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14.05.2020 - 11:08

Une avancée pour mieux comprendre la formation du smog urbain

Une expérience du CERN a permis de découvrir un nouveau mécanisme responsable des épisodes de pollution atmosphérique hivernale dans les villes. Les scientifiques ont mis en évidence le rôle de l'ammoniac et de l'acide nitrique dans ce processus.

Ces résultats pourraient aider à définir des politiques permettant de réduire la pollution urbaine par les particules fines, un type de pollution qui se hisse au cinquième rang des facteurs de risque de mortalité dans le monde, indique jeudi le CERN dans un communiqué. Ils ont été publiés dans la revue Nature.

Le smog hivernal est un phénomène courant dans les villes. De nouvelles particules se forment dans un air pollué piégé sous une couche d'inversion. L'air chaud se trouvant au-dessus de la couche d'inversion inhibe la convection, la pollution stagne près du sol.

Selon le CERN, les scientifiques ne comprenaient pas comment de nouvelles particules d'aérosol parvenaient à se former et à se développer dans cet air très pollué, car elles sont censées être captées rapidement par les aérosols déjà existants. De nouveaux résultats obtenus par l'expérience CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) pourraient expliquer ce mystère, indique le CERN.

Brouillard en chambre

Les chercheurs ont utilisé une chambre à brouillard spéciale, capable de reproduire tous les différents aspects de l'atmosphère terrestre. Ils ont ainsi pu étudier comment se forment les particules d'aérosol et leur effet sur les nuages et le climat.

Les chercheurs ont aussi tenu compte du fait que les ions des rayons cosmiques peuvent également affecter la formation d'aérosols. Ils ont recréé des conditions de pollution urbaine dans la chambre, et ils ont étudié le rôle de l'ammoniac et de l'acide nitrique à des niveaux de concentration semblables à ceux dans l'atmosphère.

Dans les villes, la présence d'ammoniac et d'acide nitrique, issu des oxydes d'azote, est en grande partie due aux véhicules. "Nous pensions jusque-là que l'ammoniac et l'acide nitrique jouaient un rôle passif dans la formation des particules, se limitant à de simples échanges avec le nitrate d'ammonium présent dans les particules", explique Jasper Kirkby, qui dirige l'expérience CLOUD.

Croissance rapide

La nouvelle étude CLOUD, à laquelle a participé l’Institut Paul Scherrer (PSI), a montré que de légères inhomogénéités dans les concentrations d'ammoniac et d'acide nitrique, ne durant que quelques minutes, peuvent entraîner des vitesses de croissance des particules jusqu'à plus de cent fois supérieures à celles observées jusqu’à présent. Mais uniquement sous la forme de brèves poussées, souligne le CERN.

Ces vitesses de croissance ultra-rapides sont suffisantes pour faire grossir rapidement les particules nouvellement formées, qui sont alors moins susceptibles d'être captées par les particules préexistantes. Résultat : un smog épais contenant un nombre élevé de particules.

Action politique

"Les émissions d'oxydes d'azote sont réglementées, alors que celles d'ammoniac ne le sont pas; les émissions d'ammoniac pourraient même augmenter avec le dernier modèle de convertisseur catalytique utilisé dans les véhicules à essence et diesel. Notre étude montre que les émissions d'ammoniac provenant des véhicules devront être réglementées pour réduire le smog urbain", conclut Jasper Kirkby.

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