Le pic du Midi met la lumière sur le mercure

Observatoire du Pic du Midi. © Jeroen Sonke, GET

Le mercure (Hg) d’origine anthropique est principalement émis dans l’atmosphère sous forme de Hg(0) élémentaire, qui peut ensuite être oxydé sous des formes gazeuses de Hg(II) censées se déposer sur les écosystèmes terrestres par voies sèche ou humide. Or, une étude menée par une équipe internationale comprenant des chercheurs du laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP, UPS / CNRS / IRD / CNES) vient de révéler que les molécules de Hg(II) gazeuses nouvellement formées peuvent être facilement retransformées en Hg(0) par absorption de la lumière solaire et que donc la durée de vie de Hg(0) dans l’atmosphère est d’environ un an, soit deux fois plus longue que les estimations précédentes. Ils estiment qu’une absorption accrue de Hg(0) par les écosystèmes terrestres prolonge l’impact de ce polluant sur les écosystèmes aquatiques dans le monde entier.

Chaque année, les activités industrielles émettent dans l’atmosphère entre deux et trois mille tonnes de mercure. La forme émise, du Hg(0) élémentaire, est riche en électrons et donc chimiquement stable. Sa durée de vie considérée comme longue est de l’ordre de 6 mois selon des études récentes, ce qui permet à ce polluant d’être transporté loin de ses sources d’émission. Tôt ou tard cependant, les oxydants atmosphériques privent le Hg(0) élémentaire de ses électrons, le convertissant en diverses formes moléculaires de Hg(II), telles que HgBr2, HgCl2. Ces molécules de Hg(II), oxydées et gazeuses, sont très réactives et connues pour se déposer en cas de pluie, de neige ou sous forme de poussières.

Les réactions d’oxydation du Hg(0) sont étudiées depuis des décennies et font partie intégrante de la chimie atmosphérique du Hg et des modèles de transport réactif utilisés pour comprendre la dispersion du Hg à la surface de la Terre. Les modèles incluent également une réaction inverse, dans laquelle la lumière du soleil réduit le Hg(II) en Hg(0) dans les nuages et la pluie, permettant au Hg de retrouver sa forme initiale. Cependant, le processus de photoréduction dans les nuages n’a jamais été observé directement.

Les chercheurs d’une équipe internationale comprenant des chercheurs du GET ont commencé par examiner la vitesse de photoréduction de Hg(II) dans des échantillons d’eau de pluie récoltés à l’observatoire du pic du Midi, à 2877 m d’altitude dans les Pyrénées françaises. La vitesse observée au niveau de la Plateforme pyrénéenne d’observation atmosphérique (P2OA) s’est avérée être au moins 10 fois plus petite que la vitesse simulée par les modèles.

Les chercheurs ont alors calculé les vitesses de réaction de photoréduction des formes de Hg(II) en phase gazeuse. En utilisant la théorie de la chimie quantique, ils ont calculé que la photoréduction du Hg(II) gazeux était non seulement plausible mais aussi extrêmement rapide.
Ils ont ensuite évalué l’impact de leurs nouvelles découvertes sur la distribution atmosphérique du mercure. Ils ont constaté que la reconversion rapide du Hg(II) en Hg(0) prolongeait la durée de vie du Hg dans l’atmosphère de 6 à 12 mois. Les modèles suggèrent en outre que les dépôts atmosphériques de Hg se déplacent des océans vers les terres. Étant donné que le mercure peut être retenu dans les sols pendant des milliers d’années, cela prolongerait finalement l’impact du polluant sur les écosystèmes aquatiques.

Source

Photoreduction of gaseous oxidized mercury changes global atmospheric mercury speciation, transport and deposition. Alfonso Saiz-Lopez, Sebastian P. Sitkiewicz, Daniel Roca-Sanjuán, Josep M. Oliva-Enrich, Juan Z. Dávalos, Rafael Notario, Martin Jiskra, Yang Xu, Feiyue Wang, Colin P. Thackray, Elsie M. Sunderland, Daniel J. Jacob, Oleg Travnikov, Carlos A. Cuevas, A. Ulises Acuña, Daniel Rivero, John M.C. Plane, Douglas E. Kinnison, Jeroen E. Sonke (2018) Nature Communications, 2018. DOI: 10.1038/s41467-018-07075-3

Source actualité :  CNRS INSU

Contact: Jeroen Sonke

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