Comprendre le rôle des surfaces des particules d’aérosols
Les particules en suspension dans l’air sont omniprésentes et nous affectent de diverses manières, notamment sous forme de vecteurs de virus ou de facteurs du changement climatique. La relation entre les particules que nous émettons et notre environnement proche est complexe, et il est urgent que nous comprenions mieux cette dynamique. Le projet SURFACE, soutenu par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), s’attache précisément à cet objectif. «Chaque gouttelette nuageuse a été nucléée à la surface d’une particule d’aérosol. Les aérosols et les gouttelettes constituent le support de la chimie de la phase condensée dans l’atmosphère, mais notre compréhension de leur formation, de leurs transformations et de leurs interactions avec le climat demeure toutefois lacunaire», explique la chercheuse principale Nønne Prisle(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), professeure au centre de recherche atmosphérique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de l’université d’Oulu en Finlande.
Réactions chimiques et transformations physiques dans l’atmosphère
L’atmosphère est composée d’un très grand nombre d’espèces chimiques différentes, chacune étant présente en très petites quantités. Celles-ci peuvent participer à une myriade de réactions chimiques et de transformations physiques différentes. «Les réactions et les transformations se produisent toutes en même temps, mais à des échelles de temps très différentes, de sorte qu’il est pratiquement impossible de les dissocier, que ce soit par l’expérience ou par la théorie», explique Nønne Prisle. L’analyse est tout aussi complexe pour les aérosols. Ils varient considérablement en taille, contiennent de nombreuses molécules différentes condensées ensemble et sont néanmoins si petits que la quantité totale de matière est très faible. Nønne Prisle fait remarquer: «Des instruments ont été développés pour identifier la composition des surfaces. Ils n’ont toutefois pu être exploités que très récemment pour les surfaces de matériaux pertinents pour l’atmosphère. Ces expériences sont très difficiles à réaliser et à analyser par la suite, et nos expériences sont parmi les premières à y parvenir». L’une des principales méthodes qu’utilise SURFACE est la spectroscopie photoélectronique X(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (en anglais, synchrotron-based photoelectron spectroscopy). Cette technique exploite les puissants rayons X générés par les grandes installations de synchrotron afin d’étudier les échantillons au niveau moléculaire. «Les rayons X libèrent des électrons des molécules de l’échantillon, que nous recueillons et dont nous mesurons la vitesse. À partir de cette vitesse, nous pouvons déterminer l’identité des molécules de la surface et de leur environnement. Et à partir du nombre d’électrons détectés, nous pouvons déterminer la nombre de chaque type de molécule», explique Nønne Prisle. Le projet a ensuite généré des échantillons d’aérosols dans des chambres de simulation atmosphérique. «Nous avons fait appel à une série d’instruments, dont certains sont uniques au monde, pour étudier les propriétés physiques et chimiques des aérosols, ainsi que leur capacité à former des gouttelettes nuageuses et à influer sur la chimie de l’atmosphère.» Après avoir étudié les propriétés physiques des échantillons, SURFACE a développé des méthodes de calcul performantes pour les inclure dans les modèles climatiques. «Les modèles ont révélé que les propriétés de la surface peuvent influencer les effets des aérosols à l’échelle globale», fait remarquer Nønne Prisle.
L’impact des propriétés spécifiques de la surface sur les effets des aérosols
SURFACE, mené à l’université d’Oulu(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Finlande, a démontré l’impact clair et considérable des propriétés spécifiques de la surface sur les effets des aérosols, à tous les niveaux. «Je pense que l’on pourrait comparer ces effets à des empreintes digitales», dit-elle. «Notre recherche a réellement ouvert une toute nouvelle dimension qui devrait être prise en compte, comme la composition chimique et les conditions physiques, lorsque nous interprétons et prévoyons les effets des aérosols dans l’atmosphère», ajoute Nønne Prisle.
