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Liaison, 25 janvier 2007

Une découverte de l'UdeS pourrait
allonger la liste des gaz sous surveillance du protocole de Kyoto

PIERRE MASSE

En 1987, le protocole de Montréal visait à interdire la production des gaz réfrigérants CFC, identifiés comme les responsables majeurs de la destruction de l'ozone stratosphérique. Plus tard, le protocole de Kyoto plaçait les CFC sur la liste des six catégories de gaz ayant une contribution importante à l'effet de serre et faisant l'objet d'une attention particulière de la communauté scientifique internationale. Une découverte du professeur Patrick Ayotte, du Département de chimie de la Faculté des sciences, pourrait bien ajouter d'autres gaz à surveiller, au même titre que les CFC. «C'est un signal d'alerte lancé aux spécialistes de l'atmosphère, car contrairement à ce qu'on croyait intuitivement depuis des années, les basses températures font pencher certains équilibres chimiques vers des produits nocifs», avertit ce spécialiste des cristaux de glace.

Au palmarès des 10 découvertes de l'année

Seule découverte fondamentale au palmarès des 10 découvertes de l'année 2006 de Québec Science, elle met fin à une controverse de 50 ans sur un cas d'équilibre chimique qui a confondu d'illustres chercheurs. Cette découverte pourrait remettre en question l'innocuité présumée d'un polluant atmosphérique appelé acide fluorhydrique (HF), supposé inoffensif pour l'ozone à basse température dans l'atmosphère. Les résultats du professeur Ayotte indiquent plutôt que ce polluant se stabilise sur la glace sous une forme potentiellement nocive pour l'ozone. «Grâce à un appareil de mesure appelé spectromètre infrarouge, c'est la première fois qu'on observe à très basse température la dissociation de ce gaz sur la glace. Cette forme dissociée pourrait être la bougie d'allumage de processus chimiques qui détruisent l'ozone. C'est à la fois inattendu et surprenant, et cela constitue un grand moment dans ma carrière car les conséquences scientifiques pourraient être nombreuses», ajoute Patrick Ayotte.

Cette molécule qui émane de sources naturelles est également utilisée pour certaines activités industrielles, notamment dans les secteurs sidérurgique et pétrolier, ainsi que dans la préparation des circuits intégrés.

1re loi : range ta chambre!

Pour comprendre ce qui a permis cette découverte, imaginez l'atmosphère comme une chambre d'adolescent. Les parents savent d'expérience que sans de nombreux rappels à l'ordre, la chambre tendra naturellement vers un état de plus grand désordre!

Si l'adolescent est féru de science, il pourrait même opposer une fin de non-recevoir aux demandes répétées de grand ménage puisqu'elles s'opposent à un grand principe de maximisation du «désordre» qui régit tout l'univers et surtout sa chambre… C'est ce que les thermodynamiciens appellent le principe de maximisation de l'entropie. C'est la prise en compte de cette loi fondamentale qui a permis au professeur Ayotte de comprendre enfin comment les basses températures pouvaient favoriser la dissociation du HF sur la glace.

Avant que cette chambre imaginaire ne soit abandonnée aux mains adolescentes, vous auriez pu voir les éléments qui constituent la molécule, sous forme d'ions, bien rangés chacun dans des tiroirs séparés. Laissez le temps faire son œuvre et vous trouverez les tiroirs à moitié ouverts et les ions éparpillés dans toute la pièce. Ce désordre favorise par exemple le regroupement des ions H+ et F- qui forment ainsi la molécule de HF.

2e loi : quand le froid ramène l'ordre

Une 2e loi fondamentale des équilibres chimiques favorise exactement l'inverse. Elle cause la dissociation des molécules en ions qui possèdent une énergie plus basse que la molécule. Plus l'énergie finale est basse et plus le système est stable. Pour le HF dans la glace, cette loi favorise donc la dissociation en ions H+ et F- plus stables que la molécule HF.

À température ambiante, la propension au désordre est tellement puissante qu'elle prédomine sur cette 2e loi. C'est pourquoi l'atmosphère est majoritairement composée de HF sous sa forme moléculaire. Par contre, le professeur Ayotte a montré qu'en abaissant la température en dessous de -120 oC, les forces qui poussent au désordre diminuent considérablement dans la glace. Par conséquent, la 2e loi finit par l'emporter sur la 1re et le HF se dissocie en ions H+ et F-. Étonnamment, plus on refroidit, plus le HF a tendance à se dissocier! C'est cet ion F- qui est réactif et pourrait être dommageable pour l'ozone.

Reconsidérer l'innocuité présumée de certains gaz

Depuis des années, les chimistes de l'atmosphère n'étaient pas très attentifs aux effets de ce gaz, car sans prendre en compte les effets combinés de ces deux lois, ils déduisaient que la dissociation en ions nocifs pour l'environnement n'était pas possible à basse température. Ces spécialistes devront peut-être reconsidérer leur position à la suite de la découverte du professeur Ayotte.

«Il n'y a peut-être pas nécessairement de danger immédiat pour l'environnement. Toutefois, certains gaz devraient être étudiés plus attentivement, car leur comportement à basse température va parfois à l'encontre de l'intuition, mais pas contre les lois de la nature. Cela prouve qu'il faut questionner la nature sans cesse! Avec l'avènement de l'Année polaire internationale en 2007-2008, l'amélioration de notre compréhension des mécanismes moléculaires fondamentaux sur la glace et la neige nous réserve certainement d'autres surprises», conclut le chercheur de l'Université de Sherbrooke.

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Les recherches du professeur Patrick Ayotte, de la Faculté des sciences, ont été retenues parmi les 10 découvertes de l'année de la revue Québec Science.
Les recherches du professeur Patrick Ayotte, de la Faculté des sciences, ont été retenues parmi les 10 découvertes de l'année de la revue Québec Science.

Photo : Roger Lafontaine

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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