Tout le monde connaît l'odeur caractéristique de l'asphalte chaud en été. Mais saviez-vous que derrière ce parfum de vacances ou de travaux routiers se cache une usine chimique invisible? un collectif constitué de chercheurs de l’Institut Mines-Télécom Nord Europe, de l’Arizona State University et de l’Université du Littoral Côte d’Opale (à travers ses laboratoires LPCA et UCEIV) a décidé de plonger dans les vapeurs de nos routes pour comprendre leur impact sur la qualité de l’air que nous respirons.

L’asphalte est présent partout dans nos villes © PE Danjou

Le problème : L'asphalte ne fait pas que rester sous nos roues

On pense souvent que la pollution automobile vient uniquement des pots d'échappement. Erreur ! Le bitume lui-même libère des Composés Organiques Volatils (COV). Une fois dans l'air, ces molécules ne restent pas tranquilles : elles réagissent avec l'atmosphère.

Les chercheurs ont découvert que ces COV, lorsqu'ils rencontrent certains "nettoyeurs" de l'atmosphère (les radicaux OH le jour et NO₃ la nuit), se transforment en particules ultrafines. Ces particules, aussi appelées Aérosols Organiques Secondaires (AOS)  sont si petites qu'elles peuvent pénétrer profondément dans nos poumons et nuire à la qualité de l’air.

Illustration du processus de formation des particules ultrafines à partir des COV émanant de l’asphalte. Image générée par IA et contrôlée par l'auteur

L’expérience : Recréer l’atmosphère en laboratoire

Pour comprendre ce phénomène, l’équipe a utilisé un cocktail de 13 composés chimiques représentatifs des émissions d'asphalte et une chambre de simulation (THALAMOS) permettant de reproduire et contrôler en laboratoire des conditions atmosphériques (température, humidité, luminosité).

Imaginez une enceinte de 600 litres, fabriquée dans un matériau inerte (Téflon), suspendu dans un caisson climatique de haute précision, capable de recréer les environnements les plus contrastés de la planète. Pour cette étude, les chercheurs l'ont programmé pour imiter deux climats extrêmes sous une température de 40°C : la chaleur aride de l'Arizona (avec seulement 20 % d'humidité) et l'atmosphère lourde et tropicale de la Floride (80 % d'humidité). Les chercheurs ont également étudié l’influence du jour et de la nuit sur le cocktail de molécules.

Photo de la chambre de simulation THALAMOS de l’IMT Nord Europe © S. Solaiman

Une fois que le cocktail de vapeurs d'asphalte est mis en réaction dans la chambre THALAMOS, le collectif déploie une véritable batterie technologique pour suivre la transformation des COV. Pour identifier les polluants gazeux en temps réel, les chercheurs utilisent une balance ultra-sensible (SIFT-MS) capable de peser chaque molécule individuellement pour suivre leur évolution seconde après seconde. Mais pour aller plus loin dans la précision, l’équipe s’appuie sur la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), une technique qui sépare les composants volatils du mélange avant de les identifier, permettant de confirmer la "signature" chimique de chaque gaz. Pour les produits les moins volatils, une chromatographie en phase liquide couplée à un spectromètre de masse haute résolution (UPLC-QToF) nouvellement acquise par l’ULCO entre en scène : le spectromètre de masse haute résolution offre une précision telle qu'il permet d’identifier sans ambiguïté les nouvelles molécules formées. Enfin, pour ne rien laisser au hasard, un analyseur de particules appelé granulomètre (SMPS) fait office de radar, comptant et triant les particules à l’échelle nanométrique — des milliers de fois plus fins qu'un cheveu — qui naissent de ces réactions chimiques. C’est cette combinaison d'instruments de pointe qui a permis de cartographier avec une précision chirurgicale la pollution invisible issue de nos routes.

 

Photo de l’appareil de chromatographie en phase liquide couplé à la spectrométrie de masse haute résolution ayant fourni de précieuses informations sur les molécules nouvellement formées. © PE Danjou

Les résultats : La surprise nocturne

L'étude apporte une révélation majeure : la nuit n'est pas de tout repos pour la chimie ! On pensait que l'oxydation diurne (due au soleil) était la principale source de particules. Or, les chercheurs ont montré que l'oxydation nocturne par le radical nitrate (NO₃) est extrêmement générateur de particules, surtout par temps sec. En revanche, l'humidité semble freiner ce processus nocturne.

Pourquoi c’est important pour Dunkerque et ailleurs ?

Dunkerque est une zone urbaine et industrielle où la gestion de la qualité de l'air est un enjeu de santé publique majeur. Ces travaux montrent qu'il ne suffit pas de surveiller les moteurs; il faut aussi repenser la composition des revêtements routiers (les "liants") pour limiter ces émissions invisibles.

Les résultats de cette étude ont été publiés dans la prestigieuse revue Journal of Hazardous Materials sous le titre “Laboratory Investigation of Asphalt-Emitted VOCs: Oxidation, Ultrafine Particle Formation, and Urban Air Quality Implications”