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Caractérisation physico-chimique d’hydrocarbures atmosphériques
ou la structure moléculaire de l'essence de pins décodée

Un article de l’équipe Spectroscopie et Applications du PhLAM publié dans le Journal of Chemical Physics a été mis à l’honneur par l’American Institute of Physics (AIP) dans un communiqué de presse. E. Neeman, J. R. Avilés Moreno et T. Huet ont pour la première fois décrit précisément la structure moléculaire de l'alpha-pinène en phase gazeuse. L'étude scientifique est innovante tant par son instrumentation de pointe que par le sujet d'étude lui-même, fruit d'une curiosité scientifique qui a poussé les chercheurs à aborder des systèmes complexes. Les molécules étudiées font partie des composés organiques volatils et contribuent à la formation d'aérosols secondaires qui peuvent avoir des effets sur la santé, le climat et les écosystèmes.


 

Epicéa, sapin de Nordmann, sapin pectiné, pins ont tous en commun leur essence caractéristique mémorable. Elle provient d'une multitude de composés chimiques émis par les arbres eux-mêmes : les composés organiques volatils.

Parmi les composés organiques volatils biogéniques, on compte une classe de composés appelés monoterpènes dont la principale molécule est l'alpha-pinène. Les forêts en émettent près de 50 Trillions de grammes chaque année dans la troposphère, la couche la plus basse de l'atmosphère.

Des chercheurs du PhLAM ont pour la première fois, décrit précisément la structure de l'alpha-pinène en phase gazeuse. L'analyse récente permet de progresser dans le champ de la détection et de la compréhension des réactions chimiques dans l'atmosphère. L'étude pourra être étendue à d'autres molécules atmosphériques.

La structure de la molécule était précédemment connue dans sa phase solide. Dans la troposphère néanmoins, la molécule est en phase gazeuse. L'équipe scientifique a eu la curiosité scientifique d'étudier la molécule dans sa phase naturelle atmosphérique, malgré les difficultés techniques.

L'analyse a nécessité de développer un dispositif expérimental de pointe, doté d'une sensibilité remarquable, unique en France. La molécule d'alpha pinène en phase gazeuse n'est présente qu'en très faible quantité. "Jusqu'à aujourd'hui, la détermination de molécules complexes comme les monoterpènes, n'était possible qu'en phase condensée" explique Thérèse Huet. Le dispositif développé est reconnu au niveau national et international. Le rapport signal sur bruit est exceptionnel.

Les projets Labex CaPPA et CPER Climibio apportent un soutien financier et humain au développement et à l'évolution du dispositif.

La méthode innovante développée est une première étape vers la modélisation des premières réactions atmosphériques qui conduisent à la formation d'aérosols dans l'atmosphère. Elle pourra être utilisée pour d'autres molécules de la famille des monoterpènes.

Les composés organiques volatils peuvent avoir un impact sur la santé et l'environnement. Une fois dans l'atmosphère, elles entament des réactions chimiques avec l'ozone, les radicaux hydroxyles (OH), les oxides nitreux (N2O) et d'autres gaz présents. Les réactions chimiques conduisent à la formation de particules aérosols. Certaines particules constituent des noyaux de condensation, favorisant la formation de gouttelettes et donc de nuages. Ces derniers ont un pouvoir refroidissant sur le climat en empêchant les rayons solaires d'atteindre la surface.

Deux jeunes co-auteurs du travail, Elias Neeman et Juan Ramon Avilés Moreno ont bénéficié du soutien du Labex CaPPA, de l’Université de Lille et de la MEL. Ces résultats contribuent également au projet CPER Climibio.

 

Référence :
The gas phase structure of α-pinene, a main biogenic volatile organic compound featured
Elias M. Neeman1, Juan Ramón Avilés Moreno1,2, and Thérèse R. Huet1
The Journal of Chemical Physics 147, 214305 (2017);

https://doi.org/10.1063/1.5003726

1University of Lille, CNRS, UMR 8523–PhLAM–Physique des Lasers Atomes et Molécules, F-59000 Lille, France
2Department of Physical, Chemical, and Natural Systems, Universidad Pablo de Olavide, E-41013 Seville, Spain