Les auteurs de l’étude, Peter Lippert (à gauche) et Grant Rea-Downing, avec leurs branches de pin artificielles, lors de l’essai de moniteurs passifs de qualité de l’air à bas prix

Les progrès technologiques ont permis de mettre en place des moyens de haute technologie pour surveiller la qualité de l’air, depuis les satellites en orbite autour de la Terre jusqu’aux installations artistiques qui s’allument lorsque les polluants sont faibles. Des scientifiques de l’université de l’Utah ont mis au point une solution relativement simple, en démontrant comment l’accumulation de particules magnétiques sur les feuilles des arbres peut être utilisée pour évaluer la qualité de l’air ambiant.

Les recherches ont en fait été menées par des géologues qui étudient normalement la composition des anciens continents en étudiant le magnétisme des roches. Dans ce cadre, l’équipe s’est penchée sur des recherches antérieures qui ont démontré comment les feuilles peuvent piéger les particules magnétiques émises par les gaz d’échappement des véhicules et les émissions de combustibles fossiles, et pourraient donc être utilisées pour suivre les polluants atmosphériques dans les environnements urbains.

Ces particules sont souvent trop petites pour être vues à l’œil nu, mais certaines contiennent du fer en concentrations suffisamment élevées pour être détectées avec les magnétomètres que les géologues utilisent dans leur travail habituel. Les chercheurs ont donc entrepris d’étudier le potentiel des feuilles d’arbres à servir de stations de surveillance de la qualité de l’air dans leur région.

Pour ce faire, ils ont collecté des aiguilles de pin sur quatre arbres à feuilles persistantes du campus, dont trois se trouvaient près d’une route très fréquentée, mais chacun étant situé plus loin de la circulation que le précédent. Le quatrième était situé bien loin de la circulation. Les scientifiques ont recueilli des échantillons à deux endroits, une fois après un été 2017 de qualité relativement bonne et une fois au milieu d’un hiver, lorsque la qualité de l’air était au plus bas pour la saison.

À l’aide de magnétomètres et de microscopes électroniques, l’équipe a constaté que la magnétisation des aiguilles collectées en hiver était environ trois fois supérieure à celle des aiguilles collectées en été. Les scientifiques ont découvert que ces aiguilles d’hiver étaient nettement plus sales, et ont mis en évidence la présence d’autres éléments dans les particules, comme le titane, le vanadium et le zirconium, et d’autres éléments associés à la poussière de frein, à la combustion de combustibles fossiles et aux gaz d’échappement.

Photomicrographie électronique à balayage d’aiguilles de pin, avec les particules montrées en été (à gauche) et en hiver

L’équipe a constaté que la concentration de particules magnétiques était plus faible dans les échantillons prélevés plus loin de la route, ce qui, selon eux, pourrait être dû à la distance de la circulation automobile, mais aussi à l’altitude, la ligne des arbres suivant une pente.

Pour pousser ce concept plus loin, les chercheurs ont mis au point une branche de pin artificielle, imprimée en 3D avec des aiguilles pour recueillir ses propres particules. Les scientifiques utiliseront ces plateformes expérimentales pour mieux comprendre comment les particules magnétiques s’accumulent sur ces aiguilles, et explorer les effets d’autres facteurs, comme la pluie.

L’auteur de l’étude Grant Rea-Downing avec la branche de pin artificielle de l’équipe

« Si nous avons une forte pluie, nous pouvons aller chercher de l’eau avant et après cette pluie et voir si ce signal est simplement emporté par la pluie chaque fois que vous avez un événement pluvieux », dit l’auteur de l’étude, Grant Rea-Downing. « Ou bien les aiguilles biologiques absorbent-elles vraiment de la matière et retiennent ce signal plus longtemps que les aiguilles synthétiques ? »

Tout va bien, l’équipe voit un grand potentiel dans cette approche comme moyen d’offrir des données précises sur la qualité de l’air dans les zones urbaines, pouvant révéler des variations dans des zones distantes de quelques dizaines de pieds seulement. Le fait que l’infrastructure soit déjà en place, offrant un moyen simple et peu coûteux de mettre en œuvre la méthode à grande échelle, joue en sa faveur.

« Partout où vous avez un arbre, vous avez un point de données », explique M. Rea-Downing. « Un arbre ne coûte pas 250 dollars à déployer. Nous serons en mesure de cartographier la distribution des particules à une très haute résolution pour un coût très faible ».

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2020GH000286

https://attheu.utah.edu/facultystaff/evergreen-needles-air-quality/