Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont développé une nouvelle méthode pour analyser les particules plus précisément que jamais. En l'utilisant, ils ont réfuté une doctrine établie :que les molécules dans les aérosols ne subissent plus de transformations chimiques parce qu'elles sont enfermées dans d'autres matières particulaires en suspension. Dans la chambre de smog du PSI, ils ont analysé les composés chimiques directement dans les aérosols et observé comment les molécules se dissociaient et libéraient ainsi de l'acide formique gazeux dans l'atmosphère. Ces découvertes permettront d'améliorer la compréhension des processus globaux impliqués dans la formation des nuages ​​et la pollution de l'air, et d'affiner les modèles correspondants. Les résultats de cette enquête sont publiés aujourd'hui dans la revue Avancées scientifiques .

L'odeur familière d'une forêt de pins est causée par le α-pinène. C'est l'un des composés organiques volatils des huiles de conifères, et il se produit également dans l'eucalyptus et le romarin. L'odeur déclenche des sensations agréables chez la plupart des gens. Moins agréable est que sous l'influence des radicaux, le composé se transforme en d'autres composés dans l'atmosphère, molécules organiques dites hautement oxydées. Certaines d'entre elles sont des substances réactives et dans une certaine mesure nocives. Ils n'ont été examinés que récemment par les chercheurs atmosphériques, et leur rôle dans la formation des nuages ​​n'est pas encore compris.

Ces molécules organiques fortement oxydées sont moins volatiles que la substance de départ α-pinène et se condensent donc facilement. Avec des particules de poussière et d'autres substances solides et liquides dans l'air, ils forment ce que nous appelons des particules ou des aérosols.

"Jusqu'à maintenant, on pensait que de telles molécules sont protégées d'autres transformations une fois qu'elles ont atterri dans les particules, " dit André Prévôt du Laboratoire de Chimie Atmosphérique du PSI. " On pensait qu'ils ne changeraient plus alors, mais se répandrait simplement dans l'atmosphère et finirait par pleuvoir."

Cette opinion répandue ne correspond pas à la réalité, cependant, comme l'ont montré Prévôt et ses collègues chercheurs du PSI :« Les réactions continuent, même dans la matière particulaire. » Les molécules restent réactives et réagissent les unes avec les autres pour former des particules plus grosses ou se dissocient, libérant ainsi par exemple de l'acide formique. Ce composé commun se trouve non seulement dans les fourmis et les orties, mais aussi dans l'atmosphère, où c'est un indicateur important de la pollution de l'air.

Les observations des chercheurs du PSI devraient permettre d'améliorer les modèles de simulation, tels que ceux pour la formation de nuages ​​et la pollution de l'air. Les modèles simulent ce qui se passe dans l'atmosphère pour prédire, par exemple, comment une réduction de certaines émissions affectera la qualité de l'air.

De l'aérosol à l'appareil de mesure

Pour la première fois, Les chercheurs du PSI ont analysé des composés chimiques directement dans les particules dans des conditions atmosphériques. Pour ça, ils ont utilisé la chambre de smog PSI, dans lequel les processus dans l'atmosphère peuvent être simulés. Les chercheurs ont injecté une goutte de α-pinène dans la chambre et ont fait réagir le composé avec l'ozone. Sur une période de 15 heures, ils ont observé quels composés chimiques se formaient à partir du -pinène et qui disparaissaient à nouveau par la suite.

Cela a été rendu possible par un nouveau dispositif d'analyse pour les mesures atmosphériques que les chercheurs ont développé en coopération avec la société Tofwerk à Thoune, Suisse :un EESI-TOF (spectromètre de masse à temps de vol à ionisation électrospray extractive). "Il détecte également des molécules plus grosses directement dans l'aérosol, " explique le chimiste de l'atmosphère Urs Baltensperger. " Méthodes de mesure précédentes, d'autre part, hacher les molécules en fragments plus petits à haute température." Le nouvel appareil ionise sans fragmentation. "Nous pouvons enregistrer chaque molécule séparément."

Tofwerk a maintenant mis l'appareil sur le marché avec l'aide de PSI, afin que d'autres chercheurs atmosphériques puissent également bénéficier de la nouvelle méthode.

Mesures à Zurich

La nouvelle méthode analytique peut être utilisée non seulement en laboratoire, mais aussi directement sur place. Pendant l'hiver 2018/19 et l'été 2019, Les chercheurs du PSI l'ont utilisé pour étudier les aérosols dans l'air à Zurich. Comme ça s'est apparu, un bon tiers des particules zurichoises en été se compose uniquement de produits de réaction de l'α-pinène et de molécules similaires. En hiver, cependant, les émissions des systèmes de chauffage au bois et leurs produits de réaction sont au premier plan.

Les chercheurs ont prévu d'autres campagnes de mesure en Chine et en Inde. Là, ils veulent analyser quelles molécules se forment dans l'air d'une ville de plus d'un million d'habitants.