Grâce à un spectromètre laser nouvellement développé, Les chercheurs de l'Empa peuvent pour la première fois montrer quels processus dans les prairies entraînent des émissions de protoxyde d'azote. L'objectif est de réduire les émissions de ce puissant gaz à effet de serre en acquérant une meilleure compréhension des processus qui se déroulent dans le sol.

Protoxyde d'azote (N 2 , également connu sous le nom de gaz hilarant) est l'un des gaz à effet de serre les plus importants. Bien qu'il soit beaucoup moins abondant dans l'atmosphère que le dioxyde de carbone (CO 2 ), il est environ 300 fois plus puissant. N 2 O reste dans l'atmosphère pendant plus de 100 ans et contribue ainsi largement au réchauffement climatique. Il endommage également la couche d'ozone protectrice de la Terre. La plus grande source de N 2 Les émissions d'O sont le sol, surtout (mais pas seulement) lorsqu'il est fertilisé.

Les chercheurs du monde entier cherchent des moyens de réduire N 2 O émissions. Mais la recherche en est encore à ses balbutiements. "Il est bien connu que plus de protoxyde d'azote s'échappe du sol après la fertilisation ou la pluie, par exemple. Mais peu de recherches ont encore été faites sur les processus exacts qui se déroulent dans le sol, ", explique Joachim Mohn, chercheur en émissions et isotopes de l'Empa.

Premières mesures sur prairie

Les chercheurs de l'Empa ont donc, développé un spectromètre laser, qui permet des mesures de terrain extrêmement précises. "Vous pouvez voir exactement la composition isotopique du protoxyde d'azote émis. Par exemple, si l'atome d'azote avec un neutron supplémentaire est situé au milieu de la molécule ou au bord, " explique Mohn. La détermination spécifique des isotopes permet de tirer des conclusions sur les processus de formation de N 2 O. "Les mesures isotopiques peuvent également être utilisées pour estimer l'étendue, à laquelle le protoxyde d'azote nocif dans le sol est dégradé en azote inoffensif."

N 2 O est formé par divers processus microbiens. Il peut se produire comme sous-produit de la nitrification et comme produit intermédiaire de la dénitrification. En nitrification, ammonium, par exemple. à partir d'engrais, est oxydé en nitrate. En dénitrification, le nitrate est transformé en azote.

"L'Empa et d'autres instituts de recherche étudient actuellement quel processus biochimique dans une bactérie préfère former quel isotope d'oxyde nitreux, " dit Mohn (voir encadré). Sur la base de ces résultats, Chercheurs de l'Empa, avec des scientifiques de l'ETH Zurich et du Karlsruhe Institute of Technology (KIT), a effectué plus de 600 mesures au spectromètre laser sur plusieurs mois en Bavière au-dessus des prairies et a ainsi analysé la composition isotopique du N émis 2 O.

À la fois, les chercheurs ont enregistré des variables d'influence telles que l'humidité du sol, teneur en éléments nutritifs, température de l'air, la vitesse du vent et le moment des précipitations et de la fertilisation. Une nouveauté, comme l'explique Joachim Mohn :"Avec les instruments de spectrométrie de masse utilisés jusqu'à présent, il était tout simplement impossible de mesurer en continu sur le sol. Grâce à notre nouvel appareil, nous pouvons maintenant effectuer des mesures très précises sur le terrain et comparer les résultats, par exemple des prairies, avec ceux du labo."

Les chercheurs utilisent désormais les premières mesures de terrain pour vérifier si les modèles d'émission précédents permettent de bonnes prédictions ou s'ils doivent être améliorés. Mohn :« Jusqu'à présent, il a seulement été possible de dire si un modèle de prévision des émissions de protoxyde d'azote reflète correctement le temps et la quantité. Si nous déterminons également la signature isotopique, alors nous savons immédiatement si le modèle prédit correctement les processus par lesquels le protoxyde d'azote est produit."

C'est une étape importante pour N 2 O recherche, dit le chercheur de l'Empa. "L'objectif à long terme est de réduire les émissions d'oxyde nitreux des sols naturels et agricoles." Il y a encore un long chemin à parcourir, concède-t-il. "Mais au moins, nous avons maintenant atteint un premier jalon."