LES GAZ À EFFET DE SERRE

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1 LES GAZ À EFFET DE SERRE La pollution, la protection de l environnement et le réchauffement du climat sont désormais au centre de nos préoccupations. Certains spécialistes redoutent en effet une possible élévation de la température moyenne à la surface du globe terrestre qu ils attribuent à la présence de gaz à effet de serre dans l atmosphère. Quels sont les dangers d un réchauffement climatique? En quoi consiste l effet de serre et quel en est le mécanisme? Quels sont les gaz responsables de l effet de serre et quel est le rôle de l automobile dans ces émissions? Voici quelques éléments de réponses. Les dangers d un réchauffement climatique Les écosystèmes sont fragiles, ils reposent sur un équilibre entre la population, les terres cultivables, l eau potable, l air respirable, la lumière du soleil indispensable à la vie et la chaleur qu elle nous apporte. Une infime variation de la température moyenne à la surface du globe aurait vraisemblablement des conséquences catastrophiques : fonte de la calotte glacière, élévation du niveau des océans, inondation des zones côtières, modifications climatiques, désertification des zones arides, famines, déplacements de populations, guerres Bref, un vrai scénario catastrophe! Qu est-ce que l effet de serre? Le globe terrestre est entouré d une masse d air qui, tout en le protégeant du rayonnement solaire le jour, l empêche de se refroidir la nuit. L écart moyen de température entre le jour et la nuit ne dépasse pas 10 C à la surface de la Terre alors qu il est supérieur à 200 C à la surface de la Lune, dépourvue d atmosphère. La régulation de la température dépend de la nature des gaz qui composent l atmosphère. L air pur est composé d azote (76 %), d oxygène (23 %), et de faibles quantités (1 %) d argon, de néon, d hélium, de krypton et de xénon. Mais depuis une centaine d années, des analyses révèlent la présence croissante d autres gaz indésirables provenant des activités humaines. Parallèlement, d autres mesures montrent que la température moyenne à la surface du globe s élève sensiblement. Y a-t-il corrélation entre les deux phénomènes? Les spécialistes du climat sont partagés. La thèse qui prévaut est que, en dehors de leur caractère polluant, la plupart de ces gaz indésirables ont la capacité d absorber le rayonnement infrarouge émis par la Terre et que celle-ci ne peut donc plus évacuer son excédent de chaleur.

2 Pour cette raison, ces gaz sont dits à effet de serre et leur présence dans l atmosphère pourrait contribuer au réchauffement du climat. Les gaz à effet de serre Il y en a principalement six. Par ordre de concentration dans l air, ce sont : 1. La vapeur d eau (symbole chimique H 2 O), incolore et inodore, présente en grande quantité dans les nuages! 2. Le dioxyde de carbone (symbole chimique CO 2 ), incolore et inodore, émis en grande quantité par la respiration des êtres vivants, mais surtout par la combustion d énergie fossile. Ce gaz est biodégradable, il est d ailleurs indispensable à la croissance des plantes vertes (voir dossier ADILCA CO 2 ). 3. Le méthane (symbole chimique CH 4 ), incolore et inodore, lié aux fermentations naturelles de matières organiques d origine végétale ou animale. 4. L oxyde nitreux (symbole chimique N 2 O), incolore et inodore, lié à l utilisation d engrais azotés dans les terrains agricoles. 5. Le dioxyde d azote (symbole chimique NO 2 ), de couleur rouge, toxique et irritant, gaz que l on obtient en chauffant et en comprimant fortement de l air. 6. L ozone (symbole chimique O 3 ), de couleur bleue, toxique et irritant, gaz obtenu par mutation chimique de l oxygène moléculaire. Attention, il ne faut pas confondre l ozone utile, présent dans la stratosphère (entre 20 et 40 kilomètres d altitude), qui apparaît spontanément par mutation photochimique de l oxygène atmosphérique (O 2 ), et qui protège la Terre du rayonnement solaire ultraviolet, avec l ozone indésirable, émis à la surface de la Terre à cause des activités humaines et industrielles. L ozone indésirable se forme spontanément dans l air en présence d effluves électriques, ou lorsque la concentration en dioxyde d azote (NO 2 ) est trop élevée. Quel est le rôle de l automobile dans les émissions de gaz à effet de serre? Un moteur d automobile qui fonctionnerait dans des conditions idéales de stœchiométrie ne rejetterait que de la vapeur d eau et du dioxyde de carbone : environ 1,1 kilogramme de vapeur d eau et 2,4 kilogrammes de CO 2 par litre d essence consommé, environ 0,9 kilogramme de vapeur d eau et 2,7 kilogrammes de CO 2 par litre de gazole consommé. Ces rejets ne sont pas considérés comme des polluants :

3 - la vapeur d eau étant rejetée près du sol, elle se condense rapidement et se disperse dans l environnement, sans autre effet notoire qu une pollution thermique de l atmosphère (environ 2,2 MJ.kg -1 pour le seul changement d état). - le dioxyde de carbone est non toxique et biodégradable, mais il est rejeté en grandes quantités, et c est un gaz à effet de serre. Sa concentration croissante dans l atmosphère terrestre inquiète les spécialistes du climat. Les autres gaz à effet de serre qui dépendent de l automobile Les moteurs d automobiles, et en particulier les moteurs diesel turbocompressés, rejettent d autres gaz à effet de serre comme les oxydes d azote (NO-NO 2 ), gaz provenant de la réaction de l oxygène avec l azote de l air, lorsque ces moteurs fonctionnent avec un mélange pauvre ou avec un excès d air (voir dossier ADILCA NO x ). En plus d être un gaz à effet de serre, le dioxyde d azote (NO 2 ) est un polluant toxique non biodégradable. Par ses propriétés chimiques, c est aussi un précurseur de l ozone. Les normes anti-pollution modernes imposent de traiter le dioxyde d azote dans un catalyseur à réduction (technologie SCR), à l aide d un additif à base d ammoniac (AdBlue ). Il se transforme alors en azote et vapeur d eau. Les automobiles n émettent que de faibles quantités d ozone (O 3 ) provenant de l utilisation d accessoires électriques (alternateur, moto-ventilateur ), mais cette pollution, renforcée par la présence de dioxyde d azote, est redoutable car ces deux gaz combinent leurs effets : ce sont de puissants toxiques irritants pour les yeux, la gorge et les poumons. Conclusion L automobile est directement responsable de l émission de deux gaz à effet de serre : du dioxyde de carbone (CO 2 ) en grande quantité et, dans une moindre mesure, du dioxyde d azote (NO 2 ). Indirectement, l automobile contribue aussi à la présence d ozone (O 3 ) dans l atmosphère terrestre. ASSOCIATION ADILCA * * *

4 QUELQUES RÉACTIONS CHIMIQUES Masse molaire des principaux atomes : H (hydrogène) : 1 g C (carbone) : 12 g N (azote) : 14 g O (oxygène) : 16 g Formule chimique de l air pur (*) : O 2 + 3,8 N 2 N 2 : diazote (*) Gaz rares 1 % (Argon, Néon, Hélium, Krypton et Xénon) assimilés au diazote, et principaux polluants (dioxyde de carbone, méthane, monoxyde de carbone et vapeur d eau) exclus. Formation de dioxyde de carbone : C + O 2 CO 2 CO 2 : dioxyde de carbone Formation de monoxyde de carbone : 2 C + O 2 2 CO CO : monoxyde de carbone

5 Combustion d un hydrocarbure : 12 HC + 15 O 2 12 CO H 2 O HC : hydrocarbure H 2 O : eau En reprenant la masse molaire de chaque atome présent dans la réaction, on trouve les proportions suivantes : 156 g d hydrocarbure g de dioxygène 528 g de CO g d eau Formation de monoxyde d azote : N 2 + O 2 2 NO N 2 : diazote NO : monoxyde d azote Formation de dioxyde d azote : 2 NO + O 2 2 NO 2 NO : monoxyde d azote NO 2 : dioxyde d azote Formation d ozone : 3 O 2 2 O 3 O 3 : ozone ASSOCIATION ADILCA * * *