Une équipe de recherche conduite par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA et le Caltech (Institut Technologique de Californie), tous deux situés à Passadena en Californie, a caractérisé entièrement une réaction chimique clé qui affecte la formation des polluants dans l'air des régions urbaines du monde. Une fois appliqués à Los Angeles, les résultats du laboratoire suggèrent que, les jours les plus pollués et dans les parties les plus polluées de Los Angeles, les modèles actuels sous-estiment le niveau d'ozone de 5 à 10 %. Les résultats, publiés fin octobre 2010 dans le journal Science, sont sensés avoir «un impact faible mais significatif sur les prévisions des modèles informatiques utilisés pour évaluer la qualité de l'air, réguler les émissions et estimer l'impact de la pollution de l'air sur la santé,» a déclaré Mitchio Okumura, professeur de physique chimie à Caltech et l'un des principaux investigateurs de la recherche. «Ce travail démontre combien les mesures précises du laboratoire sont importantes pour notre compréhension de l'atmosphère», a déclaré le Chercheur en chef du JPL Stanley P. Sander, qui a conduit l'effort de l'équipe du JPL. «C'est la première fois que cette réaction chimique cruciale a été étudiée par deux équipes utilisant des méthodes complémentaires qui permettent d'en comprendre les détails.» La réaction principale en question dans cette recherche est entre le dioxyde d'azote et le radical hydroxyle. En présence de lumière solaire, ces deux composants, avec les composés organiques volatiles, jouent des rôles importants dans les réactions chimiques qui forment l'ozone, ce qui au niveau du sol est un polluant de l'air nocif pour les plantes et les animaux, hommes inclus. Jusqu'à la dernière décennie, les scientifiques pensaient que ces deux composants se combinaient uniquement pour former l'acide nitrique, une molécule assez stable avec une longue vie atmosphérique qui ralentit la formation de l'ozone. Les chimistes suspectaient qu'une seconde réaction pourrait également se produire, créant de l'acide péroxynitreux, un composant moins stable qui désagrège rapidement après sa formation, en délivrant le radical hydroxyle et le dioxyde de nitrogène pour reprendre la création d'ozone. Mais jusqu'à présent, ils n'étaient pas sûrs de la rapidité de ces réactions ni de la quantité d'acide nitrique qui pouvait être créée à partir de l'acide peroxynitreux. L'équipe du JPL a mesuré ce taux en utilisant un réacteur chimique avancé de grande précision, construit par JPL. L'équipe de la Caltech a ensuite déterminé le ratio des taux des deux processus séparés. Les calculs théoriques du professeur de chimie Anne Mc Coy à Colombus, Université d'Etat de l'Ohio, ont contribué à comprendre la non-suffisamment étudiée molécule d'acide peroxynitreuse. «Ces travaux étaient la synthèse de deux expériences très différentes et difficiles», a ajouté l'auteur principal et ancien étudiant diplômé de Caltech Andrew Mollner avec Aerospace Corporation à El Segundo, en Californie. «Bien qu'aucune expérimentation isolée ne fournisse de résultats définitifs, en combinant les deux séries de données, les paramètres nécessaires pour les modèles de la qualité de l'air pourraient être déterminés de manière précise.» A la fin, les chercheurs ont découvert que la perte du radical d'hydroxyle et de dioxyde d'azote était plus lente qu'on ne le pensait auparavant, bien que les réactions soient plus rapides, la quantité de radicaux qui termine en acide nitrique est moins importante qu'on ne l'avait supposé, et plus d'entre eux ont fini en acide peroxitritreux. «Cela signifie que moins de radical d'hydroxyle et de dioxyde d'azote s'échappe, ce qui conduit à plus d'ozone proportionnellement, principalement dans les régions polluées», a déclaré Okumura. Combien en plus au juste ? Pour essayer de comprendre comment leurs résultats pourraient affecter les prévisions du niveau d'ozone, ils se sont tournés vers Robert Harley, professeur d'ingénierie environnementale à l'Université de Californie, à Berkley, et vers Willian Certer, un chercheur en chimie à l'Université de Californie, Riverside, tous deux experts en modelisation atmosphérique, pour regarder l'impact sur le ratio des prévisions de concentrations d'ozone en différentes parties de Los Angeles au cours de l'été 2 010. Résultat : «Dans les zones les plus polluées de Los Angeles, selon Okumura, ils ont calculé jusqu'à 10 % de production d'ozone supplémentaire quand ils utilisent le nouveau taux pour la formation de l'acide nitrique.» Okumura a déclaré que ce fort effet ne pourrait se produire que durant les périodes les plus polluées de l'année, et non toute l'année. Pourtant, selon lui, en considérant les risques significatifs de l'ozone pour la santé, une recherche récente qui a fait état d'une augmentation de 10 parties par milliard de la concentration en ozone, peut conduire à une augmentation de 4 % des décès pour raison respiratoire, chaque hausse est attendue à des niveaux d'ozone importants pour les gens qui régulent les émissions et évaluent les risques pour la santé. La précision de ces résultats réduit l'incertitude des modèles, une part importante dans les efforts continus pour améliorer la précision des modèles utilisés par les dirigeants politiques. Okumura pense que ce travail incitera d'autres scientifiques à réévaluer les recommendations faites aux modélistes pour utiliser les meilleurs paramètres. Pour l'équipe, cependant, la prochaine étape est de commencer à regarder une gamme plus large des conditions atmosphériques où cette réaction peut aussi être importante. Sander confirme : «Le travail actuel focalise sur les conditions atmosphériques en lien avec la pollution urbaine, c'est-à-dire des températures relativement douces et une forte pression atmosphérique,» a-t-il déclaré. «Mais la réaction radical hydroxyl/ dioxyde d'azote est importante à beaucoup d'autres altitudes». Le travail futur des deux groupes se concentrera sur les parties de l'atmosphère affectées par le transport d'une large gamme de polluants par les vents des hautes altitudes [dans la troposphère intermédiaire et supérieure de la Terre] et où la raréfaction de l'ozone issus des substances des produits humains est importante [la stratosphère]». Notes La recherche était supportée par des subventions de la NASA, le Conseil des Ressources de l'air de Californie et la Fondation Nationales des Sciences ainsi que la NASA et les associations du Département de Défense
