Les scientifiques révèlent un tout nouveau monde de la chimie en entrant à l’intérieur – ScienceDaily

La chimiste atmosphérique de l’Université d’État du Colorado, Delphine Farmer, a passé toute sa carrière à sonder la complexité de l’air extérieur – comment les gaz et les particules dans l’atmosphère se déplacent, interagissent et changent, et comment les activités humaines perturbent l’air que nous respirons. Elle est ensuite entrée.

Autrement dit, le professeur agrégé du Département de chimie a tourné son attention vers le domaine moins étudié de l’air intérieur. Et elle est venue pour découvrir que la chimie à l’intérieur peut être beaucoup plus complexe que celle des systèmes d’air extérieur.

Il y a plus de deux ans, Farmer et plus de 60 collaborateurs de 13 universités ont lancé une expérience inédite tentant de cartographier la chimie aéroportée d’une maison typique, soumise à des activités domestiques typiques comme la cuisine et le nettoyage. L’effort a été baptisé HOMEChem – Observations de la maison de la chimie microbienne et environnementale – et était dirigé par Farmer et Marina Vance, ingénieur en mécanique à l’Université du Colorado Boulder.

Maintenant, alors que l’équipe examine les rames de données collectées, Farmer et son équipe de recherche CSU ont publié leur première étude majeure de HOMEChem. Le papier, apparaissant dans Sciences et technologies environnementales, rapporte ce qu’ils ont appris sur les réactions chimiques qui se sont produites lors du nettoyage des sols avec une solution de blanchiment commune.

Sur HOMEChem, sa première incursion dans la chimie intérieure, Farmer “est devenue une convertie quand j’ai entendu la statistique selon laquelle nous passons 90% de notre vie à l’intérieur”.

“Il est vraiment déroutant que tous nos résultats en matière de santé soient liés à l’air extérieur”, a déclaré Farmer. “Cela m’a rendu curieux en tant que scientifique quand j’ai réalisé à quel point nous connaissions peu la chimie à l’intérieur.”

Son équipe d’étudiants diplômés et de post-doctorants est maintenant occupée à rassembler plus de données et à compiler des études de suivi potentielles.

Dans la maison d’essai

Soutenue par 1,1 million de dollars du programme Chemistry of Indoor Environments de la Sloan Foundation, l’équipe HOMEChem est descendue sur le lieu idéal pour ses expériences: la Test House de l’Université du Texas à Austin, une «maison» de grande taille et fabriquée qui sert de d’ardoise vierge pour des expériences scientifiques. L’équipe a occupé la maison pendant la majeure partie de juin 2018, simulant des activités dans une maison occidentale moyenne. Leurs efforts sont détaillés dans un document de synthèse dans Environmental Science: Processes & Impacts.

Leur programme expérimental, qui ressemblait beaucoup à une liste de tâches familiales, comprenait des choses comme la cuisson des sautés de légumes, le frottement des surfaces avec des produits ménagers et le nettoyage des sols humides. Une session a même été consacrée à la cuisson d’un repas typique de Thanksgiving tout en enregistrant les émissions résultantes. Tout cela, tout en faisant fonctionner des centaines de milliers de dollars d’équipements sensibles qui pourraient tout détecter dans l’air, des particules d’un nanomètre à des centaines de différents composés organiques volatils.

L’équipe d’agriculteurs de la CSU comprenait des étudiants diplômés Jimmy Mattila, Matson Pothier et Erin Boedicker, et des chercheurs postdoctoraux Yong Zhou et Andy Abeleira. L’équipe a déployé 12 instruments distincts pour suivre trois grandes catégories de composés: les organiques, les oxydants et les particules. Anna Hodshire, chercheuse postdoctorale et scientifique des données, a récemment rejoint l’équipe de Farmer et sera responsable de la gestion des grands ensembles de données que les chercheurs ont rassemblés au cours de HOMEChem.

Résultats de nettoyage à l’eau de Javel

Pour l’étude de nettoyage à l’eau de Javel, l’équipe de Farmer a enregistré la chimie en suspension dans l’air et aqueuse de plusieurs jours consécutifs de nettoyage d’un sol avec de l’eau de Javel, diluée selon les spécifications du fabricant. Certains jours, ils ont également observé comment cette chimie était affectée lorsque les planchers étaient nettoyés après une séance de cuisine.

Selon l’article, les chercheurs ont observé des pointes aiguës, quoique de courte durée, dans l’acide hypochloreux, le chlore et le chlorure de nitryl dans l’air, qui sont des composés plus généralement associés, à des niveaux inférieurs, à l’air extérieur des villes côtières.

Mattila, le premier auteur et étudiant diplômé du journal qui a utilisé un spectromètre de masse à ionisation chimique pendant HOMEChem, a déclaré que l’équipe était surprise d’apprendre que la chimie multiphasique – et pas seulement la phase gazeuse – contrôle la production et l’élimination des composés inorganiques dans le l’air pendant le nettoyage à l’eau de Javel. L’eau de Javel dans l’eau de la vadrouille, appliquée au sol, réagirait avec les molécules dans les surfaces et les murs de la maison pour créer de nouveaux composés. Il s’avère que de telles surfaces – et la couche de boue accumulée par de nombreuses maisons au fil des années – peuvent servir de réservoirs pour une grande variété de molécules acides et basiques qui peuvent ensuite interagir avec des substances comme l’eau de Javel.

“On pourrait penser intuitivement que puisque nous faisons ces fumées dans l’air, et qu’il y a d’autres trucs dans l’air, ils ne font probablement que réagir”, a déclaré Mattila. “Il s’avère que la chimie multiphasique intérieure, dans la solution de blanchiment et sur diverses surfaces intérieures, est ce qui motive réellement les observations.”

Le groupe a collaboré avec des scientifiques de l’UC Irvine pour développer un modèle permettant de comprendre comment les molécules aqueuses et de surface conduisent à la chimie secondaire.

Lorsqu’ils ont épongé après la cuisson, ils ont également observé des interactions entre les émissions d’azote et d’ammoniac de la nourriture avec les produits de nettoyage. Ils ont vu de faibles niveaux de chloramines, considérés comme nocifs pour la santé humaine, qui sont produits lorsque le chlore se mélange à l’ammoniac. Les humains expirent également des traces d’ammoniac.

“Si vous regardez une bouteille d’eau de Javel, vous verrez un avertissement sérieux de ne pas mélanger le chlore et l’ammoniac, car cela produira un ensemble dangereux de composés appelés chloramines”, a déclaré Farmer. “Ce que nous avons découvert, c’est qu’il y avait suffisamment d’ammoniac ambiant pour fabriquer certains de ces composés, même sans les mélanger. Pas au point où c’était dangereux, mais c’était intéressant de voir cette chimie se produire.”

Un enseignement évident des chercheurs: lors du nettoyage à l’eau de Javel, ouvrez une fenêtre ou utilisez un ventilateur pour augmenter la ventilation. Et toujours diluer de manière appropriée la solution; le nettoyage à l’eau de Javel peut créer des composés respirants dangereux, selon ce qui se trouve dans l’air ou sur les murs.

Une base de référence pour les études futures

L’ensemble de l’expérience HOMEChem était d’une ampleur sans précédent. L’étude est une tentative d’établir une compréhension de base de ce qu’une personne à la maison, faisant des activités domestiques typiques, peut s’attendre à respirer. Parmi les principaux enseignements à tirer des expériences dans leur ensemble, la combinaison de différentes activités intérieures conduit à une chimie très différente dans la maison.

“Par exemple, nous constatons que le nettoyage à l’eau de Javel après un nettoyage à l’intérieur avec une solution de terpène, comme Pine Sol, peut conduire à une chimie que vous ne verriez normalement pas avec de l’eau de Javel seule”, a déclaré Mattila. “C’était un peu inattendu, et cela pourrait être potentiellement dangereux, car cela pourrait conduire à la production d’aérosols organiques secondaires.”

HOMEChem était une expérience de mesure et n’a pas impliqué d’épidémiologistes. Les chercheurs croient que leurs données serviront de point de départ utile pour des enquêtes sur les résultats pour la santé humaine liés aux environnements de l’air intérieur.

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