La photosensibilisation aggrave la formation de particules ultrafines atmosphériques
Publié par Isabelle le 19/03/2020 à 14:00
Source: CNRS INC
Les ions sulfate particulaires, omniprésents lors d'épisodes de pollution atmosphérique, proviennent de l'oxydation de précurseurs soufrés dont, principalement, le dioxyde de soufre (SO2). Cependant, leur présence à de fortes teneurs en Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la surface totale...) reste inexpliquée. Des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), de l'Académie (Une académie est une assemblée de gens de lettres, de savants et/ou d'artistes reconnus par leurs pairs, qui a pour mission de veiller aux usages dans leurs disciplines respectives et de publier des ouvrages tels...) chinoise des sciences et des universités de Lyon, de Shanghai (Shanghai (chinois : 上海 ; en pinyin shànghǎi prononciation ; shanghaïen : zanhe ; littéralement « sur la mer ») est la ville la plus...), de Californie et de Hong Kong (Devise nationale : Sapientia et Virtus) ont découvert une voie réactionnelle qui explique enfin ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...). Ces travaux, publiés dans la revue Environmental Science and Technology, montrent que les propriétés photosensibilisantes des particules conduisent à une oxydation rapide du SO2.


L'oxydation photosensibilisée de SO2. © Wang et al.

Provenant entre autres des véhicules, le dioxyde de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) (SO2) peut s'oxyder dans la basse atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) pour former de l'acide sulfurique (L'acide sulfurique (anciennement appelé huile de vitriol ou vitriol) est un composé chimique corrosif de formule H2SO4.) et des ions sulfate, ces derniers formants un cocktail complexe et nocif de particules ultrafines. Le soufre à l'état d'oxydation (+IV) réagit avec différents oxydants comme les métaux de transition, l'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux...) ou le peroxyde (Un peroxyde est un composé chimique de formule générale R-O-O-R', le groupe -O-O- étant appelé peroxyle (abrégé "peroxo" quand il est mis en préfixe). Ces...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), ce qui a permis de décrire les pluies acides des années 70 et 80. Ces modèles atmosphériques n'expliquent cependant pas les fortes teneurs en particules ultrafines lors de certains épisodes intenses de 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].), en particulier ceux qui affectent l'Asie en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) lorsque les feux de bois sont très utilisés. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) sur la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en...) et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) de Lyon (IRCELYON, CNRS/Université Claude Bernard), de l'Institut de combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.), aérothermique, réactivité et environnement (ICARE, CNRS), de l'académie chinoise des sciences et des universités de Shanghai, de Californie et de Hong Kong viennent de découvrir le chemin réactionnel qui guide la conversion du SO2 en ions sulfates dans cette pollution aux particules ultrafines.

Les feux domestiques de bois sont nombreux en hiver en Asie, pour la cuisine (La cuisine est l'ensemble des techniques de préparation des aliments en vue de leur consommation par les êtres humains (voir cuisinerie). La cuisine est diverse à travers...) et le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.). Ils libèrent des aérosols de petite taille qui entraînent une concentration particulièrement importante en matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par des êtres vivants , végétaux, animaux, ou...). Ils contiennent également des composés organiques complexes, similaires aux dérivés de l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) humique. Les chercheurs ont montré que leur présence permet l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une...) de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de...) disponible par le SO2 et initie une voie photosensibilisée de son oxydation en ions sulfate. Ces travaux permettent de mieux clore le budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) atmosphérique et offrent des pistes pour le réduire.

Référence:
Xinke Wang, Rachel Gemayel, Nathalie Hayeck, Sebastien Perrier, Nicolas Charbonnel, Caihong Xu, Hui Chen, Chao Zhu, Liwu Zhang, Lin Wang, Sergey A. Nizkorodov, Xinming Wang, Zhe Wang, Tao Wang, Abdelwahid Mellouki, Matthieu Riva, Jianmin Chen, Christian George.
Atmospheric photosensitization: a new pathway for sulfate formation. Environmental Science and Technology. Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) 54, number 5.

Contacts:
- Christian George - IRCELYON - christian.george at ircelyon.univ-lyon1.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi que...) - inc.communication at cnrs.fr
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