Nuages et particules

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Chimie des nuages

Un nuage n’est pas un mélange inerte de gouttelettes d’eau liquide ou glacée et de particules. En effet, les particules qui permettent au nuage de se former, appelées CCN, ont une nature chimique variable suivant leur origine (humaine ou naturelle : déserts, océans, volcans, êtres vivants). Le nuage est entouré des gaz atmosphériques, qui peuvent modifier eux aussi la composition chimique de la goutte. Bref, le nuage est loin d’être un corps chimique tranquille…

A l'intérieur de la gouttelette nuageuse, il existe quatre processus chimiques principaux: la composition et la taille du CCN peut changer après évaporation de la gouttelette (mécanisme 4 sur la figure 1); la partie soluble de la  particule initiale peut se dissoudre (2) et des réactions chimiques aqueuses peuvent avoir lieu  (processus 3); enfin, il existe des transferts entre la phase liquide et les gaz de l'atmosphère (1).

La particule à l'intérieur de la goutte

Les particules qui forment des gouttelettes nuageuses sont des particules totalement ou en partie solubles. C'est la composition de la particule qui détermine la composition chimique initiale de la goutte d’eau du nuage, puisque sa fraction soluble va se dissoudre dans l'eau. Les particules les moins solubles (comme peuvent l'être par exemple les poussières désertiques, le pollen, les particules produites par combustion) restent dans l’air environnant les gouttes.

La particule qui reste après évaporation des gouttes d'eau est donc différente de celle qui était à l'origine du nuage, à cause des réactions chimiques qui ont lieu dans le nuage.

2. Une molécule de dioxyde de soufre (1) réagit pour donner du sulfate d'ammonium (2) qui grossit pour former une particule de sulfate d'ammonium (3). Ces particules sont hygroscopiques, ce qui signifie qu'elles grossissent rapidement en présence d'eau (4). Auteur: J. Gourdeau.

Les gaz atmosphériques autour de la goutte

Une espèce chimique peut rester en phase gazeuse ou être absorbée dans la goutte d'eau. Cette répartition entre les 2 phases obéit à la loi de Henry: A(aq) = H_A P_A, où A(aq) est la concentration en phase aqueuse (en mol/L), P_A est la pression partielle de A en phase gazeuse (en atm), et H_A est le coefficient de Henry pour le gaz considéré.
Certaines espèces chimiques retournent en phase gazeuse et ne pénètrent plus dans la goutte; d'autres, une fois qu'elles sont passées en phase liquide, restent dans la goutte à moins que celle-ci ne s'évapore complètement.

Les réactions dans la goutte

Dans une goutte d'eau, il peut y avoir une centaine de réactions chimiques différentes. Elles peuvent changer l'acidité des précipitations et donner ainsi des pluies acides. Ces pluies sont nocives pour la végétation et pour les animaux vivants dans les lacs et les rivières, et contribuent à la détérioration des bâtiments. Les principales espèces chimiques qui conduisent aux pluies acides sont les acides sulfurique et nitrique.

Cette chimie complexe modifie le nuage lui-même et l'atmosphère qui l'entoure. En effet, si seul un nuage sur sept précipite, le nombre de cycles nuageux que subit un CCN serait compris entre 10 et 25 évaporations et condensations avant qu’il ne tombe au sol!

Pour plus de détails sur les pluies acides vous pouvez lire:
Climat Urbain- Bases- 3ème partie- Pluies acides

A propos de cette page....
Auteur: J. Gourdeau
Date de création: 4.12.2003.
Relecteur scientifique: M. Leriche, CNRS LaMP, France.