L'agriculture a longtemps été blâmée pour l'ammoniac qui cause le smog dans l'atmosphère, mais les tuyaux d'échappement des véhicules sont en fait une source plus importante de contribution de l'ammoniac à la brume qui plane au-dessus des grandes villes, selon de nouvelles recherches menées par une équipe comprenant des ingénieurs de Princeton.

"L'ammoniac n'a pas à venir du Midwest à Philadelphie ou à New York, " a déclaré Mark Zondlo, professeur agrégé de génie civil et environnemental à l'Université de Princeton. "Une grande partie est générée ici."

Environ 80 pour cent de l'ammoniac en suspension dans l'air provient de pratiques agricoles telles que la fertilisation, il semble donc probable que l'ammoniac contenu dans les particules de brume provienne des panaches de grandes fermes du Midwest, puis soit transporté vers la côte est. Mais, dans un article publié dans la revue Sciences et technologies de l'environnement , L'équipe de recherche de Zondlo a découvert que les émissions d'ammoniac des villes sont beaucoup plus importantes qu'on ne le pense, se produire au moment même où les particules malsaines sont à leur pire, et lorsque les émissions agricoles sont à leurs plus bas quotidiens ou saisonniers.

« Cela vient en fait des véhicules » dans les villes elles-mêmes, dit Zondlo, qui est également directeur associé des partenariats externes au Centre Andlinger de Princeton pour l'énergie et l'environnement.

Les chercheurs ont noté que les émissions d'ammoniac des véhicules étaient co-émises avec des oxydes d'azote. Ces produits chimiques se combinent pour former du nitrate d'ammonium, qui peut être vu de la couleur brune dans la brume urbaine. Plus loin, Les émissions d'ammoniac des véhicules sont particulièrement importantes par temps froid (par exemple en hiver ou à l'heure de pointe du matin) lorsque les émissions agricoles sont à leur plus bas et lorsque la pollution par la brume est à son pire.

Daven Henze, professeur agrégé à l'Université du Colorado et chercheur au sein de l'équipe des sciences appliquées de la santé et de la qualité de l'air de la NASA, a déclaré que les résultats étaient une étape importante pour mieux comprendre la pollution de l'air dans les villes. Avec d'autres émissions de véhicules, principalement des composés d'azote et de soufre, à proximité de l'ammoniac, les conditions sont réunies pour la production de particules fines.

"C'est vraiment utile que son travail [de Zondlo] avance sur la clarification de l'ampleur de la source, " a déclaré Henze.

Pour mener ses recherches, Zondlo et son équipe ont équipé des véhicules de capteurs sophistiqués pour détecter les niveaux d'ammoniac et se sont concentrés sur six villes :Philadelphie, Denver et Houston aux États-Unis, et Pékin, Shijiazhuang et Baoding en Chine. En mesurant les niveaux d'ammoniac à différents moments de la journée à différents points d'entrée dans les villes, l'équipe a pu brosser le tableau d'une ville « qui respire », où les niveaux de polluants montent et descendent, en fonction du trafic et des conditions.

La recherche a été facilitée par l'utilisation de capteurs d'ammoniac laser à cascade quantique à chemin ouvert développés par le groupe de Zondlo au sein du Center for Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment (MIRTHE) de Princeton. Les capteurs laser étaient plus petits, plus facile à travailler et plus précis que les capteurs précédemment utilisés, dit Zondlo. Ils ont également permis des tests mobiles plus efficaces.

Précédemment, les véhicules devaient être spécialement équipés pour la collecte de données. Des trous étaient souvent percés dans la carrosserie des véhicules pour fixer des capteurs. Des banques d'équipements étaient également nécessaires dans le véhicule. Étant donné que les nouveaux capteurs sont relativement petits, ils peuvent être montés sur un porte-bagages sur le dessus du véhicule, puis branchés sur un ordinateur portable. C'est la base de leur laboratoire mobile Princeton Atmospheric Chemistry Experiment, un SUV conventionnel équipé de capteurs chimiques et météorologiques.

"Parce que les capteurs sont de faible puissance (environ la même chose qu'une ampoule) et compacts, nous pouvons facilement les déployer sur n'importe quel véhicule en ajoutant seulement un porte-skis, " a déclaré Zondlo. "Les laboratoires mobiles existants nécessitent des véhicules personnalisés avec des générateurs supplémentaires et des modifications d'échantillonnage importantes. Nos capteurs peuvent être placés dans les bagages enregistrés et montés en quelques heures sur un site de terrain."

Cette commodité a conduit à une découverte presque immédiate au fur et à mesure que les données étaient recueillies.

"Vous pouvez vraiment voir les panaches qui sortent des véhicules en temps réel, " dit Da Pan, membre de l'équipe et doctorant en quatrième année à Princeton. "Donc, en gros, vous pouvez dire si la voiture devant vous était en mauvais état de fonctionnement. Vous pouvez vraiment voir les panaches qui en sortent."

Outre Zondlo et Pan, auteurs de l'article, qui a été publié le 29 novembre, 2016, inclus Denise Mauzerall, professeur de génie civil et environnemental et d'affaires publiques et internationales à la Woodrow Wilson School de Princeton; Kang Soleil, Lei Tao, David Miller et Levi Golston de Princeton; Robert Griffin, H.W. Wallace et Yu Jun Leong de l'Université Rice; M. Melissa Yang du NASA Langley Research Center; Yan Zhang de Nanjing P&Y Environmental Technology Co. ; et Tong Zhu de l'Université de Pékin.

Le projet a été soutenu en partie par le Council for International Teaching and Research de l'Université de Princeton avec des fonds du Fung Global Forum, Fonds National Geographic pour la conservation de l'air et de l'eau, la Fondation nationale des sciences, La NASA et le Houston Endowment.

Pan a déclaré que la recherche ouvre deux voies pour une étude plus approfondie :comment la proximité de l'ammoniac et des composés azotés et soufrés dans les émissions affecte la production de particules fines, et comment les données pourraient éventuellement influencer les réglementations sur les émissions des véhicules. Zondlo étudie également comment les observations par satellite de l'ammoniac peuvent aider à comprendre ces émissions dans le cadre de l'équipe des sciences appliquées de la santé et de la qualité de l'air de la NASA.

Les efforts déployés pour réduire les émissions d'azote et de soufre ont été une grande "success story, ", a déclaré Zondlo. De nouveaux progrès dans le contrôle des particules par ces deux espèces ne seront que progressifs dans le monde développé.

"Nous avons tiré sur ces leviers autant que nous le pouvions, " a déclaré Zondlo. "Mais il y a un grand levier que nous n'avons pas touché du tout et c'est l'ammoniac. Et si nous voulons vraiment nous attaquer aux particules fines et améliorer la qualité de l'air, nous devons commencer à comprendre et éventuellement à limiter ces émissions d'ammoniac."