Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont étudié pour la première fois comment les réactions chimiques dans les nuages ​​peuvent influencer le climat mondial. Ils ont découvert que l'isoprène, le composé organique non méthane dominant émis dans l'atmosphère, peut fortement contribuer à la formation d'aérosols organiques dans les nuages. Ils ont publié leurs résultats aujourd'hui dans la revue Avancées scientifiques .

Aérosols, un mélange de particules solides ou liquides en suspension dans l'air, jouent un rôle important dans le climat de la Terre. Les aérosols proviennent de sources naturelles ou humaines. Ils influencent le bilan radiatif de la Terre en interagissant avec la lumière du soleil et en formant des nuages. Cependant, leur effet reste l'incertitude la plus importante dans les modèles climatiques.

Une substance très répandue dans l'atmosphère est l'isoprène, un composé organique dont les réactions en phase gazeuse sont relativement bien comprises. L'isoprène est émis par les arbres et peut produire des aérosols lorsqu'il est oxydé. La façon dont l'isoprène et ses produits de réaction réagissent dans les gouttelettes de nuage est encore largement inconnue. C'est pourquoi les chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont utilisé un type de réacteur à flux à parois humides, avec les spectromètres de masse les plus avancés, pour étudier ce qui pourrait se produire chimiquement à l'intérieur des nuages ​​pour la première fois dans des conditions atmosphériques pertinentes.

"Notre dispositif expérimental nous permet pour la première fois d'étudier avec précision la distribution des vapeurs organiques à l'interface air-eau dans des conditions proches de l'environnement, " dit Houssni Lamkaddam, chercheur au Laboratoire de Chimie Atmosphérique du PSI. "Avec notre appareil, nous pouvons maintenant simuler ce qui se passe dans les nuages."

Que se passe-t-il exactement dans les nuages ​​?

Dans l'appareil spécial, un réacteur dit de mouillage, un mince film d'eau est maintenu à l'intérieur d'un tube de quartz. Un mélange gazeux contenant, entre autres substances, isoprène, ozone, et les radicaux hydroxyles sont introduits dans le cylindre de verre. Des lampes UV sont installées autour du cylindre de verre pour simuler les conditions de lumière du jour pour certaines des expériences.

En utilisant cette configuration, les chercheurs ont découvert que jusqu'à 70 % des produits d'oxydation de l'isoprène peuvent être dissous dans le film d'eau. L'oxydation aqueuse subséquente des espèces dissoutes produit des quantités substantielles d'aérosols organiques secondaires. Sur la base de ces analyses, ils ont calculé que les réactions chimiques qui ont lieu dans les nuages ​​sont responsables de jusqu'à 20 % des aérosols organiques secondaires à l'échelle mondiale.

"C'est une autre contribution importante à une meilleure compréhension des processus dans l'atmosphère, " résume Urs Baltensperger, responsable scientifique du Laboratoire de Chimie Atmosphérique du PSI. Le bilan radiatif de la Terre est un facteur très important dans l'ensemble du processus climatique et donc aussi dans le changement climatique. "Et les aérosols jouent un rôle crucial à cet égard, " dit le scientifique de l'atmosphère. Alors que les aérosols forment des gouttelettes de nuages, cette recherche montre que les nuages ​​peuvent également former des aérosols grâce à la chimie aqueuse des vapeurs organiques, un procédé bien connu pour les aérosols sulfatés mais ici aussi montré pour la fraction organique. Cette nouvelle configuration expérimentale, développé au PSI, ouvre la possibilité d'étudier la formation d'aérosols dans les nuages ​​dans des conditions proches de l'atmosphère afin que ces processus puissent finalement être inclus dans les modèles climatiques.