Des scientifiques détectent des traces de métaux polluants dans la stratosphère : les fusées en sont la cause

par Baptiste

28 Octobre 2023

Des scientifiques détectent des traces de métaux polluants dans la stratosphère : les fusées en sont la cause
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Souvent, les conséquences de certains comportements ne sont pas évidentes et visibles, mais elles sont là et, à un moment donné, elles se manifestent inexorablement. Il en va de même pour la pollution, en l'occurrence celle de l'atmosphère terrestre : voici ce que les scientifiques ont découvert à ce sujet.

Pollution terrestre et spatiale et rôle de la stratosphère

Pollution terrestre et spatiale et rôle de la stratosphère

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Nous en savons beaucoup sur la pollution, contre laquelle des mesures écologiques et durables sont mises en place. Nous pensons à la pollution de l'air, de la mer et de l'océan, provoquée par l'introduction de substances nocives et non biodégradables dans l'air et les eaux, avec des conséquences inévitables à long terme. Chaque jour, nous entendons parler, par exemple, du smog et des éléments toxiques que nous respirons régulièrement, causés par les véhicules à moteur, la combustion, les structures industrielles, les centrales électriques, et ainsi de suite, qui peuvent avoir un impact extrêmement négatif sur l'écosystème et notre santé.

Mais qu'en est-il de la pollution dans l'espace ? Que savons-nous vraiment à ce sujet ? Les débris spatiaux sont principalement constitués d'objets tels que d'anciens satellites et de débris restés en orbite terrestre à la suite de missions spatiales. Cette accumulation peut représenter une menace pour les futures missions, en provoquant des collisions potentielles et en générant une pollution supplémentaire. À cet égard, les scientifiques qui étudient la stratosphère ont fait une nouvelle et troublante découverte.

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Traces de métaux polluants détectées dans la stratosphère : la recherche

Traces de métaux polluants détectées dans la stratosphère : la recherche

Pixabay

Les chercheurs de la NOAA, l'Administration nationale des océans et de l'atmosphère, située au Colorado, aux États-Unis, ont découvert que l'atmosphère à environ douze kilomètres au-dessus de la surface terrestre est remplie de particules contenant divers métaux, polluant ainsi cette couche de manière invisible. Leur origine semble appartenir aux fusées revenant sur Terre, surchauffées par la chaleur du voyage. La recherche a été menée sur la base de données recueillies par un avion en haute altitude, au-dessus de l'Arctique, lors de la mission SABRE, c'est-à-dire Stratospheric Aerosol Processes, Budget and Radiative Effects. Le but était d'aller plus loin dans la détection des aérosols, des particules solides ou liquides présentes dans l'air, dispersées dans la stratosphère, contenant des gouttelettes d'acide sulfurique issues de l'oxydation du sulfure de carbone gazeux.

La stratosphère est l'une des couches de l'atmosphère terrestre, plus précisément la deuxième couche, située au-dessus de la troposphère et en dessous de la mésosphère. Elle s'étend d'environ 10 à 50 kilomètres d'altitude au-dessus de la surface de la Terre et abrite la couche d'ozone, responsable de l'absorption des rayons UV nocifs. En absorbant les ultraviolets, l'ozone les convertit en chaleur, nous protégeant ainsi des radiations dangereuses. C'est pourquoi plus la latitude augmente, plus la température devient élevée, contrairement à ce qui se passe dans la troposphère. La fonction et la santé de la stratosphère sont donc cruciales pour notre survie et celle de l'ensemble de l'écosystème.

C'est pourquoi la découverte des scientifiques est préoccupante : en utilisant un appareil hautement sensible attaché à l'avant de l'avion de recherche WB-57 de la NASA, il a été possible de détecter la présence d'aluminium et de métaux dans environ 10% des particules d'acide sulfurique, qui représentent la grande majorité de celles présentes dans la stratosphère.

Augmentation des métaux polluants dans la stratosphère

Augmentation des métaux polluants dans la stratosphère

Pixabay

Daniel Murphy, chimiste au Chemical Sciences Laboratory, et son équipe ont également réussi à relier les éléments observés aux alliages spéciaux utilisés dans les fusées et les satellites, confirmant leur origine : le métal vaporisé du vaisseau spatial lors de son retour sur Terre. "Deux des éléments les plus surprenants que nous avons observés dans ces particules étaient le niobium et l'hafnium, tous deux des éléments rares qui ne sont pas censés se trouver dans la stratosphère. L'origine de ces métaux et leur présence dans cet environnement étaient un mystère." Maintenant, le mystère est résolu : les aérosols, qui ont précisément pour fonction d'absorber et de réfléchir les rayons du soleil pour protéger la vie sur Terre, ont été contaminés par les débris spatiaux. Le niobium et l'hafnium, en effet, ne se trouvent pas comme des éléments libres dans la nature, mais sont extraits de minéraux, comme c'est le cas dans les superalliages des fusées. De plus, certaines particules contiennent du cuivre, de l'aluminium et du lithium en quantités nettement plus élevées que celles observées dans les météorites, qui font partie de la dite poussière spatiale. "La combinaison d'aluminium et de cuivre, ainsi que du niobium et de l'hafnium, utilisée dans les alliages résistants à la chaleur et de haute performance, nous a orientés vers l'industrie aérospatiale."

Au total, l'équipe a réussi à identifier plus de vingt éléments différents dans les particules associées au retour de satellites et de fusées, notamment le fer, le plomb, l'argent, le titane, le zinc et le magnésium. Cela a été rendu possible grâce à PALMS, acronyme de Particle Analysis by Laser Spectrometry, un instrument capable d'assimiler et d'analyser chimiquement chaque particule présente dans l'air alors que l'avion est en mouvement. Une fois à l'intérieur, la particule d'aérosol est analysée par deux lasers qui en révèlent la taille et la vitesse. Ensuite, un troisième laser puissant la vaporise, et les résidus passent dans deux spectromètres de masse capables d'identifier avec précision "l'ADN" de chaque particule.

La principale préoccupation est maintenant de comprendre comment ces débris pourraient affecter la croissance future du trafic spatial. Une hypothèse est de disperser la stratosphère avec des millions de tonnes d'aérosols de soufre, afin de ralentir le réchauffement climatique en réfléchissant la lumière solaire dans l'espace. Si actuellement environ 10% des particules stratosphériques contiennent des métaux de fusées et de satellites, cette proportion pourrait atteindre 50% dans un avenir proche. "Il y aura beaucoup de travail à faire pour comprendre les implications de ces nouveaux métaux dans la stratosphère", a déclaré Murphy.

Pollution de la stratosphère par les fusées : des conséquences inconnues

Pollution de la stratosphère par les fusées : des conséquences inconnues

Pexels

Martin Ross de The Aerospace Corporation et co-auteur de l'étude a déclaré que "À 10%, la fraction actuelle d'aérosols stratosphériques contenant des noyaux métalliques n'est pas énorme, mais au cours des cinq dernières années, plus de 5 000 satellites ont été lancés. La plupart d'entre eux reviendront au cours des cinq prochaines années, et nous devons comprendre comment cela pourrait influencer davantage les aérosols stratosphériques." En effet, les fusées et les satellites sont conçus pour être lancés dans l'espace et sortir de l'orbite à la fin de leur mission. Lors de la phase de retour, les matériaux brûlent dans la haute atmosphère pour ne pas retomber sur Terre, mais les conséquences de la libération de vapeurs métalliques dans cette couche sont inconnues. "Il est prévu que la quantité d'aluminium dans les particules d'acide sulfurique stratosphérique devienne comparable, voire supérieure, à la quantité de fer météoritique, avec des conséquences inconnues pour les inclusions et la nucléation de la glace." Cela signifie que les débris des véhicules spatiaux en fin de vie pourraient influencer la manière dont l'eau gèle pour former de la glace dans la stratosphère, potentiellement en modifiant la taille des particules d'aérosol.

"L'industrie spatiale entre dans une ère de croissance rapide. Avec des dizaines de milliers de petits satellites prévus pour l'orbite terrestre basse, cette augmentation de masse se traduira par beaucoup plus de rentrées atmosphériques", ont déclaré les chercheurs. Ainsi, les déchets spatiaux conçus pour être éliminés se révèlent en fait polluants pour la couche supérieure de la Terre, et ce phénomène nécessite des recherches supplémentaires pour en comprendre les effets à long terme. Une chose est certaine, les explorations spatiales sont destinées à augmenter, mais à quel prix pourrons-nous partir à la découverte de l'univers ?

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