Les atomes d'halogène (Cl et Br) influencent fortement la composition chimique de l'atmosphère. Depuis les années 1970, les scientifiques ont découvert que ces atomes étaient responsables de l'appauvrissement de l'ozone dans la stratosphère et de l'ozone troposphérique de l'Arctique. Dans la dernière décennie, il est de plus en plus reconnu que les atomes d'halogène jouent également un rôle important dans la chimie troposphérique et la qualité de l'air. Cependant, la connaissance des atomes d'halogène dans les régions continentales est encore incomplète.

« Dans la troposphère, les atomes d'halogène peuvent déclencher l'oxydation des hydrocarbures qui produit de l'ozone, modifier la capacité oxydante, perturber le recyclage du mercure en oxydant le mercure élémentaire (Hg 0 ) en une forme hautement toxique (HgII). De plus, Les atomes de Cl peuvent éliminer le méthane, un agent de forçage climatique. La plupart des études précédentes dans les régions continentales se sont concentrées sur deux précurseurs du Cl, ClNO 2 et Cl 2 . Cependant, on sait peu de choses sur l'abondance et le rôle des composés bromés et d'autres formes d'halogènes photoliables dans la troposphère continentale polluée, " dit Tao Wang, professeur titulaire à l'Université polytechnique de Hong Kong (HKPU).

Une équipe de chercheurs chinois de HKPU, Université de Fudan, Centre de recherche des sciences éco-environnementales de l'Académie chinoise des sciences, Université du Shandong et Université du Shandong Jianzhu, ont mesuré une série de gaz halogènes réactifs et d'autres produits chimiques en hiver 2017 sur un site rural pollué de la province du Hebei, qui souffre fréquemment d'une grave pollution de l'air en hiver. Les données ont été analysées par l'équipe en collaboration avec des scientifiques de la Colorado State University aux États-Unis, Institut de Chimie Physique Rocasolano du CSIC en Espagne, et Univ Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, IRCELYON en France.

Ils ont trouvé des concentrations étonnamment élevées de chlorure de brome (BrCl), et d'autres gaz halogènes réactifs. La concentration maximale de BrCl est 10 fois supérieure à la valeur précédemment mesurée dans l'Arctique. "A notre connaissance, une seule étude antérieure a observé du BrCl dans une, sur 50, Panache de centrale électrique au charbon aux États-Unis. Mis à part cela, BrCl n'avait pas été signalé en dehors des régions polaires, " dit Xiang Peng, un étudiant diplômé à HKPU. "La mesure précise de l'halogène réactif est très difficile", a ajouté Weihao Wang, un autre alors étudiant diplômé à HKPU, « ces composés sont à de faibles concentrations, qui nécessite un instrument sensible pour détecter leurs signaux; ils sont également difficiles à quantifier en raison de la difficulté à établir des normes d'étalonnage et à réduire les interférences potentielles d'autres produits chimiques coexistants dans l'atmosphère et les artefacts potentiels dans l'entrée d'échantillonnage. » Néanmoins, l'équipe a surmonté ces défis grâce à divers tests sur site et post-mesure.

L'équipe de recherche a trouvé des preuves solides que la combustion du charbon en milieu rural était une source majeure des halogènes réactifs détectés en analysant leur relation avec deux traceurs de la combustion du charbon (dioxyde de soufre et sélénium), le schéma diurne des polluants atmosphériques, et la pratique d'utilisation de l'énergie des villageois. Ils ont également découvert un important processus chimique diurne, en partie de la photolyse du nitrate, qui pourraient convertir les halogénures d'insert en gaz halogènes réactifs (HOBr et BrCl) afin de maintenir leurs concentrations diurnes élevées malgré la courte durée de vie du BrCl à partir de la photodissociation de la lumière solaire.

L'équipe a ensuite construit un modèle contenant la chimie halogène en phase gazeuse la plus récente et a simulé l'impact du BrCl photoliable observé, Cl 2 , ClNO 2 , Br 2 sur la capacité d'oxydation qui entraîne la production de polluants tels que l'ozone et les particules. Leurs résultats montrent que BrCl a contribué à environ 55% des atomes de brome (Br) et de chlore (Cl). Les atomes d'halogène (de BrCl et d'autres halogènes photoliables) ont augmenté l'abondance des oxydants troposphériques « classiques » (OH, HO 2 , et RO 2 ) de 26-73%, et une augmentation de l'oxydation des hydrocarbures de près d'un facteur deux et de la production nette d'ozone de 55 %. "Une telle augmentation de l'oxydation pourrait stimuler la production d'aérosols organiques et inorganiques secondaires, qui sont les principaux composants des PM causant la brume ^2.5 dans le nord de la Chine. Les atomes de Br de BrCl pourraient également accélérer la production et le dépôt de la forme toxique du mercure à proximité des régions sources, " a ajouté Tao Wang.

Les chercheurs pensent que l'impact significatif de l'halogène démontré sur leur site peut exister dans d'autres régions où la combustion incontrôlée du charbon est répandue, comme d'autres régions du nord de la Chine, et dans des pays comme l'Inde et la Russie qui ont une part importante du charbon dans leur mix énergétique. Ils appellent à davantage de recherches pour mieux comprendre la ou les sources et l'étendue spatiale du rôle de la chimie des halogènes dans les régions continentales polluées. Ils suggèrent également la nécessité de contrôler les halogènes de la combustion du charbon, en plus du CO bien reconnu 2 , soufre, azote, particulaire, et le mercure.