La conversion chimique du HCHO dans les nuages explique-t-elle la source manquante d'acide formique ?

2023-2024
Des travaux antérieurs ont révélé l'existence d'une source importante et non identifiée d'acide formique dans l'atmosphère terrestre. On a récemment proposé que la conversion du formaldéhyde (HCHO) dans les nuages liquides est une contribution majeure. Cependant, une nouvelle étude internationale a démontré, à l’aide d’outils théoriques et de modélisation, que ce processus représente moins de 10 % de la source manquante.

Les simulations du modèle, réalisés à l’IASB, ont montré que le mécanisme proposé est particulièrement inefficace au-dessus des forêts, précisément là où la source manquante devrait être la plus importante.

Évaluation théorique des processus clés

Des outils théoriques avancés ont été utilisés pour montrer que la réaction en phase gazeuse du méthane-diol (CH₂(OH)₂) avec OH est beaucoup plus lente (d'un facteur 3) que ce qu’on avait supposé sur base d'ex-périences en laboratoire. Cet écart s'explique par la présence d'autres composés (oligomères de méthanediol) contribuant à la formation d'acide formique (HCOOH) dans les expériences, mais pas dans l'atmosphère réelle.

Ensuite, une évaluation théorique détaillée de l'équilibre entre le formaldéhyde (CH2O) 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 li-quide du nuage.

Simulating the impact of in-cloud processing of formaldehyde on formic acid

L'IASB a réalisé des simulations de modèle pour quantifier la conversion du méthanediol liquide en métha-nediol gazeux lors de l'évaporation des nuages. 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'atmos-phère par le biais du mécanisme de conversion dans les 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, outre 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 2, l’impact de la conversion nuageuse sur l’acide formique est le plus fort au-dessus des océans (jusqu'à +50%), où les nuages sont abondants et les autres sources d'acide formique sont faibles.  Cependant, son influence est la plus faible au-dessus des forêts, où la source manquante d'acide formique attendue est pourtant la plus importante. 

En conclusion : la source manquante de HCOOH reste décidément insaisissable ! D'autres recherches - et une bonne dose de créativité scientifique - seront nécessaires pour explorer les moyens possibles de ré-soudre cette énigme.

Référence

  • Nguyen, T.L .; Peeters, J .; Müller, J.-F .; Perera, A .; Bross, D.H .; Ruscic, B .; Stanton, J.F. 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, 2023.
Représentation schématique des processus intra-nuageux
Représentation schématique des processus intra-nuageux
Figure 1. Représentation schématique des processus dans les nuages reliant le HCHO et le MD (méthanediol) en phase gazeuse, ainsi que les réactions ultérieures du méthanediol libéré. Les taux de conversion (en noir) et les charges molaires relatives (en rouge) sont estimés pour des conditions nuageuses typiques.
Impact calculé par modèle du traitement du HCHO dans les nuages
Figure 2. Impact calculé par le modèle de la conversion nuageuse du HCHO sur la colonne verticale de HCOOH (en %) pour janvier (à gauche) et juillet (à droite).