Des recherches révolutionnaires récentes menées par une équipe internationale ont révélé que les intermédiaires de Criegee jouent un rôle important dans la formation d'aérosols organiques secondaires dans la troposphère, suggérant que ces processus ont plus d'impact qu'on ne le pensait auparavant et mettant en évidence les domaines nécessitant des études plus approfondies.
Un groupe international de chercheurs a documenté avec succès la première preuve claire de l'hypothèse de longue date de catalyseurs impliqués dans la formation des aérosols.
Quatre-vingt-cinq pour cent de l’atmosphère terrestre est contenue dans la troposphère, la couche atmosphérique la plus basse. Malgré cela, d’importantes lacunes dans nos connaissances persistent concernant les processus chimiques qui modifient la composition de la troposphère.
Une lacune particulièrement importante dans les connaissances concerne la formation et la prévalence d'aérosols organiques secondaires (SOA), qui ont un impact sur le bilan radiatif de la planète, la qualité de l'air et la santé humaine. Mais cet écart se réduit – grâce aux découvertes révolutionnaires d'une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie (DOE), les Laboratoires nationaux Sandia et NASALaboratoire de propulsion à réaction (JPL) de .
Les scientifiques détaillent leurs découvertes dans un nouvel article publié dans Géosciences de la nature.
Nouvelle recherche sur les intermédiaires Criegee
L’équipe s’est concentrée sur une classe de composés appelés intermédiaires Criegee (CI). Les chercheurs soupçonnent que les CI jouent un rôle essentiel dans la formation des SOA lorsqu’ils se combinent via un processus appelé oligomérisation. Mais personne n’avait jamais identifié directement les signatures chimiques de ce processus sur le terrain – jusqu’à présent.
En utilisant les méthodes les plus avancées disponibles pour détecter les molécules en phase gazeuse et les aérosols dans l’atmosphère, l’équipe a effectué des mesures sur le terrain dans la forêt amazonienne, l’une des zones SOA les plus cruciales de la planète. Là, ils ont trouvé des preuves claires compatibles avec les réactions d'un composé intermédiaire de Criegee contenant du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène (CH2OO).
« Cette découverte est extrêmement importante car nous avons pu établir des liens directs entre ce que nous avons réellement vu sur le terrain, ce que nous avions prévu se produire avec l'oligomérisation des CI, et ce que nous avons pu caractériser en laboratoire et déterminer théoriquement », a expliqué Rebecca. L. Caravan, chimiste adjoint à Argonne et premier auteur de l'article.
Ces observations sur le terrain ne constituent qu’un élément de la science innovante rendue possible par la collaboration entre les laboratoires.
Méthodes avancées et résultats importants
« En plus des mesures sur le terrain, nous avons pu utiliser les méthodes expérimentales les plus avancées au monde pour caractériser directement les réactions intermédiaires de Criegee. Nous avons utilisé la cinétique théorique la plus avancée pour prédire des réactions que nous ne pouvons pas mesurer directement. Et nous avons profité de la modélisation chimique mondiale la plus avancée pour évaluer les effets attendus de l’oligomérisation dans la troposphère sur la base de ces cinétiques », a déclaré Craig A. Taatjes, chimiste de combustion chez Sandia.
Cette combinaison de composants a produit des résultats d’une importance cruciale.
« Premièrement, nous avons découvert que la chimie des CI pourrait jouer un rôle plus important dans la modification de la composition de la troposphère que ne le supposent les modèles atmosphériques actuels – probablement d'un ordre de grandeur », a déclaré Carl Percival, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. « Deuxièmement, la modélisation mise à jour que nous avons réalisée sur la base de nos travaux n'a produit qu'une fraction des signatures d'oligomérisation que nous avons observées sur le terrain. »
Cela pourrait signifier que la chimie de l’IC pourrait entraîner encore plus de transformations au sein de la troposphère, ou que d’autres mécanismes chimiques, encore non identifiés, sont à l’œuvre.
« Nous avons encore beaucoup de travail à faire pour définir pleinement le rôle des réactions CI dans la troposphère », a conclu Caravan. « Mais ces découvertes élargissent considérablement notre compréhension d'une voie potentiellement importante pour la formation de SOA dans la couche la plus importante de l'atmosphère terrestre. »
Le financement des travaux menés à Argonne et Sandia a été assuré par le programme des sciences énergétiques de base du Bureau des sciences du DOE et par la National Nuclear Security Administration. La NASA a financé les recherches effectuées au Jet Propulsion Laboratory.
