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Des poussières minérales atmosphériques qui produisent des particules d’acide sulfurique

Sous l’action des vents, les plus fines particules de sables, provenant des zones arides et semi-arides, peuvent être émises dans l’atmosphère. Il est désormais établi que ces poussières offrent une importante surface de réaction pour les gaz à l’état de traces comme le dioxyde de soufre. Alors que l’on pensait que les molécules issues des réactions chimiques restaient accolées aux poussières, des chercheurs d’IRCELYON (CNRS / Université de Lyon 1) viennent de montrer que ces particules sont à l’origine de la formation de nouvelles particules d’acide sulfurique ultrafines. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue PNAS.

La quantité de poussières minérales éjectée dans l’atmosphère est estimée entre 1000 et 3000 Tg/an (1 teragramme = 109 kg). Elles représentent ainsi la majeure partie des aérosols primaires.
De précédentes recherches ont montré que les oxydes de titane et oxydes de fer (III) contenus dans les poussières minérales engendraient la formation de radicaux hydoxyle (HO°) sous l’action de la lumière. Jusqu’à présent, les radicaux hydroxyles formés étaient supposés rester fixés à la surface des minéraux. En présence de dioxyde de soufre, ils étaient alors responsables de la formation d’ions sulfates (SO42-) accolés aux poussières minérales.

En mettant en suspension de ces poussières minérales dans un réacteur à écoulement, en présence d’humidité relative, de lumière et de dioxyde de soufre (SO2), les chercheurs ont découvert une nouvelle voie réactionnelle de transformation du dioxyde de soufre.

En effet, au lieu d’observer sa conversion en ions sulfates à la surface des poussières minérales comme énoncé dans la littérature, ils ont mis en évidence la formation de nouvelles particules ultrafines.

Les nombreux tests effectués en laboratoire leur ont permis de proposer un tout nouveau mécanisme chimique dans lequel les radicaux hydroxyles désorberaient de la surface des poussières minérales et se diffuseraient dans la phase gazeuse. Par la suite, la présence de ces radicaux dans la phase gazeuse convertirait le dioxyde de soufre gazeux en acide sulfurique (H2SO4), bien connu pour son aptitude à former de nouvelles particules par nucléation. Une faible surface de poussières minérales est alors nécessaire afin d’éviter une rapide adsorption des nouvelles particules d’acide sulfurique à la surface de ces dernières.

Des campagnes de mesures en atmosphère réelle réalisées en Chine (2009) et en France (2010), viennent fortement conforter cette théorie. En effet, les résultats obtenus montrent une formation systématique de nouvelles particules ultrafines en présence seulement de lumière et d’une faible quantité de poussières minérales.

Cette découverte relance le questionnement sur l'impact des poussières minérales dans l’atmosphère. L’impact radiatif indirect de ces poussières serait finalement plus substantiel que prévu. Effectivement, les particules ultrafines formées par ce nouveau mécanisme peuvent ensemencer les nuages, absorber ou réfléchir la lumière du soleil (en fonction de leur composition), mais également nuire à la santé. De plus, la présence de radicaux hydroxyle (au fort pouvoir oxydant) en phase gazeuse, peut engendrer de nombreuses autres réactions de dégradation.

poussière

Référence

Yoan Dupart, Stephanie M. King, Bettina Nekat, Andreas Nowak, Alfred Wiedensohler, Hartmut Herrmann,Gregory David, Benjamin Thomas, Alain Miffre, Patrick Rairoux, Barbara D’Anna, and Christian George

Mineral dust photochemistry induces nucleation events in the presence of SO2

PNAS 2012, 109 (51), 20842–20847.

Contact chercheur

Christian George, IRCELYON – Lyon

Courriel : christian.george@ircelyon.univ-lyon1.fr

Tél : 04 72 43 14 89

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken