Un nouveau mécanisme responsable du smog urbain

Publié par Adrien le 15/05/2020 à 09:00
Source: CERN
La collaboration CLOUD du CERN découvre un nouveau mécanisme responsable du smog urbain.

La collaboration CLOUD a découvert un nouveau mécanisme responsable d'épisodes de pollution atmosphérique hivernale dans les villes. Les résultats, publiés dans la revue Nature, pourraient aider à définir des politiques permettant de réduire la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) urbaine par les particules fines, un type de pollution qui se hisse au cinquième rang ( Mathématiques En algèbre linéaire, le rang d'une famille de vecteurs est la dimension du sous-espace vectoriel engendré par cette famille. Le théorème du rang lie le...) des facteurs de risque de mortalité dans le monde (Le mot monde peut désigner :).


Illustration des inhomogénéités atmosphériques dans une mégalopole, montrant une "simulation des grandes structures de la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et l'orientation varient...)" (Large Eddy Simulations) à Hong Kong (Devise nationale : Sapientia et Virtus), superposée à une image composite de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la...). Les inhomogénéités constatées dans les vapeurs d'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale à base trigonale :...) et d'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) nitrique peuvent entraîner des vitesses de croissance des particules jusqu'à plus de 100 fois supérieures à celles observées jusqu'à présent (Image: Helen Cawley)

En hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.), les villes connaissent des épisodes de smog lorsque de nouvelles particules se forment dans un air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) pollué piégé sous une couche d'inversion. Comme l'air chaud se trouvant au-dessus de la couche d'inversion inhibe la convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se...), la pollution stagne près du sol. Jusqu'à présent, on ne comprenait pas comment de nouvelles particules d'aérosol (Un aérosol est un ensemble de particules, solides ou liquides, d'une substance chimique donnée en suspension dans un milieu gazeux. Émis par les activités...) parvenaient à se former et à se développer dans cet air très pollué, car elles sont censées être captées rapidement par les aérosols déjà existants. De nouveaux résultats obtenus par l'expérience CLOUD pourraient expliquer ce mystère.

L'expérience CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets)du CERN utilise une chambre à brouillard (Une chambre à brouillard est un détecteur de particules dans lequel l'ionisation produite par le passage d'une particule chargée dans un gaz saturé en vapeur provoque la...) spéciale, capable de reproduire tous les différents aspects de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre, avec un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) précis des conditions et une très faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou...) de polluants. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) fournies par les outils d'échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante en métrologie : lorsqu'on ne peut pas saisir un événement dans son ensemble, il faut effectuer des...) fixés à la chambre permettent de comprendre précisément comment se forment les particules d'aérosol et leur effet sur les nuages et le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui désigne...). Les ions des rayons cosmiques peuvent également affecter la formation d'aérosols, et leur influence est étudiée en faisant varier l'intensité d'un faisceau de pions du Synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) à protons (PS) du CERN, qui est envoyé à travers la chambre à brouillard (Le brouillard est le phénomène météorologique constitué d’un amas de fines gouttelettes ou de fins cristaux de glace, accompagné de fines particules hygroscopiques...).


L'expérience CLOUD au CERN (Image: CERN)

Dans leur nouvelle étude, les scientifiques de CLOUD ont recréé des conditions de pollution urbaine dans la chambre, et ils ont étudié le rôle de l'ammoniac et de l'acide nitrique à des niveaux de concentration semblables à ceux que l'on trouve dans l'atmosphère. Les émissions d'ammoniac dans le monde proviennent principalement de l'agriculture. Dans les villes cependant, la présence d'ammoniac et d'acide nitrique, issu des oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote...) (NOx), est en grande partie due aux véhicules.

"Nous pensions jusque-là que l'ammoniac et l'acide nitrique jouaient un rôle passif dans la formation des particules, se limitant à de simples échanges avec le nitrate d'ammonium présent dans les particules", explique Jasper Kirkby, qui dirige l'expérience CLOUD.

Or la nouvelle étude CLOUD a montré que de légères inhomogénéités dans les concentrations d'ammoniac et d'acide nitrique, ne durant que quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. Unités...), peuvent entraîner des vitesses de croissance des particules jusqu'à plus de 100 fois supérieures à celles observées jusqu'à présent, mais uniquement sous la forme de brèves poussées, qui, jusqu'à aujourd'hui, n'avaient jamais été observées. Ces vitesses de croissance ultra-rapides sont suffisantes pour faire grossir rapidement les particules nouvellement formées, qui sont alors moins susceptibles d'être captées par les particules préexistantes. Résultat: un smog épais contenant un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) élevé de particules.

"Les émissions d'oxydes d'azote sont réglementées, alors que celles d'ammoniac ne le sont pas ; les émissions d'ammoniac pourraient même augmenter avec le dernier modèle de convertisseur catalytique utilisé dans les véhicules à essence et diesel. Notre étude montre que les émissions d'ammoniac provenant des véhicules devront être réglementées pour réduire le smog urbain", conclut Jasper Kirkby.
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