Malgré des niveaux d'émissions nocives généralement faibles des centrales électriques et des véhicules tout au long de l'année, la pollution atmosphérique hivernale dans l'est des États-Unis reste élevée. Une nouvelle étude explique pourquoi.

L'été, les chercheurs affirment que les particules contenant de la brume sont la vedette de l'asthme, du cancer du poumon et d'autres maladies.

«Au cours des dernières années 10, les niveaux de pollution de l'air en été ont rapidement diminué, contrairement aux niveaux de pollution de l'air en hiver. La qualité de l'air en été est presque identique à celle en hiver dans l'est des États-Unis », explique Viral Shah, auteur correspondant, qui a réalisé ce travail dans le cadre de son doctorat en sciences de l'atmosphère à l'Université de Washington. "Nous avons identifié les processus chimiques qui expliquent la différence saisonnière en réponse aux réductions d'émissions."

L'étude, qui apparaît dans le Actes de l'Académie nationale des sciences, montre que les particules suivent différentes voies en hiver.

Saveurs de smog

Les résultats proviennent de l'analyse des observations recueillies lors de la campagne d'investigation 2015 Wintertime sur le transport, les émissions et la réactivité (WINTER). Au cours de cet effort, les chercheurs ont passé six semaines en hiver à traverser des panaches de pollution au-dessus des villes de New York, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, DC et le long des centrales à charbon de l'Ohio River Valley.

«Nous disposons maintenant d'un meilleur outil pour déterminer quelle est la meilleure stratégie pour améliorer la qualité de l'air en hiver…»

Les particules qui forment le smog sont de différentes saveurs. Deux principaux sont les sulfates, issus du dioxyde de soufre émis principalement par les centrales thermiques au charbon, et les nitrates, créés à partir d’oxydes d’azote, appelés collectivement NOx. La réglementation sur la qualité de l'air a réduit le taux de dioxyde de soufre aux États-Unis de 68 pour cent entre 2007 et 2015 et de NOx d'environ un tiers au cours de cette période.

En été, les niveaux de particules - lorsque les deux saveurs d'oxydes se sont agglomérées en paquets aqueux de nitrates et de sulfates qui créent de magnifiques couchers de soleil mais nuisent à la santé humaine - ont diminué d'environ un tiers dans cette période. Mais les concentrations de particules hivernales n'ont diminué que de moitié, pour des raisons obscures.

«Les modèles de qualité de l'air que nous utilisons pour comprendre l'origine de la pollution de l'air fonctionnent assez bien en été, mais présentent des problèmes en hiver. Avant cette étude, nous ne pouvions pas reproduire la composition particulaire observée en hiver », explique Lyatt Jaeglé, deuxième auteur du journal et co-chercheur principal de la campagne.

«Nous disposons désormais d'un meilleur outil pour déterminer quelle est la meilleure stratégie pour améliorer la qualité de l'air en hiver à l'échelle régionale dans l'est des États-Unis et potentiellement dans d'autres régions, telles que l'Europe et l'Asie.»

Chimie de l'air en hiver

En été, une partie des NOx et du dioxyde de soufre émis restent en phase gazeuse et sont détruits par la lumière du soleil ou déposés sur la terre et le reste forme des particules sous forme de nitrates et de sulfates. Comme les ingrédients primaires tombent, les niveaux de particules aussi.

Mais la nouvelle analyse montre que la chimie de l'air hivernal suit un chemin plus complexe. Avec moins de lumière solaire et des températures plus froides, une plus grande partie de la chimie se produit dans la phase liquide, à la surface des particules existantes ou des nuages ​​de liquides et de glace. Au cours de cette phase, en tant qu'ingrédients primaires, l'efficacité de la conversion du dioxyde de soufre en sulfate augmente, car davantage d'oxydants sont disponibles. Et comme le sulfate diminue, les particules deviennent moins acides, ce qui rend les NOx plus facilement convertibles en nitrates.

Ainsi, même si les réglementations sur la qualité de l’air ont réduit les deux types d’émissions primaires, la quantité totale de particules nocives pour la santé humaine a diminué plus lentement.

«Ce n’est pas que les réductions ne fonctionnent pas. C'est simplement que les réductions ont un effet d'annulation et que l'effet d'annulation a une force définie », a déclaré Shah, qui est maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de Harvard. «Nous devons faire d'autres réductions. Une fois que les réductions auront dépassé l’effet d’annulation, l’hiver commencera à se comporter davantage comme l’été ».

Comment la qualité de l'air va-t-elle changer?

L’étude prédit que, à moins que les réductions des émissions ne dépassent les prévisions actuelles, la qualité de l’air en hiver continuera à s’améliorer progressivement jusqu’au moins jusqu’à 2023. À ce rythme, il faudrait plusieurs années avant que les émissions n'atteignent les niveaux où la pollution hivernale commence à diminuer plus rapidement.

«Ce document montre que la compréhension de la chimie atmosphérique sous-jacente qui convertit les polluants primaires en particules fines est essentielle pour calibrer nos attentes en matière de réduction des émissions, et donc pour optimiser les réductions futures afin de continuer à en tirer le meilleur rendement. "en termes de réduction des concentrations de particules fines", explique le troisième auteur Joel Thornton, principal enquêteur de la campagne.

Les résultats suggèrent qu'il faudra davantage de réductions d'émissions d'oxydes de soufre et d'azote pour améliorer la qualité de l'air en hiver dans l'est des États-Unis et dans les autres climats froids.

«Cette recherche aide à expliquer pourquoi les contrôles des émissions visant à réduire la pollution atmosphérique, tels que les sulfates et les nitrates, n'ont pas eu le succès escompté dans l'est des États-Unis en hiver», déclare Sylvia Edgerton, directrice du programme à la Division des substances atmosphériques et atmosphériques de la National Science Foundation. Sciences géospatiales, qui a financé la recherche.

«La campagne de terrain HIVER a produit un ensemble unique d’observations hivernales. Ils démontrent que les réactions chimiques au cours des mois d'hiver contrecarrent les réductions attendues de la pollution de l'air due à la réduction des émissions. ”

D'autres coauteurs viennent de l'Université de Washington; Georgia Tech; l'Université du Colorado à Boulder; Université d'État du Colorado; Université d'État A&T de Caroline du Nord; le Centre national de recherche atmosphérique à Boulder; et la National Oceanic and Atmospheric Administration à Boulder. La National Science Foundation, avec le soutien en nature de la NASA et de la National Oceanic and Atmospheric Administration, a financé les travaux.

La source: Université de Washington

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