Les niveaux atmosphériques d'hélium sont en hausse

Les niveaux d’hélium-4 dans l’atmosphère terrestre augmentent depuis au moins 1974, selon une étude menée par des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego, aux États-Unis, qui résout une anomalie de longue date dans la science atmosphérique.

L’hélium 4, l’isotope de l’hélium le plus abondant, est produit par désintégration radioactive dans la croûte terrestre et s’accumule en petites quantités dans le gaz naturel. Lorsque le gaz est extrait et brûlé, l’hélium est libéré dans l’atmosphère. Les calculs théoriques suggèrent donc que les niveaux atmosphériques d’hélium-4 doivent avoir augmenté depuis des décennies en raison de l’utilisation de combustibles fossiles. Cependant, jusqu’à présent, il manquait des preuves expérimentales convaincantes d’une telle accumulation.

Mesures de fraction molaire d'hélium

Dans leurs derniers travaux, des chercheurs dirigés par Benjamin Birner de la Scripps Institution of Oceanography ont développé une technique nouvelle et précise pour mesurer le rapport atmosphérique de l'hélium-4 (⁴He) en azote (N₂). Ils ont étudié 46 échantillons d'air acquis entre 1974 et 2020 et ont découvert que le ⁴Sa concentration a augmenté à un rythme moyen de 39 +/- 3 milliards de moles par an.

« Puisque les niveaux d’azote dans l’atmosphère sont stables, les changements dans ⁴Poule₂ Le rapport indique une variabilité de la teneur en hélium atmosphérique », explique Birner. "Nous avons déterminé ce rapport à l'aide d'une nouvelle technique de spectrométrie de masse qui mesure la fraction molaire d'hélium dans l'air avec une précision sans précédent."

Les nouvelles observations suggèrent également que les niveaux atmosphériques d'un autre isotope de l'hélium, ³Lui, ont également augmenté. « Même si nous n’avons pas mesuré ³Lui seulement ⁴Poule₂, quelques études antérieures sur le rapport isotopique de l'hélium atmosphérique (³Il/⁴Il n’a trouvé aucune tendance apparente », dit Birner. « Parallèlement à notre observation d’une nette augmentation du ⁴He, un rapport isotopique stable implique une accumulation correspondante de ³Lui et ⁴Il."

Birner ajoute que l'augmentation de ³Il reste largement inexpliqué et mérite des recherches plus approfondies – d’autant plus que cet isotope est très rare et a plusieurs applications importantes, notamment comme combustible pour la fusion nucléaire. "Pour donner une idée de sa valeur, les gens ont même pensé à l'exploiter sur la Lune", dit-il.

L'augmentation déduite de la pression atmosphérique ³Il dépasse également largement les estimations des émissions anthropiques dues au gaz naturel, aux armes nucléaires et à la production d'énergie nucléaire, ce qui suggère des problèmes potentiels avec les mesures isotopiques précédentes ou une évaluation incorrecte des sources connues, dit-il. "En améliorant la mesure de l'hélium atmosphérique, nous espérons développer un indicateur de l'utilisation régionale et mondiale du gaz naturel qui pourrait être utilisé dans les études sur la qualité de l'air des villes", explique-t-il. Monde de la physique.

Les chercheurs affirment qu’ils vont désormais vérifier la tendance des isotopes atmosphériques de l’hélium à partir des échantillons haute fidélité qu’ils ont utilisés dans cette étude. "Une autre voie que nous aimerions poursuivre consiste à effectuer des mesures continues de l'hélium, afin de mieux comprendre les sources d'émission locales dans les villes et, à partir de celles-ci, de vérifier les émissions de combustibles fossiles déclarées", conclut Birner.

Le présent travail est détaillé dans Nature Geoscience.

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• Source : https://physicsworld.com/a/atmospheric-helium-levels-are-on-the-rise/