Un déséquilibre entre les tendances de deux polluants atmosphériques courants déclenche de manière inattendue la création d'une classe de composés organiques en suspension dans l'air qu'on ne trouve généralement pas dans l'atmosphère au-dessus des zones urbaines d'Amérique du Nord, selon une nouvelle étude de Caltech.

Depuis des décennies, les efforts pour réduire la pollution de l'air ont conduit à un air plus pur dans des villes américaines comme Los Angeles, avec des améliorations ultérieures de la santé publique. Ces efforts ont ciblé à la fois les oxydes nitriques et les hydrocarbures. L'oxyde nitrique est un composé d'azote et d'oxygène émis par les moteurs (en particulier ceux alimentés au diesel) et par les centrales électriques au charbon. Hydrocarbures, pendant ce temps, sont la famille de molécules constituées de l'enchaînement d'hydrogène et de carbone. Ces molécules sont émises par de nombreuses sources, y compris les voitures à essence, camions, solvants, nettoyants utilisés à la fois à la maison et dans les milieux industriels, et même des arbres.

Les chercheurs peuvent suivre l'évolution des taux d'émissions d'oxyde nitrique et d'hydrocarbures en examinant le rapport entre les niveaux d'hydrocarbures atmosphériques non méthaniques et ceux d'oxyde nitrique (méthane, un puissant gaz à effet de serre, est suivi séparément). De 1987 et 1997, ce ratio a été divisé par deux.

Les réglementations visant à améliorer la qualité de l'air dans les zones urbaines comme Los Angeles ont fait des progrès rapides dans la réduction des émissions d'oxyde nitrique et d'hydrocarbures. Comme les vieilles voitures ont été retirées de la rue au profit de nouvelles voitures plus propres et que les camions diesel ont été modernisés ou remplacés, les émissions d'oxyde nitrique ont chuté rapidement. Par rapport aux modèles de 1970, les voitures et les camions neufs produisent environ 99 % de polluants courants en moins, selon l'Agence de protection de l'environnement. Au cours de la dernière décennie, par exemple, la quantité d'oxyde nitrique dans l'air de Los Angeles a diminué de moitié.

Les réglementations sur la pollution de l'air ont également permis de réduire les émissions d'hydrocarbures, mais ces baisses ralentissent. Les hydrocarbures proviennent de diverses sources, ce qui rend plus difficile leur répression. Par exemple, ces composés sont libérés par les moteurs à deux temps utilisés dans les souffleuses à feuilles et les tondeuses à gazon, des équipements qui ont tendance à rester en service plus longtemps que les voitures et sont soumis à moins de réglementations.

La forte baisse des niveaux d'oxyde nitrique par rapport à la baisse plus lente des hydrocarbures est importante :selon une nouvelle étude menée par Paul Wennberg de Caltech et Henrik Kjaergaard de l'Université de Copenhague, cette disparité peut conduire à la production de produits chimiques appelés hydroperoxydes organiques.

Les hydroperoxydes organiques existent déjà dans la nature. Dans les zones rurales et dans d'autres régions dépourvues de grandes quantités d'échappement de moteur - et donc dans les endroits où les niveaux d'oxyde nitrique sont extrêmement faibles - les molécules peuvent se former lorsque les arbres dégagent des composés organiques volatils qui interagissent ensuite avec la lumière du soleil.

L'équipe dirigée par Wennberg a trouvé, cependant, qu'il existe une autre voie chimique pour la formation d'hydroperoxydes organiques, une voie qui se produit à des niveaux d'oxyde nitrique considérablement plus élevés que ceux que l'on peut trouver dans l'atmosphère des régions inhabitées. "C'est une chimie qui n'existe dans aucun des modèles d'interaction entre l'oxyde nitrique et les hydrocarbures, " dit Wennberg, R. Stanton Avery de Caltech, professeur de chimie atmosphérique, de sciences et d'ingénierie de l'environnement et directeur du Ronald and Maxine Linde Center for Global Environmental Science.

Significativement, les concentrations atmosphériques d'oxyde nitrique au-dessus de Los Angeles et dans les régions urbaines du pays chutent maintenant aux niveaux auxquels ce processus, appelé autooxydation en phase gazeuse, se produit.

L'autooxydation en phase gazeuse a lieu lorsqu'il n'y a pas assez de molécules d'oxyde nitrique avec lesquelles les hydrocarbures peuvent réagir. Par conséquent, les molécules d'hydrocarbures réagissent avec elles-mêmes. L'autooxydation en phase gazeuse a été observée dans d'autres contextes, par exemple, le processus peut former des hydroperoxydes organiques irritants pour la peau dans certains produits cosmétiques qui ont mal tourné et provoquent le rancissement du beurre et la détérioration du vin. Mais les chercheurs avaient pensé que cela ne pouvait pas se produire dans l'atmosphère, étant donné les concentrations urbaines actuelles d'oxyde nitrique. Wennberg et ses collègues ont trouvé le contraire.

"Alors que ces concentrations d'oxyde nitrique diminuent encore d'un facteur deux au cours des cinq à sept prochaines années, on va commencer à fabriquer de plus en plus d'hydroperoxydes organiques en milieu urbain, " dit Wennberg. Dans les airs, ces hydroperoxydes sont connus pour former des particules, des aérosols. "Le problème est que nous n'avons pas vu de grandes concentrations d'hydroperoxydes dans les zones fortement peuplées, nous ne savons donc pas comment la formation d'hydroperoxydes de gaz et d'aérosols aura un impact sur la santé publique. Mais nous savons que respirer des particules a tendance à être mauvais pour vous, " il dit.

Les conclusions de Wennberg et Kjaergaard seront publiées en ligne par le Actes de l'Académie nationale des sciences pendant la semaine du 18 décembre.