Un aerosol es una colección de partículas finas, sólidas o líquidas, de una sustancia química o una mezcla de sustancias, suspendidas en un medio gaseoso . Emitidos por actividades humanas o naturales ( volcanes , incendios forestales ), los aerosoles también están involucrados a escala planetaria y local en los fenómenos de contaminación atmosférica y alergias . La lluvia, la escorrentía y la flora (árboles en particular) limpian la atmósfera de gran parte de los aerosoles. Las partículas vivas (polen, esporas de hongos, bacterias y microalgas) forman bioaerosoles , a veces en combinación pueden ser simbióticas u oportunistas (los investigadores, por ejemplo, observaron y estudiaron un aerosol microbiano formaron un consorcio microbiano - fúngico ( Staphylococcus epidermidis + Penicillium oxalicum , dos microorganismos comunes en interiores) aire ) Algunos virus también se transmiten por contagio a través de aerosoles o aerosolización de inóculo viral.
En la vida cotidiana, el término "aerosol" también designa, por metonimia , el recipiente que contiene un producto y un gas propulsor. El propulsor crea presión dentro del recipiente; la apertura de la válvula de salida induce la expulsión de la mezcla en microgotas o cristales o partículas finas aerosolizadas en el aire.
Sus propiedades fisicoquímicas (o biológicas, en su caso) dependen por un lado de las de sus componentes (ej .: presión de vapor ), de la concentración del medio aerosolizado (ej: índice de viriones o bacterias en el moco expulsado ( bioaerosol ) por tos o estornudos ) y por otro lado del entorno local (temperatura, viento, convecciones u otros movimientos de aire, presión, humedad , luz, etc.).
Propiedades físicas : dependen esencialmente de la distribución de tamaño (concentración de partículas por rango de diámetro) de sus componentes sólidos y líquidos, y de la temperatura, presión y diversos grados de estabilidad del medio gaseoso. La distribución del tamaño de aerosol submicrónico (de 10 nm a 1 micrón) se mide principalmente por movilidad eléctrica de barrido diferencial (ADME, análisis de movilidad eléctrica diferencial, DEMA, inglés) basada en la separación de partículas en suspensión según la movilidad eléctrica, movilidad que depende de su tamaño y carga). Para medir una distribución de tamaño a partir de la medición de la distribución de movilidad, es necesario controlar la distribución de carga del aerosol (para cada diámetro, el operador debe conocer las fracciones de mono-, bi-, tri- partículas. ... n -veces cargado); por tanto, el analizador debe tener un neutralizador capaz de dar al aerosol una distribución de carga centrada en 0 por difusión de iones gaseosos (hasta la superficie de las partículas). Las fracciones de partículas serán entonces funciones del tamaño de las partículas y no dependerán de la concentración del aerosol. La neutralización se realiza por ionización radiactiva, por descarga eléctrica obtenida por avalancha electrónica (método que no es apto para aerosoles de tamaño submicrónico y que puede ser fuente de ozono perturbando las mediciones y degradando los equipos, en particular con el método de descargas continuas de polaridades opuestas / descarga alimentada con corriente alterna) o por fotoionización del gas por rayos X (métodos costosos y / o peligrosos para el operador, por lo que buscamos alternativas a estos métodos y a la termoionización (también altas temperaturas) basado en descarga de barrera dieléctrica (DBD).
Evolución en el tiempo y el espacio : El aerosol evoluciona más o menos rápidamente, por ejemplo por razones de química atmosférica o temperatura ( congelación ) o por el contrario formando un "núcleo de gotitas" (compuesto por sales, materia orgánica y sustancias inorgánicas y / o biológicas). material) tras la evaporación del agua (u otro disolvente) que formó la gota.
Varios aerosoles naturales contribuyen al ciclo del agua y a la regulación del clima. Se trata, en particular, de moléculas de azufre producidas por algas oceánicas, pero también de partículas transportadas al aire por la erosión natural del suelo por el viento o los incendios forestales naturales. También están presentes esporas y pólenes o moléculas arrastradas por la evapotranspiración y microbios y virus (ver aerobiología ), pero más localmente.
Los aerosoles interfieren con el clima y la atmósfera al alterarlos artificialmente, al menos de dos maneras:
Incluso se ha demostrado que las variaciones de la actividad económica y el transporte entre la semana laboral y el fin de semana se traducen en importantes variaciones meteorológicas.
Las interacciones y retroalimentaciones entre nubes, aerosoles, cambio climático y clima son complejas y poco conocidas. Un proyecto internacional, EarthCARE ( Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer ) que involucra en particular a la ESA ( Agencia Espacial Europea ) y la japonesa JAXA, está preparando un satélite para 2013, equipado con una cámara multibanda, una banda ancha de radiómetro , lidar y radar Doppler CPR (Cloud Profiling Radar) en banda W (94 GHz , resolución vertical 500 m en una atmósfera de 20 km de espesor). Este satélite rotará en órbita durante 3 años para estudiar estas interacciones y comprenderlas y predecirlas mejor; esto además de una misión satelital GCOM (observación del ciclo del agua y cambio climático prevista para 2010), y una misión GPM (observación de precipitaciones, prevista para 2013).
El término "aerosoles carbonosos" se utiliza para agrupar aerosoles compuestos de dos variedades químicas diferentes: " carbón hollín ", o " carbón negro " ( (en) "carbón negro" BC ), compuesto principalmente por carbón grafítico de color negro, y compuestos orgánicos medidos como carbono orgánico ( (en) "Organic Carbon" OC ). El BC es totalmente emitido por fuentes de combustión mientras que el OC comprende tanto una parte emitida (OC primario, OCp ) como una parte formada secundariamente por fotoquímica en la atmósfera: aerosoles orgánicos secundarios (AOS, (en) SOA ), de dos orígenes: antropogénico ( SOAa ) y biogénico ( SOAb ).
Como primer enfoque, podemos retener que las partículas resultantes de procesos químicos (combustión o reacciones fotoquímicas) tienen diámetros aerodinámicos menores de 1 micrómetro ( partículas submicrónicas ). Las partículas "submicrónicas" se dividen en dos modos:
Las principales fuentes de aerosoles carbonosos son la combustión y la formación secundaria de SOA por fotooxidación de compuestos orgánicos volátiles ( COV , (en) COV) conocidos como “COV precursores ”. La fotooxidación atmosférica de compuestos orgánicos volátiles conduce a la formación de especies oxidadas menos volátiles . La nucleación homogénea (nucleación en medio homogéneo ) o la condensación (sobre partículas preexistentes) de estos productos de oxidación permite explicar la formación de Aerosoles Orgánicos Secundarios ( (en) SOA) en la atmósfera.
Parte del OCp emitido, aún mal caracterizado, también proviene directamente de la vegetación ( PBAP - Partículas de aerosol biogénico primario, aerosoles biogénicos primarios), partículas supermicrónicas ( es decir, con un diámetro aerodinámico superior a 1 micrómetro ). La vegetación también emite COV biogénicos (COV), precursores de aerosoles orgánicos biogénicos secundarios (SOAb). El perfeccionamiento de los métodos de química analítica ha permitido determinar que los aerosoles orgánicos biogénicos secundarios (SOAb) constituyen el 60% de la fracción orgánica (OC) de los aerosoles carbonosos presentes en la atmósfera , incluso en las zonas urbanas .
Los combustibles implicados en las emisiones son tanto los combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas natural, transporte, calefacción, industria, etc.) como los combustibles de biomasa (calefacción, leña , incendios forestales , agricultura, etc.).).
El carbono negro está vinculado a la combustión incompleta de combustibles fósiles y biomasa. Representa una parte del hollín , mezclas complejas de partículas que contienen carbono negro y carbono orgánico. El carbono negro tiene el poder de calentar la atmósfera porque absorbe la radiación solar, puede transportarse a largas distancias y se deposita en las extensiones glaciales al reducir su poder reflectante ( albedo ). El carbono orgánico, por el contrario, tiende a enfriar la atmósfera. El carbono negro provoca un calentamiento por tonelada mucho mayor que el enfriamiento provocado por el carbono orgánico.
El carbono negro es uno de los principales contaminantes climáticos de vida corta (la persistencia de estos contaminantes en la atmósfera es relativamente corta: de unos pocos días a algunas décadas, del orden de una a dos semanas para el negro de carbón). Estos contaminantes influyen fuertemente en el calentamiento global , son los contribuyentes más importantes al efecto invernadero de origen humano después del CO 2 .
El carbono negro depositado en la nieve , que absorbe una gran cantidad de luz solar, tiene un claro impacto en el forzamiento radiativo total. Además, la capa que cubre la nieve y el hielo acelera el derretimiento de los glaciares en las altas latitudes boreales , pero también en otras partes del mundo. Al igual que el Ártico , las regiones alpinas podrían beneficiarse de la reducción de las emisiones de carbono negro.
En áreas de fuerte radiación solar, las altas concentraciones de carbono negro contribuyen a la formación de nubes marrones que cubren grandes áreas del globo, particularmente en Asia . Estos sistemas oscurecen la superficie de la Tierra, calientan la atmósfera e interrumpen el ciclo hidrológico, lo que podría afectar al monzón. La nube marrón de Asia origina dos tercios de la quema de biomasa y un tercio de la quema de combustibles fósiles .
Respecto a Europa , el programa científico europeo Carbosol (2001-2005) estableció que del 50 al 70% de la contaminación por aerosoles carbonosos en el período invernal se originaba por la combustión de biomasa ( calentamiento de leña , incendios de plantas ). Los incendios agrícolas también son a menudo la causa de los incendios forestales , que son en sí mismos una fuente importante de emisiones de carbono negro.
Si se confía en las proyecciones establecidas por el Instituto Internacional para el Análisis de Sistemas Aplicados, en el marco del programa CAFE ( Clean Air For Europe) , se cree que la calefacción doméstica , en particular con leña , es una de las principales fuentes de material particulado y emisiones de carbono negro. Las emisiones de este tipo están mal reguladas en grandes áreas de Europa. Además, las pequeñas instalaciones que se utilizan para calentar con leña son antiguas y rechazan gran cantidad de aerosoles carbonosos. Finalmente, las estufas y chimeneas residenciales tienen una vida útil bastante larga, lo que retrasa la adopción de tecnologías más limpias.
En cuanto a los riesgos para la salud , la OMS no distingue entre los efectos de las partículas que se liberan por la combustión de materiales fósiles y los de las partículas producidas por la combustión de biomasa .
La exposición a ciertos minerales (sílice, amianto, etc.), a ciertas partículas orgánicas (harina, polvo de madera, etc.) y a agentes biológicos transportados por el aire, está asociada con diversos problemas de salud.
Los aerosoles carbonosos generados por la combustión pueden inducir en particular enfermedades respiratorias y cáncer de pulmón .
Todos los aerosoles atmosféricos ("partículas", PM ) están ahora clasificados como cancerígenos para los seres humanos ( Grupo 1 de la IARC ).
Estamos tratando de modelar y mapear el riesgo para la salud vinculado a la exposición de las poblaciones a aerosoles contaminantes del aire, en Francia con el proyecto CERPA, a partir de las concentraciones medidas en el aire por las redes dedicadas y AASQA (Associations Agréée de Surveillance de Air Quality) y mediante otras técnicas ( tubos pasivos , modelización meteorológica y química y física atmosférica , incluido el impacto de NO x y O 3 en las partículas , teledetección , etc.).
Otro tema de salud es comprender y controlar mejor las condiciones para el desarrollo de microorganismos (bacterias, hongos, algas) y virus en el aire, en fómites (superficies de vectores de contagio ) y en filtros de aire (ejemplo: filtros de CTA), porque posiblemente sea una fuente de reemisión de aerosoles y bioaerosoles diferentes y potencialmente patógenos.
Tener en cuenta la aerosolización es una de las claves de la lucha contra Covid , como informó The Guardian en octubre de 2020.