Grossissement photosensibilisé de l’aérosol organique induit par la chimie du glyoxal
Résumé
Le glyoxal (C2H2O2) est une espèce d’importance dans la troposphère terrestre. Il est notamment formé lors de l’oxydation en phase gazeuse de composés organiques volatils tels que l’isoprène, d’origine biogénique, ou les alcènes et composés aromatiques d’origine anthropique.1 Il est également un important précurseur d’Aérosols Organiques Secondaires (AOS) via son oxydation/oligomerisation dans les gouttelettes de nuage et les aérosols déliquescents.2 De récentes études ont par ailleurs mis en évidence la formation de composés azotés absorbant la lumière, notamment de type imidazoles, à partir de solutions modèles contenant à la fois du glyoxal et des ions ammonium (NH4+) ubiquitaires dans la phase condensée atmosphérique.3,4
A coté du potentiel impact sur le bilan radiatif des AOS, nous avons pu montrer à partir d’essais en réacteur à écoulement que cette chimie du glyoxal vis à vis des ions ammonium amène les aérosols qui en sont issus à devenir photosensibles. En d’autres termes, en coprésence de lumière et de COV (tels que le limonène), ces aérosols grossissent de façon significative. L’imidazole-2-carboxaldéhyde a pu être identifié comme principal acteur de cette photosensibilisation.
Etant donnée la potentielle importance de cette nouvelle voie de formation d’AOS ne nécessitant pas d’oxydant en phase gazeuse, nous nous sommes attachés à déterminer le mécanisme de la réaction photosensibilisée imidazole-2-carboxaldéhyde/limonène. A partir d’essais menés en solution irradiée et de prélèvements d’aérosols en sortie de réacteur à écoulement, l’étude des produits de cette réaction à été réalisée par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (UPLC-(+/-)ESI/HRMS). Celle-ci révèle à la fois la formation de produits de recombinaison radicalaire et de produits d’oxydation du limonène, permettant d’établir un mécanisme initié sous irradiation par l’arrachement d’un hydrogène sur la molécule du limonène par l’état triplet de l’imidazole-2-carboxaldéhyde. La chimie du radical peroxy, formé par addition de dioxygène sur le radical limonène, mène ensuite à la formation des produits d’oxydation détectés, dont certains conservent le squelette à dix carbones du COV, expliquant le grossissement des aérosols sans ajout d’oxydants traditionnels.
Cette chimie photosensibilisée à l’interface gaz/aérosols menant à la formation d’AOS en l’absence de tout autre oxydant pourrait être une des sources de matière particulaire non prise en compte actuellement et comptant dans les divergences observées entre modèles et observations.