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La tour de surveillance de 40 mètres de haut de l’observatoire atmosphérique d’Innsbruck près du centre-ville d’Innsbruck en Autriche, en Europe, fournit en continu des données sur la composition de l’atmosphère près de la surface. Chaque heure, 36 000 points de données sont enregistrés. En utilisant une méthode de mesure spéciale – la méthode dite de covariance de Foucault – la concentration des composants de l’air peut être surveillée en continu. Une équipe internationale dirigée par Thomas Karl du Département des sciences atmosphériques et cryosphériques de l’Université d’Innsbruck a maintenant utilisé ces données pour étudier en détail la chimie de l’ozone, du monoxyde d’azote et du dioxyde d’azote dans les zones urbaines. La forte proportion de véhicules diesel dans les villes européennes entraîne de fortes concentrations de monoxyde d’azote. Celui-ci réagit avec l’ozone pour produire du dioxyde d’azote. Dans l’atmosphère, le dioxyde d’azote se décompose à nouveau en monoxyde d’azote et en oxygène atomique, qui se combine immédiatement avec l’oxygène atmosphérique pour former de l’ozone.
Hypothèse communedoit être affiné
Ce cycle chimique a été décrit mathématiquement il y a plus de 60 ans dans le premier manuel sur la pollution atmosphérique de Philip Leighton. La relation entre les deux processus est depuis appelée le rapport de Leighton. Les modèles informatiques de la chimie atmosphérique utilisent le rapport de Leighton pour minimiser la complexité en dérivant la concentration d’ozone, d’oxyde nitrique et de dioxyde d’azote de la concentration de chacun des deux autres. En pratique, cela a été utilisé, par exemple, pour dériver les concentrations d’ozone dans les zones polluées par les oxydes d’azote. Les données des chercheurs atmosphériques d’Innsbruck montrent maintenant qu’en présence d’émissions élevées de monoxyde d’azote, les simplifications informatiques faites par Leighton conduisent à des résultats incorrects. Thomas Karl souligne que « dans les villes à fortes émissions de monoxyde d’azote, ce rapport peut être surestimé jusqu’à 50 %, ce qui peut conduire à des calculs de modèles surestimant les concentrations d’ozone troposphérique dans les zones urbaines ». L’effet des interactions chimie-turbulence joue un rôle important dans la couche la plus basse de l’atmosphère, jusqu’à 200 mètres au-dessus du sol.
L’effet étudié à Innsbruck est responsable de la combinaison d’une forte turbulence dans les zones urbaines et de fortes émissions de monoxyde d’azote. . Le mélange des gaz combiné aux processus chimiques relativement rapides entraîne la conversion d’une plus grande quantité d’ozone en dioxyde d’azote. Les données des chercheurs montrent également que les émissions directes de dioxyde d’azote provenant du trafic urbain sont largement négligeables par rapport à la formation secondaire. « Il reste important de noter que les réglementations environnementales ne reposent pas sur des modèles de calcul mais entrent en vigueur en fonction des concentrations réelles de polluants mesurées », a souligné Thomas Karl.
Les résultats viennent d’être publiés dans Science Advances. La recherche a été menée conjointement avec le National Center for Atmospheric Research (États-Unis), la Case Western Reserve University (États-Unis), l’Université de Wageningen (NL) et Luftblick (AT), et a été soutenue financièrement par le Fonds scientifique autrichien FWF et l’Agence spatiale européenne. ESA, entre autres.
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