Des chercheurs de Georgia Tech ont analysé les différences saisonnières des aérosols de sulfate – un polluant majeur aux États-Unis – pour examiner l'impact à long terme de la réduction des émissions de dioxyde de soufre (SO₂) depuis la promulgation des modifications de la Clean Air Act en 1990.
Le professeur Yuhang Wang, le professeur des sciences de la Terre et de l'atmosphère, et son équipe ont étudié les facteurs affectant les concentrations de So₂ et de sulfate pendant l'hiver et l'été dans la « ceinture de rouille » – de New York à travers le Midwest – et les régions sud-est des États-Unis pendant deux décennies (2004 à 2023). L'équipe a également développé une approche d'apprentissage automatique d'ensemble pour projeter les modèles saisonniers jusqu'en 2050.
« Les centrales électriques, en particulier celles qui brûlent du charbon et du pétrole, sont une source majeure d'émissions SO₂ dans ces régions », explique Wang, qui a co-écrit, avec un doctorat. Étudiants Fanghe Zhao et Shengjun Xi, l'étude récemment publiée dans LETTRES SCIENCES ET TECHNOLOGIE DE L'ENSIMABLE.
Différences saisonnières dans la chimie atmosphérique
Aux États-Unis, la chimie de l'atmosphère varie entre les saisons. Pendant l'été, le rayonnement solaire de la lumière du soleil ample active les réactions oxydantes qui produisent du peroxyde d'hydrogène (H₂o₂) dans l'atmosphère. L'offre de H₂o₂ est déterminée par la quantité de pollution de l'air émise, et une fois dans l'atmosphère, H₂o₂ peut s'oxyder rapidement dans les aérosols de sulfate dans la phase aqueuse.
Les aérosols de sulfate de l'oxydation de So₂ contribuent à la formation de particules de moins de 2,5 micromètres de diamètre (PM2.5). Le sulfate de particules présente des risques importants pour la santé environnementale et publique, notamment la pollution atmosphérique, les pluies acides et les problèmes circulatoires et respiratoires.
« L'approvisionnement en h₂o₂ en été est huit fois supérieur à celui de l'hiver – une énorme différence – ce qui signifie que les concentrations de sulfate sont généralement plus élevées en été et une réduction des émissions SO₂ entraîne une diminution proportionnelle des concentrations de sulfate », explique Wang. « Lorsque les émissions SO₂ dépassent l'alimentation disponible en H₂o₂ en hiver, la réduction des concentrations de sulfate peut être beaucoup plus petite en raison d'un effet » d'amortissement chimique « qui fait que les niveaux de sulfate diminuent plus lentement que les émissions SO₂. »
Réduire les disparités entre les niveaux de sulfate saisonnière
Les observations de deux décennies de l'étude ont révélé des schémas distincts dans la réduction des émissions SO₂ et des concentrations de sulfate en hiver et en été.
Alors que les émissions de SO₂ ont considérablement diminué au cours des deux saisons au fil du temps – principalement de la Clean Air Act et plus de centrales électriques passant du charbon au gaz naturel – la réduction des concentrations de sulfate a initialement montré de grandes différences saisonnières. Cependant, au cours de la dernière décennie, la disparité entre les niveaux de sulfate d'hiver et d'été s'est rétrécie à mesure que les émissions SO₂ diminuaient.
Selon Wang, la disparité saisonnière du sulfate a été causée par l'évolution des régimes chimiques en hiver au fil du temps. Bien que l'offre inférieure de H₂o₂ soit restée stable en hiver, les émissions d'hiver étaient plus élevées de 2004 à 2013, puis sont tombées en dessous du niveau de H₂o₂ après 2013 – réduisant la parité avec les niveaux d'émissions SO₂ réduites en été.
« Lorsque vous avez cette complexité de la chimie atmosphérique, il y a un effet non linéaire en hiver – à mesure que les émissions SO₂ diminuaient, l'efficacité de la production d'aérosols sulfate a augmenté jusqu'en 2013, puis aplatie aujourd'hui. La réduction des aérosols sulfate a initialement pris des retards derrière la diminution des émissions de SO₂ mais finalement rattrapés en raison des efforts de contrôle de la qualité aérienne soutenus, » Wang. « Inversement, il y a un effet simple et linéaire en été – plus les émissions, plus les aérosols sulfates dans l'atmosphère – et si vous en réduisez, l'autre est réduit de la même proportion. »
Des décennies complètes des décennies
À partir de maintenant jusqu'en 2050, les projections d'apprentissage automatique des chercheurs indiquent une diminution continue des niveaux de sulfate d'hiver et d'été, qui sont actuellement d'environ 20%, car les contrôles des émissions So₂ atteignent une efficacité comparable pendant les saisons.
« Nous constatons maintenant le plein impact de la Clean Air Act », conclut Wang, et l'effort soutenu de la nation dans la réduction de la pollution est essentiel pour améliorer la qualité de l'air et les résultats pour la santé. «
