Que pourrait-il bien se passer dans l’air qui nous entoure, transparent et insaisissable ? 

Eh bien .... tellement de choses, qu’il est encore impossible pour le moment de tout comprendre. Les molécules s’entrecroisent, se mélangent et se transforment sans arrêt. 

Des chercheurs travaillent au quotidien pour comprendre ces mécanismes et anticiper les dérèglements potentiellement négatifs pour la vie sur Terre. 

« L’air, je passe ma vie à l’étudier. C’est un monde invisible, complexe et super intéressant. On n’imagine pas tout ce qu’il se passe dans l’air. » écrit Coralie Schoemaecker, Chargée de recherche au CNRS 

Pour mesurer l’invisible, des techniques et des instruments de pointe doivent être utilisés. 

Il y a trois étapes principales pour comprendre un mécanisme de chimie atmosphérique :

Calculs puis utilisation de réacteurs en laboratoire : Des calculs de "chimie théorique" permettent de prédire la concentration des polluants à observer. Des tests sont ensuite réalisés dans des réacteurs pour confirmer le modèle théorique.

Mesures en chambres de simulation atmosphérique : Elles sont éclairées par le soleil ou un simulateur solaire et offrent des conditions plus réalistes que les réacteurs utilisés en laboratoire.

Mesures sur le terrain : Les polluants sont mesurés dans divers environnements, comme en milieu urbain ou en forêt. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par le modèle théorique.

Ces étapes doivent être répétées à plusieurs reprises car certains instruments utilisés dans les réacteurs du laboratoire présentent des biais détectables lors des manipulations en chambres de simulation atmosphérique. De plus, certains résultats en chambre de simulation ne se concrétisent pas sur le terrain. Il est donc nécessaire de reprendre les calculs théoriques afin de valider à nouveau les mesures.

D’ailleurs, les instruments utilisés en laboratoire sont souvent très coûteux et volumineux, ce qui peut s’avérer contraignant pour mener à bien les expérimentations sur le terrain. Pour rendre ces procédés plus maniables et multiplier les campagnes de mesures, des projets de recherche sont spécifiquement dédiés à la création d'instruments innovants. 

C’est le cas du projet ICAR-HO₂ coordonné par le Pr. Weidong Chen de l’Université du Littoral Côte d’Opale. ICAR-HO₂, vise à développer un instrument compact et innovant pour la mesure des radicaux HO₂ dans l’atmosphère. Cette molécule joue un rôle dans la formation de l’ozone (O₃), une substance qui affecte les plantes, la santé humaine et, en partie, responsable de l’effet de serre. Il est donc nécessaire d’en comprendre les mécanismes pour mesurer les impacts actuels et à venir. 

Néanmoins, les méthodes de travail sont limitées car ce composé est très réactif, par conséquent son teneur dans l’atmosphère est très très faible (≤pptv, une molécule HO2 noyé dans un billion des molécules « normales » telles que O2, N2, etc), il est donc très difficile de les mesurer. Ce projet de développement d’un capteur de mesure vise à effectuer une quantification très précise des radicaux HO2 afin d’améliorer la compréhension de la production et de la transformation des polluants. Ainsi, il sera possible d’améliorer les modèles de chimie atmosphérique pour qu’on puisse prédire les réactions entre molécules en fonction des conditions et des aléas naturels.

Si les chercheurs possèdent des modèles de chimie atmosphérique plus pertinents, il est possible d’avertir les politiques et de proposer des quotas pour limiter les risques que peuvent engendrer les molécules dans notre atmosphère. Les données récoltées permettent d’informer les politiques quant aux décisions à prendre sur les règles sanitaires.

Les chambres de simulations : 

En chimie atmosphérique, les chambres de simulation sont des espaces clos où sont reproduites certaines conditions atmosphériques et naturelles. L’objectif : analyser les mécanismes chimiques entre les molécules présents dans un atmosphère simulé. Ces installations sont importantes pour comprendre les réactions entre les molécules présents dans notre atmosphère. Elles permettent aux chercheurs de développer des modèles précis avant de mener des expériences de terrain dans l’atmosphère réel qui sont souvent plus coûteuses et plus longues. 

Elles peuvent par exemple reproduire le rayonnement solaire, la température, l’humidité, et parfois même intégrer des plantes ou des points d’eau. Ces environnements contrôlés permettent d'analyser les réactions chimiques de manière détaillée, offrant des conditions plus proches de la réalité que les expériences de laboratoire traditionnelles. Cependant, le contrôle de ces conditions dans les chambres de simulation peut introduire des biais, rendant les expériences de terrain indispensables pour la recherche en chimie atmosphérique. 

Les chambres de simulation varient en taille et en capacité. Par exemple, la plateforme CHARME, située à l'Université du Littoral Côte d'Opale à Dunkerque, est une enceinte en acier inoxydable d’un volume de 9 m³, l’équivalent de 8 laves-linge. Tandis que la chambre SAPHIR à Jülich, en Allemagne, mesure 20 mètres de long d’un volume de 270 m³. L’instrument développé par la projet ICAR-HO2 sera testé et validé dans cette chambre de simulation européenne. 

Paula Wattebled, alternante en communication pour le Service culture scientifique de l'Université de Picardie Jules Verne.