Patrick Ayotte

Percer le mystère à la surface des glaces

Il parle presque aussi vite que les idées qui se bousculent dans son esprit. Et des idées, il s’en brasse dans la tête de ce jeune chercheur.

Diplômé de l’Université de Sherbrooke, Patrick Ayotte est parti faire son doctorat en chimie en 1995 à l’Université Yale. Après six années passées aux Etats-Unis, le scientifique décide de revenir à ses anciennes amours, les Cantons de l’Est. Aujourd’hui professeur au Département de chimie de l’Université de Sherbrooke, il observe d’étranges phénomènes à la surface de la glace. Même si ses deux pieds sont bien ancrés dans le plancher des vaches, ce chercheur a une partie de son cerveau résolument tournée vers le ciel.

Plus précisément, son attention est tournée vers les nuages de la haute stratosphère, à quelque 25 km de la Terre. Il est convaincu que les cristaux de glace qui forment ces nuages pourraient nous en révéler un peu plus sur l’amincissement de la couche d’ozone, cette enveloppe qui nous protège du rayonnement ultraviolet.

On sait déjà que le chlore contenu dans les CFC, jadis très utilisés comme réfrigérants, est un des principaux destructeurs du précieux gaz. Sous l’action des rayons du soleil, le chlore entraîne la destruction de l’ozone. «L’appauvrissement de l’ozone est plus marqué au-dessus de l’Arctique et de l’Antarctique, rappelle Patrick Ayotte. Curieusement, on a remarqué que le chlore s’accumule dans la haute atmosphère pendant la longue nuit polaire de six mois… » Et c’est précisément ce qui préoccupe le chercheur. Il pense que la surface des particules de glace atmosphérique agirait comme une trappe où s’accumulent en grande quantité les éléments qui enclenchent le processus d’amincissement de l’ozone. Ainsi, lorsque les rayons du soleil reviennent au printemps polaire, la glace se transformerait en une puissante usine flottante de destruction de l’ozone. Le hic, c’est qu’on sait peu de choses des procédés chimiques impliqués. « Et ça, c’est une grave lacune à notre compréhension de la chimie de l’atmosphère! » Spécialiste de la chimie des surfaces, Patrick Ayotte compte bien lever le voile sur les mystères qui dorment à la surface de la glace atmosphérique.

La glace comme laboratoire

Les observations effectuées patiemment sur le terrain par les glaciologues, les géographes et les chimistes de l’atmosphère constituent la matière première du travail de Patrick Ayotte. Les carottes -ou échantillons- de glace forées dans les calottes glacières du Groenland et de l’Antarctique s’avèrent d’une grande utilité pour analyser la composition de l’atmosphère des 400 000 dernières années. « Les échanges chimiques entre les cristaux de glace et les gaz de la haute stratosphère se produisent aussi au niveau du sol, entre le couvert neigeux et la très basse atmosphère. Les carottes de glace nous renseignent sur les changements de la composition de l’atmosphère à travers le temps. »

Ces précieux indices révèlent aussi une foule de renseignements sur le rôle de la glace dans notre environnement. « C’est un substrat qui catalyse une multitude de réactions, raconte Patrick Ayotte. Supposons une molécule chlorée, l’acide chlorhydrique (HCl). Que se passe-t-il lorsque HCl sous forme de gaz rencontre une particule de glace? Retourne-t-elle tout simplement dans l’atmosphère après la collision? Ou, au contraire, est-elle retenue sur la glace? Si tel est le cas, son interaction avec la glace peut avoir un impact sur l’ozone » En effet, la « rencontre » du chlore avec la glace peut entraîner sa dissociation, qui résultera en H+ et Cl-. « Sous cette forme atomique (Cl-), le chlore est peut-être la bougie d’allumage de la chaîne de réactions qui mène à la destruction de l’ozone. » Cette cascade de réactions est fatale pour l’ozone : un seul atome de chlore est capable de détruire plus de 100 000 molécules d’ozone.

« Les molécules peuvent aussi entrer dans la glace. Or, la vitesse à laquelle les molécules pénètrent influence aussi les réactions chimiques à la surface. Somme toute, la glace constitue un formidable piège à molécules! » Dans son Laboratoire de cinétique et dynamique sur les glaces, Patrick Ayotte tente de reproduire toute la gamme de ces réactions. Aidée de technologies de pointe, son équipe reconstitue les surfaces de glace ainsi que les molécules qui y interagissent dans la haute atmosphère.

Leurs recherches constituent d’ailleurs un des efforts les plus intenses destinés à comprendre le comportement physico-chimique des éléments à la surface et à l’intérieur des glaces. Repris par les chimistes de l’atmosphère, les travaux de Patrick Ayotte pourraient aider à prédire le comportement de l’ozone de manière plus réaliste. Préoccupé par l’état de l’environnement, le jeune chercheur pense qu’il faut comprendre les mécanismes des phénomènes observés avant de mettre en place des mesures complexes et coûteuses visant à réduire les effets de l’homme. « Bien des théories n’ont pas encore été vérifiées, précise-t-il. Le but de mes travaux n’est pas de confirmer des hypothèses, mais de donner l’heure juste sur un système environnemental ».

Mai 2004