CENDRES VOLANTES DE CHARBON EN AÉROSOLS
Les particules de cendres volantes de charbon en aérosol sont des agents efficaces de nucléation de la glace dans les nuages de haute altitude. Les cirrus stratosphériques se forment autour de poussières minérales et d'oxydes métalliques, les cendres volantes de charbon contribuant largement à ces deux catégories [13]. Dans la troposphère, les particules d'aérosols anthropiques, en particulier les cendres volantes, les métaux et les particules de suie, sont incorporées aux gouttelettes de nuages, puis transportées sur de longues distances et affectent les écosystèmes mondiaux, la santé humaine et l'équilibre thermique de l'atmosphère [14]. La convection profonde et la remontée des cirrus offrent un mécanisme de transport de la troposphère vers la stratosphère [15, 16]. La composition chimique, la taille et la morphologie des particules réfractaires recueillies à l'intérieur de la stratosphère polaire, sont conformes à celles trouvées dans les cendres volantes de charbon. Ces particules comprennent celles qui contiennent du carbone, des silicates, du fer et des mélanges métalliques complexes [17]. Des preuves suggèrent que les nuages stratosphériques capturent et concentrent les particules de cendres volantes de charbon [11]. Au printemps, lorsque les nuages stratosphériques commencent à fondre ou à s'évaporer, ces particules sont libérées, et réagissent avec l'ozone stratosphérique et le détruisent [11].
Les cendres volantes de charbon se forment dans un environnement chimique anhydre et non naturel dans les gaz chauds au-dessus du brûleur de combustion, ce qui rend leur comportement chimique bien différent de celui de particules de taille similaire provenant de la croûte terrestre. Au moins 39 éléments dans les cendres volantes de charbon peuvent être lessivés ou partiellement extraits par l'eau [18]. Les éléments primaires des cendres volantes de charbon comprennent les oxydes de silicium, d'aluminium, de fer et de calcium, avec des quantités moindres de magnésium, de soufre, de sodium, de chlore et de potassium. Le carbone est souvent présent sous sa forme élémentaire, sous forme de charbon, de suie, de boules nanométriques et de nanotubes [19, 20].
Les nombreux éléments traces présents dans les cendres volantes de charbon comprennent l'arsenic, le baryum, le chrome, le cuivre, le plomb, le manganèse, le mercure, le nickel, le sélénium, le strontium, le thallium, le vanadium et le zinc [21].
Les cendres volantes de charbon peuvent elles-mêmes détruire l'ozone [22-27]. L'ozone stratosphérique peut être détruit par des halogènes réactifs et par le chlore, le brome, le fluor et l'iode, tous présents dans les cendres volantes de charbon [28]. Ironiquement, la combustion du charbon produit même des chlorofluorocarbones que l'on retrouve dans les cendres volantes de charbon [29]. Des données expérimentales montrent que des composants séparés des cendres volantes de charbon peuvent absorber ou détruire l'ozone. Par exemple, il y a une absorption réactive de l'ozone sur les oxydes minéraux incluant ceux d'aluminium, de silicium et de fer, qui sont tous des composants majeurs des cendres volantes de charbon [30]. Les surfaces du carbone des cendres volantes de charbon sont oxydées par l'ozone [24], et l'ozone réagit avec les nanoparticules de carbone [25-27]. On a trouvé que les particules en aérosols de carbone et de fer inférieures au micron détruisent efficacement l'ozone, ce qui implique que ces particules dans la stratosphère peuvent représenter une cause significative de l'appauvrissement de l'ozone [31].
FER EN AÉROSOL DE CENDRES VOLANTES DE CHARBON
Les cendres volantes de charbon sont une source majeure de fer atmosphérique, avec des implications importantes pour le climat et pour les cycles biogéochimiques mondiaux. Le fer est un élément primaire dans les cendres volantes de charbon et est est contenu à la fois dans la phase vitreuse d'aluminosilicate et dans les phases minérales d'oxyde, notamment la magnétite (Fe3O4) et l'hématite (Fe2O3) [32]. La spéciation du fer par spectroscopie Mossbauer indique que le fer ferrique dans la phase vitreuse de l'aluminosilicate est la source de fer bio-disponible dans les cendres volantes de charbon. Cette espèce de fer est associée aux particules de combustion et non pas à la poussière de la croûte terrestre issue des minéraux du sol [33]. Les acides formés à partir de polluants gazeux anthropiques comme le dioxyde de soufre et les oxydes d'azote dissolvent le fer dans les particules en aérosols, augmentant ainsi considérablement la quantité de fer bio-disponible dans l'océan [34] et, probablement de la même manière,rendant le fer plus disponible pour une réaction avec l'ozone stratosphérique.
Le traitement atmosphérique des aérosols de cendres volantes de charbon augmente la solubilité du fer en raison de modifications de la morphologie de l'aluminosilicate vitreux. Par conséquent, le fer est continuellement libéré dans la solution aqueuse au fur et à mesure que les particules de cendres volantes de charbon se brisent en fragments plus petits [35]. Des études récentes suggèrent que la charge atmosphérique de fer provenant de la combustion anthropique (combustibles fossiles) est beaucoup plus importante que ce qui avait été calculé précédemment et qu'elle dépasse celle de la poussière et des sources de combustion de la biomasse. Le fer joue un rôle clé dans les aérosols atmosphériques, y compris dans la rétention de la chaleur en surface [36], la biogéochimie des océans [37], la biogéochimie des océans [37], le cycle global du carbone et les effets de la neige/glace et de l'albédo [38]. Le fer réactif contenu dans les aérosols de cendres volantes de charbon dans la haute atmosphère a la capacité d'appauvrir l'ozone stratosphérique par plusieurs mécanismes différents qui sont abordés ici.
Auparavant, l'origine des ions métalliques dans la haute et la basse ionosphère était attribuée à l'évaporation de petits micro-météores traversant l'orbite de la Terre, et non aux cendres volantes de charbon [39]. Les nuages mésosphériques polaires, également appelés nuages noctilucides, sont de fines couches de particules de glace qui se produisent entre 82 et 87 km d'altitude dans la mésosphère estivale des hautes latitudes. Des mesures Lidar, utilisant les longueurs d'onde spectrales du fer de 372 et 374 nm, montrent que ces nuages chevauchent en altitude une couche de fer, qu'ils absorbent [40]. Ces résultats confirment notre suggestion selon laquelle les particules de cendres volantes de charbon (pas seulement le fer métallique), projetées dans la stratosphère, servent non seulement d'agents de formation de glace, mais sont également piégées par les nuages, y compris les nuages stratosphériques polaires. Au printemps, les nuages stratosphériques glacés fondent ou s'évaporent, libérant les particules de cendres volantes de charbon qu'ils ont piégées et rendant ces particules de cendres volantes de charbon consommatrices d'ozone facilement disponibles pour une réaction de destruction de l'ozone stratosphérique ambiant [11].
On pense que les matériaux réfractaires insolubles, sous la forme d'aérosols primaires et secondaires, jouent un rôle catalytique crucial dans l'activation des cristaux de glace des cirrus dans la troposphère et dans les nuages stratosphériques polaires, ces derniers étant associés à la destruction de l'ozone [41]. Analogues aux particules "météoriques" réfractaires, contenant du fer, du silicium et du magnésium, elles se sont avérées capables de nucléer la glace et les hydrates d'acide nitrique dans les nuages stratosphériques polaires [41, 42]. Les métaux météoriques, qui sont en quelque sorte une métaphore des particules de cendres volantes de charbon, sont reconnus comme des composants importants des aérosols dans les zones mésosphériques, troposphériques et de la basse stratosphère. Ces aérosols proviennent généralement de sources anthropiques, terrestres et marines [43]. Le transport de l'air de la troposphère vers la stratosphère se produit principalement sous les tropiques, et il est associé à la branche ascendante de la circulation de Brewer-Dobson. La convection atmosphérique profonde [44], y compris la circulation de la mousson, constitue une voie efficace pour que la pollution par les cendres volantes de charbon du continent asiatique pénètre dans la stratosphère mondiale [45].
L'oxyde de fer contenu dans les aérosols peut chimisorber le dioxyde de soufre, le transformant en sulfate à l'interface gaz-solide. Le revêtement de surface des particules d'aérosol insolubles par des matériaux solubles améliore leur capacité de nucléation des nuages [46]. Une augmentation des espèces secondaires par la transformation en nuages augmente la biodisponibilité du fer dans les aérosols et, par voie de conséquence, augmente la destructibilité de l'ozone stratosphérique.
Dans une étude des composés secondaires dans les résidus de nuages (gouttelettes de nuages séchées) au sommet d'une montagne en Chine, les particules riches en fer provenant de sources de combustion, par opposition aux particules de poussière, ont contribué à la majorité de résidus de nuages contenant du fer. Plus de 90 % des particules contenaient déjà des sulfates avant l'apparition des nuages. La transformation en nuages a entraîné une augmentation de la fraction de nitrate, de chlorure et d'oxalate dans les résidus de nuages contenant du fer [47]. Le fer est mobilisé dans des environnements atmosphériques acides, à la fois avant et pendant le dépôt d'aérosols. Les cendres volantes de charbon interagissent avec la couche déliquescente très acide formée autour de leurs particules par l'absorption d'eau et de gaz atmosphériques acides (pH<4). Le processus atmosphérique dissout le fer dans les aérosols par des mécanismes impliquant les protons et des processus de chélation. Dans l'acide chlorhydrique à faible pH, des fractions importantes de fer en phase aqueuse (Fe2+) sont libérées des cendres volantes de charbon. Dans les suspensions d'acide nitrique, une réaction redox de surface supprime la mobilité de Fe2+, ce qui conduit à la formation de nitrites. En présence d'un rayonnement solaire, les processus atmosphériques favorisent la formation de Fe2+ et d'acide nitreux à partir des particules de combustion [48]. Les cendres volantes de charbon non traitées présentent une forte activité de nucléation hétérogène de la glace à des températures inférieures à 235° K dans les dépôts et/ou la condensation et la congélation des pores. Contrairement aux aérosols organiques atmosphériques, les cendres volantes de charbon montrent une diminution de l'activité de nucléation de glace après transformation dans des nuages mixtes et de type cirrus [49].
Le radical hydroxyle (OH) est l'oxydant le plus important dans la troposphère, oxydant les hydrocarbures naturels et anthropiques et produisant de l'ozone de type polluant. Cependant, dans la stratosphère et la mésosphère, OH est un catalyseur clé pour la destruction de l'ozone [50]. Les aérosols organiques secondaires générés en laboratoire et dans l'air ambiant forment des quantités significatives d'OH dans l'eau des nuages qui peut s'expliquer par la décomposition d'hydropéroxydes organiques. La réactivité chimique et le vieillissement des particules d'aérosol organique secondaire (y compris celles des cendres volantes de charbon) sont grandement favorisées par le fer, qui produit de l'OH par la réaction de Fenton entre le fer ferreux (Fe2+) et le péroxyde d'hydrogène (H2O2) [51], vraisemblablement produit par l'ozone, O3 [52]. Le fer atmosphérique, comme les variétés dominantes de métaux de transition dans l'atmosphère, est associé à la génération de radicaux OH dans les extraits de particules ambiantes, notamment celles provenant de sources anthropiques [53]. Les aérosols de cendres volantes de charbon sont une source importante de radical OH en présence d'un donneur d'électron ajouté (ozone) ou de H2O2 [54]. Dans les gouttelettes de nuages, la réaction "photoFenton" se produit par la photoréduction rapide de Fe3+ en Fe2+, qui à son tour favorise la réaction classique de Fenton, c'est-à-dire que Fe (II) + H2O2 (vraisemblablement produit par l'ozone) donne Fe (III), OH et OH- [55]. Il a été découvert récemment que pendant les premières minutes après la formation des gouttelettes de nuage, la matière des aérosols produit une " explosion " d'hydroxydes, dépendante de lumière et proche des UV, de taille allant jusqu'à cinq fois plus grande que ce qui était connu auparavant.. La source de cette explosion est une chimie jusqu'alors inconnue entre le fer ferreux et les peracides [56].
Les atomes de chlore consomment des composés organiques volatils et influencent les cycles de l'ozone (O3) et des oxydes d'azote. En plus des réactions hétérogènes, les réactions photochimiques impliquant les HNO3 et H2O2 aqueux sur et dans la surface des nuages stratosphériques polaires pourraient constituer une autre voie importante d'activation des halogènes par les cendres volantes de charbon pour la destruction de l'ozone[57]. La libération de particules de fer réactives avec l'activation associée des halogènes à partir des nuages de glace polaire en dégel au printemps peut expliquer un autre mécanisme par lequel les constituants détruisent l'ozone, produisant des trous dans la couche d'ozone pendant cette période.
On a supposé que la détection récente d'iode dans la stratosphère provenait d'émissions océaniques [58]. Nous contestons que la source présumée soit uniquement constituée d'émissions océaniques. Les cendres volantes de charbon en aérosol provenant de sources industrielles polluantes et pulvérisées par avion dans la haute troposphère, qui sont ensuite envoyées dans la stratosphère,contaminent l'atmosphère avec de l'iode, d'autres halogènes, et d'autres éléments, dont le mercure [59-61]. Les restrictions imposées à la production et à l'élimination du mercure n'ont pas diminué sa présence dans l'atmosphère [59]. Il n'est pas surprenant que, comme beaucoup d'autres composants des cendres volantes de charbon, le mercure réagisse avec l'ozone et le consomme [62-64].
Les aérosols de cendres volantes de charbon, en particulier ceux qui se trouvent dans l'atmosphère à haute altitude, expliquent non seulement la composition chimique d'une grande partie des particules stratosphériques, mais fournissent également de nombreuses voies de réaction vérifiées expérimentalement pour détruire l'ozone stratosphérique, y compris, mais sans s'y limiter les réactions complexes des halogènes qui contribuent à l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique. Dans de nombreuses situations, le fer métallique et les composés du fer non seulement détruisent directement l'ozone mais facilitent d'autres réactions destructrices de l'ozone, ce qui étaye notre affirmation fondée sur des preuves que les cendres volantes de charbon en aérosol sont les principales responsables de la destruction de l'ozone stratosphérique [11].
CONCLUSIONS
L'ozone stratosphérique est l'écran solaire naturel de la Terre, bloquant la plupart des rayons ultraviolets les plus nocifs du soleil et l'atmosphère et protégeant toutes les formes de vie supérieures sur Terre. Le protocole de Montréal, élaboré par l'Organisation météorologique mondiale et le Programme des Nations unies pour l'environnement, est entré en vigueur en 1989.Cet accord international était basé sur ce que l'on pourrait appeler une "science consensuelle", qui rendait les chlorofluorocarbones (CFC) responsables de l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique. Depuis lors, le protocole de Montréal a été salué comme un grand succès, car il aurait non seulement permis d'empêcher de nouveaux dommages à la couche d'ozone, mais aussi d' améliorer le changement climatique. Cependant, la réalité est que le monde que le protocole de Montréal était censé éviter est déjà là,l'appauvrissement de la couche d'ozone ne cesse de s'aggraver et les rayons ultraviolets B et C mortels pénètrent déjà à la surface de la Terre. Il suffit d'aller dehors, de sentir le soleil brûler sa peau et de voir les signes de la destruction par les UV sur tous les arbres. Nous avons fourni des preuves supplémentaires que les cendres volantes de charbon, et non pas les CFC, sont la cause la plus importante de l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique.Les cendres volantes de charbon elles-mêmes et les multiples éléments et composés contenus dans les cendres volantes de charbon peuvent absorber ou détruire l'ozone. Ici, nous nous sommes concentrés sur le fer, un élément abondant dans les cendres volantes de charbon qui peut à la fois détruire l'ozone et interagir avec de nombreux autres éléments, dont tous les halogènes, pour appauvrir l'ozone dans la stratosphère. L'incapacité (ou le manque de volonté) de la communauté scientifique à sortir du cadre de l'hypothèse de l'appauvrissement de l'ozone par les CFC et de s'attaquer à la véritable cause de l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique sera une erreur fatale pour l'humanité. Toutes les sources de cendres volantes de charbon en aérosol doivent être réduites ou éliminées, surtout la matière pulvérisée par avion dans la haute atmosphère, de façon délibérée, secrète, quasi-mondiale, et contenant des cendres volantes de charbon. Jusqu'à ce que la population se "réveille" aux dommages inimaginables causés à notre planète par ce type de manipulation technologique, l'actuelle "Sixième Grande Extinction" anthropique continuera à se dérouler à une vitesse aveuglante.
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![Figure 1. Le statut actuel et historique de l'ozone stratosphérique donné par les mesures de l' Index UV révélant l'aggravation du trou d'ozone en Antarctique.Tiré de [8]](https://image.over-blog.com/-CJeUIviizfJH6kf-jTWPx7VDv4=/filters:no_upscale()/image%2F1416990%2F20220903%2Fob_506d4f_figure-1.jpg)
![Figure 2. Graphique illustrant les principales sources de cendres volantes de charbon en aérosols dans un nuage stratosphérique polaire chargé de particules, et quelques-uns des nombreux composants des cendres volantes de charbon qui détruisent directement l'ozone [11, 12].](https://image.over-blog.com/Ua1agQa33wvq2iOA4cZTIM5iDS0=/filters:no_upscale()/image%2F1416990%2F20220903%2Fob_646740_figure-2.jpg)
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