Réactions chimiques qui produisent des polluants dans l'atmosphère, et la chimie de la combustion du carburant à l'intérieur d'un moteur de véhicule, présentent des similitudes frappantes. Pour chaque ensemble de réactions, le rôle de l'oxygène est essentiel. L'étude du rôle de l'oxygène dans la combustion et la chimie atmosphérique pourrait aider les scientifiques à améliorer les deux moteurs et à réduire la pollution de l'air, Les chercheurs de la KAUST l'ont montré.

Les composés organiques volatils (COV) sont des molécules gazeuses émises dans l'air par les tuyaux d'échappement et les cheminées de fumée des véhicules, usines et centrales électriques, ainsi que des plantes vivantes. Les COV subissent une séquence de réactions d'auto-oxydation avec l'oxygène de l'air ambiant pour former des molécules hautement oxygénées qui contribuent à la pollution de l'air et produisent des aérosols connus pour affecter le climat.

L'auto-oxydation se produit également lors de l'allumage et de la combustion des carburants. Mais révéler l'identité des molécules issues de ces réactions a été difficile, disent Zhandong Wang et Mani Sarathy du Clean Combustion Research Center, qui a codirigé les travaux. « Les intermédiaires hautement oxygénés issus de l'auto-oxydation sont très réactifs et se décomposent rapidement, " dit Wang.

Alors Wang, Sarathy et leur équipe ont développé une configuration expérimentale avancée pour échantillonner ces molécules insaisissables avant qu'elles ne se décomposent. « Nous avons utilisé une technique sophistiquée – un réacteur à jet agité couplé à une photoionisation par rayonnement synchrotron et à une spectrométrie de masse à faisceau moléculaire – à la source lumineuse avancée de Berkeley, ", explique Wang. L'équipe a également utilisé un spectromètre de masse à ionisation chimique à haute résolution et à pression atmosphérique au Analytical Core Laboratory de KAUST pour analyser les produits d'auto-oxydation de la combustion.

Les modèles théoriques actuels de la chimie de la combustion supposent un, ou peut-être deux, les molécules d'oxygène peuvent se fixer à une molécule de carburant pendant l'auto-oxydation. Les résultats de Wang et Sarathy montrent qu'au moins trois réactions séquentielles d'addition d'oxygène, et peut-être plus, peut avoir lieu. "Notre découverte la plus importante est que les processus d'auto-oxydation conduisant à l'auto-inflammation sont beaucoup plus complexes qu'on ne le pensait auparavant, " dit Wang. " Nous avons montré que de nombreux gros hydrocarbures et combustibles oxygénés présentent une auto-oxydation importante, et lorsque ces voies sont incluses dans les modèles, ils modifient considérablement les résultats de la simulation. »

La mise à jour de ces modèles permettra à l'équipe de simuler plus précisément la combustion du carburant et d'améliorer potentiellement les performances des moteurs réels. Mais les conclusions sont d'une portée plus large. "Nous travaillons avec les scientifiques atmosphériques de l'Université d'Helsinki pour explorer davantage les processus d'auto-oxydation analogues dans l'atmosphère et la combustion. Notre objectif est d'utiliser notre expérience de la combustion pour développer des modèles de formation d'aérosols atmosphériques via l'auto-oxydation des COV. Cela pourrait considérablement améliorer simulations pour prédire la pollution de l'air et la température mondiale."