Des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon travaillant avec une équipe internationale de scientifiques ont découvert un mécanisme jusqu'alors inconnu qui permet aux particules atmosphériques de se former très rapidement dans certaines conditions. La recherche, qui a été publié dans la revue La nature , pourrait aider les efforts visant à modéliser le changement climatique et à réduire la pollution par les particules dans les villes.

"Les seules vraies incertitudes dans notre compréhension du climat dans l'atmosphère ont à voir avec les particules fines et les nuages, comment ceux-ci ont changé au fil du temps et comment ils réagiront au changement climatique, " a déclaré Neil Donahue, Thomas Lord University Professeur de chimie et professeur dans les départements de génie chimique, et Ingénierie et politiques publiques.

Le nombre de particules dans l'atmosphère à un moment donné peut avoir des effets majeurs localement et globalement, notamment en contribuant au smog malsain dans les villes et en influençant le climat de la Terre. Cependant, les particules doivent atteindre une certaine taille (environ 100 nanomètres de diamètre) pour contribuer à ces effets, Donahue a noté.

Si les particules n'atteignent pas cette taille, ils sont rapidement subsumés dans d'autres, particules plus grosses. Cela signifie que l'on s'attendrait à ce que peu de nouvelles particules soient créées dans des environnements urbains pollués où l'air est déjà plein de particules plus grosses qui pourraient engloutir de petites, de nouvelles particules. Pourtant, la formation de nouvelles particules est relativement courante dans ces environnements, comme on le voit clairement lorsque la brume se reforme rapidement après les précipitations dans les villes du monde entier.

Donahue pense que la réponse à ce mystère réside peut-être dans cette nouvelle recherche. "Nous avons trouvé un nouveau moyen pour que les minuscules particules nucléées dans l'atmosphère grandissent rapidement pour devenir suffisamment grosses pour affecter le climat et la santé, " il a dit.

Le groupe de laboratoire de Donahue fait depuis longtemps partie de l'expérience CLOUD, une collaboration internationale de scientifiques qui utilisent une chambre spéciale au CERN en Suisse pour étudier comment les rayons cosmiques affectent la formation de particules et de nuages ​​dans l'atmosphère. La chambre permet aux chercheurs de mélanger avec précision des composés vaporeux et d'observer comment les particules se forment et se développent à partir d'eux.

Dans cette étude, conçu par Mingyi Wang, doctorante en chimie de Carnegie Mellon, l'équipe CLOUD a condensé des vapeurs d'acide nitrique et d'ammoniac sur une large plage de températures et a découvert que les nouvelles particules résultantes peuvent croître de 10 à 100 fois plus vite que ce qui était observé auparavant, leur permettant d'atteindre des tailles suffisamment grandes pour éviter d'être consommées par d'autres particules. Le composé formé de ces deux vapeurs, nitrate d'ammonium (un engrais commun), était auparavant connu pour être un contributeur à la pollution atmosphérique au sein de particules plus grosses, mais son rôle dans la croissance de minuscules particules n'était pas connu.

"Cela peut aider à expliquer comment les particules nucléées se développent dans des conditions urbaines polluées dans les mégapoles, qui a été un grand casse-tête, ainsi que la façon dont ils se forment dans les parties supérieures de l'atmosphère, où ils peuvent avoir un fort effet climatique, ", a expliqué Donahue. L'équipe travaille maintenant à étudier comment ce mécanisme se joue dans la haute atmosphère terrestre.

Pour Wang, qui a été co-responsable de l'étude, cette recherche trouve ses racines dans son vif désir de comprendre la pollution de l'air. Après un projet de recherche de premier cycle où il a pu échantillonner et analyser les PM2,5, Wang a décidé de continuer dans ce domaine de recherche pour mieux explorer comment ces petites particules peuvent avoir un impact aussi important sur la planète et comment y remédier.

"J'ai réalisé que ces particules atmosphériques n'avaient jamais été un simple problème de qualité de l'air auquel seule l'Asie doit faire face, " dit Wang. " Plutôt, ils constituent un défi mondial en raison de leurs effets sur la santé et le climat.