Des chercheurs de l’Université technologique de Vienne étudient le feldspath, un minéral omniprésent qui constitue environ la moitié de la croûte terrestre et qui joue un rôle étonnamment important dans la formation des nuages.
Dans un article publié dans Le Journal des Lettres de Chimie Physique, les scientifiques expliquent que la fine poudre transportée par l’air influence la formation des nuages et que les molécules d’eau adhèrent mieux à la poussière de feldspath qu’aux autres particules. De minuscules grains de feldspath flottant dans l’atmosphère deviennent ainsi d’excellentes graines de nucléation, où les molécules d’eau se collent et gèlent pour finalement former un nuage.
À l’aide d’un microscope à force atomique très sensible, l’équipe a montré que la géométrie unique de la surface du feldspath constitue le point d’ancrage idéal pour les groupes OH de l’hydrogène et de l’oxygène, puis pour l’eau.
« Les chercheurs réfléchissaient à plusieurs idées expliquant pourquoi le feldspath est une graine de nucléation si efficace », a déclaré la chercheuse principale Ulrike Diebold dans un communiqué aux médias. « Cela pourrait être dû aux atomes de potassium contenus dans le feldspath, ou peut-être à certains défauts de sa structure cristalline. »
Un microscope à force atomique renverse le thé
Pour le savoir, Diebold et son équipe ont utilisé un microscope à force atomique très sensible. Dans ce microscope, la surface du cristal est balayée point par point avec une pointe fine. La force entre la pointe et la surface produit une image à haute résolution, où la position de chaque atome peut être déterminée avec précision.
« Nous avons placé un morceau de feldspath dans la chambre à vide du microscope et l’avons divisé en deux pour obtenir une surface vierge et propre », a déclaré Giada Franceschi, premier auteur de l’étude. « Nous avons été perplexes face aux résultats : les images de la surface étaient différentes de ce que les théories courantes avaient prédit. »
La cause a été rapidement trouvée : de minuscules inclusions d’eau dans la roche en étaient la cause. Lorsque la pierre est brisée, un peu de vapeur d’eau se dégage. Cette vapeur s’attache à la surface fraîchement fendue et les molécules d’eau se brisent, formant des groupes hydroxyle (OH).
« Au microscope, vous ne voyez pas la surface du feldspath elle-même mais une surface recouverte de groupes hydroxyles », a déclaré Franceschi. « Dans la nature, la surface du feldspath est également recouverte d’une telle couche d’hydroxyle. »
En raison de la géométrie du cristal de feldspath, ces groupes hydroxyles sont positionnés de manière à en faire des points d’ancrage idéaux pour les molécules d’eau. Les molécules d’eau peuvent s’ancrer aux groupes hydroxyles comme des éléments constitutifs qui s’emboîtent avec précision. Ainsi, la couche d’hydroxyle forme la connexion parfaite entre le feldspath et l’eau qui se fixe sous forme de glace.
« Le lien s’établit très facilement et rapidement, et il est également très stable », a déclaré Diebold. « Pour éliminer la couche d’hydroxyle du feldspath, il faudrait la chauffer à haute température. »
Les résultats permettent de comprendre pourquoi des cristaux spécifiques présents dans l’atmosphère sont particulièrement adaptés comme germes de nucléation formant des nuages.
Selon les chercheurs, il est important, notamment face au changement climatique, de mieux comprendre la physique de la formation des nuages.
