Comment se forment les aérosols

Les aérosols sont des gouttelettes finement dispersées ou des particules solides dans un gaz. Les nuages, par exemple, sont des gouttelettes d'eau dispersées dans l'air et constituent donc un aérosol. La formation de telles gouttelettes se déroule en deux étapes : Dans un premier temps, il se forme ce que l'on appelle un germe de condensation. Dans un deuxième temps, des molécules volatiles s'y condensent et forment une gouttelette. Les germes de condensation sont souvent composés d'autres molécules que celles qui se condensent ensuite sur eux. Dans le cas des nuages, les germes de condensation contiennent souvent de l'acide sulfurique et des substances organiques. La vapeur d'eau de l'atmosphère se condense ensuite sur ces germes.

Des scientifiques dirigés par Ruth Signorell, professeure au Département de chimie et des sciences biologiques appliquées, viennent d'acquérir de nouvelles connaissances sur la première étape de la formation d'un aérosol, le processus de nucléation. "Les observations ont montré que les composants volatils peuvent également influencer le processus de nucléation", explique Signorell. "En revanche, il n'était pas clair comment comprendre ce mécanisme au niveau moléculaire, car il n'était jusqu'à présent pas possible d'observer expérimentalement les composants volatils pendant la nucléation. Même dans une célèbre expérience sur la formation des nuages au Cern, l'expérience "Cloud", certains composants volatils n'ont pas pu être détectés directement.

Un composant volatile détecté pour la première fois

Les chercheurs de l'ETH ont développé une expérience permettant d'étudier les premières microsecondes du processus de nucléation. Les particules formées lors de ce processus restent intactes dans l'expérience pendant ce laps de temps et peuvent être détectées par spectrométrie de masse. Au cours de l'expérience, les scientifiques ont étudié la nucléation dans différents types de CO₂-Les chercheurs ont utilisé des mélanges de gaz contenant de l'hydrogène. Pour la première fois, ils ont également pu mettre en évidence le composant volatil. Il s'agissait dans l'expérience de CO₂. Les chercheurs ont ainsi pu montrer que les composants volatils sont d'une part essentiels à la formation des germes de nucléation et d'autre part qu'ils accélèrent ce processus.

Comme le suggère une analyse des données expérimentales, cette accélération est due au fait que les composants volatils catalysent la nucléation des composants moins volatils. Ils le font par la formation d'agrégats moléculaires mixtes de courte durée de vie, appelés complexes compagnons. "Comme la volatilité des composants gazeux dépend de la température, celle-ci joue également un r?le important dans ces processus", explique Signorell.

Ces nouveaux résultats de recherche sont notamment intéressants pour mieux comprendre la nucléation, ses mécanismes moléculaires et sa vitesse, et pour pouvoir les modéliser, par exemple lors de la formation des nuages dans l'atmosphère terrestre. En outre, les résultats devraient aider à rendre la formation technique d'aérosols plus efficace. Un exemple en est le recyclage du CO₂-lors du traitement du gaz naturel au moyen d'un refroidissement rapide.