Nouveaux impacts des poussières minérales sur la composition atmosphérique

Jeudi, 13 mars 2008

Une petite équipe internationale et pluridisciplinaire de chercheurs vient de mettre en évidence un impact important, mais inconnu jusqu'alors, des épisodes sahariens sur la composition atmosphérique. L'activité photocatalytique des poussières minérales dans l'atmosphère conduit en effet à une diminution de la concentration atmosphérique en dioxyde d'azote et donc en ozone troposphérique, et pourrait in fine modifier leur impact sur le climat. Ce résultat est publié dans Geophysical Research Letters.

Les Européens et les Américains connaissent bien ces épisodes dits sahariens, au cours desquels jusqu'à 1 million de tonnes de poussières minérales peut être exportée du continent africain vers l'Europe ou l'Amérique du Nord. Cependant, l'extension des zones arides pourrait conduire, à terme, à une croissance de la quantité de poussières minérales ainsi injectée dans l'atmosphère. Face à l'ampleur que pourrait prendre ce phénomène, les chercheurs s'interrogent sur l'impact que pourrait avoir ces poussières sur le climat.
Malgré le nombre et la diversité des travaux déjà réalisés sur le comportement de ces poussières, l'impact de la lumière sur la dégradation, à leur contact, des gaz atmosphériques n'avait jamais été étudié. Pourtant, ces particules, dont la composition est directement reliée à celle de la croûte terrestre dont elles sont issues, contiennent très souvent(1) du dioxyde de titane (TiO2), un composé qui possède de singulières propriétés photocatalytiques(2) pouvant donner lieu à une chimie non encore étudiée à des fins "atmosphériques".

Une équipe réunissant des chimistes(3), des physiciens(4) et des modélisateurs(5) de divers laboratoires s'est donc penchée sur la question.

En travaillant en laboratoire sur des surfaces synthétiques de silice - dioxyde de titane (SiO2-TiO2) et sur des poussières du Sahara et de l'Arizona, ils ont pu montrer pour la première fois qu'en présence de dioxyde d'azote(6), les poussières minérales étaient effectivement le siège de réactions photocatalytiques, liées à la présence d'oxyde de titane. Au cours de ces réactions, le dioxyde d'azote est transformé en nitrate et acide nitreux.
Variations, en pourcentage, des concentrations en dioxyde d'azote dans l'atmosphère lors d'un épisode saharien, le 30 juillet 2002 (les valeurs sont négatives car elles correspondent à une disparition du dioxyde d'azote). © LSCE/IPSL, Y. Balkanski En présence de poussières minérales, la teneur de l'atmosphère en dioxyde d'azote devrait donc diminuer, ainsi que celle en ozone dans la mesure où le dioxyde d'azote est le plus important précurseur de l'ozone troposphérique. C'est ce que ces scientifiques ont également cherché à vérifier, en utilisant un outil de modélisation 3D (le modèle LMDz-INCA). Ils ont ainsi pu montrer que, dans un panache saharien, la diminution des concentrations en dioxyde d'azote et en ozone pouvaient aller jusqu'à 37 et 5 % respectivement.

Cette première étude bouleverse la connaissance que l'on avait jusqu'alors de la chimie atmosphérique des particules minérales et donc de leur impact sur la composition de l'atmosphère.
Elle ouvre en outre de nouvelles voies de recherche. Les scientifiques ont notamment constaté que les nitrates produits par la photocatalyse du dioxyde d'azote restaient sur la surface des particules : comment cela va-t-il modifier leurs propriétés optiques (réflexion/absorption de la lumière solaire) et avec quel impact sur le climat ? Voilà de nouvelles questions auxquelles les chercheurs s'attellent déjà.

Note(s): 
  1. Selon leur provenance, les poussières peuvent contenir de 0 à 8 % de dioxyde de titane, soit environ 1% en moyenne.
  2. Une réaction photocatalytique est une réaction catalytique pour laquelle l'action du catalyseur (ici la surface des poussières) est induit par la lumière.
  3. Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (CNRS / Université Lyon 1) (IRCELYON), Physikalische Chemie/FB C, Brgische Universität Wuppertal, Wuppertal (Allemagne), Laboratory of radio- and environmental chemistry, Paul Scherrer institute, Villigen (Suisse)
  4. Physics Department, University Cheikh Anta DIOP, Dakar-Fann, Sénégal
  5. Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (CNRS, CEA, Université Versailles St-Quentin) de l'Institut Pierre-Simon Laplace (LSCE/IPSL)
  6. Le dioxyde d'azote (NO2) est un composé naturellement présent dans l'atmosphère. C'est aujourd'hui un polluant produit en quantités importantes par les processus de combustion. Dans l'atmosphère, il se dissocie sous l'action de la lumière pour donner de l'ozone, ce qui fait de lui l'une des principales sources de pollution à l'ozone.
Source(s): 

Ndour, M., B. D'Anna, C. George, O. Ka, Y. Balkanski, J. Kleffmann, K. Stemmler, and M. Ammann (2008), Photoenhanced uptake of NO_2 on mineral dust: Laboratory experiments and model simulations, Geophys. Res. Lett., 35, L05812, doi:10.1029/2007GL032006.

Contact(s):
  • Christian George, IRCELYON
    christian [dot] george [at] ircelyon [dot] univ-lyon1 [dot] fr, 04 72 43 14 89

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