Le pic du Midi met la lumière sur le mercure
Publié par Adrien le 22/11/2018 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Le mercure (Hg) d'origine anthropique est principalement émis dans l'atmosphère sous forme de Hg élémentaire, qui peut ensuite être oxydé sous des formes gazeuses de Hg(II) censées se déposer sur les écosystèmes terrestres par voies sèche ou humide. Or, une étude menée par une équipe internationale comprenant des chercheurs du laboratoire Géosciences 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...) Toulouse (GET/OMP, UPS / 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).) / IRD / CNES) vient de révéler que les molécules de Hg(II) gazeuses nouvellement formées peuvent être facilement retransformées en Hg par 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 transition...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) solaire et que donc la durée de vie (La vie est le nom donné :) de Hg dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) est d'environ un an, soit deux fois plus longue que les estimations précédentes. Ils estiment qu'une absorption accrue de Hg par les écosystèmes terrestres prolonge l'impact de ce polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène biologique, physique ou chimique, qui audelà d'un certain seuil, et parfois dans certaines conditions (potentialisation),...) sur des écosystèmes aquatiques dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier.

Chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), les activités industrielles émettent dans l'atmosphère entre deux et trois mille tonnes de mercure. La forme émise, du Hg élémentaire, est riche en électrons et donc chimiquement stable. Sa durée de vie considérée comme longue est de l'ordre de 6 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) selon des études récentes, ce qui permet à ce polluant d'être transporté loin de ses sources d'émission. Tôt ou tard cependant, les oxydants atmosphériques privent le Hg élémentaire de ses électrons, le convertissant en diverses formes moléculaires de Hg(II), telles que HgBr2, HgCl2. Ces molécules de Hg(II), oxydées et gazeuses, sont très réactives et connues pour se déposer en cas de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un...), de neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de façons. Puisque les flocons...) ou sous forme de poussières.

Les réactions d'oxydation du Hg sont étudiées depuis des décennies et font partie intégrante de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) atmosphérique du Hg et des modèles de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) réactif utilisés pour comprendre la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se propagent pas à la...) du Hg à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...). Les modèles incluent également une réaction inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement,...), dans laquelle la lumière du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) réduit le Hg(II) en Hg dans les nuages et la pluie, permettant au Hg de retrouver sa forme initiale. Cependant, le processus de photoréduction dans les nuages n'a jamais été observé directement.


Observatoire du pic du Midi. © Jeroen Sonke, GET
Les chercheurs d'une équipe internationale comprenant des chercheurs du GET ont commencé par examiner la vitesse (On distingue :) de photoréduction de Hg(II) dans des échantillons d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de pluie récoltés à l'observatoire du pic du Midi, à 2877 m d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique...) dans les Pyrénées françaises. La vitesse observée au niveau de la Plateforme pyrénéenne d'observation (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 appropriés. Le plaisir procuré...) atmosphérique (P2OA) s'est avérée être au moins 10 fois plus petite que la vitesse simulée par les modèles.

Les chercheurs ont alors calculé les vitesses de réaction de photoréduction des formes de Hg(II) en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) gazeuse. En utilisant la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée...) de la chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.), ils ont calculé que la photoréduction du Hg(II) gazeux était non seulement plausible mais aussi extrêmement rapide.

Ils ont ensuite évalué l'impact de leurs nouvelles découvertes sur la distribution atmosphérique du mercure. Ils ont constaté que la reconversion rapide du Hg(II) en Hg prolongeait la durée de vie du Hg dans l'atmosphère de 6 à 12 mois. Les modèles suggèrent en outre que les dépôts atmosphériques de Hg se déplacent des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) vers les terres. Étant donné que le mercure peut être retenu dans les sols pendant des milliers d'années, cela prolongerait finalement l'impact du polluant sur les écosystèmes aquatiques.

L'étude a été financée par les contrats ERC MERCURY ISOTOPES grant No 258537, et ERC CLIMAHAL grant No 726349, et le US NSF.
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