en temps réel d'espèces réactives de courte durée de vie (La vie est le nom donné :) qui peuvent se former en très faible concentration dans d'autres processus chimiques en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) gazeuse.

Note:
(1) https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b02093


Référence:
Structures and reactivity of peroxy radicals and dimeric products revealed by online tandem mass spectrometry
Sophie Tomaz, Dongyu Wang, Nicolás Zabalegui, Dandan Li, Houssni Lamkaddam, Franziska Bachmeier, Alexander Vogel, María Eugenia Monge, Sébastien Perrier, Urs Baltensperger, Christian George, Matti Rissanen, Mikael Ehn, Imad El Haddad et Matthieu Riva, Nature Communications 12 janvier 2021.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-20532-2

Contacts:
- Matthieu Riva - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...), Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard) - matthieu.riva at ircelyon.univ-lyon1.fr
- Christophe Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie,...) - INC & Institut parisien de chimie moléculaire - inc.communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) at cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...).fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
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