Des chercheurs de l'ETH Zurich ont mené une expérience pour étudier les premières étapes de la formation d'aérosols. Leurs résultats contribuent désormais aux efforts visant à mieux comprendre et modéliser ce processus, par exemple, la formation de nuages ​​dans l'atmosphère.

Les aérosols sont des suspensions de fines particules solides ou de gouttelettes liquides dans un gaz. Des nuages, par exemple, sont des aérosols car ils sont constitués de gouttelettes d'eau dispersées dans l'air. De telles gouttelettes sont produites dans un processus en deux étapes :d'abord, un noyau de condensation se forme, puis des molécules volatiles se condensent sur ce noyau, produire une gouttelette. Les noyaux sont souvent constitués de molécules différentes de celles qui s'y condensent. Dans le cas des nuages, les noyaux contiennent souvent des acides sulfuriques et des substances organiques. La vapeur d'eau de l'atmosphère se condense ensuite sur ces noyaux.

Des scientifiques dirigés par Ruth Signorell, Professeur au Département de Chimie et Biosciences Appliquées, ont maintenant acquis de nouvelles connaissances sur la première étape de la formation des aérosols, nucléation. « Des observations ont montré que les composants volatils peuvent également influencer le processus de nucléation, " Signorell dit, "mais ce qui n'était pas clair, c'était comment cela se passait au niveau moléculaire." Auparavant, il était impossible d'observer les composants volatils pendant la nucléation dans un cadre expérimental. Même dans une expérience célèbre du CERN sur la formation des nuages, certains composants volatils n'ont pas pu être détectés directement.

Composants volatils détectés pour la première fois

Les chercheurs de l'ETH ont développé une expérience visant les premières microsecondes du processus de nucléation. Dans l'expérience, les particules formées restent intactes pendant ce temps et peuvent être détectées par spectrométrie de masse. Les scientifiques ont examiné la nucléation dans divers mélanges gazeux contenant du CO 2 et pour la première fois, ils ont également pu détecter les composants volatils - dans ce cas, le CO 2 . Les chercheurs ont pu montrer que les composants volatils étaient essentiels à la formation des noyaux et accéléraient également ce processus.

Une analyse des données expérimentales a révélé que cette accélération est le résultat des composants volatils catalysant la nucléation d'autres, composants moins volatils. Ils le font en formant de courte durée, agrégats moléculaires hétérogènes, appelés complexes chaperons. « Parce que la température détermine la volatilité des composants du gaz, elle joue également un rôle déterminant dans ces processus, ", explique Signorell.

L'une des raisons pour lesquelles les nouveaux résultats de recherche sont intéressants est qu'ils améliorent la compréhension de la nucléation, ses mécanismes moléculaires et sa vitesse, afin de bien la prendre en compte dans les modèles pour, dire, formation de nuages ​​dans l'atmosphère. En outre, les résultats devraient contribuer à améliorer l'efficacité des procédés techniques de production d'aérosols, tels que l'utilisation du refroidissement rapide pour capturer le CO 2 à partir de gaz naturel.