Des millions de tonnes de type chimique peuvent se former dans l’atmosphère chaque année.

Des millions de tonnes d’une classe de produits chimiques extrêmement réactifs appelés hydrotrioxydes peuvent persister dans l’atmosphère pendant plusieurs heures, selon une nouvelle étude, ce qui pourrait avoir des implications pour la santé humaine et le climat mondial.

Les produits chimiques interagissent extrêmement rapidement avec d’autres composés, et leur présence signifie que les chimistes devront repenser la manière dont les processus se produisent dans l’atmosphère.

On a longtemps pensé que les hydrotrioxydes – des composés chimiques contenant un atome d’hydrogène et trois atomes d’oxygène – étaient trop instables pour durer longtemps dans des conditions atmosphériques.

Mais la nouvelle recherche montre plutôt que les hydrotrioxydes sont un produit régulier de nombreuses réactions chimiques courantes et qu’ils peuvent rester suffisamment stables pour réagir avec d’autres composés dans l’atmosphère.

« Nous avons montré que la durée de vie de l’un d’entre eux était d’au moins 20 minutes », a déclaré Henrik Grum Kjærgaard, chimiste à l’Université de Copenhague, « C’est donc assez long pour qu’ils fassent des trucs dans l’atmosphère. »

Kjærgaard est l’un des auteurs d’une nouvelle étude sur la formation d’hydrotrioxyde dans l’atmosphère publiée en ligne le 26 mai dans la revue Science.

La découverte ne signifie pas que quelque chose de nouveau se passe dans l’atmosphère ; il semble plutôt que des hydrotrioxydes s’y soient toujours formés. Mais la nouvelle étude est la première fois que l’existence de ces produits chimiques ultra-réactifs dans l’atmosphère est vérifiée. 

« Nous pouvons maintenant montrer, par observation directe, que ces composés se forment réellement dans l’atmosphère, qu’ils sont étonnamment stables et qu’ils sont formés à partir de presque tous les composés chimiques », a déclaré Jing Chen, doctorante à l’Université de Copenhague, deuxième auteur de l’étude. « Toutes les spéculations doivent maintenant être mises au repos. »

Oxydants puissants

Les hydrotrioxydes sont un type de polyoxyde d’hydrogène. L’eau est le polyoxyde d’hydrogène le plus simple et le plus courant, avec deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène, ou H2O. 

Un autre polyoxyde d’hydrogène est le peroxyde d’hydrogène, qui a deux atomes d’oxygène – H2O2 – et est couramment utilisé comme agent de blanchiment ou désinfectant. L’atome d’oxygène supplémentaire rend également de nombreux peroxydes extrêmement inflammables, et ils sont parfois utilisés comme composant des carburants pour fusées. 

Les hydrotrioxydes sont une étape plus loin, car ils ont trois atomes d’oxygène attachés les uns aux autres, ce qui les rend encore plus réactifs que les peroxydes. Ils sont écrits chimiquement comme ROOOH, où R est n’importe quel groupe lié, tel qu’un groupe carboné .

Mais bien que l’on sache que des peroxydes peuvent se former à partir de réactions chimiques dans l’atmosphère, on ne savait pas auparavant que des hydrotrioxydes pouvaient également s’y former, bien que pendant une période relativement courte avant de se décomposer en produits chimiques moins réactifs.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs estiment qu’environ 10 millions de tonnes d’hydrotrioxydes se forment dans l’atmosphère chaque année en tant que produit de l’une des réactions les plus courantes : l’oxydation de l’isoprène, une substance produite par de nombreuses plantes et animaux et qui est le composant principal du caoutchouc naturel. 

Les chercheurs estiment qu’environ 1% de l’isoprène libéré dans l’atmosphère forme des hydrotrioxydes, et qu’ils sont produits à partir de ces réactions à de très faibles concentrations – environ 10 millions de molécules d’hydrotrioxyde dans un centimètre cube de l’atmosphère, ce qui n’est qu’une très faible trace.

« Nous sommes très heureux d’avoir pu montrer que [les hydrotrioxydes] sont là et qu’ils vivent assez longtemps pour être – très probablement – importants dans l’atmosphère », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Torsten Berndt, chimiste de l’atmosphère à l’Institut Leibniz. for Tropospheric Research (TROPOS) à Leipzig, en Allemagne.

Expériences atmosphériques

Berndt a dirigé les expériences de laboratoire de recherche à TROPOS pour découvrir si les hydrotrioxydes étaient en fait produits par des réactions chimiques dans l’atmosphère, tandis que l’équipe de l’Université de Copenhague a étudié les aspects théoriques de la formation des hydrotrioxydes.

Berndt et ses collègues ont utilisé une spectrométrie de masse très sensible pour détecter les hydrotrioxydes ultra-réactifs – une technique qui peut déterminer le poids moléculaire des produits chimiques pour découvrir de quels atomes ils sont constitués. 

Les réactions pour fabriquer les hydrotrioxydes ont eu lieu dans le système d’écoulement à jet libre TROPOS, ce qui crée un flux d’air non obstrué par des parois solides.

Et l’étude a également utilisé les résultats d’expériences dans une chambre atmosphérique au California Institute of Technology de Pasadena.

Maintenant que leurs recherches ont confirmé que les hydrotrioxydes sont formés par des réactions chimiques courantes dans l’atmosphère, les scientifiques vont ensuite étudier comment les composés pourraient affecter la santé humaine et l’environnement pendant les minutes ou les heures d’activité avant que les composés ne se décomposent, a déclaré Berndt.

« D’après les connaissances de la chimie organique, nous pouvons nous attendre à ce que [les hydrotrioxydes] agissent comme un oxydant dans l’atmosphère », a-t-il déclaré. Il est également possible que les hydrotrioxydes aient un effet lorsque nos poumons respirent de l’air qui les contient à de très faibles concentrations, « mais tout cela est très spéculatif pour le moment ».

Berndt a déclaré que les hydrotrioxydes pouvaient également pénétrer dans les aérosols atmosphériques – de très fines particules solides ou des gouttelettes liquides en suspension dans l’atmosphère, telles que les cendres d’éruptions volcaniques ou la suie de grands incendies – et qu’ils pourraient y déclencher des réactions chimiques. 

« Mais les enquêtes expérimentales à ce sujet sont très difficiles », a-t-il déclaré. « il reste beaucoup à faire. »

Publié à l’origine sur Live Science .