Dans l'atmosphère, les particules de suie individuelles émises par les activités humaines rencontrent et se combinent souvent avec des matières organiques, formant des particules contenant de la suie. Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory/EMSL du département de l'Énergie des États-Unis (DOE) et de la Michigan Technological University a établi un lien entre la viscosité de la matière organique et sa distribution au sein de la particule contenant de la suie. Cette configuration de mélange est importante car elle altère la capacité des particules à absorber et à diffuser le rayonnement solaire.

Les scientifiques ont découvert qu'une matière organique de faible viscosité encapsulait partiellement ou complètement des particules de suie, alors que les matières organiques très visqueuses se fixent souvent à la surface des particules de suie coexistantes ou ne collent même pas ensemble, restant séparé.

Les particules de suie absorbent fortement le rayonnement solaire, et donc, affecter le bilan énergétique de la Terre. Cependant, leurs propriétés optiques dépendent fortement de la façon dont les particules de suie individuelles se mélangent avec d'autres particules dans l'atmosphère (mélange interne).

Cette étude a identifié la viscosité de la matière organique dans l'atmosphère comme un facteur clé qui influence la répartition de la matière organique dans les particules contenant de la suie. Ces découvertes permettront d'améliorer les modèles d'aérosols qui prédisent l'état de mélange de la suie via les processus de condensation et de coagulation, améliorant ainsi les calculs de forçage radiatif et les prévisions climatiques.

Les particules organiques dans l'atmosphère présentent une large gamme de viscosité, en fonction de leur composition chimique et des conditions environnementales environnantes, comme la température et l'humidité relative. Comme les particules de suie se combinent avec les particules organiques dans l'atmosphère, la répartition de la suie et de la matière organique dans la particule combinée détermine ses propriétés optiques globales et ses effets de forçage radiatif, de réchauffement ou de refroidissement.

Prise d'images en microscopie électronique à balayage sous différents angles de vue, les chercheurs ont étudié les particules contenant de la suie recueillies lors de l'étude CARES (Carbonaceous Aerosol and Radiative Effects Study) du DOE à Sacramento, Californie, en juin 2010. Leurs résultats indiquent que les matières organiques de viscosité faible à intermédiaire ont souvent englouti de la suie, tandis que la matière organique très visqueuse se fixe à la surface de la suie ou en reste séparée. Les particules de suie englouties par des matières organiques à faible viscosité s'enrobent et peuvent être approximativement représentées par un modèle « coeur-coque », où les particules de suie sont au centre d'une coquille sphérique idéalisée faite de matière organique. En revanche, l'augmentation de la viscosité entraîne un engloutissement (partiel) limité, et donc la formation de configurations non core-shell.

Ces résultats établissent un lien entre la viscosité de la matière organique et sa distribution lorsqu'elle est mélangée à l'intérieur avec des particules de suie. La prise en compte des effets de la viscosité de la matière organique sur l'état de mélange des particules contenant de la suie dans les modèles numériques améliorera les estimations du forçage radiatif de la suie.