in

Comment les éclairs participent à épurer l’atmosphère de certains polluants

Orage vu depuis l'ISS. On distingue très nettement l'enclume du cumulonimbus, donnant une apparence de vaisseau mère. Crédits : NASA.

De récentes observations faites à l’intérieur d’orages états-uniens ont montré que les éclairs modifient la chimie atmosphérique de façon bien plus importante qu’estimée jusqu’à présent. Aussi, en participant à la production naturelle de radicaux libres, ils augmentent la capacité d’épuration de l’atmosphère en divers polluants.

L’éclair constitue la partie lumineuse de la foudre, et le tonnerre la partie acoustique. Souvent craint et redouté, ce phénomène est néanmoins impliqué dans la régulation de notre environnement. Autrement dit, porteur d’effets bénéfiques. Les quelques millions d’éclairs qui surviennent chaque jour sur Terre participent par exemple à l’épuration naturelle de l’atmosphère en gaz tels que le méthane (CH4) ou le monoxyde de carbone (CO). Une contribution qui serait même plus importante qu’on ne le pensait selon de récents travaux publiés dans les revues Journal of Geophysical ResearchAtmospheres et Science.

Lorsqu’en 2012, un avion de recherche traversa un groupe d’orages pour mieux comprendre comment ceux-ci affectaient la chimie atmosphérique, les données transmises par l’instrument ont sidéré les scientifiques. À tel point qu’elles furent d’abord considérées comme aberrantes puis mises de côté. Toutefois, les évaluations ultérieures et les expériences en laboratoire montrèrent qu’il n’en était rien. Les mesures étaient bel et bien correctes… Mais qu’a donc mesuré l’instrument lorsqu’il sonda la partie supérieure des orages entre le Colorado et l’Oklahoma ?

Le rôle sous-évalué de la partie peu visible des éclairs 

Les données ont fait état d’une quantité anormalement élevée d’oxydes d’hydrogène, présents sous forme de radicaux hydroxyle (OH) et hydroperoxyle (HO2). Si les scientifiques savaient que les éclairs pouvaient créer ces radicaux libres* via la production d’oxydes d’azote, le processus n’avait jamais été observé de façon directe. Encore et surtout, ils ont découvert qu’une production directe et massive d’OH et d’HO2 existait également. Que ce soit par le biais de la décharge principale ou, plus étonnamment, par les courants peu ou pas visibles qui l’environnent.

éclairs
Représentation simplifiée du processus de formation des radicaux libres OH et HO2 ainsi que des oxydes d’azote et de l’ozone (intermédiaire). Crédits : Jena Jenkins, Penn State.

Si même de faibles courants influent de façon notable sur la chimie atmosphérique, il n’est finalement pas si surprenant d’avoir mesuré un niveau particulièrement élevé en oxydes d’hydrogène. En plus d’avoir été conforté par des expériences de laboratoire, le mécanisme suggère que les éclairs participent bien plus fortement à l’épuration de l’atmosphère qu’on ne le pensait. Aussi, 2 % à 16 % de l’oxydation globale liée au radical hydroxyle serait due aux éclairs.

« Ces résultats sont très incertains, en partie parce que nous ne savons pas comment ces mesures s’appliquent au reste du globe », indique W. H. Brune, auteur principal du papier. « Nous n’avons survolé que le Colorado et l’Oklahoma. La plupart des orages se produisent sous les tropiques. La structure des orages des grandes plaines est différente de celles sous les tropiques. Il est clair que nous avons besoin de plus de mesures aériennes pour réduire cette incertitude ».

* On rappelle qu’un radical libre est une molécule dont les liaisons ne sont pas saturées. Aussi, leur chimie est très active, expliquant une très faible durée de vie dans l’atmosphère.