Lorsque vous regardez par la fenêtre ou au-dessus de vous, vous remarquerez peut-être des nuages colossaux ou la quantité d'air. Les scientifiques le remarquent aussi; les grandes masses comme l'air et les nuages sont au centre des modèles qu'ils utilisent pour surveiller l'atmosphère terrestre.
Les minuscules gouttelettes liquides ou particules solides qui flottent, également appelées aérosols, sont faciles à manquer sur le ciel bleu. Bien que souvent invisibles, ils sont cruciaux pour le fonctionnement de notre atmosphère. Chaque parcelle d'air autour de vous est remplie de centaines d'aérosols. Ils pourraient agir comme les graines qui font germer les nuages. Ou ils pourraient se regrouper sous forme de smog étouffant la ville.
Les aérosols restent l'un des aspects les plus mal compris de l'atmosphère terrestre, mais il est clair qu'ils ne se contentent pas de dériver dans l'atmosphère sans conséquence. Comme le soleil entraîne les vents porteurs d'aérosols, sa lumière peut également les briser. De plus, la lumière peut traverser un aérosol comme si elle traversait une lentille, ce qui accélère le processus de destruction.
Les scientifiques ont observé ce dernier effet en détail pour la première fois, comme ils le rapportent dans un article publié dans Science le 15 avril. Ces processus (comment la lumière du soleil affecte et décomposent les aérosols) sont essentiels pour comprendre le fonctionnement de la pollution.
Ce processus peut avoir des effets majeurs sur la chimie d'un aérosol, "et les réactions peuvent se produire plus rapidement dans certaines parties de la particule que dans d'autres", explique Pablo Corral Arroyo, chimiste à l'ETH Zürich en Suisse et l'un des Science auteurs de l'article.
Vous pouvez reconnaître les aérosols comme des vecteurs de transmission du coronavirus, mais ce n'est qu'un sous-type d'entre eux. Quatre-vingt-dix pour cent des aérosols sont naturels, comme le sel de mer et les cendres volcaniques, fabriqués par des processus qui ont existé bien avant l'homme. Mais d'autres sont de notre faute :les émissions des véhicules, la suie provenant de la combustion des matières végétales et la poussière que les machines projettent dans l'air.
L'étude des aérosols n'est pas entièrement nouvelle. En particulier, les scientifiques savaient que la lumière du soleil pouvait décomposer les aérosols en les cassant et en les rétrécissant. La lumière, en particulier la lumière ultraviolette du soleil, ronge les liaisons chimiques qui maintiennent ces molécules ensemble. Cela pourrait faire en sorte qu'un aérosol devienne plus petit ou que son contenu se décompose en d'autres substances.
Mais ce n'est que maintenant que les scientifiques commencent à comprendre que les aérosols peuvent se comporter de manière nuancée avec des effets importants. « Nous devons faire attention à la façon de traiter les petits objets flottant dans l'air. Elle ne peut pas simplement être traitée comme de l'eau en vrac, des liquides en vrac », explique Christian George, chimiste de l'atmosphère à l'Université Claude-Bernard Lyon 1 en France, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche.
Par exemple, quelque chose que les scientifiques comprennent seulement maintenant, c'est que les particules agissent comme des lentilles, grossissant et amplifiant la lumière qui les traverse. Cette décomposition est également accélérée si l'aérosol est fabriqué à partir de certains matériaux. Les scientifiques savaient que cela s'était produit :lors d'expériences précédentes, ils avaient piégé de petites particules contenant des colorants dans la lumière et les avaient observées se décomposer. Ils ont découvert qu'à mesure que les particules devenaient plus petites, le colorant se décomposait plus rapidement.
Mais essayer d'observer comment cet effet fonctionne réellement, essayer de regarder à l'intérieur d'une gouttelette et voir une réaction accélérée se produire, est difficile. Une particule doit être juste de la bonne taille pour voir à l'intérieur :trop grosse et elle sera trop grosse pour que les outils la voient, même en utilisant un microscope à rayons X, comme l'ont fait ces chercheurs. Trop petit, et les différences de composition chimique seront trop infimes pour être vues.
Pour regarder quelque chose de visible, ces chercheurs ont utilisé un produit chimique appelé citrate de fer (III). Il existe dans l'atmosphère, en particulier près du sol. Mais les chercheurs l'ont principalement sélectionné parce que lorsqu'il réagit à la lumière du soleil, il se dégrade en un autre produit chimique appelé citrate de fer (II) dans une réaction facile à voir, mais seulement si vous pouvez regarder d'assez près.
Corral Arroyo et ses collègues ont projeté des particules de fer (III) avec de la lumière ultraviolette pendant des heures. Pendant ce temps, ils ont soigneusement observé les particules avec un microscope à rayons X. Les rayons X leur ont permis de voir quelles parties d'une particule individuelle (moins d'un centième de la largeur d'un cheveu humain) réagissaient et quand.
"C'est ce qui nous a vraiment permis de suivre la composition chimique dans différentes parties de la particule", explique Corral Arroyo.
Maintenant qu'ils ont vu comment la lumière dégrade les particules de l'intérieur, les chimistes pourraient essayer de déterminer comment la lumière se comporte dans différents types d'aérosols. Toutes les particules et gouttelettes ne sont pas égales lorsqu'il s'agit de se prélasser et de se briser au soleil. La suie de carbone noir provenant de la combustion du charbon de bois et d'autres particules sombres a tendance à absorber la lumière, plutôt que de la laisser résonner à l'intérieur.
Le sel marin et de nombreux aérosols d'origine organique, en revanche, connaîtront des réactions accélérées. Savoir que cela se produit dans les particules a un impact majeur sur les modèles utilisés par les scientifiques pour comprendre le comportement de la pollution.
"Si vous voulez vraiment avoir des modèles précis, vous devrez tenir compte de ces effets", explique Corral Arroyo. "Sinon, votre modèle ne fonctionne tout simplement pas correctement."
En effet, la plupart des modèles atmosphériques actuels se concentrent principalement sur de grandes masses d'air ou d'eau. "Ce que ce document montre vraiment, c'est que nous ne pouvons pas continuer comme nous le faisons actuellement", déclare George. Si des effets comme ceux-ci sont importants - et les auteurs de l'étude le disent - alors c'est un signe que ces modèles, essentiels à tout, de la prévision météorologique à la compréhension du changement climatique, sont incomplets.
