En étant le premier à suivre pleinement l'évolution de la chimie des molécules de carbone dans l'air, un professeur de Virginia Tech pourrait changer notre façon d'étudier les polluants, smog, et les émissions dans l'atmosphère.

Gabriel Isaacman-VanWertz, scientifique principal sur une nouvelle étude publiée dans Chimie de la nature et professeur adjoint au département de génie civil et environnemental de Virginia Tech, a établi une méthode de suivi des réactions entre l'air et les composés à base de carbone, un exploit qui était auparavant inaccessible aux chercheurs.

Cette nouvelle découverte pourrait permettre aux chercheurs d'étudier la pollution, smog, et brume d'une manière globale, soutenu par des données qui décrivent avec précision le comportement d'un composé au fil du temps.

"Il y a des dizaines de milliers de composés différents dans l'atmosphère, " a déclaré Isaacman-VanWertz. " En général, l'objectif de mon travail est d'étudier la chimie de la façon dont ces dizaines de milliers de composés interagissent les uns avec les autres et changent avec le temps."

Lorsqu'un certain composé est introduit dans l'atmosphère, il réagit chimiquement pour former d'autres composés et molécules au fil du temps, explique Isaacman-VanWertz, qui a commencé cette recherche en tant que chercheur post-doctoral au Massachusetts Institute of Technology avec le co-auteur de l'étude Jesse Kroll.

Isaacman-VanWertz se concentre particulièrement sur l'étude de la façon dont l'atmosphère interagit avec les composés organiques, les composés contenant du carbone qui composent tous les êtres vivants. De grandes quantités de ces composés sont émises par des sources naturelles et des activités humaines.

Tout ce qui a un parfum émet des composés organiques :agrumes, le vinaigre, dissolvant, et essence, par exemple. Une fois que ces composés émis pénètrent dans l'atmosphère, ils changent de manière complexe pour former des centaines ou des milliers d'autres composés.

Précédemment, suivre la façon dont le carbone change une fois qu'il pénètre dans l'atmosphère a été un défi. Grâce aux outils développés au cours de la dernière décennie, cette étude a révélé que la mesure complète du carbone dans l'atmosphère est désormais possible, même si cela nécessite encore des instruments de pointe et une analyse minutieuse.

Pour ce projet, Isaacman-VanWertz a étudié l'odeur du pin, qui est fait d'un composé organique connu sous le nom de pinène.

Isaacman-VanWertz et ses collaborateurs du MIT ont utilisé cinq spectromètres - des équipements de pointe qui classent les produits chimiques en fonction de leur masse et des atomes qu'ils contiennent - pour mesurer les caractéristiques du carbone à l'intérieur d'un sac en téflon de la hauteur d'une personne dans un environnement climatisé, chambre équipée de lumière noire.

Quand ils ont allumé les lumières noires, c'était comme allumer le soleil, dit Isaacman-VanWertz. La lumière du "soleil" a stimulé la chimie du pinène à l'intérieur de la chambre et simulé les réactions qui se produiraient dans l'atmosphère.

Chaque spectromètre était chargé de collecter un certain ensemble de données tout au long de la réaction écoulée, comme le suivi de plages spécifiques de composés chimiques. L'une des parties les plus difficiles de cette expérience a été de mettre toutes ces mesures à la même échelle, dit Isaacman-VanWertz. Comprendre les détails et les mesures spécifiques de chaque instrument peut être si complexe, il a dit, il y a des doctorants qui rédigent des thèses entières sur ces sujets.

Isaacman-VanWertz et ses collaborateurs ont pu, pour la première fois, suivre entièrement le carbone dans les molécules de pinène du début à la fin, car elles ont subi des changements chimiques comme elles le feraient dans l'atmosphère. Les atomes de carbone du pinène ne disparaissent pas après leur introduction initiale dans l'atmosphère :ils se transforment en centaines de composés différents grâce à une cascade de réactions chimiques.

Bien que le mélange initial de composés formé à partir des réactions du pinène soit très complexe, tout le carbone s'est retrouvé dans des "réservoirs" qui sont relativement stables et ne réagiront pas davantage dans l'atmosphère.

Quoi de plus, le processus est probablement similaire pour d'autres composés à base de carbone. Isaacman-VanWertz a choisi le pinène parce qu'il a été largement étudié, afin qu'il puisse utiliser des travaux antérieurs pour donner un sens à ses observations.

Bien que le pinène soit naturellement émis, son comportement est suffisamment comparable pour mieux anticiper la façon dont d'autres composés, comme ceux des polluants, smog, et de la brume, réagira dans l'air. Comprendre cela aide à " brosser un tableau d'ensemble de l'atmosphère, ", a déclaré Isaacman-VanWertz.

Par exemple, ces résultats aideront d'autres chercheurs à comprendre comment les polluants d'une centrale électrique peuvent se transformer dans l'atmosphère et avoir un impact sur une communauté sous le vent.

"Si vous pouvez comprendre comment la chimie se produit, alors vous pouvez comprendre quelles sortes de polluants seront dans l'atmosphère en fonction de la distance à laquelle vous vous trouvez, " a expliqué Isaacman-VanWertz.

Isaacman-VanWertz espère que d'autres chercheurs s'appuieront sur les résultats de cette étude. Il veut savoir si la tendance des composés émis à devenir des composants atmosphériques à longue durée de vie est généralement applicable à d'autres composés et comment ce processus pourrait coexister ou concurrencer d'autres processus se produisant dans l'atmosphère.