Les polluants ne se forment souvent que dans l'air

Les aérosols organiques anthropiques sont des particules fines riches en carbone, émises dans l’atmosphère par les activités humaines. Ils constituent un risque majeur pour la santé, contribuant à des millions de décès chaque année dans le monde. Dans les grandes villes, les combustions incomplètes issues des secteurs du transport, de l’industrie et du résidentiel libèrent des gaz organiques qui, après oxydation, se transforment en particules nocives pour la santé.

Dans une étude internationale menée au CERN l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire à Genève, des scientifiques du PSI ont approfondi la compréhension de la formation des aérosols organiques anthropiques. Leurs résultats révèlent que ces polluants émergent après plusieurs étapes d’oxydation, soulignant un impact régional de la pollution par les particules fines plus important qu’estimé jusqu’à présent. Ces conclusions suggèrent que réduire uniquement les émissions directes des usines, habitations et véhicules – par exemple avec des filtres à particules – ne suffit pas. Il est également essentiel de contrôler les gaz précurseurs responsables de la formation de ces aérosols nocifs. Les scientifiques publient leurs travaux dans la revue Nature Geoscience.

Les particules fines dues à l’activité humaine se forment plus lentement

Au cours de la dernière décennie, les scientifiques estimaient que les aérosols organiques se formaient en une seule étape d’oxydation, un processus connu sous le nom d’autoxydation. Les précurseurs gazeux naturels, comme les terpènes – hydrocarbures émis par les plantes – s’oxydent rapidement, générant directement des particules dans l’air.

La nouvelle étude révèle que la formation des particules issues des émissions anthropiques suit un processus différent. Les précurseurs gazeux, tels que le toluène et le benzène – émis notamment par les gaz d’échappement des véhicules et la combustion du bois – subissent plusieurs étapes d’oxydation avant de se transformer en particules. «Cette découverte remet en question l’idée selon laquelle les polluants se forment principalement à proximité des sources d’émission», explique Imad El Haddad, chef de projet de l’étude. «Au contraire, la formation des aérosols anthropiques est un processus plus long, prolongeant ainsi leurs effets à l’échelle régionale.»

Une chambre de simulation unique au monde

La nouvelle étude a été menée dans la chambre de simulation CLOUD (Cosmic Leaving OUtdoor Droplets, ou «Gouttelettes cosmiques en plein air») du CERN. Plus de 70 scientifiques d’Europe et d’Amérique du Nord ont collaboré pour y reproduire la pollution atmosphérique urbaine et étudier la formation des aérosols organiques. CLOUD, la chambre de simulation la plus propre au monde, permet un contrôle extrêmement précis de paramètres tels que la température et la pression, avec une précision au dixième de degré. Ce cylindre en acier inoxydable, d’une capacité d’environ 26 mètres cubes, est équipé d’instruments ultra-sensibles capables d’observer chaque modification en temps réel. Pour leurs expériences, les scientifiques remplissent la chambre d’un mélange gazeux simulant le smog urbain, afin d’analyser la transformation des gaz d’échappement en aérosols organiques.

Travaillant en continu, les scientifiques ont mesuré sans interruption le smog simulé. Ils ont analysé la distribution des particules formées grâce à l’analyse de leur mobilité et identifié en temps réel les vapeurs condensables par spectrométrie de masse. Ils ont également quantifié avec précision la proportion de vapeurs condensant sur les parois de la chambre, un paramètre essentiel pour évaluer la formation d’aérosols. «Grâce à ces observations, nous comprenons mieux comment les aérosols anthropogènes se forment et évoluent dans l’air», explique Imad El Haddad.

Prédictions plus précises

L’étude révèle qu’une grande partie des aérosols organiques anthropiques ne se forme pas immédiatement après la première oxydation, mais seulement après plusieurs étapes successives, un processus pouvant durer de six heures à deux jours. Les scientifiques estiment que plus de 70 % de ces particules résultent de cette oxydation multi-générationnelle.

Ces résultats affinent les modèles de pollution atmosphérique en permettant des prévisions plus précises des concentrations de particules fines et en améliorant la compréhension de leurs impacts régionaux. Ils soulignent également l’importance de réduire non seulement les émissions directes de particules fines, par exemple via des filtres, mais aussi celles des précurseurs gazeux à l’origine de leur formation. Une telle approche renforcerait l’efficacité des mesures de lutte contre la pollution de l’air et bénéficierait à la santé publique.