Les activités humaines émettent de nombreux types de polluants dans l’air, et sans une molécule appelée hydroxyde (OH), bon nombre de ces polluants continueraient à s’agréger dans l’atmosphère.
La façon dont OH se forme dans l’atmosphère était considérée comme une histoire complète, mais dans de nouvelles recherches publiées dans Actes de l’Académie nationale des sciencesune équipe de recherche qui comprend Sergey Nizkorodov, professeur de chimie à l’Université de Californie à Irvine, rapporte qu’un fort champ électrique qui existe à la surface entre les gouttelettes d’eau en suspension dans l’air et l’air ambiant peut créer de l’OH par un mécanisme jusque-là inconnu.
C’est une découverte qui devrait remodeler la façon dont les scientifiques comprennent comment l’air se débarrasse de choses comme les polluants émis par l’homme et les gaz à effet de serre, avec lesquels l’OH peut réagir et les éliminer. « Vous avez besoin d’OH pour oxyder les hydrocarbures, sinon ils s’accumuleraient indéfiniment dans l’atmosphère », a déclaré Nizkorodov.
« OH est un acteur clé dans l’histoire de la chimie atmosphérique. Il initie les réactions qui décomposent les polluants atmosphériques et aide à éliminer les produits chimiques nocifs tels que le dioxyde de soufre et l’oxyde nitrique, qui sont des gaz toxiques, de l’atmosphère », a déclaré Christian George, un chimiste atmosphérique à l’Université de Lyon en France et auteur principal de la nouvelle étude. « Ainsi, avoir une compréhension complète de ses sources et de ses puits est essentiel pour comprendre et atténuer la pollution de l’air. »
Auparavant, les chercheurs supposaient que la lumière du soleil était le principal moteur de la formation d’OH.
« La sagesse conventionnelle est que vous devez fabriquer OH par photochimie ou chimie redox. Vous devez avoir la lumière du soleil ou des métaux agissant comme catalyseurs », a déclaré Nizkorodov. « Ce que ce document dit essentiellement, c’est que vous n’avez besoin de rien de tout cela. Dans l’eau pure elle-même, l’OH peut être créé spontanément par les conditions particulières à la surface des gouttelettes. »
L’équipe s’est appuyée sur les recherches des scientifiques de l’Université de Stanford dirigées par Richard Zare qui ont signalé la formation spontanée de peroxyde d’hydrogène à la surface des gouttelettes d’eau. Les nouvelles découvertes aident à interpréter les résultats inattendus du groupe Zare.
L’équipe a mesuré les concentrations d’OH dans différents flacons – certains contenant une surface air-eau et d’autres ne contenant que de l’eau sans air – et a suivi la production d’OH dans l’obscurité en incluant une molécule « sonde » dans les flacons qui devient fluorescente lorsqu’elle réagit avec l’OH.
Ce qu’ils ont vu, c’est que les taux de production d’OH dans l’obscurité reflètent ceux et dépassent même les taux des conducteurs comme l’exposition au soleil. « Suffisamment d’OH sera créé pour concurrencer d’autres sources d’OH connues », a déclaré Nizkorodov. « La nuit, lorsqu’il n’y a pas de photochimie, OH est toujours produit et il est produit à un taux plus élevé que ce qui se produirait autrement. »
Les résultats, a rapporté Nizkorodov, modifient la compréhension des sources d’OH, ce qui changera la façon dont d’autres chercheurs construisent des modèles informatiques qui tentent de prévoir comment se produit la pollution de l’air.
« Cela pourrait changer de manière assez significative les modèles de pollution de l’air », a déclaré Nizkorodov. « L’OH est un oxydant important à l’intérieur des gouttelettes d’eau et l’hypothèse principale des modèles est que l’OH provient de l’air, il n’est pas produit directement dans la gouttelette. »
Pour déterminer si ce nouveau mécanisme de production d’OH joue un rôle, Nizkorodov pense que la prochaine étape consiste à effectuer des expériences soigneusement conçues dans l’atmosphère réelle dans différentes parties du monde.
Mais d’abord, l’équipe s’attend à ce que les résultats fassent sensation dans la communauté de la recherche atmosphérique.
« Beaucoup de gens liront ceci mais ne le croiront pas au départ et essaieront soit de le reproduire, soit de faire des expériences pour prouver qu’il est faux », a déclaré Nizkorodov. « Il y aura certainement de nombreuses expériences de laboratoire qui suivront cela. »
Il a ajouté que l’UCI est un lieu privilégié pour que cette science continue de se produire, car d’autres laboratoires de l’UCI, comme celui d’Ann Marie Carlton, professeur de chimie, concentrent leurs efforts sur le rôle que jouent les gouttelettes d’eau dans l’atmosphère.
Plus d’information:
Kangwei Li et al, Formation sombre spontanée de radicaux OH à l’interface de gouttelettes atmosphériques aqueuses, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2220228120