Les aérosols dans l’atmosphère réagissent à la lumière solaire incidente. Cette lumière est amplifiée à l’intérieur des gouttelettes et des particules d’aérosol, accélérant les réactions. Les chercheurs de l’ETH ont maintenant pu démontrer et quantifier cet effet et recommandent de le prendre en compte dans les futurs modèles climatiques.
Les gouttelettes de liquide et les particules très fines peuvent piéger la lumière – de la même manière que la lumière peut être piégée entre deux miroirs. Cela augmente l’intensité de la lumière en eux. Cela se produit également dans les très fines gouttelettes d’eau et les particules solides de notre atmosphère, c’est-à-dire les aérosols. Des chimistes de l’ETH Zurich et de l’Institut Paul Scherrer (PSI) ont maintenant utilisé la microscopie à rayons X moderne pour étudier comment l’amplification de la lumière affecte les processus photochimiques qui se déroulent dans les aérosols. Ils ont pu montrer que ces processus chimiques se déroulent deux à trois fois plus vite grâce à l’amplification de la lumière que sans cet effet.
Au Swiss Light Source du PSI, les chercheurs ont examiné des aérosols constitués de minuscules particules de citrate de fer(III). L’exposition à la lumière réduit ce composé en citrate ferreux. En utilisant la microscopie à rayons X, les zones à l’intérieur des particules d’aérosol constituées de citrate de fer (III) peuvent être distinguées de celles constituées de citrate de fer (II) avec une précision allant jusqu’à 25 nanomètres. De cette manière, les scientifiques ont pu observer et cartographier l’évolution de cette réaction photochimique dans le temps dans des particules d’aérosol individuelles avec une haute résolution.
Décomposition à l’exposition à la lumière
« Pour nous, le citrate de fer (III) était un composé représentatif qui pouvait être facilement étudié à l’aide de notre méthode », explique Pablo Corral Arroyo, postdoctorant dans le groupe du professeur Ruth Signorell de l’ETH et premier auteur de l’étude. Le citrate de fer(III) est représentatif de toute une gamme d’autres composés chimiques qui peuvent se présenter sous forme d’aérosols dans l’atmosphère. De nombreux composés organiques et inorganiques sont sensibles à la lumière et lorsqu’ils sont exposés à la lumière, ils peuvent se décomposer en molécules plus petites qui peuvent être gazeuses et donc s’échapper. « De cette façon, les particules d’aérosol perdent de la masse et changent leurs propriétés », explique Signorell. Entre autres choses, ils diffusent différemment la lumière du soleil, ce qui influence les phénomènes météorologiques et climatiques. De plus, leurs propriétés en tant que noyaux de condensation changent pendant la formation des nuages.
Les résultats ont également un impact sur la recherche sur le climat. « Les modèles informatiques actuels de la chimie atmosphérique globale ne tiennent pas encore compte de cet effet d’amplification de la lumière », déclare le professeur Signorell de l’ETH. Les chercheurs proposent d’inclure l’effet dans ces modèles à l’avenir.
Temps de réaction inégaux dans les particules
L’amplification de la lumière maintenant exactement cartographiée et quantifiée dans les particules se produit par des effets de résonance. L’intensité lumineuse est la plus grande du côté opposé de la particule d’où la lumière brille. « Dans ce hotspot, les réactions photochimiques se produisent jusqu’à dix fois plus vite que sans l’effet de résonance », explique Corral Arroyo. En moyenne sur l’ensemble de la particule, cela se traduit par une accélération du facteur deux à trois mentionné ci-dessus. Les réactions photochimiques dans l’atmosphère durent généralement plusieurs heures, voire plusieurs jours.
En utilisant les données de leur expérience, les chercheurs ont pu créer un modèle informatique pour estimer l’effet des aérosols typiques dans l’atmosphère sur une gamme d’autres réactions photochimiques. Il s’est avéré que l’effet affecte non seulement les particules de citrate de fer(III), mais tous les aérosols – particules ou gouttelettes – de composés pouvant réagir avec la lumière. Et ces réactions sont aussi deux à trois fois plus rapides en moyenne.
sources de l’histoire :
Matériel fourni par ETH Zurich. Écrit à l’origine par Fabio Bergamin. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.