Une étude montre que la hausse des températures affecte la qualité de l'air à Los Angeles

Les particules fines et l'ozone constituent un problème majeur pour l'homme et l'environnement. Eva Pfannerstill, jeune responsable d'un groupe de chercheurs à l'Institut de recherche sur l'énergie et le climat (IEK 8) de Jülich, étudie l'origine des composés organiques volatils (COV) responsables des particules et de l'ozone et ce que le changement climatique a à voir avec cela.

Dans son article, rédigé à l'Université de Californie à Berkeley et récemment publié dans Scienceelle met en lumière la contribution des émissions végétales et humaines à la qualité de l'air de Los Angeles.

Les pots catalytiques et les systèmes de filtrage ainsi que le passage à l'électromobilité ont considérablement réduit la pollution causée par les émissions des véhicules et les gaz résiduaires industriels au cours des dernières décennies. “Cependant, la qualité de l'air dans les mégalopoles comme Los Angeles ne s'est pas améliorée dans la même mesure. Elle stagne depuis 2010 environ”, explique Pfannerstill.

« Quelles autres sources de composés organiques volatils existe-t-il que nous avons peut-être sous-estimées ? elle demande. La clé de cette réponse réside dans l’interaction complexe entre les oxydes d’azote provenant des processus de combustion des combustibles fossiles, la hausse des températures et l’augmentation des émissions des plantes qui en résulte, ainsi que les taux croissants d’émissions d’essence, de peintures, de vernis ou de parfums artificiels.

Des plantes stressées

La chaleur, la sécheresse et les ravageurs déclenchent des réactions de stress chez les plantes. De telles réactions modifient la quantité et la composition des substances gazeuses que les plantes rejettent dans l’air. Ceux-ci comprennent les composés organiques volatils (COV), les terpénoïdes tels que l'isoprène ou les monoterpènes et les sesquiterpènes.

La composition des molécules libérées change en fonction du type de stress. La manière dont varie exactement ce mélange de molécules fait l’objet de recherches intensives, notamment en ce qui concerne le changement climatique. Dans le même temps, certaines substances biogènes réagissent avec les oxydes d’azote provenant des émissions des véhicules ou d’autres émissions pour former de l’ozone et contribuent également à la formation d’aérosols – qui peuvent avoir un effet refroidissant sur le climat – ainsi que de particules nocives.

Localiser les sources

Pfannerstill et ses collègues ont utilisé des instruments de pointe et une méthode de calcul spéciale lors de plusieurs vols de mesure au-dessus de Los Angeles. Cette combinaison a fourni une richesse sans précédent de données de mesure sur plus de 400 composés organiques volatils différents et leurs sources. Outre les substances végétales typiques, celles-ci comprenaient les émissions des véhicules, les solvants et même les produits de nettoyage et de soins personnels.

« La particularité de notre méthode est que nous sommes capables d'enregistrer 10 points de mesure par seconde pour la concentration de ces substances et d'analyser simultanément le vent en trois dimensions avec la même fréquence de mesure. Cela nous permet de quantifier exactement quelles quantités des substances mesurées les substances sont effectivement émises dans la ville et n'y ont pas été transportées depuis un autre endroit”, explique Pfannerstill.

Réduction des oxydes d'azote nécessaire

Les résultats ont montré une corrélation claire entre la température diurne et l’exposition aux particules et à l’ozone. A 20°C, celle-ci était faible dans les deux cas, mais à plus de 30°C les polluants augmentaient très fortement. Les mesures ont également montré que les terpénoïdes issus des plantes sont les principaux responsables de ce qui se produit à haute température, suivis des émissions de solvants. Les deux réagissent ensuite avec les oxydes d’azote des gaz d’échappement pour former de l’ozone et des particules.

“Des analyses montrent que les émissions actuelles d'oxyde d'azote à Los Angeles devraient être réduites de 50 % supplémentaires afin de minimiser la pollution par l'ozone à haute température”, rapporte Pfannerstill.

Dans le même temps, Pfannerstill souligne une particularité du paysage urbain de Los Angeles : « Les eucalyptus représentent environ 5 % de la population forestière locale. Ces arbres émettent beaucoup de monoterpènes.

“La floraison des jacarandas, l'une des espèces d'arbres les plus répandues à Los Angeles, pourrait également avoir contribué aux concentrations élevées de monoterpènes et de sesquiterpènes que nous avons mesurées pendant les vols. Le stress dû à la sécheresse augmente également les émissions des deux espèces de terpènes”, ajoute-t-elle. .

Vols prévus au-dessus des forêts allemandes

Eva Pfannerstill a rejoint l'équipe de recherche sur le climat de Juliers en janvier 2024 et utilisera bientôt ses nouvelles méthodes d'analyse pour mesurer le ciel au-dessus de l'Allemagne, en particulier les substances rejetées dans l'air par les villes et les forêts. En collaboration avec plusieurs groupes de travail, deux grandes campagnes de mesure de zeppelins sont prévues. Ici aussi, l’objectif est de comprendre le lien entre le changement climatique, les plantes stressées et les émissions d’origine humaine.

“Nous commencerons l'année prochaine par un vol d'essai au cours duquel nous vérifierons les instruments et leur aptitude au vol. Les deux grandes campagnes de mesures débuteront ensuite en 2026 et 2028”, ajoute Pfannerstill.

Ces données constituent un complément important aux modèles climatiques, car les calculs antérieurs sur la réaction des forêts au stress reposaient souvent sur des mesures en laboratoire avec un petit nombre de petits arbres (la chambre atmosphérique SAPHIR de Juliers effectue également de telles mesures). Les chercheurs compareront ensuite les résultats de ces tests en laboratoire avec les données des vols de mesure et affineront les modèles existants.

“C'est ce qui rend la recherche de Juliers si particulière. Grâce à des campagnes de mesure à grande échelle, nous pouvons collecter des données du monde réel et les reproduire de manière contrôlée à plus petite échelle en laboratoire. Les modélisateurs utilisent les données collectées dans les calculs et les modèles. pour étendre les corrélations à une plus grande échelle.

“En fin de compte, les résultats servent à démontrer comment la qualité de l'air peut être améliorée dans un système terrestre en évolution”, explique Pfannerstill.