En regardant par la fenêtre ou vers le ciel, on remarque souvent les vastes nuages ou les masses d'air. Les scientifiques les étudient également au cœur de leurs modèles pour surveiller l'atmosphère terrestre.
Les minuscules gouttelettes liquides ou particules solides en suspension, appelées aérosols, passent souvent inaperçus sur fond de ciel bleu. Bien qu'invisibles à l'œil nu, ils jouent un rôle crucial dans le fonctionnement de notre atmosphère. Chaque mètre cube d'air contient des centaines d'aérosols, qui peuvent servir de noyaux de condensation pour les nuages ou s'agréger en smog urbain étouffant.
Les aérosols ne dérivent pas passivement : portés par les vents solaires, ils sont aussi dégradés par la lumière du Soleil. Celle-ci peut traverser un aérosol comme une lentille, accélérant sa destruction chimique.
Des scientifiques ont observé ce phénomène en détail pour la première fois, comme rapporté dans un article publié dans Science le 15 avril. Comprendre comment la lumière solaire affecte les aérosols est essentiel pour modéliser la pollution atmosphérique.
Ce processus modifie profondément la chimie des aérosols : « Les réactions s'accélèrent dans certaines parties de la particule plus que dans d'autres », explique Pablo Corral Arroyo, chimiste à l'ETH Zurich (Suisse) et co-auteur de l'étude.
Les aérosols, parfois connus comme vecteurs du coronavirus, sont majoritairement naturels (90 %), issus du sel marin ou des cendres volcaniques. Les 10 % restants proviennent des activités humaines : émissions automobiles, suie de combustion végétale ou poussières industrielles.
L'étude des aérosols n'est pas nouvelle : on sait que la lumière ultraviolette du Soleil rompt les liaisons chimiques, réduisant leur taille ou les transformant. Mais les scientifiques découvrent désormais des comportements nuancés.
« Il faut traiter ces micro-particules individuellement, non comme des liquides en vrac », souligne Christian George, chimiste atmosphérique à l'Université Claude-Bernard Lyon 1 (France), non impliqué dans l'étude.
Les aérosols agissent comme des lentilles, focalisant et amplifiant la lumière interne. Cet effet est plus prononcé avec certains composés. Des expériences antérieures avec des colorants avaient montré une dégradation accélérée lors du rétrécissement des particules.
Observer ces réactions internes est complexe : la particule doit être de taille optimale pour les microscopes à rayons X. Trop grande ou trop petite, les variations chimiques échappent à la détection.
Les chercheurs ont utilisé du citrate de fer(III), présent près du sol, qui se convertit en citrate de fer(II) sous lumière UV – une réaction visible à haute résolution.
Corral Arroyo et son équipe ont exposé des particules de fer(III) à de la lumière UV pendant des heures, les analysant via microscope à rayons X. Cela a révélé les zones de réaction au sein de chaque particule (inférieure à 1 % de la largeur d'un cheveu).
« Cela nous a permis de suivre la composition chimique dans différentes parties de la particule », précise Corral Arroyo.
Désormais, les chimistes peuvent étudier cet effet sur divers aérosols. La suie carbone absorbe la lumière, contrairement au sel marin ou aux aérosols organiques, qui subissent des réactions accélérées.
« Pour des modèles précis, ces effets doivent être intégrés, sinon ils échouent », insiste Corral Arroyo. Les modèles actuels, focalisés sur les masses gazeuses ou liquides, sont incomplets, impactant météo et climat.
« Cette étude montre qu'il faut repenser nos approches », conclut George.
