Particules oscillantes dans le ciel

L'atmosphère contient une très grande quantité de minuscules particules solides, cristaux de glace, suies, cendres, sables éoliens et limons, microplastiques et polluants divers, qui ont un impact environnemental non négligeable, voire même influencent de façon significative la physique du climat (en modifiant l’albedo des nuages par exemple). Ces particules, de par leur taille, sont très facilement transportées par le vent, bien que leur tendance naturelle soit à sédimenter, c’est-à-dire à se déposer lentement à cause de la gravité. De ce fait, l’étude du comportement dynamique de ces microparticules est une tâche délicate mais nécessaire si l’on veut prévoir leurs distances de transport et leurs zones de dépôt quand leur lieu d’émission est connu.

Dans un travail récent, une collaboration franco-germano-suédoise impliquant le laboratoire de physique de l’ENS de Lyon (LPENSL, CNRS / ENS de Lyon) a étudié à la fois théoriquement et expérimentalement la sédimentation de particules modèles non sphériques dans l’air. À l’aide de caméras à grande vitesse et d'un nouveau mécanisme d'injection de particules de quelques dizaines de microns et de formes contrôlées grâce à leur impression via une imprimante 3D très précise (voir figure), les chercheurs ont observé que ces particules non sphériques ont tendance à osciller lorsqu'elles se déposent dans l'air calme. Or, comme les particules atmosphériques en règle générale ne sont pas parfaitement sphériques mais ont des structures aplaties ou allongées, les chercheurs suspectent que cette caractéristique dynamique pourrait affecter de façon significative leurs propriétés, par exemple la distance qu’elles sont susceptibles de parcourir, leur taux de collision et donc leur capacité à s’agréger, ou encore leur interaction avec le rayonnement solaire.

Les scientifiques ont développé et testé un modèle pour décrire et prédire le mouvement de ces particules qui reflète très précisément les résultats expérimentaux obtenus. Ce nouveau modèle peut être utilisé pour étudier la dynamique et la formation d'amas de particules et les effets qui en résultent à plus grande échelle. Ces résultats, qui permettront notamment de mieux prédire la durée de séjour des polluants dans l'atmosphère ou le déclenchement des précipitations dans les nuages, sont publiés dans les Physical Review Letters.