Des chercheurs identifient les métaux rejetés dans l’atmosphère par la rentrée des satellites

Les aérosols stratosphériques contiennent des quantités importantes de métaux libérés lorsque les satellites brûlent lors de leur rentrée, a montré la spectrométrie de masse au-dessus de l’Alaska. Même si cette fraction devrait augmenter considérablement au cours des prochaines décennies, l’impact de ces métaux supplémentaires sur la chimie atmosphérique est inconnu.

Les aérosols dans la haute atmosphère comprennent principalement de l’acide sulfurique provenant de la condensation du sulfure de carbonyle oxydé ou du dioxyde de soufre avec de la vapeur d’eau. Ces aérosols se nucléent parfois sur des nanoparticules métalliques, qui peuvent se former naturellement par ablation de météores. «Les météores brûlent très haut dans l’atmosphère, à environ 100 km», explique le spécialiste de l’atmosphère Daniel Murphy de la National Oceanic and Atmospheric Administration de Boulder, Colorado. Les métaux comme le fer et le magnésium sont vaporisés par les météores et, lorsque les atomes subissent un mouvement brownien et se refroidissent, ils se condensent en nanoparticules de moins de 100 nm.

Dans le cadre de cette nouvelle recherche, Murphy et ses collègues ont étudié les aérosols à 19 km au-dessus de Fairbanks, en Alaska, en février et mars de cette année, à l’aide d’un spectromètre de masse spécialement conçu et monté dans le nez de l’avion à haute altitude WB-57 de la NASA. À mesure que l’air descend pendant l’hiver dans les régions polaires, il devient particulièrement utile pour échantillonner la composition stratosphérique à des altitudes encore plus élevées. «Nous détectons l’arrivée d’une particule en voyant un éclair lumineux lorsqu’elle traverse un faisceau laser continu», explique Murphy. « Ensuite, nous la frappons rapidement avec une impulsion provenant d’un laser excimer et observons les ions qui s’en détachent. Il s’écoule donc une infime fraction de seconde entre le moment où la particule se trouve dans le monde extérieur et le moment où nous l’analysons. »

Environ 50 % des aérosols d’acide sulfurique contenaient des noyaux métalliques, et les chercheurs ont trouvé des preuves évidentes de contamination par des débris d’engins spatiaux dans certains d’entre eux. Environ 10 % présentaient des niveaux d’aluminium étonnamment élevés et certains contenaient des éléments exotiques. Les particules contenant du niobium et du hafnium l’ont fait dans un rapport qui correspondait à l’alliage C-103 dans certaines extensions de fusée. La corrélation entre les enrichissements en lithium et en aluminium pourrait s’expliquer par l’utilisation accrue d’alliages Al-Li dans les corps des engins spatiaux et de batteries lithium-ion. On pense déjà que la majeure partie du cuivre stratosphérique, un métal rare dans les météores, proviendrait de vaisseaux spatiaux.

Les effets de cette situation sont inconnus, mais il semble certain que la contamination va augmenter. «Les gens s’attendent à une très, très forte augmentation des événements de rentrée en raison de cette constellation de satellites en orbite terrestre basse», explique Murphy. « Des milliers de satellites sont actuellement lancés et des dizaines de milliers sont prévus… donc si 10 % contiennent actuellement ces métaux, il est très probable que ce pourcentage soit beaucoup plus élevé dans un avenir proche. »

« Nous ne savons pas si ces métaux pourraient modifier ces particules d’acide sulfurique d’une manière ou d’une autre, et d’une certaine manière, c’est la partie inconfortable de l’histoire », ajoute-t-il. Une possibilité est que les métaux pourraient potentiellement affecter la manière dont les aérosols forment des nuages. « Je pense que les gens du laboratoire vont commencer à étudier dans quelle mesure les propriétés d’une particule d’acide sulfurique sont modifiées lorsqu’elle contient un peu d’aluminium et de cuivre. »

Le chimiste atmosphérique Sergey Nizkorodov de l’Université de Californie à Irvine aux États-Unis, qui n’a pas participé aux travaux, est impressionné. « Les gens savaient que les métaux sont produits dans la haute atmosphère en brisant les météorites : ils considéraient évidemment les météorites naturelles, mais c’est la première étude, à ma connaissance, qui s’intéresse à la décomposition des objets fabriqués par l’homme, et apparemment il y en a assez d’entre eux pour faire la différence. Je pense que c’est une très bonne (étude) », dit-il. « L’aluminium est un métal plutôt inoffensif, mais il y a aussi du cuivre qu’ils mentionnent et d’autres métaux de transition qui pourraient potentiellement avoir une chimie intéressante liée à la couche d’ozone ou à la formation de nuages… Je pense que cela devrait être étudié, c’est sûr. »