Des travaux antérieurs menés à l'IASB et ailleurs ont révélé l'existence d'une source insaisissable mais très importante d'acide formique d'origine inconnue dans l'atmosphère terrestre. L'acide formique est l'agent acidifiant dominant dans les nuages des précipitations dans des régions éloignées.
Il y a quelques années, des scientifiques ont affirmés que la conversion du formaldéhyde (HCHO) par les nuages liquides était une source très importante d'acide formique (HCOOH), expliquant la source manquante (Franco et al., Nature, 2021). Ce mécanisme implique la conversion du formaldéhyde (HCHO) en méthanediol (HOCH2OH) dans les nuages et l'oxydation en phase gazeuse du méthanediol en acide formique.
Une nouvelle étude publiée dans PNAS (Proceedings of the National Academy of Science) (Nguyen et al.) a démontré, à l'aide d'outils théoriques et de modélisation, que ce processus représente moins de 10 % de la source nécessaire pour boucler le budget mondial de l'acide formique. En outre, les simulations du modèle - réalisées à l’IASB - montrent que le mécanisme est particulièrement inefficace dans les zones végétalisées, qui sont précisément celles où la source manquante devrait être la plus importante.
Évaluation théorique des processus clés
En utilisant des outils théoriques avancés, Nguyen et al. ont découvert que la réaction en phase gazeuse du méthanediol avec OH est beaucoup plus lente (d'un facteur 3) que ce qu'avaient supposé Franco et al. sur la base d'expériences en laboratoire. Cette divergence s'explique par la présence d'autres composés (oligomères du méthanediol) qui contribuent à la formation de HCOOH dans les expériences, mais pas dans l'atmosphère réelle.
Ensuite, une évaluation théorique de haut niveau de l'équilibre entre le formaldéhyde et le méthanediol en phase gazeuse dans les nuages montre que le méthanediol en phase gazeuse n'est présent qu'en quantités infimes (environ 2 % du formaldéhyde présent), indépendamment de la teneur en eau liquide du nuage.
Simulation de l'impact du traitement du formaldéhyde dans le nuage sur l'acide formique
L'IASB a réalisé des simulations de modèles pour quantifier la conversion du méthanediol liquide en méthanediol gazeux lors de l'évaporation du nuage. Les résultats ont été utilisés pour paramétrer le mécanisme global de conversion du formaldéhyde dans les nuages dans un modèle de transport chimique global, le modèle MAGRITTE, qui a ensuite été utilisé pour quantifier la production d'acide formique dans l'atmosphère par le biais du mécanisme de traitement des nuages.
Une attention toute particulière a été accordée à la prise en compte des sources d'incertitude importantes, notamment le temps moyen que les parcelles d'air passent dans les nuages. D'autres processus affectant le méthanediol en plus de son oxydation en acide formique - dépôt à la surface de la terre et réabsorption dans les nuages - se sont avérés importants pour l'évaluation finale.
Comme le montre la figure à gauche, l'influence relative de conversion du formaldéhyde dans les nuages sur l'acide formique est la plus importante (jusqu'à +50%) au-dessus des océans - où les nuages sont abondants et les autres sources d'acide formique rares - et il est le plus faible au-dessus des forêts. Il semble que la source manquante de HCOOH reste décidément insaisissable ! Il faudra faire preuve de plus de travail et d'imagination pour explorer les moyens possibles de résoudre cette divergence de longue date...
Publication
Nguyen, T.L .; Peeters, J .; Müller, J.-F .; Perera, A .; Bross, D.H .; Ruscic, B .; Stanton, J.F. (2023). Methanediol from cloud-processed formaldehyde is only a minor source of atmospheric formic acid. , Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 120, Issue 48, e2304650120, DOI: 10.1073/pnas.2304650120.
Contact scientifique
- Dr. Jean-François Müller, Chef de département "Sources et puits des composants atmosphériques", Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique
E-mail : jean-francois (dot) muller (at) aeronomie (dot) be
Contact presse
- Dr. Karolien Lefever, Chef de service “Communication et documentation”, Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique
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