Chimie - African Virtual University (12:12)/Chimie... · 2010. 7. 18. · Avant de suivre ce cours, les étudiants doivent réviser les chapitres précédents de leur cours d’introduction

Par Dr. Dejene Ayele TESSEMA

African Virtual universityUniversité Virtuelle AfricaineUniversidade Virtual Africana

Chimie environnementale

Université Virtuelle Africaine 1

NOTE

Ce document est publié sous une licence Creative Commons. http://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons

Attribution http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/

License (abréviation « cc-by »), Version 2.5..


I. Chimie environnementale ____________________________________ 3

II. Cours et connaissances requises ______________________________ 3

III. Le temps _________________________________________________ 3

IV. Le matériel _______________________________________________ 3

V. Justification du cours _______________________________________ 3

VI. Vue générale du module _____________________________________ 4

6.1 Aperçu _______________________________________________ 4

6.2 Plan ____ _____________________________________________5

6.3 Représentation graphique ________________________________ 6

VII. Objectifs générale __________________________________________ 7

VIII. Les objectifs spécifiques d’apprentissage ________________________ 7

IX. Activité d'enseignement et apprentissage ________________________ 8

X. Activité apprentissage ______________________________________ 13

XI. Glossaire ________________________________________________ 89

XII. Lectures obligatoires _______________________________________ 90

XIII. Liens utiles ______________________________________________ 93

XIV. Synthèse du module _______________________________________ 98

XV. Évaluation sommative ______________________________________ 99

XVI. Références _____________________________________________ 106

XVII. Auteur principal du module ________________________________ 107

XVIII. Rapport étudiant ________________________________________ 107


Par Dr. Dejene Ayele Tessema

Avant de suivre ce cours, les étudiants doivent réviser les chapitres précédents de leur cours d’introduction à la chimie.

- Loi des gaz parfaits et propriétés des gaz- Solutions et unités de concentration- Équilibre chimique- Équilibre ionique- Réactions acide-base et équilibre acido-basique

Chapitre I. L’environnement (25 hrs) Chapitre II Chimie atmosphérique et pollution de l’air (35 hrs)Chapitre III. Chimie et pollution des eaux (35 hrs)Chapitre IV. Chimie et pollution des sols (25 hrs)

Pour chaque chapitre de ce module, les étudiants ont besoin

- D’un ordinateur avec accès à internet, pour pouvoir accéder aux liens et aux ressources gratuites pertinentes

- Du CD-Rom qui accompagne ce module par des lectures supplémentaires et qui donne les réponses aux exercices de chaque activité d’apprentissage.

De quoi parle-t-on ?

Les grandes quantités de substances chimiques produites par les industries moder-nes ont permis à l’humanité d’accéder à un niveau et à une qualité de vie inégalés. Cependant, cela a entraîné une dégradation de l’environnement. Pour améliorer la qualité de l’environnement, les gens ont besoin d’un certain niveau de connaissance en chimie environnementale. Les professeurs de chimie se doivent donc de connaître les enjeux environnementaux et de les transmettre à la société civile par le biais de leurs étudiants.


L’objectif général de ce cours est d’acquérir une compréhension des processus chimi-ques fondamentaux, qui sont au centre d’une série de problèmes environnementaux, et d’utiliser cette connaissance pour évaluer ces problèmes de manière critique.

Les objectifs spécifiques sont de :

- Comprendre la chimie de la couche d’ozone stratosphérique et les processus importants intervenant dans la diminution de la couche d’ozone;

- Comprendre la chimie des processus troposphérique, ci-inclus le smog pho-tochimique et les pluies acides;

- Comprendre les principes physiques de base de l’effet de serre ainsi que l’origine et le devenir des gaz à effet de serre

- Comprendre la nature, la réactivité et le devenir environnemental des subs-tances chimiques organiques toxiques

- Comprendre les implications sociétales de certains problèmes environnemen-taux.

6.1. Aperçu du module

Ce module met en application les principes fondamentaux de la chimie pour compren-dre l’origine, devenir et la réactivité des différents composés dans des environnements naturels et pollués. Les différentes subdivisions du milieu environnemental seront abordées dans la première partie. Les conséquences possibles d’une surexploitation des ressources naturelles seront expliquées pour permettre une appréciation des conséquences catastrophiques des actes de négligence humaine. Les parties suivantes mettront l’accent sur l’hydrosphère, l’atmosphère et les sols. Les questions environne-mentales abordées incluront les strates de l’atmosphère et les réactions chimiques qui y ont lieu, la diminution de la couche d’ozone, les polluants atmosphériques et leur origine, le réchauffement planétaire et les pluies acides, le changement climatique, l’eau et ses propriétés, les réactions chimiques dans les plans d’eau, la pollution des eaux et les sources des polluants, les sols, leurs formation, leurs caractéristiques et leu pollution.


6.2 Plan du module

Chapitre I L’environnement (25 hrs)

IntroductionConsommation des ressources naturellesAccroissement de la population et environnementEnvironnement et urbanisationEnvironnement et industrialisation

Chapitre II Chimie atmosphérique et pollution de l’air (35 hrs)

Chimie atmosphériqueIntroductionAtmosphère terrestreTempérature et strates atmosphériquesCaractéristiques des principales régions de l’atmosphèrePollution de l’air

Principales sources des polluants atmosphériquesPollution atmosphérique et pluies acidesPollution atmosphérique et diminution de la couche d’ozoneRéchauffement planétaireSolutions au problème

Chapitre III Chimie et pollution des eaux (35 hrs)

Chimie de l’eauPropriétés de l’eauRéaction chimiques dans les plans d’eauGaz dissouts dans l’eauPhénomènes acide-base dans l’eauRéactions de complexation dans l’eauPollution des eauxQualité de l’eauNature et type des polluants de l’eauCaractérisation des eaux uséesContrôle de la pollution des eauxExigences pour la qualité de l’eau


Chapitre IV Chimie et pollution des sols (25 hrs)

Chimie des solsIntroductionComposition de solsFormation des solsCaractéristiques des sols

Érosion des solsPollution des solsOrigine de la pollution des solsEffet de la pollution des solsContrôle de la pollution des sols

6.3 Représentation graphiqueGraphic Organizer

Environmental

Chemistry

Soil

Pollution

Atmospheric

chemistry Aquatic

chemistry

Air

pollution

Water

pollution

Soil

Chemistry


Ce cours parle des problèmes environnementaux et des principes chimiques sous-jacents. Son objectif est de vous permettre d’utiliser les connaissances chimiques pour comprendre les problèmes environnementaux. Le but de ce cours est de vous aider à comprendre, du point de vue d’un chimiste, comment améliorer la qualité de l’environnement

Objectifs d’apprentissage

1. L’environnement

Familiariser les étudiants avec les subdivisions du milieu et expliquer les conséquences

de conscience des conséquences catastrophiques des actes de négligence.

2. Chimie et pollution de l’air

Expliquer la composante gazeuse de l’environnement, les variations verticales dans la température de l’atmosphère et la chimie responsable des variations observées, les processus comme la diminution de la couche d’ozone, l’effet de serre et le ré-chauffement planétaire

3. Chimie et pollution des eaux

Permettre une compréhension fondamentale des processus chimiques organiques et inorganiques déterminant la composition de l’environnement aquatique et le devenir des polluants dans un environnement aquatique

4. Chimie et pollution des sols

Familiariser les étudiants avec les principaux composants des sols et la manière dont ils sont formés. Introduire certaines caractéristiques importantes des sols, leur


Pré-requis

TITRE : Pré-requis pour le cours de chimie environnementale

JUSTIFICATION : Ce test est destiné à évaluer le niveau actuel de vos connaissances en chimie. Sa réussite est une condition préalable pour un apprentissage réussi de ce module

Questions

1. Une solution contient 15 g de glucose (sucre de table) et 60 g d’eau. Quel est le pourcentage (masse/masse) de la solution de glucose

a) 20% b) 2% c) 0.2% d) 5%

2. Quelle est la molarité d’une solution de 100 ml préparée à l’aide de 11 g de CaCl

2 et d’eau ?

a) 0,1 M b) 0,01 M c) 11,0 M d) 1,0 M

3. Une solution a une concentration [H3O+] de 1 x 10-5. Quelle est la [OH-] de

cette solution ?

a) 1,0 x 10-5 b) 1,0 x 10-8 c) 1,0 x 10-9 d) 1,0 x 10-7

4. Une solution d’ammoniaque a une [OH-] de 1 x 10-3. Quel est le pH de cette solution ?

a) 8 b) 11 c) 3 d) 1.0 x 10-11

5. Quel est le nom de la partie de la Terre sur laquelle vivent les êtres humains et de laquelle ils extraient leur nourriture, minéraux et combustibles ?

a) l’environnement b) la géosphère c) l’atmosphère d) la biosphère

CO2 atmosphérique sous la forme d’une biomasse hautement énergétique,

représentée par {CH2O} est connue comme :

-thèse

7. Quand un mélange de gaz est en contact avec la surface d’un liquide, la solu-bilité d’un gaz donné dans le liquide

a) est proportionnelle à la température du liquideb) est proportionnelle à la pression partielle de ce gaz en contact avec le liquidec) est proportionnelle à la pression totale exercée par le mélange de gazd) aucune de ces réponses


8. Quel est le produit gazeux formé par la combustion complète de combustible fossile ?

a) le dioxyde de carbone b) le monoxyde de carbone c) le carbone d) l’azote

9. Quel gaz de l’atmosphère contribue le plus au réchauffement planétaire ?

a) le dihydrogène b) le diazote c) le dioxyde de carbone d) le monoxyde de carbone

10. Laquelle de ces propositions entraîne une diminution de la couche d’ozone?

a) augmentation de la consommation des combustibles fossilesb) augmentation du smog photochimique dans les villesc) augmentation de la température des océans liée au réchauffement globald) augmentation de l’utilisation des produits chimiques dans les réfrigérateurs

et les bombes aérosols

11. Quel est la preuve la plus probable du réchauffement planétaire ?

a) augmentation de la sécheresse dans des régions d’Afriqueb) augmentation de la calotte glacière au Pôle Sudc) amincissement des anneaux de croissance des arbres en Europe du Nordd) diminution des stocks de poissons dans l’océan Atlantique

12. La norme de qualité de l’air pour le monoxyde de carbone (basées sur une me-sure durant 8 heures) est de 9 ppm. Quand cette norme est exprimée en mg/m3 à 1 atm et 25 °C, cette valeur est de :

a) 0,01 mg/m3 b) 37 mg/m3 c) 0,009 mg/m3 d) 10,3 mg/m3

13. L’atmosphère terrestre est une couche de gaz entourant la planète et retenue autour de la Terre par la gravité. Parmi les gaz suivants, lequel est présent en plus grande quantité ?

a) le dioxygène b) le diazote c) le dihydrogène d) le dioxyde de carbone

14. La solubilité du carbonate de calcium peut être calculée comme suit :

En condition d’équilibre dans l’eau, et en absence d’air, le pH du CaCO3 = 9,95 et

la [Ca2+] = 1,26 x 10-4, alors qu’en présence d’air, le pH = 8,40 et la [Ca2+] = 3,98 x 10-4. Quelle est la cause de l’augmentation de la [Ca2+] observée ?

a) dissolution du CaCo3 par le CO

2 atmosphérique dissout dans l’eau

b) déplacement de l’équilibre vers la droite, à cause d’une augmentation de pression

c) déplacement de l’équilibre vers la droite, dû à la dissolution du CO2 atmos-

phériqued) aucune de ces réponses


15. Quand on se déplace du niveau de la mer vers des altitudes supérieures, la température de l’atmosphère

a) diminue petit à petitb) augmente petit à petitc) diminue et augmente tour à tourd) reste constante

16. Laquelle des propositions suivantes est une raison de s’inquiéter de la réduc-tion de la concentration d’ozone stratosphérique ?

a) augmentation des cas de cancer liée à l’augmentation des rayons UV attei-gnant la surface de la Terre

b) augmentation de l’ozone troposphérique, qui cause un risque pour la santé chez l’Homme

c) effet des rayons UV sur les cyanobactéries, une bactérie de laquelle nom-bre de plantes économiquement importantes dépendent pour leur rétention azotée

d) toutes ces propositions

17. La cause de la diminution de la couche d’ozone est associée à

reliés, servant de source au dichlore gazeuxb) l’augmentation des gaz à effet de serrec) l’augmentation des rayonnements solaires UVd) la présence d’oxydes servant de source d’oxygène

18. L’eau possède certaines propriétés uniques. Une de celles-ci détermine le transfert de chaleur entre l’atmosphère et les plans d’eau. Quelle est-elle ?

a) l’eau a la constante diélectrique la plus élevée parmi les liquides communsb) l’eau a la plus haute chaleur d’évaporation que n’importe quelle autre subs-

tancec) l’eau a une densité maximale en tant que liquide à 4°Cd) l’eau a la constante diélectrique la plus élevée parmi les liquides communs

19. Les aldéhydes sont des molécules hautement réactives présentes dans l’envi-ronnement. Ils peuvent également être produits lors de la transformation de xénobiotiques ou du métabolisme endogène. Laquelle des structures molécu-laires suivantes est un aldéhyde ?

a) b) c) d)


20. La dégradation bactérienne de la biomasse des eaux usées, {CH2O}, peut se

produire en conditions aérobie ou anaérobie. Laquelle de ces équations repré-sente la dégradation anaérobie de la biomasse ?

a) CH2O + O

2 CO

2 + H

2O

b) 2 CH2O + O

2 CO

2 + CH

4

c) 2 CH2O CO

2 + CH

4

d) CH2O CO

2 + O

2

Réponses

Titre du pré-requis : Test pré-requis pour le cours de chimie environnementale

1. a) 20% 2. d) 1,0 M3. c) 1,0 x 10-9 4. b) 11 5. b) la géosphère 6. d) la photosynthèse7. b) est proportionnelle à la pression partielle de ce gaz en contact avec le li-

quide8. a) le dioxyde de carbone9. c) le dioxyde de carbone10. d) augmentation de l’utilisation des produits chimiques dans les réfrigérateurs

et les bombes aérosols11. a) augmentation de la sécheresse dans des régions d’Afrique12. d) 10,3 mg/m3

13. b) l’azote14. a) dissolution du CaCo

3 par le CO

2 atmosphérique dissout dans l’eau

15. c) diminue et augmente tour à tour16. d) toutes ces propositions

reliés, servant de source au chlore gazeux


18. b) l’eau a la plus haute chaleur d’évaporation que n’importe quelle autre substance

19. c)

20. c) 2 CH2O à CO

2 + CH

4

Remarque pédagogique pour les étudiants

Cher étudiant, le test préliminaire ci-dessus a pour but d’évaluer votre connaissance sur certains concepts généraux de chimie, comme les calculs de concentration, le calcul de pH, la solubilité, les équilibres chimiques, la chimie organique et quelques concepts généraux de chimie environnementale, qui sont indispensables à la com-préhension de ce cours de chimie environnementale. Si vous avez moins de 50% à ce test, il vous est recommandé de réviser les chapitres mentionnés avant de poursuivre l’étude de ce présent chapitre.


Activité d’apprentissage N° 1

L’environnement

Résumé de l’activité d’apprentissage

Pour donner à l’étudiant un clair aperçu des différentes composantes de l’environ-

de l’environnement et des sections qui le constituent. Y sont également abordés les impacts écologiques de l’utilisation non raisonnée des ressources naturelles, les im-pacts environnementaux de l’industrialisation et l’accroissement de la population.

- Décrire les différentes sections de l’environnement- Discuter des conséquences environnementales de l’utilisation des ressources

naturelles- Décrire les impacts environnementaux de l’accroissement de la population et

de l’urbanisation- -

ment

Liste des lectures pertinentes

1. Carl H. Snyder; Chemicals, Pollution, and the Environment, the meaning of pollution, in The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things, third edition, John Wiley & Sons, Inc, 1998

2. Manahan, Stanley E. “Environmental Science, Technology, and Chemistry” Environmental Chemistry, 2000

3. Environmental Chemistry, http://www.chem1.com/chemed/digtexts.shtml

Liste des ressources pertinentes

Un ordinateur avec connexion internet pour accéder aux liens et aux ressources écrites gratuites pertinentes

Un CD-Rom accompagnant ce module pour des lectures supplémentaires et pour


Liste des liens utiles

1. Introduction to Environmental Science, in Textbook Revolution: Taking the Bite out of Books at http://www.textbookrevolution.org/earth-sciences

2. Water Resources, Wastewater Treatment, Fossil Fuels, in VIRTUAL CHEM-BOOK, at http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/index.html

3. Survey of Environmental Geobiochemistry, in Resources for Chemistry Educa-tors, Digital Texts, at http://www.chem1.com/chemed/digtexts.shtml This link provides an overview of “environmental chemistry” in its broadest context: the chemical evolution and constitution of the lithosphere, hydrosphere, at-mosphere, and biosphere.

Chapitre I – L’environnement (25 hrs)

- Introduction- Utilisation des ressources naturelles- Environnement et accroissement de la population- Environnement et urbanisation- Environnement et industrialisation

1.1 Introduction

l’environnement. Ces facteurs peuvent être d’autres organismes vivants, mais aussi des variables non vivantes, tels l’eau, le sol, le climat, la lumière ou le dioxygène.

-ment la surface de la Terre, que ce soit le climat, l’action des vagues ou des phéno-mènes naturels comme les volcans. Dans le même temps, ces forces introduisent des gaz, des vapeurs et de la poussière dans l’atmosphère. Les organismes vivants jouent également un rôle dynamique par leur respiration, leurs excrétions, leur mort et leur décomposition, qui recycle leurs éléments constitutifs dans l’environnement.

Tout comme notre univers physique est divisé en substances solide, liquide et gazeuse, notre environnement physique est, par convenance, divisé en atmosphère, géosphère,


hydrosphère, biosphère, anthroposphère et . Ceci sera illustré dans la suite du cours en utilisant les différentes subdivisions de l’environnement comme des entités séparées.

1.1.1. L’atmosphère

L’atmosphère est l’enveloppe gazeuse qui entoure le corps solide de la planète. Bien que son épaisseur soit supérieure à 1100 km, environ la moitié de sa masse est concentrée dans les 5,6 km inférieurs.

L’atmosphère

- Est une couche protectrice qui permet la vie sur Terre et la protège de l’envi-ronnement hostile de l’espace

- Est la source du dioxyde de carbone nécessaire à la photosynthèse des plantes et de l’oxygène nécessaire à la respiration

- Fournit le diazote, un composé essentiel des molécules de la vie, nécessaire

- Transporte l’eau des océans vers les terres, agissant donc comme un grand condensateur dans un distillateur géant, mu par l’énergie solaire

- A des fonctions protectrices vitales, vu qu’elle absorbe les rayonnements ultraviolets nocifs du soleil et qu’elle stabilise la température de la planète.

1.1.2. L’hydrosphère

L’hydrosphère est la couche d’eau qui, sous la forme des océans, couvre approxima-tivement 70,8 % de la surface terrestre.

L’eau :

- Couvre environ 70 % de la surface de la Terre et plus de 97 % de cette eau se trouve dans les océans

- Est présente dans toutes les sphères de l’environnement : dans l’océan sous la forme d’un grand réservoir d’eau salée, dans les eaux de surface des terres émergées sous la forme des lacs et des rivières, en dessous de la terre sous la forme d’eau souterraine, dans l’atmosphère sous la forme de vapeur d’eau, dans les calottes polaires sous la forme de glace solide et dans de nombreuses parties de l’anthroposphère : dans les chaudières et les systèmes municipaux de distribution d’eau

- Est un constituant essentiel de tous les organismes vivants et est le milieu à partir duquel la vie a évolué et dans lequel la vie existe

- Transporte l’énergie et la matière entre les différentes sphères de l’environ-nement

- Lessive les constituants solubles des minéraux et les transporte jusqu’aux océans ou les abandonne sous forme de dépôts minéraux à une certaine dis-tance de leur source


- Transporte les nutriments du sol dans le corps des plantes au travers de leurs racines

- Absorbe l’énergie solaire dans les océans. Quand l’eau s’évapore des océans, cette énergie est transportée sous forme de chaleur latente et libérée à l’intérieur des terres. La libération de chaleur latente concomitante fournit une grande partie de l’énergie qui est transportée des régions équatoriales vers les pôles et qui cause tempêtes et ouragans

1.1.3. La géosphère

La géosphère est la partie de la Terre sur laquelle les humains vivent et à partir de laquelle ils extraient la majorité de leur alimentation, des minéraux et des carburants. Elle est divisée en plusieurs couches : le noyau interne solide, riche en fer, le noyau externe en fusion et la lithosphère, qui est constituée du manteau supérieur et de l’écorce terrestre.

La science de l’environnement s’occupe principalement de la lithosphère.

- La lithosphère s’étend jusqu’à 100 km de profondeur et comprend deux cou-ches, l’écorce terrestre et le manteau supérieur

- L’écorce terrestre (couche externe de la terre) est la couche accessible aux

diamètre de la TerreInner core

Gutenberg discontinuity

Outer core

Lower mantle

Transition zone

Upper mantle

Mohorovich discontinuity

Crust

Asthenosphere Lithosphere

Transition zone

Fig 1.1. Inner structure of the earth Fig. 1.1. Structure interne de la Terre

1.1.4. La biosphère

La biosphèrela vie. Son épaisseur est d’environ 10 km dans l’atmosphère et va jusqu’au bas-fond océanique. La vie dans la biosphère dépend de l’énergie solaire et de la circulation de la chaleur et des nutriments essentiels.


La biosphère

- Est virtuellement contenue dans la géosphère et l’hydrosphère et dans la très

- -ment

- la vie et qui sont l’intermédiaire des réactions d’oxydoréduction dans l’eau

- Est impliquée dans les processus d’érosion qui détériorent les roches dans la géosphère et transforment la matière rocheuse en terre

- et le carbone du CO

2 atmosphérique sous la forme de biomasse hautement

énergétique, représentée sous la forme {CH2O}

1.1.5. L’anthroposphère

ambiguïtés. De façon claire, une usine fait partie de l’anthroposphère, tout comme un bateau transportant les marchandises faites dans cette usine sur l’océan. L’océan sur lequel le bateau navigue appartient à l’hydrosphère, même s’il est clairement utilisé par les humains.

L’anthroposphère :

- A des connections importantes avec la biosphère-

exemple, la destruction de l’habitat sauvage a entraîné l’extinction d’une grande quantité d’espèces, dans certains cas avant même qu’elles ne soient

-nologies de l’ADN recombinant et les méthodes plus anciennes de sélection et

des organismes et entraîneront sans aucun doute des bouleversements encore plus frappants dans l’avenir.

C’est de la responsabilité de l’humanité de faire ces changements de manière intelligente et de protéger et de conserver la biosphère


1.1.6. La flore et la faune

animaux et les plantes. Les différentes sections de l’environnement interagissent écosystème

d’organismes qui interagissent entre eux et avec leur environnement, dans lequel la matière est échangée de manière cyclique. L’habitat est l’environnement dans lequel vit un organisme en particulier.

Nous avons donc discuté jusqu’à présent des différentes sections de l’atmosphère. Même si, pour rendre le cours facile, nous avons divisé l’environnement en diffé-

l’environnement sont sujettes aux changements drastiques causés par l’usage excessif des ressources naturelles par l’homme.

1.2. Consommation des ressources naturelles

-rence de la planète à un niveau alarmant en consommant les ressources naturelles, particulièrement les combustibles fossiles. Chaque année, la consommation des ressources naturelles augmente, parallèlement à l’accroissement de la population et à l’augmentation de la qualité de vie.

Dans la suite de ce cours, nous discuterons des conséquences environnementales pos-sibles qui accompagnent la surconsommation des ressources naturelles (combustibles fossiles, bois, eau, terre et énergie) par les êtres humains.

1.2.1 Les combustibles fossiles

Les combustibles fossiles (pétrole, charbon et gaz naturel) sont des substances ri-ches en énergie qui proviennent de plantes et de microorganismes enfouis sous terre depuis longtemps. Ils fournissent la majorité de l’énergie qui alimente les sociétés industrielles modernes. L’essence de nos voitures, le charbon de la plupart des usines électriques et le gaz naturel de nos foyers sont tous des combustibles fossiles.

Les combustibles fossiles sont largement composés d’hydrocarbures qui se sont for-més à partir d’anciens organismes vivants enterrés sous des couches de sédiments, il y a des millions d’années. Ces combustibles sont extraits de l’écorce terrestre et

hydrocarbures peuvent aussi être transformés en matières plastiques, en produits

fossiles les plus utilisés sont le pétrole, le charbon et le gaz naturel.

Une fois extraits et transformés, les combustibles fossiles peuvent être brûlés pour une utilisation directe (déplacement d’une voiture, chauffage d’une maison) ou indirecte (production d’électricité).


Quelles en sont les conséquences ?

Au cours du siècle dernier, la quantité de dioxyde de carbone de l’atmosphère a aug-menté de façon spectaculaire, principalement à cause de la consommation des com-bustibles fossiles. Ceci a entraîné une augmentation de la température de la planète. Les conséquences d’une telle hausse de température peuvent se révéler dangereuses. Le niveau de la mer va monter, submergeant complètement un certain nombre d’îles de faible altitude et inondant de nombreuses villes côtières. Cela entrainera également l’extinction de diverses espèces de plantes et d’animaux. Les zones agricoles seront perturbées et les épisodes de sécheresse vont augmenter.

1.2.2 Bois et forêts

Les forêts sont très importantes dans le maintien de l’équilibre écologique. Elles offrent de nombreux avantages environnementaux. En dehors de la production de papier et de bois de construction, les forêts sont un habitat pour la faune sauvage, elles

une incroyable biodiversité. Les forêts représentent aussi une défense importante contre les changements climatiques. Elles produisent du dioxygène et via la photo-synthèse, consomment du dioxyde de carbone, le composé le plus impliqué dans le réchauffement global, ce qui en limite les effets.

A B

(A) une forêt conservée, (B) Le désert.

Les forêts sont l’habitat d’une grande variété de plantes et d’animaux. Elles ont d’autres fonctions importantes pour l’homme. La canopée (le sommet des arbres)

et des rivières. Quand il pleut, la canopée intercepte et redistribue les précipitations qui, sans cela, causeraient des inondations, de l’érosion et la destruction de la couche arable. Une partie des précipitations coule le long des troncs et ruisselle, alors que le reste percole au travers des branches et des feuilles pour devenir des précipita-tions au sol. La canopée peut également capter le brouillard, ce qui le disperse dans la végétation et dans le sol. Les forêts augmentent également la capacité du sol à emmagasiner de l’eau.


1.2.3. Les sols

Le sol, un mélange de matières minérales, végétales et animales, est essentiel à la croissance de la plupart des plantes et est la ressource primaire des productions agrico-les. De par le monde, l’érosion a ravagé les sols lors des processus de transformation des terres en terres agricoles et de destruction de la végétation, qui retenait l’eau et la terre en place. Dans les pays tropicaux, la déforestation rapide est particulièrement

délavée par les pluies tropicales. Globalement, l’agriculture est responsable de la dégradation de 28 % des près de deux milliards d’hectares de terres dégradées par l’activité humaine, alors que le surpâturage est responsable de 34 % et la déforesta-tion de 29 %.

1.2.4. L’eau

Les ressources en eau douce propre sont indispensables à différentes activités humai-nes : boire, cuisiner, se laver, irriguer les terres, alimenter l’industrie, mais aussi à la survie des plantes et des animaux. À cause de la surconsommation, de la pollution et de la dégradation des écosystèmes, les réserves d’eau douce, les nappes phréati-ques (eau située sous la surface), les réservoirs et les rivières, subissent de sévères et continuelles pressions environnementales. Plus de 95 % des eaux usées des villes des pays en voie de développement sont libérées non traitées dans les eaux de surface comme les rivières et les ports.

Environ 65 % des réserves d’eau douce sont utilisées par l’agriculture et 25 % sont utilisés par l’industrie. La conservation de l’eau douce nécessite donc une réduction

l’industrie, ainsi qu’un contrôle strict de la pollution au niveau mondial.

1.2.5. L’énergie

Au cours de l’histoire, les êtres humains ont toujours produit et utilisé de l’énergie. Les hommes utilisent de l’énergie pour la production industrielle, le transport, le chauffage, le refroidissement, la cuisine et l’éclairage. Au niveau mondial, les réserves d’énergie dépendent de différentes ressources. Les combustibles traditionnels, comme le bois de chauffage et les matières fécales animales par exemple, sont une source importante d’énergie dans de nombreux pays en voie de développement. Les combustibles fossiles comptent pour plus de 90 % de la production globale d’énergie, mais leur utilisation pollue l’air et ils sont considérés comme une ressource problématique.


Un des facteurs les plus importants qui aggrave la dégradation de l’environnement est l’accroissement de la population. Les besoins en nourriture et en abris supplémentai-res qui accompagnent l’accroissement de la population va renforcer la déforestation, l’utilisation de plus en plus de terres pour l’agriculture, l’utilisation de fertilisants, l’endiguement des rivières et l’urbanisation. Ces activités contribueront par la suite au déséquilibre écologique global et à la pollution environnementale. Dans le sous-chapitre suivant, nous allons brièvement étudier les impacts de l’accroissement de la population sur l’environnement.

1.3. Environnement et accroissement de la population

La population mondiale augmente à un taux alarmant. Entre 1930 et actuellement, elle est passée de 2 à 5,3 milliards d’individus. Et on s’attend à ce qu’elle dépasse les 8 milliards d’individus en 2050. Les exigences de cette population croissante, couplées au désir de la plupart des gens d’avoir un niveau de vie plus élevé, donneront lieu à une pollution massive à l’échelle mondiale.

Les problèmes environnementaux ont déjà entraîné un manque de nourriture, d’eau douce, d’abri et d’autres ressources essentielles. Alors que les forêts, les terres, l’air et l’eau sont dégradées, les gens qui vivent directement de ces ressources naturelles souffrent le plus de cette pénurie.

La dégradation de l’environnement global est le résultat d’un ensemble de facteurs, incluant la surpopulation et la surutilisation concomitante des terres et des autres ressources. L’élevage intensif, par exemple, épuise la fertilité des sols et diminue le rendement des récoltes. La pollution entraîne également une dégradation de l’environ-nement. Les industries polluantes sont, entre autres, l’industrie minière, la production d’énergie ou la fabrication de substances chimiques. D’autres sources importantes de pollution sont les automobiles et les fertilisants utilisés en agriculture.

Dans les pays en voie de développement, la déforestation a eu des effets environ-nementaux particulièrement dévastateurs. Les populations rurales, particulièrement dans les régions tropicales, dépendent de la forêt qui leur procure de la nourriture et d’autres ressources. La déforestation abîme ou détruit ces réserves. Les forêts ab-sorbent également de nombreux polluants et l’eau des fortes pluies. Sans les forêts, la pollution augmente et les zones déboisées deviennent inutilisables à cause des inondations massives.

La mauvaise gestion des terres et l’accroissement de la population sont des facteurs qui promeuvent une augmentation de l’irrigation, une agriculture incorrecte ou excessive et une augmentation du cheptel. Tout ceci transforme les terres et le sol, diminue les


1.4. Urbanisation et environnement

Au cours des dernières années, l’urbanisation des zones rurales s’est accrue. Alors que l’agriculture, les services locaux traditionnels et les industries de petite taille ont cédé la place à des industries modernes, le commerce pratiqué dans les villes attire, pour sa subsistance, les ressources d’un territoire de plus en plus fortement, ainsi que des marchandises qui seront commercialisées ou transformées en produits manufacturés. L’urbanisation est un des facteurs les plus importants d’aggravation de la dégradation de l’environnement. Dans le sous-chapitre suivant, nous allons brièvement parler des impacts de l’urbanisation sur l’environnement.

Démographiquement, le terme urbanisation sous-entend la redistribution des popu-lations des zones rurales vers les zones urbaines. Le vingtième siècle a été le témoin d’une urbanisation rapide de la population mondiale. En proportion, la population urbaine a fortement augmenté, passant de 13 % (220 millions) en 1900 à 49 % (3,2 milliards) en 2005. Les projections pour l’avenir estiment que cette proportion at-teindra 60 % (4,9 milliards) en 2030.

L’urbanisation est un phénomène naturel associé à la recherche d’emplois, d’édu-cation, d’habitat et de transport. Elle permet de diminuer les dépenses de déplace-ment et de transport. Vivre en ville permet aux individus et aux familles d’avoir les avantages de la proximité, de la diversité et de la compétitivité du marché. Avec

économies d’échelle qui peuvent réellement réduire les pressions démographiques sur les ressources naturelles et augmenter le rendement énergétique. Vu que les gens vivent à proximité les uns des autres et qu’ils ont besoin de moins d’espace dans les villes, chaque personne a besoin de moins d’infrastructure clef comme les égouts, les lignes électriques et les routes que dans des habitats décentralisés. Cependant, en même temps que les avantages sociaux et économiques de l’urbanisation, viennent un certain nombre de problèmes environnementaux.

Dans les récentes décades, de précieuses terres arables ont dû subir la nouvelle me-nace posée par l’urbanisation des zones rurales. Des terres agricoles de choix ont été morcelées et pavées pour créer des aires de stationnement et des rues. L’extension croissante des villes a nécessité de plus en plus d’autoroutes. Suivant un cercle vicieux continuel, la disponibilité de nouveaux systèmes d’autoroutes a rendu possible un

pour l’agriculture.

De par le monde, les villes comptent pour 75 % de la consommation d’énergie globale, pour 80 % de l’émission des gaz à effet de serre et pour une part disproportionnée de l’utilisation des ressources : nourriture, bois de construction, acier. À cause de cela, l’air de la plupart des villes est pollué du fait de l’industrialisation galopante et à l’augmentation des transports motorisés. La pollution de l’air des villes cause environ un million de décès prématurés chaque année dans le monde.


1.5. Industrialisation et environnement

de l’industrialisation. Ces activités industrielles, réalisées à l’aide de technologies modernes, offrent nourriture, abri et biens de consommation dont les hommes ont besoin pour leur bien-être et leur survie.

Les procédés de fabrication industriels consistent en la synthèse de substances chimi-ques à partir de matières premières, la fonte de métal ou de matières plastiques ou tout autre chose nécessaire à la production d’un produit particulier. Chaque procédé porte en lui un risque de polluer l’air et l’eau et de produire des déchets dangereux. Au plus tôt les considérations environnementales seront intégrées dans la conception et le procédé de développement, au plus « environnemental » sera le procédé.

Au cours des 30 dernières années, la production industrielle a été une source majeure de pollution dans les zones urbaines et un moteur important de l’utilisation intensive des ressources

1.5.1 Pollution environnementale faisant suite à l’industrialisation

Essayez de répondre aux questions motivantes suivantes avant de commencer à lire les notes données dans ce sous-chapitre et puis cherchez les réponses dans le texte

Avez-vous déjà vu le ciel au dessus d’une grande ville devenir nuageux ? À votre avis, quels sont les composants d’un tel « nuage » ? Comment se forme-t-il ?

1.5.1.1. Le smog et les pluies acides

La pollution atmosphérique est principalement due à l’unique activité humaine : l’utilisation des combustibles fossiles (gaz naturel, charbon, pétrole) pour faire fonctionner les industries et les véhicules à moteur. Ceci entraîne l’émission de com-posés chimiques toxiques, comme le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, les oxydes d’azote, le dioxyde de soufre et de minuscules particules solides, dont le plomb présent dans l’essence des voitures, qu’on appelle des polluants atmosphériques solides. Divers composés organiques volatils ou VOC pour volatile organic chemi-cals sont produits à partir des combustibles incomplètement brûlés et contaminent également l’atmosphère.

Le dioxyde de carbone est l’un des gaz à effet de serre qui contribue de manière si-

d’azote sont les principales causes des pluies acides dans de nombreuses parties de la planète. Le dioxyde de soufre et les oxydes d’azote une fois émis dans l’atmosphère sont absorbés par les pluies sous forme d’acide sulfurique et d’acide nitrique. Ces acides sont toxiques pour les poumons et rongent tout ce qui est composé de calcaire, de marbre ou de métal.

Le smog est un type de pollution atmosphérique produite lorsque la lumière du soleil agit sur les gaz d’échappement des voitures pour produire des substances dangereuses comme l’ozone (O

3), les aldéhydes et le nitrate de peroxyacétyle (PAN). Avant l’ère

automobile, la majorité du smog provenait de la combustion du charbon. Aujourd’hui,


la combustion de l’essence dans les véhicules à moteur est la source principale du smog dans la plupart des régions du monde. Activés par la lumière du soleil, les oxy-des d’azote et les composés organiques volatils réagissent dans l’atmosphère pour produire le smog photochimique. L’ozone de la basse atmosphère est un poison : il endommage la végétation, tue les arbres, irrite les tissus pulmonaires et attaque le caoutchouc.

Le smog rend les activités d’extérieur désagréables. Les conséquences du smog sont plus aigües chez les jeunes enfants et les personnes âgées qui souffrent d’asthme et

tête et des vertiges. Dans les cas extrêmes, le smog peut causer une morbidité et une mortalité massives, principalement à cause de l’empoisonnement au monoxyde de carbone.

1.5.1.2 Pollution des eaux et des sols

L’agriculture et l’industrie minière ont profondément contribué à la pollution des eaux et des sols. L’agriculture a rapidement transformé les vastes étendues de forêts et de plaines en terres cultivées.

2S, est un minerai

fréquemment associé au charbon. Dans les mines de charbon, un des effets les plus communs et les plus dommageables sur l’eau a lieu lorsque ce minerai est exposé à

les eaux de mine.

Durant le traitement des matières minières, différents procédés de valorisation sont employés pour séparer la fraction utile du minerai, laissant des résidus chargés de nombreuses substances chimiques qui polluent le sol et les plans d’eau des alentours. Par exemple, les résidus de la valorisation du charbon sont enrichis en pyrite, Fe

2S, qui

de mine acides) qui peut polluer le sol, les eaux de surface et les eaux souterraines.

1.5.1.3. Changements climatiques

Les activités humaines ont atteint un point tel qu’elles affectent défavorablement le climat. Le réchauffement global, dû à l’émission de grandes quantités de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre dans l’atmosphère, a entraîné des changements

(fréons) qui peuvent détruire l’ozone stratosphérique, ont également un impact sur le réchauffement global.


Évaluation formative

1. La portion de la géosphère qui est en contact direct avec l’atmosphère est

a) le noyau externe b) le manteau inférieur c) le manteau supérieur d) aucune de ces réponses

2. La couche de la géosphère qui est la plus touchée par l’activité humaine est

a) la lithosphère b) le manteau supérieur c) le manteau inférieur d) le noyau externe

capable de supporter la vie est connue comme

a) l’anthroposphère b) la biosphère c) l’environnement d) la lithosphère

4. Laquelle parmi ces propositions ne contribue pas au réchauffement global ?

a) la déforestation b) l’utilisation de combustibles fossiles comme source d’énergie c) le reboisement d) a & b

5. La dégradation de l’environnement global peut être le fruit de

a) la sous-population b) l’existence de larges zones recouvertes de forêt naturelle c) l’élevage intensif d) la protection de la vie sauvage

6. En comparaison aux zones d’habitation décentralisées, laquelle de ces proposi-tions est un avantage environnemental de l’urbanisation ?

a) réduction des pressions sur les ressources naturelles et augmentation du ren-dement énergétique

b) besoin en infrastructures critiques plus important par personnec) conversion de terres agricoles en rues et en stationnementsd) industrialisation rapide et augmentation du transport motorisé

7. Les principales causes des pluies acides dans le monde sont

a) le dioxygène et le dioxyde de carbone b) le méthane et le dioxyde de carbone c) le dioxyde de soufre et les oxydes d’azote d) le monoxyde et le dioxyde de carbone

8. Aujourd’hui, les principales sources de smog sont

a) les fertilisants et les pesticides utilisés dans les pratiques culturales modernesb) les gaz polluants s’évaporant des plans d’eau étendusc) l’élimination dangereuse de polluants organiques volatilsd) la combustion de l’essence dans les véhicules à moteur


9. Laquelle des propositions suivantes n’est pas applicable au smog ?

b) il cause des maux de tête c) il peut causer la mort d) aucune de ces propositions

10. L’exposition de la pyrite à l’air entraîne la formation

a) de soufre b) d’acide sulfurique c) d’acide nitrique d) d’acide hydrochlorique

Réponses

1. d) aucune de ces réponses2. a) la lithosphère3. b) la biosphère4. b) le reboisement5. c) l’élevage intensif6. a) réduction des pressions sur les ressources naturelles et augmentation du

rendement énergétique7. b) le méthane et le dioxyde de carbone8. d) la combustion de l’essence dans les véhicules à moteur9. d) aucune de ces propositions10. b) d’acide sulfurique



Chimie de l’atmosphère et pollution atmosphérique


L’atmosphère est un lien direct entre les activités industrielles, la biosphère, la lithos-phère, l’océan et les êtres humains. En tant qu’étudiants en chimie environnementale,

d’actualité tels les changements climatiques, la pollution atmosphérique, le devenir des émissions industrielles ou la diminution de la couche d’ozone.

- D’expliquer la portée de la chimie atmosphérique et de décrire la composition de l’atmosphère terrestre

- -ture

- D’expliciter les caractéristiques des principales régions de l’atmosphère- De décrire les réactions chimiques qui se passent dans l’atmosphère-

ou d’origine humaine- D’expliquer les différentes façons de classer les polluants atmosphériques- D’expliquer la relation entre pollution atmosphérique et pluies acides-

couche d’ozone et le réchauffement global


1. A.R. Meetham. D. W. Bottom, and S. Cayton, Atmospheric Pollution, 3rd ed. New York: The MacMillan Company, 1964.


3. Environmental Issues, http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/index.html

4. J. Greyson, Carbon, Nitrogen and Sulfur Pollutants and Their Determination in Air and Water. New York: Marcel Dekker, 1990






1. Global Warming, Acid Rain, Ozone Depletion, in VIRTUAL CHEMBOOK, at http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/index.html

2. Global Warming and Climate Change, at http://www.gcrio.org/gwcc/index.htm

Présente une discussion pertinente dans les première et deuxième parties. La première partie traite des mécanismes par lesquels la combustion du charbon, du pétrole et du gaz naturel libère du CO

2 dans l’atmosphère et entraîne le

réchauffement global. De plus, elle met également l’accent sur les autres activités humaines qui contribuent au réchauffement global.

La deuxième partie traite des impacts du réchauffement planétaire. Les ques-tions suivantes seront décrites en profondeur : comment le réchauffement, le refroidissement, l’utilisation de l’eau et le niveau des mers seront affectés par

et étendue du climat sur les plantes et les animaux dans leur environnement naturel.

Devoirs de lecture

a) Revoyez le chapitre sur la loi des gaz parfaits dans le module de chimie gé-nérale

b) Lisez le chapitre 9 dans le Manahan

pour en apprendre davantage sur la formation des oxydes dans l’atmosphère


Chapitre II : Chimie de l’atmosphère et pollution de l’air (35 hrs)

Chimie de l’atmosphère

- Introduction- Atmosphère terrestre- Température et couches atmosphériques- Caractéristiques des principales régions de l’atmosphère- Réactions chimiques atmosphériques

Pollution de l’air

- - Principales sources de polluants atmosphériques- Pollution de l’air et pluies acides- Pollution atmosphérique et diminution de la couche d’ozone- Réchauffement planétaire- Résolution du problème

2.1. Chimie de l’atmosphère

La pollution transforme l’atmosphère terrestre de telle sorte qu’elle laisse

température, connue sous le nom de réchauffement planétaire, devrait

des océans, rendre les conditions climatiques plus extrêmes et augmenter la propagation des maladies tropicales.

En tant que professeur de chimie, vous êtes censés contribuer à la réso-lution du problème actuel et brûlant qu’est la pollution atmosphérique. Vous devriez être capable de décrire la composition de l’atmosphère, les

principaux contributeurs à la pollution atmosphérique et la façon dont ces polluants s’accumulent dans l’atmosphère. Dans ce chapitre, nous étudierons la chimie de l’at-mosphère et de ses principaux polluants, nous décrirons comment ces polluants sont formés et s’accumulent dans l’atmosphère ainsi que la menace qu’ils représentent.


2.1.1 Introduction

La chimie de l’atmosphère est une branche de la science de l’atmosphère dans la-quelle la chimie de l’atmosphère terrestre et celle d’autres planètes est étudiée.

La composition et la chimie de l’atmosphère sont très importantes pour plusieurs raisons, la première étant que l’atmosphère interagit avec les êtres vivants. La compo-

changements sont dangereux pour la santé humaine, les récoltes et les écosystèmes. Des exemples de problèmes abordés en chimie de l’atmosphère incluent les pluies acides, le smog photochimique et le réchauffement global. La chimie atmosphérique cherche à comprendre les causes de ces problèmes. En permettant une compréhension théorique, elle rend possible l’évaluation des solutions proposées et des propositions

2.1.2 Atmosphère terrestre

L’atmosphère terrestre est une couche de gaz entourant la planète Terre et retenue autour d’elle par la gravité. Elle contient environ 78 % d’azote, 21 % d’oxygène, 0,93 % d’argon, 0,04 % de dioxyde de carbone ainsi que d’autres gaz à l’état de trace, en plus de la vapeur d’eau. Ce mélange de gaz est habituellement connu sous le terme « air ». L’atmosphère protège la vie sur Terre en absorbant les rayonnements solaires UV et en limitant les variations extrêmes de température entre le jour et la nuit.

L’ozone, la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone ne sont que des composants ga-zeux mineurs de l’atmosphère, mais leur effet est très important car ils absorbent le

ultraviolette en dessous de 360 nm, c’est-à-dire celle qui est dangereuse pour les êtres vivants. L’ozone est par contre un polluant indésirable dans la troposphère : il est toxique pour les plantes et les animaux et abîme les matériaux.

Plus on s’éloigne de la terre, plus l’atmosphère devient moins épaisse et disparaît

entre l’atmosphère et l’espace extra-atmosphérique. Soixante-quinze pour cent de la masse de l’atmosphère se retrouve à 11 km de la surface planétaire.


2.1.3. Température et couches de l’atmosphère

Bien que la pression atmosphérique diminue progressivement avec l’altitude, le

de l’atmosphère terrestre varie avec l’altitude, mais la relation mathématique entre température et altitude varie entre les différentes couches atmosphériques.

-100 - 50 0 50 100 Temper ature (oC)

300

200

100

80

60

40

20

0

Height (km)

O zon e lay er

Tropos phere

Stratosph ere

Mesosp her e

Th er mosp here

Tropopau se

Stratopause

Mesopau se Ionosp her e

Fig. 2 . 1 Variation of average temperature with altitude.

N 2, O 2+, O +, O

N O +, O 2 , e-

N 2, O 2+, N O +, O 2,

(NH 4)2SO 4

N 2, O 2, H 2O , A r , C O 2,

Fig. 2.1. Variation de la température moyenne avec l’altitude

troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère.

La troposphère est la région la plus proche de la surface terrestre. C’est la région située entre la surface de la Terre et 7 km d’altitude aux pôles et 17 km à l’équateur, avec certaines variations liées à des facteurs météorologiques. La température de l’air diminue de manière inversement proportionnelle à l’altitude, à un taux approximatif de 6,5 °C tous les 1000 mètres. Le maximum étant atteint à une température moyenne de 56,5 °C sous zéro.

Dans la stratosphère, la température reste constante en fonction de la température dans les 9 premiers kilomètres (couche isotherme) et augmente ensuite.

Au dessus de la stratosphère, dans la région s’étendant de 50 à 80 km, la mésosphère, la température diminue à nouveau. L’atmosphère atteint sa température la plus faible (environ 90 °C sous zéro) dans la couche supérieure de la mésosphère (à une altitude d’environ 80 km).

d’électrons et d’ions positifs. À cause des conditions de raréfaction, ces ions peuvent exister dans l’atmosphère supérieure pour de longues périodes avant de se recombiner sous la forme d’une espèce neutre. À une altitude supérieure à 50 km, les ions sont


si abondants que la région est appelée ionosphère. La lumière ultraviolette est le principal producteur d’ions dans l’ionosphère. Dans l’obscurité, les ions positifs se recombinent lentement avec des électrons libres. Ce processus est plus rapide dans les régions inférieures de l’ionosphère où la concentration en espèces chimiques est relativement élevée.

La température de l’atmosphère augmente à nouveau dans la thermosphère. Dans cette couche, les températures peuvent atteindre 1200 °C.

Les limites entre ces régions sont appelées tropopause, stratopause, mésopause, et thermopause. En moyenne, la température de l’atmosphère à la surface terrestre est de 14 °C. Les avions volent habituellement au sommet de la troposphère, à une altitude de 10 à 12 km, et le record mondial d’altitude atteinte par un aéronef est de 37,65 km, à peu près au milieu de la stratosphère.

2.1.4. Caractéristiques des principales régions de l’atmosphère

2.1.4.1 La troposphère

C’est la région la plus proche de la surface de la Terre. En dehors de la vapeur d’eau, les composants gazeux principaux de cette région sont le N

2 (78,1 %), l’O

2 (21 %),

l’Ar (0,9 %), le CO2 (0,03 %) et des quantités variables de CH

4, NO

2, H

2, SO

2, Kr,

Ne et O3. Environ 80 % de la masse totale de l’atmosphère sont contenus dans cette

couche de l’atmosphère.

Dans la troposphère, la température de l’air chute graduellement avec l’altitude à un taux de 6,5 °C par 1000 mètres, le minimum étant atteint à environ – 56,5 °C.

2.1.4.2. La stratosphère

La stratosphère contient environ 19,9 % de la masse totale de l’atmosphère. Une

d’ozone) a une très forte concentration en ozone.

– 330 nm. Grâce à cela, l’ozone convertit l’énergie de rayonnement en chaleur et est responsable des maxima de température rencontrés à la limite entre la stratosphère et la mésosphère à l’altitude d’environ 50 km.

Les régions de concentration maximale en ozone se trouvent entre 25 et 30 km d’al-titude dans la stratosphère, où elle peut atteindre 10 ppm. Cependant, les maxima de température sont présents à des altitudes supérieures. Ceci est dû au fait que l’ozone

-nements sont absorbées dans la couche supérieure de la stratosphère où elles génèrent de la chaleur. Seule une faible fraction atteint les basses altitudes, où l’ozone est plus concentrée, et qui restent relativement froides.

Cette couche est la principale responsable de l’absorption des rayonnements ultravio-lets du soleil. Les températures élevées de la région supérieure de la stratosphère sont dues à ces concentrations localisées de molécules d’ozone. Les molécules d’ozone absorbent la lumière UV, créant l’énergie thermique qui réchauffe la stratosphère.


2.1.4.3. La mésosphère

La couche qui est au dessus de la stratosphère est connue sous le nom de mésosphère. Cette couche s’étend entre 50 et 80 km. Elle est séparée de la thermosphère par une

La température diminue progressivement dans la mésosphère et atteint son minimum (environ – 90 °C) à la limite de la mésosphère (à une altitude d’environ 80 km)

2.1.4.4. La thermosphère

Cette partie de l’atmosphère se trouve au delà de 80 km d’altitude. Dans l’espace extérieur de la thermosphère, la majorité des particules se présentent sous la forme d’atomes simples, H, He, O, etc. À des altitudes plus basses (200 – 100 km) se re-trouvent les molécules diatomiques, N

2, O

2, NO etc. Les températures élevées de cette

couche sont dues à l’absorption du rayonnement solaire intense par les molécules de dioxygène (O

2).

Dans cette région de l’atmosphère, alors que la température semble extrême, la quantité d’énergie thermique mise en jeu est faible. Il y a peu de molécules capables de stocker la chaleur. (Note : la quantité de chaleur stockée est directement proportionnelle à la quantité de matière).

Dans la thermosphère, l’air est très ténu, les distances entre les molécules de gaz sont

avec un thermomètre.

2.1.5. Réactions chimiques dans l’atmosphère

Les deux composantes essentielles de la chimie atmosphérique sont l’énergie de rayonnement provenant du soleil, principalement dans le spectre ultraviolet et le radical hydroxyle HO•. La première de ces composantes rend possible l’accumu-lation d’une très grande quantité d’énergie dans une seule molécule de gaz, ce qui permet l’initiation d’une série de réactions chimiques atmosphériques. La seconde est la forme active intermédiaire la plus importante des phénomènes chimiques at-mosphériques diurnes.

Le dioxyde d’azote, NO2, est l’une des espèces les plus photochimiquement actives

retrouvées dans une atmosphère polluée. Une espèce comme le NO2 peut absorber

la lumière pour produire une molécule excitée.

Une molécule excitée est une molécule qui a absorbé un rayonnement électromagné-tique dans les régions UV ou visible du spectre.


Les molécules excitées, les radicaux libres et les ions comportant des atomes ou des fragments de molécules chargés sont trois espèces relativement instables et réactives que l’on rencontre dans l’atmosphère. Ils sont fortement impliqués dans les processus chimiques atmosphériques.

A) Formation des radicaux libres

Les radicaux libres sont des atomes ou des groupes d’atomes ayant des électrons non appariés. De telles espèces peuvent être produites par l’action du rayonnement électromagnétique riche en énergie sur des atomes ou des molécules neutres. La forte tendance à l’appariement des électrons non appariés rend les radicaux libres hau-tement réactifs. Ils sont impliqués dans les phénomènes chimiques atmosphériques les plus considérables.

Le radical hydroxyle, HO•, est vraiment l’intermédiaire réactif le plus important dans les processus chimiques atmosphériques. Il peut être formé de différentes manières. Aux altitudes les plus élevées, il est produit par l’hydrolyse de l’eau :

Dans les zones relativement polluées de la troposphère, le radical hydroxyle provient de la photolyse de l’ozone,

Le radical hydroxyle est éliminé de la troposphère en réagissant avec le méthane ou le monoxyde de carbone.

L’atome d’hydrogène produit lors de la seconde réaction réagit ensuite avec l’O2

pour produire un radical hydroperoxyle qui va à son tour réagir avec un autre radical hydroperoxyle ou hydroxyle

Ou dans une réaction qui va régénérer le radical hydroxyle :


B) Réactions acido-basiques dans l’atmosphère

L’atmosphère est légèrement acide, à cause d’une faible quantité de dioxyde de car-bone qui se dissout dans les gouttelettes d’eau atmosphérique et se dissocie :

Cependant, en termes de pollution, les acides forts HNO3 et H

2SO

4 formés par l’oxy-

dation dans l’atmosphère des oxydes d’azote, du SO2 et du H

2S sont plus importants,

car ils causent la formation des pluies acides nuisibles.

Les espèces basiques sont moins fréquentes dans l’atmosphère. Des particules d’oxy-de, d’hydroxyde ou de carbonate de calcium peuvent se retrouver dans l’atmosphère, provenant de cendres ou de roches broyées, et peuvent réagir avec les acides comme dans la réaction suivante :

L’espèce basique la plus importante dans l’atmosphère est l’ammoniac gazeux NH3.

La principale source d’ammoniac atmosphérique est la biodégradation de l’azote contenu dans les matières organiques et la réduction bactérienne des nitrates :

l’atmosphère. Ce qui la rend particulièrement importante comme base dans l’air. Dissoute dans les gouttelettes d’eau atmosphérique, elle joue un rôle essentiel en neutralisant les acides atmosphériques :

C) Réactions concernant l’oxygène atmosphérique

En plus de l’O2, l’atmosphère supérieure renferme des atomes d’oxygène, O, des

molécules dioxygène excitées, O2*, et de l’ozone, O

3. L’oxygène atomique, O, est

collision simultanée de trois particules, nécessaire à la réaction chimique de l’oxy-gène atomique, arrive rarement. L’oxygène atomique est produit suite à une réaction photochimique.


À une altitude supérieure à 80 km, la masse moléculaire moyenne de l’air est inférieure aux 28,97 g/mole observés au niveau de la mer, ceci est dû à la concentration élevée en oxygène atomique. De ce fait, l’atmosphère est divisée en une région inférieure, de masse moléculaire uniforme, l’homosphère et une région supérieure, à masse moléculaire non uniforme, l’hétérosphère.

L’oxygène moléculaire et Les atomes d’oxygène excités (O*) sont produits suite à la photolyse de l’ozone atmosphérique :

Ou par des réactions chimiques hautement énergétiques comme :

L’ions oxygène, O+, peut être produit par la réaction du rayonnement ultraviolet sur les atomes d’oxygène :

O+ est l’ion positif prépondérant dans certaines régions de l’ionosphère. Il peut réagir avec l’oxygène ou l’azote moléculaires pour former d’autres ions positifs :

Dans les régions intermédiaires de l’ionosphère, O2+ est produit par l’absorption des rayonnements ultraviolets à des longueurs d’onde de 17 – 103 nm.

Et par la réaction entre N2+ et O

2 :

L’ozone atmosphérique est produit par la dissociation photochimique de l’oxygène moléculaire, suivie d’une collision simultanée de trois particules :

Dans laquelle M est une autre espèce chimique, une molécule de N2 ou d’O

2 par

exemple, qui absorbe l’excédent d’énergie de la réaction et permet à la molécule d’ozone de rester entière.

En plus de subir la décomposition due aux rayonnements ultraviolets, l’ozone stra-tosphérique réagit avec l’oxygène atomique, les radicaux hydroxyles et le NO :


Le radical HO• est régénéré à partir du HOO• par la réaction :

D) Réactions concernant l’azote atmosphérique

Contrairement à l’oxygène, l’azote moléculaire n’est pas facilement dissocié par le rayonnement ultraviolet. Cependant, à une altitude supérieure, environ à 100 km, l’azote atomique est produit par des réactions photochimiques :

D’autres réactions peuvent produire l’azote monoatomique :

Dans la région située à 105 km au dessus de l’ionosphère, la séquence probable de réactions par lesquelles le NO+ est formé est la suivante :

Dans la région la plus basse de l’ionosphère, qui s’étend de 50 à environ 80 km d’altitude, NO+ est directement produit par le rayonnement ionisant :

« Comp-R-Ans-to-exer » du CD d’accompagnement.


EXERCICE 1

Il est connu que les gaz d’échappement comme les oxydes d’azote contribuent à la formation d’ozone atmosphérique.

Montrer le mécanisme de formation de l’ozone à partir de ces gaz. Précisez la proportion d’oxydes d’azote favorable à la formation et à la destruction de l’ozone atmosphérique.

E) Dioxyde de carbone atmosphérique

Bien qu’il n’y ait que 0,035 % (350 ppm) de dioxyde de carbone dans l’air, le CO2

est l’espèce atmosphérique « non polluante » la plus inquiétante. C’est une espèce chimiquement et photochimiquement minime, car sa concentration et sa réactivité photochimique sont faibles. La principale réaction photochimique que subit le CO

2 est

la photodissociation due au rayonnement solaire UV énergétique dans la stratosphère. Cette réaction est la principale source de CO à haute altitude.

F) Eau atmosphérique

La troposphère contient normalement un volume de 1 à 3 % de vapeur d’eau, avec une moyenne planétaire de 1 %. Cependant les extrêmes vont de 0,1 % à 5 % d’eau dans l’air. Le pourcentage d’eau dans l’atmosphère diminue rapidement avec l’altitude.

La tropopause, froide, est une barrière aux mouvements de l’eau vers la stratosphère. Très peu d’eau est transférée de la troposphère à la stratosphère. La principale source d’eau de la stratosphère est l’oxydation photochimique du méthane :

L’eau ainsi produite sert de source aux radicaux hydroxyles stratosphériques, comme le montre la réaction suivante :

2.2. Pollution atmosphérique

à l’atmosphère, ayant pour conséquence une détérioration de l’environnement, de la santé humaine et de la qualité de vie.

La pollution atmosphérique entraîne des problèmes respiratoires et favorise l’appa-rition de cancers. Elle touche les plantes, les animaux, et l’écosystème dans lequel


ils vivent. Certains polluants atmosphériques reviennent sur la terre sous la forme de neige et de pluies acides qui détériorent les statues et les bâtiments, abiment les

récoltes et les forêts et rendent lacs et rivières impropres pour les pois-sons, animaux et végétaux.

Au dessus des villes se retrouvent plus particulièrement les polluants issus de la combustion comme source d’énergie : oxydes de soufre, oxydes d’azote et monoxyde de carbone.

2.2.1. Classification des polluants atmosphériques

Il existe plusieurs façons de classer les polluants atmosphériques. En général, ils sont classés sur base de (1) leurs caractéristiques chimiques et physi-ques, (2) leur origine, (3) la nature de la réponse qu’ils suscitent ou (4) leur statut règlementaire.

1) Basé sur leurs différentes caractéristiques physiques et chimiques

Les aérosols -lides ou liquides. La terminologie liée aux aérosols polluants atmosphériques inclut la poussière, les fumées, le brouillard, la brume, la brume sèche, les particules, le smog et la suie.

Les gaz et les vapeurs sont composés de molécules très éloignées les unes des autres et libres de se déplacer, qui peuvent prendre de l’expansion pour occuper un espace plus large et exercer une pression dans toutes les directions de l’espace. Une subs-tance est un vrai gaz s’il est assez éloigné de l’état liquide, ou en d’autres termes, si sa température est au dessus de son point critique. Une vapeur est une substance à l’état gazeux, qui n’est pas loin de son état liquide, ou en d’autres termes, qui peut être facilement condensée en liquide.

2) Basé sur leur origine

Les polluants atmosphériques sont classés de différentes façons sur base de leur origine :

A) Sources mobile et stationnaire

Les sources mobiles comprennent les automobiles, les trains ou les avions, alors que les sources stationnaires sont toutes les autres sources de polluants. Les usines électriques, les usines de transformation chimique, les extracteurs d’air ou les opérations d’extraction de gaz du sol sont des exemples de sources stationnaires.

B) Sources directes et indirectes

Une source directe émet directement le polluant dans l’air alors qu’une source indirecte n’émet pas elle-même de polluants, mais attire les sources mobiles (centre commercial, stade athlétique)


C) Sources ponctuelles ou sources étendues

sont celles qui n’ont individuellement pas d’impact sur la qualité de l’air, mais

à l’air libre).

3) Basé sur la façon dont ils atteignent l’atmosphère

Les polluants atmosphériques sont classés comme primaires ou secondaires, selon la manière dont ils atteignent l’atmosphère.

Les polluants primaires sont émis directement dans l’atmosphère à partir d’une

Les polluants secondaires sont quant à eux produits lors d’une réaction chimique dans l’atmosphère. L’ozone, par exemple, est un composant majeur du smog urbain. Il est produit par la réaction photochimique entre les oxydes d’azote, les VOC et d’autres composants de l’atmosphère. C’est donc un polluant secondaire. L’émission des précurseurs des polluants secondaires est généralement règlementée.

4) Basé sur leur statut règlementaire

Selon la réglementation, l’Agence de protection de l’environnement des États-Unis

et le risque qu’ils entraînent pour la santé humaine. Ce sont les matières particulaires d’un diamètre inférieur ou égal à 10 µm (PM10), le dioxyde de soufre, le monoxyde de carbone, le dioxyde d’azote, l’ozone et le plomb. Pour chaque polluant de référence, l’EPA a établi des normes primaires et secondaires de qualité de l’air ambiant. Le critère primaire a pour but de protéger la santé publique. Le critère secondaire protège le public des effets secondaires sur son bien-être. Collectivement, ces normes sont connues comme « National Ambient Air Quality Standards » ou NAAQS.

2.2.2 Principales sources de pollution atmosphérique

A) Sources humaines

Les activités humaines comme la combustion du charbon et des produits pétroliers (essence, kérosène, mazout...), la conduite d’une automobile, les activités industrielles, comme la fabrication de produits ou la production d’électricité, sont les principales sources de pollution atmosphérique.

La production d’énergie à partir de la combustion de combustibles fossiles produit de grandes quantités d’eau et de dioxyde de carbone, qui contribue au réchauffement planétaire


Quand le charbon, l’essence et d’autres combustibles similaires sont brûlés, les hydrocarbures et d’autres impuretés qu’ils renferment sont oxydés. Par exemple, le soufre de la pyrite qui reste dans le charbon est oxydé en dioxyde de soufre, un gaz irritant ayant une odeur âcre. La réaction d’oxydation est la suivante :

4 FeS2 + 11 O

2 2 Fe

2O

3 + 8 SO

2

pyrite + oxygène oxyde de fer + dioxyde de soufre

Les oxydes ainsi formés se combinent dans l’atmosphère à la vapeur d’eau pour former des acides, qui retournent sur terre sous la forme des pluies acides.

Grâce à l’énergie solaire, les oxydes d’azote et les composés organiques volatils réagissent sans l’atmosphère pour produire le smog photochimique. Le smog

contient de l’ozone, une forme d’oxygène gazeux faite de trois atomes au lieu de deux. Dans l’atmosphère inférieure, l’ozone est un poison : il détériore la végétation, tue les arbres, irrite les tissus pulmonaires et corrode le plastique. L’intensité du smog est déterminée en mesurant son taux d’ozone. Si la teneur en ozone est élevée, les autres polluants, dont le monoxyde de carbone, sont habituellement également présents en grande quantité.

Les très jeunes enfants, les personnes âgées et les gens souffrant d’asthme ou de pro-blèmes cardiaques sont les plus affectés par le smog. Le smog peut causer des maux

il peut également causer une forte morbidité et mortalité, principalement dues à un empoisonnement au monoxyde de carbone.

Un autre polluant important, produit de la combustion incomplète du carbone ou de composés organiques comme l’essence ou les hydrocarbures, dangereux car invisi-ble et non irritant, est le monoxyde de carbone, ou CO. Ce gaz est connu comme le « tueur silencieux », car il est inodore, insipide et invisible. Le principal symptôme de l’intoxication au CO est la somnolence, parfois accompagnée de maux de tête, de vertige et de nausée. Le CO est surtout un polluant des villes, sa concentration varie

Les composés organiques volatils (VOC) qui polluent l’air sont :

- les composés hydrocarbures volatils de produits de consommation comme les diluants de peinture, le goudron ou les vernis, qui sont souvent appelés « distillats de pétrole » sur les listes de produits.

- les solvants d’évaporation et les propergols des produits de soins personnels ou d’entretien ménager, comme le vernis à ongles, les déodorants, les lotions après-rasage, les laques à cheveux ou les insecticides

- l’acétate d’éthyle et d’autres additifs exotiques que nous exhalons lorsqu’on mâche une gomme à mâcher ou prenons des bonbons rafraichisseurs d’haleine pour lesquels les publicités annoncent « une haleine fraîche »


B) Sources naturelles

Certains de ces polluants peuvent aussi provenir de sources naturelles. Les VOC, par exemple, sont libérés dans l’atmosphère lors des feux de forêts ou par évaporation.

Les volcans vomissent du dioxyde de soufre et de grandes quantités de cendres volcaniques. Cependant, contrairement aux polluants issus de l’activité humaine, les polluants naturels ne restent dans l’atmosphère qu’un court laps de temps et

2.2.3. Pollution atmosphérique et pluies acides

Devoir de lecture

vous donnera une courte explication sur, comment la présence naturelle de dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre rend les pluies acides, avec ou sans pollution

On sait actuellement que l’eau de pluie, qui était considérée par le passé comme la forme d’eau la plus pure, est souvent contaminée par des polluants atmosphériques. En présence d’humidité, des gaz comme le dioxyde de soufre et les oxyde d’azote provenant des émissions industrielles deviennent dans l’atmosphère des gouttelettes

Fig. 2.4. Formation des pluies acides

Ces acides en suspension dans l’air sont toxiques pour les poumons et corrodent tout ce qui est en marbre, en calcaire ou en métal. Des forêts et des lacs situés loin des sites industriels peuvent être détériorés par des pluies acides qui sont dues à des polluants transportés dans la troposphère par le vent et qui descendent sous forme de pluies ou de neiges acides. Ces pluies brûlent les feuilles des plantes et rendent les lacs trop acides pour supporter la vie des poissons et des autres êtres vivants.

« Comp-R-Ans-to-exer » du CD d’accompagnement


Exercice 2

Les pluies acides ont un pH inférieur à 5,6 principalement à cause de la réaction de la vapeur d’eau avec le dioxyde de soufre et les oxydes d’azote. Les oxydes d’azote, surtout le dioxyde d’azote (NO

2), réagissent avec l’eau pour former du nitrite d’hy-

drogène (HNO2) et du nitrate d’hydrogène (HNO

3) :

2 NO2 (g) + H

2O (l) -----> HNO

2(aq) + HNO

3(aq)

Quelle quantité d’eau de pluie et de NO2 est nécessaire pour former 277,2 g de HNO

3 ?

Utilisez vos connaissances de chimie générale de stœchiométrie.

2.2.4. Pollution atmosphérique et diminution de la couche d’ozone

La partie inférieure de la stratosphère, à une altitude approximative de 15 à 35 km au dessus de la surface terrestre, contient de très hautes concentrations d’ozone (O

3), plus

de 90 %. Cette partie de l’atmosphère terrestre est connue comme la couche d’ozone. Cette couche absorbe environ tous les rayonnements solaires (entre 97 et 99 %) dans la fréquence des UV, ceux qui sont nocifs pour la vie sur Terre.

Différents polluants s’attaquent à la couche d’ozone. Les plus connus sont les chlo--

tructibles jusqu’à ce qu’elles atteignent la stratosphère. Là, les molécules de CFC sont brisées par le rayonnement ultraviolet intense et libèrent des atomes de chlore. Ces atomes de chlore vont réagir avec l’ozone et le casser en molécules d’oxygène ordinaire, qui n’absorbent pas le rayonnement UV.

CF2Cl

2 + h Cl• + CCl

2F•

Cl• + O3 ClO• + O

2

ClO• + O Cl• + O2

Réaction nette : 2 O3 3 O

2

Le chlore agit comme un catalyseur. Le chlore intervient dans diverses réactions

une nouvelle réaction. Un seul atome de chlore peut détruire plus de 100 000 molécules d’ozone dans la stratosphère. En plus des CFC, d’autres polluants, comme l’oxyde nitreux (N

2O) des fertilisants ou le bromure de méthyle des pesticides attaquent la

stratosphérique s’amincit.


2.2.5. Réchauffement planétaire

Désormais, il semble que la Terre fait face à un réchauffement rapide qui est dû, selon

générale de la température moyenne de l’atmosphère, des océans et des terres émer-gées est connue sous le terme « réchauffement planétaire ».

Quelles en sont les causes ?

L’énergie qui illumine et réchauffe la Terre provient du soleil. La plupart de cette énergie est faite de rayonnements de courte longueur d’onde. La surface de la Terre, à son tour, libère une partie de cette chaleur sous la forme de rayonnement infrarouge de longue longueur d’onde. La majorité du rayonnement infrarouge émis par la Terre retourne dans l’espace, mais une certaine partie reste bloquée dans l’atmosphère terrestre. Cela est dû à certains gaz atmosphériques : la vapeur d’eau, le dioxyde de

gaz conservent la chaleur dans l’atmosphère, de la même façon que la vitre d’une serre. C’est pour cela qu’ils sont appelés « gaz à effet de serre ». Quand l’atmosphère s’enrichit en ces gaz, elle devient un meilleur isolant et retient plus de chaleur. La somme de ces effets fait que la Terre reçoit plus de chaleur qu’elle n’en libère dans l’espace, ce qui est connu sous le terme d’« effet de serre ».

Grâce à l’effet de serre, la température moyenne à la surface de la Terre se maintient à un niveau relativement confortable de 15 °C. Si ce n’était pas le cas, la température moyenne de surface se situerait alentour de - 18 °C. Le problème avec le réchauffement planétaire est que l’homme ajoute et

Le dioxyde de carbone (CO2) est le gaz qui contribue le plus à l’effet de

serre. La respiration des plantes et la décomposition de matières organiques libère 10 fois plus de CO

2 que l’activité humaine, mais ces deux effets s’équilibraient

jusqu’à la révolution industrielle. Depuis la révolution industrielle, les quantités pro-duites par l’homme ont augmenté de manière spectaculaire à cause de la combustion des combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) par les industries lourdes et d’autres activités humaines, comme le transport ou la déforestation.

D’autres facteurs ralentissent le réchauffement, mais pas à un tel niveau.

Quels en sont les effets ?

(i) Le climat sera plus extrêmedure, avec plus de pluies en saison humide, des périodes de sècheresse plus longues et des tempêtes plus puissantes.

(ii) Les calottes glacières des pôles vont fondre, ce qui entraînera une hausse du niveau des océans. Une telle montée de l’eau pourrait submerger les villes côtières et inonder complètement les zones humides côtières, forçant la popu-lation à abandonner les îles de faible altitude. Des maladies comme la malaria pourraient devenir plus fréquentes dans les régions tempérées, les régions du globe situées entre les tropiques et les pôles.


(iii) Le changement climatique peut entraîner l’extinction de nombreuses espèces végétales, mais aussi animales, vu que toutes les espèces animales ne sont pas capables de changer facilement de territoire si leur habitat devient plus chaud.

2.2.6. Résolution du problème

Que pouvons-nous faire pour lutter contre les pluies acides et les autres formes de pollution atmosphérique ?

- utiliser des sources d’énergie alternatives,- éliminer les polluants des produits de combustion,- - économiser l’énergie.

Nous allons rapidement passer sur les deux premiers points, car ils utilisent des composés et des processus chimiques.

Il y a plusieurs sources alternatives d’énergie pour les véhicules à moteur. Parmi celle-ci, le gaz naturel est très intéressant car il a un faible potentiel de pollution atmosphérique. Ce carburant contient moins d’impuretés soufrées, il brûle de façon propre, avec une formation limitée d’oxydes de soufre et d’azote. Alors que les voitures électriques avec batteries semblent être une alternative complètement non polluante, leur utilisation ne ferait que déplacer le problème environnemental d’une source à une autre. Si la source d’énergie motrice du moteur à combustion est trans-férée aux batteries électriques, la quantité totale d’énergie fournie jusqu’à présent par

une quantité équivalente d’électricité, ce qui nécessitera de recharger régulièrement les batteries. La production de cette quantité d’énergie supplémentaire incombera à des générateurs d’électricité nouveaux ou préexistants, ce qui introduira de nouveaux problèmes environnementaux.

Aux États-Unis, les voitures et les autres véhicules, source de la majorité du CO, comp-tent pour moins de la moitié des émissions totales de SO

x et de NO

x. Ce sont surtout

les installations électriques et les autres installations stationnaires qui produisent ces polluants. Les usines pourraient être conçues de sorte à utiliser des sources alternatives d’énergie, en incluant l’énergie nucléaire ou des approches plus immédiates que sont

les polluants des gaz d’échappement avant qu’ils n’atteignent l’atmosphère.

Plusieurs approches sont utilisées pour réduire les polluants dans les gaz de fumées

précipitation électrostatique enlève les particules et les aérosols, qui sont de petites particules solide ou liquide dispersées dans de la fumée (les aérosols sont constitués des particules les plus petites, inférieures à 10-3 µm, alors que les particules plus gran-des sont les polluants particulaires). Les gaz de fumées passent entre deux plaques


chargées, ou électrodes, verticales. Les particules se chargent des électrons provenant de l’électrode négative et se déplacent vers l’électrode positive. Là, les particules liquides s’accumulent et coulent au fond du collecteur. Les particules solides tombent suite à l’agitation.

2.3. Évaluation formative

1. Laquelle des disciplines suivantes étudie la chimie de l’atmosphère terrestre ?

a) la chimie de la Terre b) la chimie atmosphérique c) la chimie du réchauf-fement planétaire d) la chimie des pluies acides

2. Quel est l’exemple de problème environnemental qui ne concerne pas la chimie atmosphérique :

a) les eaux de mine acides b) les pluies acides c) le smog photochimique d) le réchauffement planétaire

3. Laquelle des propositions suivantes n’est pas affectée par la pollution atmosphé-rique ?

a) les animaux aquatiques b) les cultures c) l’écosystème d) aucune de ces propositions

4. Quel est le composé gazeux le plus important en proportion dans l’atmosphère ?

a) l’oxygène b) le dioxyde de carbone c) l’azote d) la vapeur d’eau

5. L’ozone

a) est souhaitable dans la troposphèreb) est un polluant indésirable de la stratosphère

d) aucune de ces propositions

6. Laquelle des caractéristiques de l’atmosphère suivantes est essentielle pour protéger la vie sur Terre ?

a) elle réduit les écarts de température entre le jour et la nuitb) elle neutralise les réactions acido-basiques dans la troposphèrec) la troposphère contient de l’O

3

d) les plantes produisent de l’O2


7. À propos de la pression atmosphérique, laquelle des propositions suivantes est vraie ?

a) la pression atmosphérique augmente lorsqu’on progresse de la troposphère vers la stratosphère

b) la pression atmosphérique diminue graduellement quand on progresse d’une basse altitude vers une haute altitude

c) la pression atmosphérique augmente régulièrement à des altitudes plus éle-vées


8. Le rayonnement UV nocif est arrêté par la couche d’ozone dans

a) la mésosphère b) la troposphère c) la stratosphère d) la thermosphère

9. Les températures élevées de la thermosphère sont dues

a) à l’existence de grandes quantités de molécules de gaz qui peuvent absorber l’énergie de rayonnement des autres couches

b) à l’absorption de rayonnement solaire intense par des molécules d’oxygène (O

2)

c) à l’absorption du rayonnement UV intense par l’ozoned) toutes ces propositions

10. Les radicaux libres sont hautement réactifs car

a) ils sont libres de mouvement dans l’atmosphèreb) l’électron non apparié d’un radical libre a une forte tendance à l’apparie-

mentc) ils contiennent des atomes d’oxygène et d’hydrogène, qui sont hautement

réactifsd) a & b

11. Laquelle des espèces chimiques atmosphériques suivantes est une espèce instable ?

a) les molécules excitées électroniquementb) les radicaux libresc) les ions ayant un atome chargé électriquementd) aucune de ces propositions

12. L’intermédiaire réactif le plus important dans les phénomènes chimiques atmos-phériques diurnes est

a) O• b) HO• c) H3C• d) HOO•


13. La réaction H2O + hv à HO• + H représente

a) la formation du radical hydroxyle à haute altitudeb) la formation du radical hydroxyle dans une troposphère relativement peu

polluéec) la forte réactivité du radical hydroxyled) la destruction du radical hydroxyle à haute altitude

14. Laquelle des réactions suivantes ne représente par l’élimination du radical hy-droxyle de la troposphère ?

a) CO + HO• à CO2 + H

b) CH4 + HO• à H

3C• + H

2O

c) NH4 + HO• à H

3N• + H

2O

d) a & b

15. L’atmosphère est légèrement acide à cause de

a) la présence d’une faible quantité de dioxyde de carboneb) l’existence d’une grande quantité d’azotec) la formation d’acide chlorhydrique par la dissolution de chlore gazeux dans

l’eaud) la présence d’une faible quantité d’ammoniac

16. L’espèce basique la plus importante dans l’atmosphère est

a) le monoxyde de carbone en phase gazeuseb) l’ammoniac, NH

3, en phase gazeuse

c) le carbonate de calciumd) l’oxyde de calcium

17. Une réaction chimique hautement énergétique entre trois atomes d’oxygène peut produire

a) une molécule d’ozone et un radical oxygèneb) de l’oxygène moléculaire et un atome d’oxygène excitéc) une molécule d’ozoned) toutes ces propositions

18. À une altitude supérieure à 80 km, la masse moléculaire moyenne de l’air est inférieur à 28,97 g/mol, la masse moléculaire de l’air au niveau de la mer. Parmi les propositions suivantes, quelle en est la raison ?

b) l’oxygène atomique est stable dans l’atmosphère supérieure alors qu’il forme de l’oxygène moléculaire dans l’atmosphère inférieure

c) les atomes et les molécules de gaz sont plus lourds dans l’atmosphère supé-rieure que dans l’atmosphère inférieure

d) toutes ces propositions


19. L’hétérosphère est une couche de l’atmosphère

a) qui ne contient pas d’atome d’oxygèneb) dans laquelle la masse moléculaire de l’air est uniformec) où il y a un excès d’oxygène moléculaired) aucune de ces propositions

20. Les polluants atmosphériques qui sont directement émis dans l’atmosphère à

a) des polluants primaires b) des aérosols c) des VOC d) toutes ces propo-sitions

Réponses

1. b) la chimie atmosphérique2. a) les eaux de mine acides3. d) aucune de ces propositions4. c) l’azote

6. a) elle réduit les écarts de température entre le jour et la nuit7. b) la pression atmosphérique diminue graduellement quand on progresse d’une

basse altitude vers une haute altitude8. c) la stratosphère9. b) à l’absorption de rayonnement solaire intense par des molécules d’oxygène

(O2)

10. b) l’électron non apparié d’un radical libre a une forte tendance à l’apparie-ment

11. d) aucune de ces propositions12. b) HO• 13. a) la formation du radical hydroxyle à haute altitude14. c) NH

4 + HO• à H

3N• + H

2O

15. a) la présence d’une faible quantité de dioxyde de carbone16. b) l’ammoniac, NH

3, en phase gazeuse

17. b) de l’oxygène moléculaire et un atome d’oxygène excité18. b) l’oxygène atomique est stable dans l’atmosphère supérieure alors qu’il

forme de l’oxygène moléculaire dans l’atmosphère inférieure19. d) aucune de ces propositions20. a) des polluants primaires



Chimie et pollution des eaux


Dans cette activité d’apprentissage seront abordées les différentes propriétés chimiques et physiques de l’eau qui la rendent unique en comparaison des autres liquides, ainsi que l’importance de ces propriétés sur l’environnement écologique. Les réactions

-duits chimiques en solution et la manière dont l’acidité et la complexation contrôlent la distribution et le devenir des produits chimiques dans l’environnement aquatique seront traitées en profondeur.

Seront également décrits la pollution des eaux et les paramètres utilisés pour en déterminer la qualité, la nature et le type des polluants des eaux ainsi que leur voie d’entrée dans les plans d’eau, les normes pour les différentes utilisations de l’eau et le contrôle de la pollution des eaux.

- Discuter des différentes propriétés de l’eau qui la rendent unique parmi les autres liquides

- - Faire la différence entre alcalinité et basicité- Calculer l’alcalinité d’un plan d’eau en ayant les informations nécessaires sur

la concentration en CO32-, HCO

3- et sur le pH

- de formation

- Calculer les concentrations à l’équilibre des espèces impliquées dans les réactions de complexation dans les plans d’eau

- Décrire les paramètres chimiques et physiques utilisés pour décrire la qualité de l’eau.



1. Howard, Alan G., Aquatic Environmental Chemistry, Oxford University Press, Oxford, UK, 1998.


3. National Research Council, Setting Priorities for Drinking Water, National Academy Press, Washington, D.C., 1999.

4. Water Pollution and Society, http://www.umich.edu/~gs265/society/waterpol-lution.htm

5. Environmental Issues, http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/index.html

6. Water Structure and Behavior, http://textbookrevolution.org/chemistry/water-structure-and-behavior





1. Water Resources, Wastewater Treatment, in VIRTUAL CHEMBOOK, at http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/index.html

2. Aquatic Chemistry in Resources for Chemistry Educators, Digital Texts, at http://www.chem1.com/chemed/digtexts.shtml

Ce lien contient des discussions détaillées sur la chimie acido-basique des systèmes aquatiques naturels, l’équilibre du carbone dans les eaux naturelles et le système carbone – CO

2 ;

3. Water Structure and Science, at http://www.lsbu.ac.uk/water/index2.html Donne une discussion détaillée sur un grand nombre de propriétés de l’eau,

qui la rendent unique parmi les autres liquides


Chapitre III Chimie aquatique et pollution des eaux (35 hrs)

Chimie de l’eau

Propriétés de l’eauRéactions chimiques dans les plans d’eauGaz dissouts dans l’eauPhénomènes acide-base dans l’eauRéactions de complexation dans l’eau

Pollution des eaux

Qualité de l’eauNature et type des polluants des eauxCaractérisation des eaux uséesContrôle de la pollution des eauxExigences de qualité des eaux

3.1. Chimie de l’eau

Avant de commencer la lecture de ce sous-chapitre, commentez les points suivants, reliés aux propriétés uniques de l’eau. Vous serez mieux à même de comprendre pourquoi ces propriétés sont vitales pour l’existence de la vie sur notre planète.

to-Exer » dans le CD d’accompagnement.

Expliquez l’importance de l’eau et les caractéristiques suivantes sur l’existence de la vie et ce qui se serait passé si l’eau n’avait pas eu ces particularités.

1. La différence de température entre le point de fusion et le point d’ébullition de l’eau est plus importante que celle de nombreux autres liquides (100 °C). Quelle aurait été la conséquence, sur les êtres vivants, si cela n’avait pas été le cas ?

2. Contrairement aux autres liquides, l’eau devient plus légère quand elle gèle. Quel est l’avantage de ce phénomène sur la vie aquatique ?

3. La chaleur de vaporisation de l’eau est très élevée. Quelle est l’importance de ce phénomène sur le climat mondial ?

4. L’eau peut dissoudre beaucoup plus de substances que n’importe quel autre liquide. Quelle est l’importance de ce phénomène sur la nutrition des plantes et des animaux


3.1.1. Propriétés de l’eau

L’eau est une substance d’importance vitale dans toutes les sections de l’environne-ment. Elle couvre environ 70 % de la surface de la Terre et se retrouve dans toutes les sphères de l’environnement. Elle est un composant essentiel de toutes les structures vivantes. Elle transporte énergie et matière au travers des diverses sphères de l’en-vironnement. Elle transporte les nutriments des plantes du sol vers leur organisme via leurs racines.

Les propriétés de l’eau sont plus aisément comprises en considérant la structure et les liaisons dans la molécule d’eau.

La molécule d’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène liés de manière co-valente à un atome d’oxygène. Les trois atomes sont arrangés en une structure en V, avec un angle de 105 °. Cette structure courbée et le fait de l’atome d’oxygène qui attire les électrons plus fortement que les atomes d’hydrogène et cela fait que la molécule d’eau a le comportement d’un dipôle, avec des charges électriques opposées à chaque extrémité. Le dipôle « molécule d’eau » peut être attiré par des ions, chargés positivement ou négativement, comme avec le Na+ et le Cl- lors de la dissolution du NaCl.


L’eau a la capacité de former des liaisons hydrogène. La liaison hydrogène est un type de liaison qui se forme entre un atome d’hydrogène d’une molécule d’eau chargé positivement et l’atome d’oxygène d’une autre molécule d’eau chargé négativement. La liaison hydrogène retient ensemble les molécules d’eau avec force et permet aussi de maintenir en solution ions et molécules solubles.

et négatifs de quatre molécules d’eau


Pour avoir une compréhension claire de la pollution des eaux, vous devriez être capable de décrire les interactions chimiques se déroulant dans les plans d’eau. Dans la section suivante seront abordés les réactions chimiques dans les plans d’eau, la solubilité des gaz atmosphériques dans les plans d’eau ouverts, les réactions chimiques responsables des caractéristiques acido-basiques de l’eau, les réactions de complexation et leur équilibration, les calculs de constantes de stabilité et la concentration des espèces en équilibre. La pollution des eaux et les paramètres physiques et chimiques utilisés pour la décrire, les sources et le contrôle de la pollution des eaux seront également brièvement discutés.

3.1.2. Réactions chimiques ayant lieu dans les plans d’eau

Les interactions chimiques dans les systèmes aquatiques naturels sont très complexes. De nombreuses variables doivent être prises en compte pour décrire leur chimie. Il s’agit de systèmes dynamiques ouverts, qui ont des entrées et des sorties d’énergie

dans ce type de système. De ce fait, ces systèmes sont souvent décrits au moyen de

une idée de la nature des processus chimiques aquatiques et donner les lignes direc-

3.5 représente un modèle qui illustre les catégories principales des phénomènes chimiques aquatiques.

3.1.2.1 Gaz dissouts dans l’eau

Les plans d’eau naturels renferment un certain nombre de gaz dissouts. Parmi ces gaz, l’O

2 et le CO

2 sont d’importance vitale pour les plantes et les animaux aquatiques. Par

exemple, l’O2 est essentiel pour les poissons et le CO

2 pour les algues photosynthéti-

ques. Certains gaz peuvent aussi entraîner des problèmes, comme le diazote, qui peut tuer les poissons en se retrouvant sous forme de bulles gazeuses dans leur sang.


A) Le dioxygène dans l’eau

La plupart du dioxygène élémentaire que l’on trouve dissout dans l’eau provient de l’atmosphère mais aussi de la photosynthèse des algues. Vu que de nombreux orga-nismes aquatiques ont besoin de dioxygène pour vivre, les plans d’eau doivent en contenir une certaine quantité à l’état dissous.

La concentration en dioxygène dissout peut diminuer pour différentes raisons. La quantité de dioxygène produit par la photosynthèse des algues pendant le jour est utilisée par les algues elles-mêmes pour leur processus métaboliques. De ce fait, la contribution de la photosynthèse des algues à la quantité de dioxygène dissout n’est pas très élevée. Donc la capacité d’un plan d’eau à se réoxygéner lui-même à partir de l’atmosphère est une caractéristique essentielle.

B) Le dioxyde de carbone dans l’eau

Le dioxyde de carbone est, virtuellement présent dans toutes les eaux naturelles. C’est l’acide faible le plus important dans l’eau. Le CO

2 de l’eau provient de la dissolution

du CO2 atmosphérique et de la putréfaction microbienne de matières organiques. Le

dioxyde de carbone et ses produits d’ionisation ont un rôle extrêmement important dans la chimie de l’eau. De nombreux minéraux se déposent sous la forme de sels de l’ion carbonate.

Bien que le CO2 dissous est souvent représenté sous la forme H

2CO

3, seule une petite

fraction du CO2 dissous est réellement présent sous cette forme. C’est pourquoi, pour

faire une distinction, le dioxyde de carbone non ionisé dans l’eau est simplement désigné par CO

2.

L’équilibre de dissolution du CO2 dans l’eau est représenté par les équations sui-

vantes :

CO2

+ H2O HCO

3- + H+ (3.1)

Ka1

= [HCO3- ] [ H+] = 4.45 x 10-7 pK

a1 = 6.35 (3.2)

[CO2 ]

HCO3- CO

32- + H+ (3.4)

Ka2

= [CO32- ] [ H+] = 4.69 x 10-11 pK

a2 = 10.33 (3.5)

[HCO3- ]


Donc le CO2 dissous contient à l’équilibre du CO

2, l’ion bicarbonate (HCO

3-) et l’ion

carbonate (CO32-). L’espèce prédominante formée par la dissolution du CO

2 dans l’eau

dépend du pH. Ceci est représenté dans le diagramme de la distribution des espèces en fonction du pH de la Figure 3.6.

3-)

est l’espèce dominante dans la gamme de pH de la majorité des plans d’eau et que le CO

2 sera prédominant dans les eaux acides.

3.1.3. Phénomènes acide-base dans l’eau

-

les acides sont des espèces chimiques qui perdent un ion H+ lors d’une réaction et les bases sont les espèces chimiques qui acceptent les ions H+ perdus par les acides.

L’ion bicarbonate, HCO3-, est une espèce importante dans la chimie acide-base de

l’eau. Dans l’eau il peut agir autant comme un acide que comme une base :

HCO3- CO

32- + H+ (HCO

3- agissant en tant qu’acide) (3.6)

HCO3- + H+ CO

2 (aq) + H

2O (HCO

3- agissant en tant que base) (3.7)

L’acidité, telle qu’elle est appliquée aux eaux naturelles et aux eaux usées, est la capacité de l’eau à neutraliser les ions OH-, alors que l’alcalinité est sa capacité à neutraliser les ions H+. Même si virtuellement toutes les eaux présentent une certaine alcalinité, les eaux acides ne sont pas fréquentes, sauf en cas de pollution importante. L’existence d’acides faibles, particulièrement du CO

2 et parfois du H

2PO

4-, du H

2S,

ions métalliques acides, comme le Fe3+, peuvent également contribuer à l’acidité des eaux. Le caractère acide de certains ions métalliques hydratés comme Al(H

2O)

63+ peut

aussi contribuer à l’acidité des eaux.

Al(H2O)

63+ Al(H

2O)

5OH2+ + H+ (3.8)


L’alcalinité est importante pour le traitement des eaux et pour la chimie et la biologie des eaux naturelles. Dans le traitement des eaux, il est souvent nécessaire de connaître l’alcalinité de l’eau pour calculer les quantités de produits chimiques à rajouter. Une eau très alcaline a souvent un pH élevé, et contient généralement une grande quantité de solides dissouts qui la rend inutilisable dans les chauffe-eau, la transformation alimentaire et les réseaux municipaux de distribution d’eau.

Le pouvoir alcalin de l’eau est un tampon aux variations de pH et un réservoir pour le carbone inorganique. Il permet donc de déterminer la capacité de l’eau à supporter la croissance des algues et d’autres formes de vie aquatique et de mesurer la fertilité de l’eau. En général, l’ion bicarbonate, l’ion carbonate et l’ion hydroxyde sont les espèces basiques responsables de l’alcalinité de l’eau (voir les réactions ci-dessous).

HCO3- + H+ CO

2 + H

2O (3.9)

CO32- + H+ HCO

3- (3.10)

OH- + H+ H2O (3.11)

L’alcalinité peut être exprimée soit comme l’alcalinité phénophtaléine soit comme alcalinité totale. L’alcalinité phénophtaléine est déterminée en titrant l’eau par un acide jusqu’au pH auquel l’ion HCO

3- est l’espèce de carbonate prédominante (pH

8,3), alors que l’alcalinité totale est déterminée en titrant l’eau par un acide jusqu’au point de virage du méthylorange (pH 4,3) où carbonate et bicarbonate sont transfor-més en CO

2. Dans les calculs de l’alcalinité totale d’une eau à pH inférieur à 7, la

concentration en H+ dans l’eau doit être soustraite alors que sa concentration peut être très élevée. Dans un milieu ou les seuls contributeurs à l’alcalinité sont HCO

3-,

CO32- et OH-, l’alcalinité est calculée au moyen de l’équation suivante :

[alk] = [HCO3-] + 2[CO

32-] + [OH]- - [H+] (3.12)

La concentration en CO32- est multipliée par 2 car chaque ion CO

32- peut neutraliser

2 ions H+.

L’alcalinité est donnée en Mol H+/L ou en équivalents/L ou en mg/L de CaCO3, selon

la réaction de neutralisation d’acide suivante : CaCO3 + 2H+ Ca2+ + CO

2 + H

2O.

L’eau naturelle a une alcalinité, désignée par « [alk] », de 1,00 x 10-3 équivalents par

neutraliser 1,00 x 10-3 moles d’acide.

Exemple : L’alcalinité d’une rivière est de 5 x 10-3 mol H+/L et son pH est de 8,0. Calculez les concentrations de CO

32- et de HCO

3- de la rivière.


[alk] = [HCO3-] + 2[CO

32-] + [OH-] - [H+]

En utilisant les valeurs de pH, on peut calculer [OH-] et [H+].

pH = -log [H+]

8 = -log [H+] [H+] = 10-8

Kw = [H+] [OH-] = 10-14 [OH-] = 10-14 / 10-8 = 10-6

En remplaçant les valeurs de concentrations en H+ et OH- dans l’équation d’alcalinité, on obtient :

[alk] = [HCO3- ] + 2 [CO

32-] +10-6 - 10-8

À partir de l’équation de la seconde constante de dissociation de H2CO

3, on peut

calculer la concentration en HCO3- en termes de concentration en CO

32- :

HCO3- CO

32- + H+

Ka2 = [CO

32-] [ H+] / [HCO

3-] = 4,69 x 10-11

[HCO3-] = [CO

32-] x 10-8 / 4,69 x 10-11

[HCO3-] = 213,22 [CO

32-]

En remplaçant [HCO3-] par 213,22 [CO

32-], on obtient :

[alk] = 213,22 [CO32-] + 2 [CO

32-] + 10-6 - 10-8

5 x 10-3 = 213,22 [CO32-] + 2 [CO

32-] + 10-6 - 10-8

215,22 [CO32-] = ~ 5 x 10-3

[CO32-] = 5 x 10-3 / 215,22 = 2,3 x 10-5

[HCO3-] = 213,22 [CO

32-] = 213,22 x 2,3 x 10-5 = 4,95 x 10-3

Notez que la basicité est différente de l’alcalinité. La basicité est un facteur d’intensité indiquant la valeur du pH (basicité élevée = pH élevé, basicité faible = pH faible), alors que l’alcalinité est un facteur de capacité, indiquant la capacité d’accepter les ions H+. Considérons une solution de 1,00 x 10-3 M NaOH et une solution de 0,100 M HCO

3-. La solution d’hydroxyde de sodium est assez basique, avec un pH de 11,

mais un litre de cette solution ne neutralisera que 1,00 x 10-3 mole d’acide. Le pH de la solution de bicarbonate est de 8,34, beaucoup plus faible que celui du NaOH. Cependant, un litre de la solution de bicarbonate de sodium neutralisera 0,100 mole d’acide. Son alcalinité sera donc 100 fois supérieure à la solution de NaOH, qui est plus basique.


Note« Comp-R-Ans-to-exer » du CD d’accompagnement.

Le pH attendu pour un plan d’eau en équilibre avec l’atmosphère et ne contenant pas de calcaire est acide. Expliquer pourquoi le pH de la plupart des plans d’eau, qui contiennent du calcaire, CaCO

3, est alcalin.

3.1.4. Réactions de complexation dans l’eau

L’eau contient différentes sortes d’ions métalliques, sous différentes formes. Les eaux non polluées et les systèmes biologiques contiennent les ions Mg2+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, VO2+ alors que les ions Co2+, Ni2+, Sr2+, Cd2+ et Ba2+ se retrouvent dans les eaux contaminées.

Dans l’eau, tous les ions métalliques sont liés ou coordonnés à d’autres espèces comme l’eau ou d’autres bases fortes présentes dans l’eau. Les métaux peuvent aussi exister dans l’eau, liés de manière réversible à des anions inorganiques ou à des composés organiques, sous la forme de complexes métalliques. Par exemple, un ion cyanure peut se lier à du fer (II) dissout en lui donnant une paire d’électrons.

Fe(H2O)

62+ + CN- FeCN(H

2O)5+ + H2O (3.13)

Une des molécules d’eau dans le Fe(H2O)

62+ est remplacé par un ion cyanure pour

former le FeCN(H2O)5+. Des ions cyanure supplémentaires peuvent remplacer les

molécules d’eau restantes pour former du Fe(CN)2(H

2O)

4, du Fe(CN)

3(H

2O)

3-, du

Fe(CN)4(H

2O)

22-, du Fe(CN)

5(H

2O)3- et du Fe(CN)

64-. Le type de réaction ayant lieu

entre les ions CN- et le Fe2+ hydraté est appelé complexation. Le produit de cette réaction, le FeCN(H

2O)5+ de l’équation ci-dessus, est connu sous le nom de com-

plexe, ou ion complexé ou complexe de coordination. L’espèce qui donne la paire d’électrons à l’ion métallique central, CN- dans l’exemple ci-dessus, est appelé le ligand. Dans l’exemple ci-dessus, l’ion cyanure donne une seule paire d’électrons ou possède un seul site qui lie l’ion métallique et est connu sous le nom d’ion mo-nodentate. Certains ligands possèdent plus d’un site (plus d’un atome) pour former une liaison avec l’ion métallique. De tels ligands forment des complexes en anneau et sont appelés agents chélateurs. Les espèces ainsi formées sont les chélates. Les agents chélateurs sont des polluants des eaux potentiels communs. Ils sont présents

des revêtements métalliques.


dans l’état d’oxydation d’un ion métallique et causer la formation d’une forme plus soluble du métal à partir d’un composé insoluble. Les complexes insolubles enlè-vent les ions métalliques de la solution. À cause de leur capacité à solubiliser les métaux lourds des tuyauteries et des dépôts contenant des métaux lourds, les agents complexants sont une préoccupation majeure dans les eaux usées. La complexation peut augmenter le lessivage des métaux lourds des sites d’élimination des déchets et

ordinaires des traitements de déchets.

3.1.4.1. Stabilité des complexes

La formation d’un complexe métal-ligand est décrite par une constante de forma-tion Kf. La valeur de la constante de formation exprime la stabilité du complexe. Par exemple, la constante de formation de la réaction de complexation entre le Cd2+ et le NH

3 est donnée par :

La réaction de complexation entre Cd2+ et NH3 comprend de nombreuses étapes. Par

exemple, la réaction entre Cd2+ et NH3 implique quatre réactions successives montrées

dans les équations ci-dessous :

Cd2+(aq) + NH3(aq) Cd(NH

3)2+(aq) (3.15)

Cd(NH3)2+(aq) + NH

3(aq) Cd(NH

3)

22+(aq) (3.16)

Cd(NH3)

22+(aq) + NH

3(aq) Cd(NH

3)

32+(aq) (3.17)

Cd(NH3)

32+(aq) + NH

3(aq) Cd(NH

3)

42+(aq) (3.18)

Comme il n’est pas évident de savoir quelle réaction est décrite par la constante de formation, la série de réactions ci-dessus peut poser un problème. Pour éviter cela, les constantes de formation sont divisées en différentes constantes de formation successives et cumulatives ou en une constante de formation globale.


Les constantes de formation successives, désignées par Ki pour l’étape i, décrivent l’addition successive d’un ligand au complexe métal-ligand formé lors de l’étape précédente. La constante de formation globale ou cumulative, désignée par , décrit l’addition de i ligands à l’ion métallique libre. Donc, les constantes d’équilibre pour les réactions 3.15 à 3.18 sont respectivement K1, K2, K3 et K4. L’expression de la constante de formation pour chaque étape est donnée dans les équations 3.19 à 3.22 :

Cd2+(aq) + NH3(aq) Cd(NH

3)2+(aq)

Cd(NH3)2+(aq) + NH

3(aq) Cd(NH

3)

22+(aq)

Cd(NH3)

22+(aq) + NH

3(aq) Cd(NH

3)

32+(aq)

Cd(NH3)

32+(aq) + NH

3(aq) Cd(NH

3)

42+(aq)

Par conséquent, l’expression de la constante d’équilibre donnée dans l’équation 4, où

4 = K1 x K2 x K3 x K4

En général i = K1 x K2 x K3 x ………Ki

Par exemple, la constante de formation donnée dans l’équation 3.14 est donnée par


À des valeurs de pH supérieures ou égales à 11, l’EDTA est essentiellement dans sa forme complètement ionisée tétra-négative Y4-, illustrée ci-dessous :

L’acide éthylène-diamine-tétra-acétique (EDTA) est un agent complexant fréquem-ment retrouvé dans l’eau. Sa structure est donnée ci-dessous :

HOOC – CH2 CH2 – COOH

N – CH2 – CH2 – N

HOOC – CH2 CH2 - COOH

L’EDTA contient quatre atomes d’hydrogène remplaçables et, selon le pH, il contient différentes proportions de H

4Y, H

3Y-, H

2Y2-, HY3-, et Y4-. Dans l’eau, les ions mé-

talliques et les ions hydrogène sont en compétition pour Y4-. À des pH faibles, les formes avec proton dominent les formes non protonées. Quand le pH augmente, la fraction d’Y4- libre pouvant se complexer aux métaux augmente. À des valeurs de pH supérieures ou égales à 11, l’EDTA est principalement sous sa forme tétra-négative complètement ionisée, Y4-.

Exemple : Le cuivre réagit avec l’EDTA pour former du CuY2- suivant la réaction :

Cu2+ + Y4- CuY2- K1 = 6.3 x 1018

La détermination de la quantité relative de cuivre complexé à l’EDTA et la quantité de cuivre libre présent dans les eaux usées a donné les résultats suivants :

pH = 11

Total Cu(II) = 5,0 mg/L

EDTA libre en excès = 200 mg/L (exprimé en tant que sel disodique, Na

2H

2C

10H

12O

8N

2•2H

2O, poids formulaire 372).

Le cuivre sera-t-il présent principalement sous la forme complexée avec l’EDTA ou sous la forme non complexée ? Calculez les concentrations d’équilibre de l’ion cuivre (II) hydraté, Cu2+.

À pH 11, l’EDTA non complexé existe sous la forme Y4-. Sa concentration molaire [Y4-] est donnée par

La constante de formation de la réaction Cu2+ + Y4- CuY2- , est donnée par :


À partir de cette équation, la proportion de cuivre complexé par rapport au cuivre non complexé sera :

En remplaçant [Y4- ] par 5,4 x 10-4, cela donne

Ce résultat indique que la quantité de cuivre sous forme complexée est beaucoup plus importante que la forme non complexée, ou que le cuivre est présent principalement sous la forme de l’ion complexé.

Auto-évaluation

Avant de lire le point suivant, écrivez un paragraphe sur ce que vous entendez par

« La pollution des eaux est évaluée en fonction de l’usage que l’on en prévoit! »

Et évaluez dans quelle mesure vous avez compris ce problème.

3.2. Pollution des eaux

De toutes les ressources existant sur notre planète, l’eau est indubitablement la plus précieuse. Sans elle, la vie sur Terre n’existerait pas : elle est essentielle à la crois-sance de toute chose sur notre planète. Bien que nous sachions cela, nous n’en tenons pas compte, continuant à polluer rivières, lacs et océans. Ainsi nous endommageons lentement mais surement notre planète au point où des organismes disparaissent à une vitesse alarmante. En plus de causer la mort des organismes, la pollution atteint également notre approvisionnement en eau potable. Pour lutter contre la pollution des eaux, nous devons comprendre ces problèmes et faire partie de la solution.

3.2.1 Qualité de l’eau

-tidienne peut être évaluée par des paramètres physiques et chimiques. Les indicateurs chimiques et physiques de qualité sont décrits dans les sous-chapitres suivants.


3.2.1.1. Paramètres de qualité physique de l’eau

sens de la vue, du toucher, du goût et de l’odeur. La présence de solides en suspen-sion, la turbidité, la couleur, le goût et l’odeur, ainsi que la température font partie de cette catégorie

A) Solides en suspension – Sources et impacts

Les solides peuvent être dispersés dans l’eau sous forme de suspension ou sous forme dissoute. Bien que certains solides dissouts puissent être perçus par nos sens physiques, ils appartiennent plutôt aux paramètres chimiques.

Les solides en suspension dans l’eau peuvent être des substances inorganiques comme

matières en suspension sont rarement présentes dans les eaux souterraines.

Les autres matières en suspension peuvent provenir

- de l’utilisation de l’eau par l’homme- de l’utilisation de l’eau par les industries.

Habituellement, les eaux usées domestiques contiennent de grandes quantités de solides en suspension, qui sont principalement d’origine organique.

Les matières en suspension dans l’eau donnent à l’eau un aspect déplaisant. De plus, ce sont des sites d’adsorption pour des agents chimiques et biologiques. La dégradation biologique des solides organiques en suspension donne des sous-produits désagréa-bles. Des solides biologiques actifs (vivants) en suspension peuvent comprendre des


organismes infectieux ou des organismes produisant des toxines (algues).

Les solides en suspension, dans lesquels les matières sont susceptibles d’être de nature organique et/ou biologique, sont des paramètres importants des eaux usées. Le paramètre « solide en suspension » est utilisé pour mesurer la qualité des eaux usées riches, pour suivre la qualité de différents traitements et pour mesurer la qualité

30 mg/L pour la plupart des rejets d’eaux usées.

B) Turbidité – Sources et impacts

La turbidité est la mesure de l’ampleur avec laquelle la lumière est absorbée ou dispersée par les particules en suspension dans l’eau. L’absorption et la dispersion

matériel en suspension. Par conséquent, la turbidité ne peut être une mesure directe de la quantité de solides en suspension. Par exemple, un petit caillou dans un verre d’eau ne produira aucune turbidité. Cependant, si ce caillou est broyé en toutes petites particules de taille colloïdale, cela produira une quantité mesurable de turbidité, bien que la masse du caillou n’ait pas changé.

La turbidité des eaux de surface est due à l’érosion des sols. Les eaux usées domesti-

trouble.

Impacts

La turbidité rend l’eau potable désagréable à voir. Les matières colloïdales associées à la turbidité représentent des sites d’adsorption pour des organismes biologiques potentiellement dangereux pour la santé, ainsi que pour des substances chimiques potentiellement toxiques, et entraînent un goût ou une odeur indésirables.

C) Couleur de l’eau

L’eau pure n’a pas de couleur. Cependant, l’eau est souvent colorée à cause de matières étrangères. Les tannins, l’acide humique et les humates récupérés par l’eau à partir

oxydes de fer rendent l’eau plus rouge. Les déchets des industries comme l’industrie textile, la teinture, la production des pâtes et papier, la transformation alimentaire, la

-vent entraîner une coloration marquée de l’eau qui les reçoit. En général, la couleur


couleur apparente alors que la couleur due aux solides dissouts, qui sont toujours présents une fois qu’on a enlevé

couleur vraie.

Impacts

De la même façon que les eaux troubles, l’eau colorée est visuellement indésirable pour le public. L’eau très colorée n’est pas appropriée pour le blanchissage, la teinture, la fabrication de papier, la fabrication de boissons ni pour la production laitière. De ce fait, l’eau colorée est moins commercialisable tant pour l’usage privé que pour l’usage industriel.

D) Goût et odeur

Le goût de l’eau est la saveur que nous percevons quand on met l’eau à la bouche, alors que l’odeur est ce que nous percevons par le sens de l’odorat. Le consommateur peut attribuer une grande variété de goûts et d’odeurs à l’eau. Invariablement, les substances qui donnent une odeur à l’eau vont également lui transmettre un certain goût. Cependant l’inverse n’est pas vrai : de nombreuses substances minérales pro-duisent un goût mais pas d’odeur. Les matières organiques ou leur décomposition biologique sont connues pour causer des altérations de goût et d’odeur de l’eau. Les principales substances biologiques connues pour cet effet sont les composés dus à la réduction du soufre, qui entraînent un goût et une odeur « d’œuf pourri ». Certaines

et d’odeur. La combinaison de deux ou plus de deux substances, qui seules n’entraî-nent pas de goût ou d’odeur, peut parfois causer un goût ou une odeur désagréable. Les minéraux alcalins donnent un goût amer à l’eau, alors que les sels métalliques lui donnent un goût salé ou amer.

Impacts

Le goût et l’odeur rendent l’eau déplaisante pour le consommateur. Certaines substan-ces qui donnent un mauvais goût et une mauvaise odeur peuvent être cancérigènes.


E) Température

La température n’est pas utilisée pour évaluer directement l’eau potable ou les eaux usées. Cependant elle est un des paramètres les plus importants dans les systèmes naturels d’eaux de surface. La température des eaux de surface gouverne dans une large mesure la présence des espèces biologiques et leur niveau d’activité. Elle in-

surface et la solubilité des gaz dans l’eau.

Généralement, les plans d’eau peu profonds sont plus affectés par la température ambiante (température de l’atmosphère environnante) que les plans d’eaux plus pro-fonds. L’eau utilisée pour la dissipation de la chaleur résiduelle dans l’industrie et la libération d’eau chauffée peuvent causer une augmentation, bien que parfois localisée, de la température du cours d’eau qui la reçoit. La destruction de la canopée forestière et les eaux de retour de l’irrigation peuvent également causer une augmentation de la température des rivières.

Impacts

La température fraîche des rivières favorise une activité biologique plus lente. Étant donné que les nutriments essentiels sont disponibles, l’activité biologique double quand la température augmente de 10 °C. Si la vitesse de métabolisme augmente, les organismes les plus compétitifs pour l’utilisation des aliments et la reproduction s’épanouissent pendant que les autres espèces déclinent et/ou disparaissent. La croissance des algues s’accélère souvent dans les eaux chaudes et peut devenir pro-blématique lorsque les algues s’accumulent en tapis. La sécrétion naturelle d’huile par les algues dans ce tapis et les produits de dégradation des cellules mortes peuvent entraîner un goût et une odeur désagréables. Des espèces d’ordre supérieur, comme les poissons, sont fortement affectées par des changements de température et de concentration en dioxygène dissous, qui est fonction de la température. Les poissons de pêche sportive ont besoin de températures plus fraîches et d’un niveau élevé en dioxygène dissous.

de solubilité des substances chimiques. La plupart des réactions chimiques dont la dissolution de solides sont plus rapides si la température est plus élevée. D’un autre côté, la solubilité des gaz est plus faible à température élevée. Donc, si la tempéra-ture augmente, la quantité dioxygène dissous va baisser. Ceci n’est pas une situation souhaitable vu que l’oxydation biologique des substances organiques dans les rivières est dépend d’un approvisionnement adéquat en dioxygène dissous.

3.2.1.2. Paramètres de qualité chimique de l’eau

L’eau est appelée le solvant universel. Les paramètres chimiques sont liés au pouvoir de solubilisation de l’eau. La quantité totale de solides dissouts, l’alcalinité, la dureté,

des paramètres chimiques d’importance dans la gestion de la qualité de l’eau. Le lec-


teur est aimablement invité à revoir la partie de chimie élémentaire pour comprendre facilement les idées présentées ici.

Devoir de lecture

1. Il y a un certain nombre de polluants d’origine humaine et d’origine naturelle. Pour faciliter ce cours, les polluants des eaux sont classés de différentes ma-nières selon leur nature chimique, le type de danger qu’ils présentent, etc.

un résumé des principaux polluants des eaux.2. Il est connu que les eaux usées polluent les eaux de surface et les eaux souter-

raines si elles ne sont pas traitées avant leur relâchement. -

pondez aux questions suivantes : a) Que sont les eaux usées et d’où proviennent-elles ? b) Quelles sont les caractéristiques des eaux usées ?c) Quels sont les principaux types de traitement des eaux usées ?

3. La composition de l’eau varie fortement en fonction des conditions géolo-giques locales. Quel que soit son niveau de pureté, l’eau contient de petites

de la pureté de l’eau, il est toléré que l’eau contienne différents niveaux de certaines substances en fonction de son utilisation éventuelle.

décrivez expliquez pourquoi il est nécessaire que l’eau potable contienne différentes concentrations (haute, moyenne, faible ou très faible) de différents composés.


3.3. Évaluation formative

1. Lequel de ces gaz est essentiel à la vie des plantes aquatiques ?

a) N2 b) O

2 c) CO

2 d) SO

2

2. La principale source de dioxygène élémentaire dissouts dans l’eau provient de :

a) du dioxygène atmosphériqueb) la photosynthèse des alguesc) l’auto-dissociation de l’eaud) toutes ces réponses

3. La contribution de la photosynthèse des algues au dioxygène dissous n’est pas

a) elle est trop faibleb) la solubilité du dioxygène ainsi produit est moindre que celle de l’oxygène

provenant de l’environnementc) une partie de ce dioxygène est utilisée par les algues pour leurs propres pro-

cessus métaboliquesd) aucune de ces réponses

4. La dégradation de la biomasse à partir des matières organiques

a) augmente la quantité de dioxygène dissousb) diminue la quantité de dioxygène dissousc) n’affecte pas le niveau de dioxygène dissousd) aucune de ces réponses

5. Dans le diagramme de distribution des espèces pour le système CO2 – HCO

3-

– CO32- dans l’eau, l’espèce dominante à pH élevé est :

a) H2CO

3 b) HCO

3- c) CO

32- d) CO

2

6. Lorsqu’elle est appliquée aux eaux naturelles et aux eaux usées, l’acidité est

a) la capacité de l’eau à neutraliser les H+

b) la capacité de l’eau à neutraliser les OH-

c) la capacité de l’eau à donner des électronsd) la concentration en ions H+ dans l’eau


7. Une eau qui est très alcaline

a) a un pH faibleb) a un pH élevéc) contient peu de solides dissoutsd) a & c

8. L’alcalinité de l’eau pure est de 1,00 x 10-3 eq/L. Ceci implique que

a) l’eau pure contient 1,00 x 10-3 équivalents de OH- dans un litreb) les solutés alcalins dans un litre d’eau pure vont neutraliser 1,00 x 10-3 moles

d’acide sulfuriquec) les solutés alcalins dans un litre d’eau pure vont neutraliser 1,00 x 10-3 moles

d’H+

d) les solutés acides dans un litre d’eau pure vont neutraliser 1,00 x 10-3 moles d’OH-

9. L’alcalinité est donnée par l’équation [alk] = [HCO3-] + 2[CO

32-] + [OH]- - [H+].

Dans cette équation, pourquoi la concentration de [CO32-] est-elle doublée ?

a) CO32- est un alcali très fort

b) une mole de CO32- peut neutraliser 2 moles de H+

c) une mole de CO32- peut neutraliser 2 moles de OH-

d) toutes ces réponses

10. Dans l’équation de l’alcalinité, soustraire la concentration de H+ est nécessaire quand on calcule

a) l’alcalinité totaleb) l’alcalinité phénolphtaléinec) l’alcalinité bicarbonated) b & c

11. La quelle des propositions suivantes est vraie pour l’alcalinité et la basicité ?

a) l’alcalinité est un facteur d’intensité indicateur de la valeur du pHb) la basicité est un facteur d’intensité indicateur de la valeur du pHc) une basicité élevée indique un pH faible et une basicité faible indique un pH

élevéd) l’alcalinité est un facteur de capacité indiquant la capacité de donner des ions

H+


12. Dans la formation par étape du Cd(NH3)

42+(aq), l’expression d’équilibre pour

K3 est donnée par l’équation,

13. Laquelle des propositions suivantes est une raison de s’inquiéter de la présence d’agents complexants dans la pollution des eaux

a) les agents complexants peuvent réagir avec les métaux lourds dans les sites d’élimination des déchets et former des complexes solubles qui sont lessivés dans les eaux de surface ou les eaux souterraines

b) dans les plans d’eau, les agents complexants forts peuvent former des com-plexes métalliques plus toxiques et plus stables en déplaçant des agents com-plexants plus faibles

c) dans les plans d’eau, les agents complexants forts peuvent former des com-plexes métalliques moins toxiques et plus stables en déplaçant des agents complexants plus faibles


14. Une plus petite constante de formation d’un complexe indique que

a) le complexe est moins toxiqueb) le complexe est plus dissociéc) le complexe est hautement toxiqued) a & b

15. Un plan d’eau donné est pollué quand son eau

a) est impropre à la consommationb) est impropre à l’usage prévuc) contient des éléments métalliquesd) n’est pas de l’H

2O pure


Réponses

1. c) CO2

2. a) le dioxygène atmosphérique3. c) une partie de ce dioxygène est utilisée par les algues pour leurs propres

processus métaboliques4. b) diminue la quantité d’oxygène dissout5. c) CO

32-

6. b) la capacité de l’eau à neutraliser les OH-

7. b) a un pH élevé8. c) les solutés alcalins dans un litre d’eau pure vont neutraliser 1,00 x 10-3

moles d’H+

9. b) une mole de CO32- peut neutraliser 2 moles de H+

10. a) l’alcalinité totale11. b) la basicité est un facteur d’intensité indicateur de la valeur du pH

13. d) toutes ces réponses14. b) le complexe est plus dissocié15. b) est impropre à l’usage prévu



Chimie et pollution des sols


Cette activité d’apprentissage est un aperçu des mécanismes de la formation des sols et de leur composition. Les horizons des sols ainsi que leurs caractéristiques phy-siques et chimiques, la pollution des sols et son contrôle seront également abordés mais de façon brève.

- Discuter des mécanismes de la formation des sols- Expliquer la composition des sols- Décrire les propriétés chimiques et physiques des sols- Expliquer les caractéristiques chimiques des différents types de sols- Discuter de la pollution des sols et de ses sources- Expliquer les moyens pour contrôler la pollution des sols


1. Murray N. McBride; Environmental Chemistry of Soils, Oxford university press Inc, 1994


3. Stanley E. Manahan, The Geosphere and Geochemistry in ‘Environmental Chemistry’, 8th Edn., CRC Press, 2005

4. Stanley E. Manahan, Soil and Agricultural Chemistry, in ‘Environmental Chemistry’, 8th Edn., CRC Press, 2005

Liste des liens pertinents

1) Environmental Geochemistry, http://www.ronstoessell.org/environmen-tal_geochemistry.htm#Water_Properties

2) Soil contamination, http://en.wikipedia.org/wiki/Soil_contamination3) Pollution, http://en.wikipedia.org/wiki/Pollution4) Soil and the Environment, http://soil.gsfc.nasa.gov/env.htm5) Environmental Chemistry, http://www.tutorvista.com/content/chemistry/che-

mistry-iii/environmentalchemistry/environmental-chemistry.php


Liste des ressources pertinentes :

- Ordinateur avec connexion internet pour accéder librement aux liens et aux ressources écrites pertinentes

- les réponses aux exercices donnés dans l’activité d’apprentissage


Chapitre IV : Chimie et pollution des sols (25 hrs)

Chimie des sols

- Introduction- Composition des sols- Formation des sols- Caractéristiques des sols- Érosion des sols

Pollution des sols

- Origine de la pollution des sols- Effet de la pollution des sols- Contrôle de la pollution des sols

4.1 Chimie des sols

4.1.1 Introduction

Le sol est un mélange de matières minérales, végétales et animales, qui se forme au cours d’un long processus pouvant prendre des milliers d’années. En général, le sol est une combinaison meuble, ou lâche, de matières organiques et inorganiques. Il est nécessaire à la croissance de la plupart des plantes et est essentiel aux productions agricoles. Les composantes inorganiques des sols proviennent principalement de leur érosion et de celle des minéraux. Les matières organiques sont composées de débris de plantes et des nombreuses formes de vie microscopiques qui habitent les sols en décomposition.

La composition chimique et la structure physique des sols sont déterminées par un certain nombre de facteurs, comme le type de roches, les minéraux et d’autres ma-tières géologiques à partir desquelles les sols sont initialement formés. Le type de végétation qui pousse sur le sol est également important.

Les ressources alimentaires qui poussent sur les sols sont principalement composées de carbone, d’hydrogène, de dioxygène, de phosphore, de diazote, de potassium, de sodium et de calcium. Les plantes tirent ces éléments du sol et les transforment en végétaux que nous utilisons comme aliments. Chaque plante a ses propres exigen-ces nutritionnelles qu’elle tire du sol au moyen de ses racines. Les nutriments sont conservés dans le sol dans des « sites d’échange » de composants organiques et terrestres. Le calcium, le magnésium, le diazote, le potassium et la grande majorité des micronutriments sont contribuent sous la forme de cations au pH de la plupart des sols.


4.1.2 Composition des sols

Les sols sont un mélange de composantes organiques et inorganiques : des miné-raux, de l’air, de l’eau, des matières végétales et animales. Les particules minérales et organiques composent approximativement 50 % du volume d’un sol. Les autres 50 % sont constitués de pores, des zones ouvertes de tailles et de formes variées. Le réseau de pores retient l’eau dans les sols et est également un moyen de transport pour l’eau. Le dioxygène et les autres gaz se déplacent à les travers des interstices du sol. Les pores servent également de passage pour de petits animaux et offrent de l’espace pour la croissance des racines des plantes.

A) Matières inorganiques

Les composantes minérales des sols sont un arrangement de particules de moins de

ces particules en trois grands groupes : le sable, le limon et l’argile. Selon le schéma

les particules de sable ont une taille variant de 0,05 à 2,00 mm, celles de limon de 0,002 à 0,5 mm et celles d’argile de moins de 0,002 mm. En fonction du type de roche dont elles sont issues, ces particules minérales vont dégager les substances chimi-ques dont dépendent les plantes pour leur survie, comme le potassium, le calcium, le magnésium, le phosphore, le soufre, le fer ou le manganèse.

B) Matières organiques

Les matières organiques sont un autre composant essentiel des sols. Certaines de ces matières sont des reliquats de plantes, par exemple les restes de racines profondément enfoncées dans les sols, ou des matières qui sont tombées à terre, comme les feuilles dans une forêt. Ces matières entrent dans le cycle de la décomposition et du pourris-sement, un cycle qui fournit d’importants nutriments au sol. En général, la fertilité des sols est liée à la présence d’une grande quantité de matières organiques.

C) Eau

Une fois que l’eau entre dans un sol après la pluie ou l’irrigation, la gravité entre en jeu, entraînant l’écoulement de l’eau vers le bas. Les sols ont différentes capacité à retenir l’eau contre l’attraction exercée par la gravité et par les racines des plantes. Les sols grossiers, comme ceux formés principalement de sable, retiennent moins

d’argiles.

L’eau se déplace également au travers des interstices du sol par capillarité. C’est le type de mouvement dans lequel les molécules d’eau se déplacent car elles sont plus attirées par les parois du pore que par les autres molécules d’eau. La direction d’un


tel mouvement va des zones plus humides aux zones plus sèches du sol. L’attraction des molécules d’eau les unes pour les autres est un exemple de cohésion. L’attraction des molécules d’eau pour une autre matière, comme le sol ou les racines des plantes et un type d’adhésion.

4.1.3 Formation des sols

La formation des sols est le processus par lequel les roches sont démolies en particules de plus en plus petites et mélangées avec des matières organiques en putréfaction.

Le substratum rocheux commence à se désintégrer quand il est soumis aux cycles de congélation et décongélation, à la pluie et à d’autres forces de l’environnement (I). Les roches se cassent en « matériau d’origine », qui à son tour se brise en particules minérales plus petites (II). Les organismes présents dans la zone contribuent à la formation du sol en facilitant le processus de désintégration en y vivant et en ajoutant des matières organiques au système lors de leur mort. Alors que le sol continue à se développer, des couches, appelées horizons, apparaissent (III).

Fig. 4.1 Coupe d’un sol montrant les horizons pédologiques

L’horizon A, l’horizon supérieur, est habituellement le plus riche en matières orga-niques, alors que l’horizon C, l’horizon inférieur, contient le plus de matières miné-rales et ressemble le plus au matériau d’origine. À la longue, le sol va être capable de supporter un épais couvert de végétation et de recycler ses ressources de manière

lessivés seront collectés.


La formation des sols est un processus continu dû à l’effet combiné de cinq facteurs de pédogenèse : le matériau d’origine, le climat, les organismes vivants, la topographie et le temps. Chaque combinaison de ces facteurs produit un type de sol unique qui

sols est également appelée la pédogenèse (du grec « pedon » pour sol et « genesis » pour origine, naissance).

A) Matériaux d’origine

La première étape de la pédogenèse est la formation du matériau d’origine dont le sol sera issu. Environ 99 % des sols du monde dérivent de matériaux d’origine de type minéral, provenant de l’érosion, de la désintégration physique et de la décomposition chimique du substratum rocheux exposé. En lui-même, le substratum rocheux ne donne pas directement naissance au sol. Son érosion progressive, via des processus chimiques et physiques, produit une couche de débris rocheux appelée régolithe. L’érosion supplémentaire de ces débris, en entraînant la formation de plus en plus de

B) Climat

Le climat affecte directement la formation des sols. L’eau, la glace, le vent, la cha-leur et le froid entraînent de la désagrégation physique en fragilisant et en cassant

gèle. Les roches sont usées par l’eau et le vent ou réduites en morceaux par le lent mouvement des glaciers. Le climat détermine également la vitesse à laquelle le maté-riau d’origine subit la désagrégation chimique, un processus par lequel les minéraux existants sont décomposés en nouveaux composants minéraux. La désagrégation chimique est plus rapide sous des climats chauds et humides et plus lente sous des climats froids et secs.

C) Organismes vivants

Alors que le matériau d’origine s’accumule, les organismes vivants y prennent pied petit à petit. L’arrivée des organismes vivants marque le début de la formation du vrai sol. Les premiers organismes à s’implanter sont les mousses, les lichens et d’autres végétaux inférieurs. À leur mort, leurs restes s’ajoutent au sol progressivement jusqu’à

nutriments qui seront utilisés par les plantes. Une fois que la couche d’humus est

couches supérieures du sol est très importante car l’humus contient de grandes quan-tités d’éléments nécessaires à la croissance des plantes.


D) Topographie

La topographie, ou le relief, est un autre facteur important pour la formation des sols. Le degré de la pente sur laquelle le sol se forme permet de déterminer la quantité de précipitations qui ruissellera à sa surface et la quantité d’eau qui y sera retenue.

E) Horizons

La plupart des sols, quand ils se forment, sont constitués en une série de couches, appelées horizons. Ces horizons, qui commencent à la surface et se poursuivent de plus en plus profondément dans le sol, ont des propriétés et des degrés différents de désagrégation.

Les pédologues ont donné un nom aux principaux types d’horizons. L’horizon à la surface est habituellement appelé la couche O. Elle est constituée d’un mélange lâche de matières organiques, feuilles mortes ou autres types de biomasse. En dessous se trouve l’horizon A, qui est un mélange de matières organiques et de matières miné-rales inorganiques. Ensuite vient l’horizon E, une couche de laquelle l’argile, le fer et les oxydes d’aluminium ont été éliminés par lessivage. La perte de ces matières par lessivage est connue sous le terme d’éluviation, processus qui donne son nom à l’horizon E. L’horizon B se trouve sous l’horizon E. C’est là que s’accumulent le fer,

est appelé l’illuviation. Sous l’horizon B se trouve l’horizon C, qui est constitué de

dur.

-

conditions normales, le sol en surface est lentement érodé mais constamment remplacé par de nouveaux sols créé à partir du matériau d’origine de l’horizon C.

4.1.4 Caractéristiques des sols

sol en étudiant ses diverses caractéristiques : la couleur, la texture, l’agrégation, la porosité, le contenu en fer ou le pH.

A) Couleur

Les sols peuvent être de différentes couleurs. À la surface des horizons pédologiques, une couleur noire indique habituellement la présence de matières organiques. Les sols

noirs. Les colorants des sols les plus fréquents sont dans la gamme rouge orangée, de la couleur des minéraux d’oxyde de fer qui enrobent les particules du sol. Les oxydes de fer, de couleur rouge, dominent dans les sols très érodés. Les sols fréquemment


saturés en eau sont de couleur grise, bleue ou verte car les minéraux responsables de la couleur jaune-rouge ont été lessivés.

B) Texture

La texture du sol dépend de sa proportion en trois composants minéraux principaux :

de chaque type de particule. Les sols principalement constitués de grandes particules

(argile) sont peu drainés et deviennent rapidement détrempés. Ils sont dès lors peu adaptés à l’agriculture. Les sols ayant une texture moyenne et une proportion relati-vement égale de particules de différentes tailles sont plus polyvalents. On considère que le mélange idéal pour un sol productif est une combinaison de 10 à 20 % d’argile, avec du sable et du limon en quantité relativement égale et une quantité appropriée de matières organiques.

C) Agrégation

Individuellement, les particules du sol tendent à s’assembler entre elles pour former des groupes plus grands appelés agrégats naturels ou peds. L’agrégation est le ré-sultat de forces chimiques complexes agissant sur les petits constituants du sol ou le résultat de l’action collante sur les particules du sol d’organismes ou de matières

(plus de 10 mm).

D) Porosité

La partie du sol qui n’est pas solide est constituée de pores (ou interstices) de tailles et de formes diverses, parfois petits et séparés, parfois en forme de tubes continus. La

La porosité joue sur le déplacement de l’eau et sur les échanges gazeux. Les sols bien agrégés ont de nombreux pores, qui sont importants pour les organismes qui vivent dans le sol et qui ont besoin d’eau et de dioxygène pour survivre. Le transport des nutriments et des contaminants sera également affecté par la structure et la porosité du sol.

E) Contenu en ion

Les sols ont également des caractéristiques chimiques importantes. La surface de certaines particules du sol, principalement des argiles, retient des groupements d’atomes, les ions. Ces ions sont de charge négative. Comme des aimants, les ions négatifs (appelés anions) attirent les ions positifs (ou cations). Les cations, le calcium, le magnésium ou le potassium, sont donc liés aux particules du sol, dans un processus appelé l’échange de cations. Les réactions chimiques dans l’échange de cation font


en sorte que le calcium et les autres éléments sont transformés en leur forme soluble dans l’eau, que les plantes peuvent ensuite utiliser. La capacité d’échange de cations est donc une mesure importante de la fertilité d’un sol.

F) pH

Un autre critère chimique important est le pH du sol, qui se rapporte à son acidité ou à son alcalinité. Le pH d’un sol va souvent déterminer le type de plantes qui pourront y croître avec succès.

4.1.5 Érosion des sols

Durant la plus grande part de son histoire, l’homme n’a pas considéré le sol et la terre comme les ressources précieuses et non renouvelables qu’ils sont. De par le monde, en conséquence de leur surexploitation et de leur mauvaise utilisation, les sols ont été dévastés par l’érosion. Cependant, plus récemment, agriculteurs et experts agricoles se sont de plus en plus intéressés à la gestion des sols.

L’érosion est le résultat de l’action du vent, de l’eau ou de la gravité, qui usent les surfaces des terres. Dans la nature, l’érosion est très lente, découlant des intempé-ries et des processus géologiques qui enlèvent de la surface des terres les rochers, le matériau d’origine ou l’humus. De son côté, l’activité humaine a considérablement augmenté la vitesse d’érosion.

Dans un champ cultivé, après les récoltes, le sol est souvent laissé à nu, sans aucune protection contre les éléments, parmi lesquels l’eau. Les gouttes de pluie s’écrasent contre le sol et en délogent les particules. L’eau de ruissellement emporte ensuite ces particules au loin. Ce mouvement peut prendre la forme d’un ruissellement de surface étendu, ou « érosion en nappe ». Plus souvent, la partie érodée du sol se concentre en petit chenaux, ou rigoles, qui entraînent de l’« érosion en griffes ». La force de

L’érosion par le vent se produit quand les sols sont secs, à nu et exposés aux vents. De très petites particules de sol peuvent être suspendues dans l’air et transportées au loin par le vent. Les particules plus grosses retombent sur la terre dans un processus appelé la saltation.


4.2 Pollution des sols

Les mauvaises méthodes de gestion des sols ont gravement dégradé leur qualité, les polluant et en aggravant l’érosion. L’utilisation de fertilisants chimiques, de pesticides et de fongicides a interrompu les processus naturels et pollué les sols. La pollution des sols, ou l’accumulation de composés chimiques toxiques, de sels, d’organismes

et végétale. La contamination des sols est inquiétante en ce sens qu’elle peut entraî-ner des risques pour la santé, que ce soit par contact direct ou par la contamination secondaire des réserves d’eau.

Tous les types de polluants des sols proviennent d’une source. Cette source est par-ticulièrement importante car généralement, c’est à partir d’elle qu’il faut éliminer la pollution. Une fois que le polluant est libéré de sa source, il peut agir au travers d’un récepteur. Le récepteur est toute chose qui sera touchée par le polluant. La sous-unité suivante décrit certaines sources fréquentes de pollution des sols.

4.2.1 Origine de la pollution des sols

Les polluants toxiques les plus fréquents sont les métaux et leurs composés, les subs-tances chimiques organiques, les huiles et les goudrons, les pesticides, les gaz toxi-ques et explosifs, les matières radioactives, les matières biologiquement actives, les matériaux combustibles, l’amiante et d’autres matières dangereuses. Ces substances proviennent fréquemment du bris de réservoir de stockage souterrains, de l’application de fertilisants chimiques, de pesticides ou de fongicides, de la percolation d’eau de surface contaminée vers les strates inférieures, du lessivages des ordures des décharges publiques ou de la libération directe de déchets industriels dans les sols, etc.

4.2.1.1 Pollution par les métaux lourds

Les métaux lourds comme le cadmium, le plomb, le chrome, le cuivre, le zinc, le mercure ou l’arsenic sont une grande source d’inquiétude. Tous les sols contiennent naturellement des métaux lourds. Cependant, leur concentration peut être augmentée par :

- les industries (industries non ferreuses, centrales énergétiques, industries du fer et de l’acier, industries chimiques)

- l’agriculture (irrigation avec des eaux polluées, utilisation de fertilisants mi-néraux)

- incinération des déchets- combustion des combustibles fossiles


4.2.1.2 Pollution par les pesticides et les contaminants organiques

Les pesticides utilisés en agriculture polluent directement les sols en touchant les organismes qui y vivent. Les moyens d’entrée dans le sol des polluants organiques sont la déposition à partir de l’atmosphère, l’épandage direct sur les terres, la conta-mination par les eaux usées et l’élimination des déchets.

Les contaminants organiques sont les pesticides et de nombreux autres composés comme les huiles, les goudrons, les hydrocarbures chlorés, les PCB et les dioxines.

L’utilisation de pesticides peut entraîner :

- détériorations physiques et chimiques,

- une importante diminution du rendement des récoltes- le lessivage des produits chimiques toxiques dans les eaux souterraines, ce

qui représente une menace potentielle pour les ressources en eau potable.

4.2.2 Effets de la pollution des sols

Pour qu’un écosystème existe, il faut des végétaux. Les hommes et les animaux ne peuvent survivre sans les plantes. Le sol n’est pas uniquement une source de nutriments pour elles, il est également le support sur lequel elles s’établissent. La pollution des terres agricoles par les métaux lourds réduit les rendements agricoles et augmente la concentration de ces métaux dans les récoltes, ce qui les introduit dans la chaine alimentaire. Les légumes et les céréales ainsi cultivés ont absorbé ces éléments nocifs et peuvent eux-mêmes représenter un risque sanitaire pour les hommes et les animaux qui s’en nourrissent.

Un des problèmes importants est que les hommes sont en contact direct avec des sols potentiellement pollués, dans leurs résidences, dans les parcs, dans les écoles ou les plaines de jeux. Une autre source de contact avec ces polluants est la consommation d’eau potable ou l’inhalation de contaminants du sol vaporisés. Les effets sur la santé de l’exposition à la contamination des sols sont nombreux. Ils varient en fonction du type de polluant, de la voie de contamination et de la sensibilité de la population exposée.

Les polluants organiques directement appliqués aux sols ou déposés à partir de l’at-mosphère sont absorbés par les plantes ou entraînés vers les plans d’eau. En bout de ligne, ils affectent la santé humaine et animale car ils sont consommés en même temps que la nourriture ou l’eau de boisson. Récemment, des recherches ont révélé que de nombreux polluants chimiques, comme le DDT ou les PCB, avaient une action similaire à celle des hormones sexuelles et interféraient avec les fonctions reproduc-trices et avec le développement embryonnaire. Ces substances sont connues comme des perturbateurs endocriniens. Un autre exemple intéressant est la contamination du lait qui a eu lieu à Hawaii en 1982. Le lait provenant de différentes sources à Oahu


contenait de très hautes concentrations d’heptachlore. C’est un pesticide qui cause des cancers et des troubles hépatiques chez la souris, et qui est un carcinogène po-tentiel pour l’homme. La source de la contamination à l’heptachlore était les feuilles d’ananas coupées et données à manger au bétail

Les sols sont peut-être moins affectés par la pollution que l’eau ou l’air. Cependant

ou l’air. La récupération des sols est une activité beaucoup trop coûteuse.

En plus de ses effets sur l’économie, la santé et les ressources naturelles, la pollution a des implications sociales. Des recherches ont montré que les populations à faible revenu ne reçoivent pas la même protection contre les contaminations environne-mentales que les communautés à revenu plus élevé. Les incinérateurs de déchets toxiques, les usines chimiques et les décharges sont souvent situées à proximité de communautés à faible revenu, car ces communautés, ni informées, ni organisées, ne sont pas impliquées dans les processus de prise de décision municipaux.

4.2.3 Contrôle de la pollution des sols

-lisation des terres et de nombreuses infrastructures environnementales. Par exemple, il ne devrait pas être permis aux industries à l’origine de libération accidentelle de polluants et de composés chimiques toxiques d’être localisées à proximité des stations de captage d’eau.

Une fois les mesures préventives établies, des contrôles doivent être rigoureusement mis en place pour s’assurer que les équipements de contrôles de la pollution sont

d’émission. La qualité de l’environnement doit être contrôlée régulièrement pour s’assurer que les mesures de contrôle de la pollution sont adéquates.

En agriculture, la lutte biologique contre les maladies et les ravageurs, qui utilise la prédation naturelle plutôt que les produits chimiques, est une autre façon de limiter la pollution des sols.

Mais le plus important pour prévenir la pollution est l’éducation des populations locales. Par exemple, les campagnes anti-détritus peuvent éduquer les gens à ne pas faire de décharges sauvages.


4.3 Évaluation formative

1. Les composants du sol qui provient de l’érosion du sol

a) forment la composante inorganique du solb) forment la composante organique du solc) ne sont pas nécessaires à la croissance des plantesd) aucune de ces réponses

2. Laquelle des propositions suivantes ne contribue pas à la composition chimique du sol

a) la nature chimique de la roche sous-jacenteb) l’activité volcaniquec) la pluied) aucune de ces propositions

3. Les constituants des sols qui sont facilement lessivés par la pluie et récupérés par les plantes sont conservés

a) dans toutes les parties du solb) dans des sites d’échanges des composants organiques et argileuxc) dans la fraction silicate du sold) uniquement dans la fraction organique du sol

4. Parmi les particules citées ci-dessous laquelle a la taille la plus petite ?

a) le sable b) le limon c) l’argile d) le gravier

5. Les sols contenant une grande proportion de laquelle des éléments suivants tendent à être drainés plus vite que les autres ?

a) sable b) limon c) l’argile d) gravier

6. Les organismes vivant dans le sol

a) contribuent aux composants organiques du solb) n’ont aucun rôle dans la formation du solc) facilitent le processus de désintégration des roches dans la formation du sold) a & c

7. L’horizon pédologique riche en minéraux est :

a) l’horizon A b) l’horizon B c) l’horizon C d) la couche O


8. Quelle est la première étape de la pédogenèse ?

a) la désintégration du matériau d’origineb) la formation du matériau d’originec) la dégradation des matières végétalesd) la formation des horizons pédologiques

9. Un régolithe est

a) un substrat rocheuxb) un sol formé par l’érosion des rochesc) une couche de débris rocheux formée par l’érosion progressive du substrat

rocheuxd) la composante biologique du sol

10. La couche du sol à partir de laquelle sont lessivés l’argile, le fer et les oxydes d’aluminium par le phénomène de l’éluviation est

a) l’horizon A b) l’horizon B c) l’horizon C d) l’horizon E

11. Des méthodes malsaines de gestion des sols

a) dégradent la qualité des solsb) entraînent la pollution des solsc) aggravent l’érosiond) toutes ces réponses

12. Les polluants toxiques des sols les plus fréquents proviennent

a) du lessivage des déchets des déchargesb) de l’application d’épandages animaux sur les terresc) des pluies acidesd) des plantes en putréfaction

13. Laquelle des activités humaines suivantes n’augmente pas la concentration en métaux lourds dans le sol ?

a) l’industrie et l’agricultureb) l’incinération des déchetsc) la combustion de combustibles fossilesd) aucune de ces réponses

14. Les polluants organiques pénètrent le sol via

a) le lessivage du substrat rocheuxb) la décomposition des débris animaux et végétauxc) la déposition à partir de l’atmosphèred) toutes ces réponses


15. La pollution des terres agricoles par les métaux lourds peut

minéraux essentielsb) introduire des métaux lourds toxiques dans la chaine alimentairec) augmenter le nombre de microorganismes du sol qui peuvent stimuler le

rendement des terres d) toutes ces réponses

Réponses

1. a) forment la composante inorganique du sol2. d) aucune de ces propositions3. b) dans des sites d’échanges des composants organiques et argileux4. c) l’argile5. a) le sable6. d) a & c7. c) l’horizon C8. b) la formation du matériau d’origine9. c) une couche de débris rocheux formée par l’érosion progressive du substrat

rocheux10. d) l’horizon E11. d) toutes ces réponses12. a) du lessivage des déchets des décharges13. d) aucune de ces réponses14. c) la déposition à partir de l’atmosphère15. b) introduire des métaux lourds toxiques dans la chaine alimentaire


Environnement : tous les facteurs externes qui affectent un organismeAtmosphère : mélange de gaz entourant tout objet céleste ayant un champ gra-

la TerreÉcosystème : organismes vivant dans un environnement particulier ainsi que les

parties physiques de l’environnement qui les affectentGéosphère : la terre solide, incluant le sol, qui supporte la vie de la plupart des

plantesHydrosphère : l’eau de la TerreBiosphère: toutes les choses vivant sur TerreAnthroposphère

utilisée pour ses activités : animaux et plantes, collectivement

Couche d’ozone -cules d’O

3 et sert de bouclier contre les rayonnements ultraviolets délétères

du soleilCombustibles fossiles : matière organique du bois ou hydrocarbures des gaz na-

turels, charbon, pétrole, etc. issues de la décomposition partielle d’organismes animaux et végétaux qui ont vécu sur Terre il y a très longtemps

: présence excessive d’une substance produite par l’activité humaine dans un environnement inapproprié

: pluies ayant une acidité anormalement élevée suite à des interac-tions avec des polluants atmosphériques

Smog photochimique : pollution atmosphérique produite quand la lumière du soleil produit des réactions chimiques entre les hydrocarbures et les oxydes d’azote provenant de la circulation automobile

Effet de serre : réchauffement de la Terre par de la chaleur solaire emprisonnée par l’effet isolant des gaz atmosphériques

Réchauffement global : augmentation des températures moyennes de l’atmos-phère

: pollution de l’eau, contamination des rivières, des lacs, des eaux souterraines, des baies ou des océans par des substances dangereuses pour les organismes vivants

: accumulation de substances dangereuses dans l’atmosphère, altérant l’environnement, la santé humaine et la qualité de vie

Déchets dangereux : déchets solides, liquides ou gazeux qui peuvent entraîner la mort ou causer des maladies ou des blessures aux personnes, détruire l’en-vironnement s’ils sont traités, entreposés, transportés ou éliminés de manière incorrecte

Horizons pédologiques : développement du sol en multiples couchesClimat : conditions atmosphériques prévalant dans une région donnée


Lecture # 1

Air Pollution and chemical Reactions in the AtmosphereR-airpollutants » du CD d’accompagnement

Résumé

Ce texte est une étude sur les principaux problèmes liés à la pollution de l’air. L’air a des niveaux élevés de fumée et de dioxyde de soufre qui proviennent de la combustion des combustibles fossiles qui contiennent du soufre. La principale menace pour la qualité de l’air est due aux émissions du parc automobile. Dans tous les cas, sauf le pire, les sources de polluants, industrielles et domestiques, ainsi que leur impact sur la qualité de l’air, tendent à être stables ou à s’améliorer avec le temps. Cependant les problèmes liés à la pollution routière s’aggravent de par le monde. Les principaux pol-luants produits par les sources industrielles, domestiques et routières sont le dioxyde

micropolluants organiques toxiques, les composés organiques volatiles, etc.

Ce texte a été écrit pour vous donner une documentation assez détaillée sur les princi-paux polluants atmosphériques et les diverses réactions chimiques qu’ils subissent. Il

ainsi que des raisons pour lesquelles toutes les eaux de pluie sont acides, même celles se formant dans une atmosphère non polluée.

Il détaille également les variations de température, de pression et de composition chimiques dans les différentes couches de l’atmosphère.

Lecture #2

Nature and Types of Water PollutantsandWHO guideline » du CD d’accompagnement

Résumé

Ce texte donne une description des principaux polluants des eaux. Les polluants des eaux sont classés sur la base de leur nature chimique, biologique ou physique qui détériore la qualité de l’eau. En fonction des dangers qu’ils représentent, ils sont ré-partis en huit catégories : produits pétroliers, herbicides et pesticides, métaux lourds, déchets dangereux, matières organiques en excès, sédiments, organismes infectieux et pollution thermique. Chaque polluant est brièvement explicité.

Après ses diverses utilisations, les eaux rejetées par les résidences, les entreprises et


l’eau dont nous nous servons pour nous laver, pour laver nos vêtements, notre vaisselle, notre nourriture tout comme l’eau que nous jetons dans les toilettes. Les eaux usées non traités sont un polluant potentiel des eaux de surface et des eaux souterraines. Elles doivent être traitées avant d’être rejetées dans l’environnement.

Le traitement des eaux peut être séparé en trois grandes catégories :

- - traitement pour des applications industrielles spécialisées-

réutilisation

décrivant la pureté de l’eau, une brève description des eaux usées et de leurs sources et les méthodes utilisées pour traiter les eaux usées avant leur libération.

Un étudiant en chimie environnementale devrait comprendre que l’eau potable peut contenir un taux relativement élevé d’éléments (minéraux) alors que sa concentration en métaux lourds doit être faible. Ce texte reprend les valeurs limites de ces substances dans l’eau potable données par l’OMS.

Lecture #3

Carbondioxide and Water Acidity acidity » du CD d’accompagnement

Résumé

L’eau de surface, les eaux souterraines et les eaux existant dans tout type de milieu

de l’acidité : le pH. Dans ce cas, « l’acidité » est liée à la concentration en protons et

hydrogène dans une solution.

Le dioxyde de carbone dissous est la source la plus fréquente d’acidité dans l’eau. Ce texte détaille l’équilibre entre l’eau et l’atmosphère qui permet l’entrée du dioxyde de carbone dans l’eau.

Le pH d’un plan d’eau qui ne contient pas de calcaire sera différent de celui en contentant. Les pH des différentes eaux peuvent être calculés en prenant en compte les différents équilibres présents dans l’eau. Ce texte détaille les calculs des valeurs de pH de tels plans d’eau en appliquant la loi de Henry.

+. Ce concept est similaire à la capacité tampon en ce sens qu’une alcalinité plus élevée

pH et est différent de la basicité qui est elle directement liée au pH. Au plus élevé est le pH, au plus l’eau sera basique.


Le pH est un des paramètres utilisés pour décrire la pureté de l’eau. En tant qu’étu-diant en chimie environnementale, vous avez dès lors besoin d’expliquer les raisons qui expliquent les niveaux d’acidité des plans d’eau. Ce texte est essentiel car il vous donne un exposé clair et bref sur l’origine de l’acidité de l’eau, sur les équilibres qui existent dans les plans d’eau et qui sont responsables de son acidité, etc. Il donne

effets des pluies acides.

Lecture #4

Green Chemistry, Preventing pollution Note » du CD d’accompagnement

Résumé

La prévention de la pollution est indubitablement une meilleure option que de chercher des actions correctives après avoir généré la pollution. La chimie verte est une philosophie encourageant la mise au point de produits et de procédés qui rédui-sent ou éliminent l’utilisation et la production de substances dangereuses. Dit plus simplement, il s’agit de l’utilisation de techniques et de méthodologies chimiques qui réduisent ou éliminent l’utilisation ou la production de matières premières, de produits, de sous-produits, de solvants ou de réactifs dangereux pour la santé hu-

ou procédé chimique.

Le but principal de la chimie verte est de réduire et de prévenir la pollution à sa source. C’est tout à la fois la chimie de demain et celle d’aujourd’hui.

En tant qu’étudiant en chimie, vous pourriez être appelé à décrire des moyens no-bles pour limiter la pollution à sa source. Ce texte vous donne en exemple certains moyens tenant compte de l’environnement pour synthétiser certaines substances en comparaison avec d’autres méthodes ne prenant pas l’environnement en compte. Il vous donnera également un aperçu des efforts déployés par les chimistes pour arrê-ter la pollution environnementale à sa source plutôt que pour tenter de chercher une méthode de récupération après pollution.


Lien utile #1

IB Chemistry Environmental Chemistry – Wikibooks, collection of open-content textbooks

Titre : IB Environmental Chemistry Notes I. Primary Air Pollution

: http://en.wikibooks.org/wiki/IB_Chemistry_Environmental_Chemistry

Description : Ce site vous donnera des informations pertinentes sur la pollution at-mosphérique. De plus, pour les étudiants et les autres visiteurs intéressés par la chimie environnementale, ce site est une ressource internet précieuse car leur permettant de trouver des informations et des réponses aux questions qu’ils se poseraient. Les étudiants sont encouragés à visiter ce site.

: Il est recommandé aux étudiants de visiter ce lien car il fournit des lectures pertinentes qui leur seront utiles pour renforcer leur compréhension des thèmes de chimie atmosphérique, en particulier la pollution atmosphérique.

Lien utile #2

Environmental chemistry - Wikipedia, the free encyclopedia

Titre : Environmental Chemistry

: http://en.wikipedia.org/wiki/Environmental_chemistry

Description -part des termes mentionnés dans ce module. Il offre également une description des différences entre la chimie environnementale et la chimie verte, qui sont souvent confondues par la majorité des étudiants en chimie.

: La chimie environnementale nécessite une première compréhension du fonctionnement d’un environnement non contaminé et de quels substances chimiques sont naturellement présentes, en quelle concentration et avec quels effets. Sans cela, il serait impossible d’étudier avec précision les effets que l’homme a sur l’environ-nement en y libérant des produits chimiques.

Il est conseillé aux étudiants de visiter ce lien car il renferme des lectures utiles sur la contamination, en faisant le lien avec les concentrations naturelles en contaminants. Ce site décrit également les impacts humains sur l’environnement.


Lien utile #3

Environmental chemistry.Com

Titre : Environmental Chemistry & Hazardous Materials, News, Careers & Resour-ces

: http://environmentalchemistry.com/

Useful Link #3: Environmental chemistry.Com

Title : Environmental Chemistry & Hazardous Materials, News, Careers &

Resources

URL : http://environmentalchemistry.com/

Screen capture

Environmental, Chemistry & Hazardous Materials News,

Careers & Resources

Site Menu

Skip menu and go to content

Environmental Issues, Consumer Health & Food Safety Concerns

Chemistry

Description: This site provides brief but important descriptions on all the topics covered in this module. This site also offers links to related websites.

Rationale: Students are advised to visit this site to get detailed descriptions of all

the topics which are not discussed in depth in the module. The topics

covered in the site and which are relevant to the discussions in this

module are: stratospheric chemistry (the ozone layer); air pollution;

chemistry of the atmosphere; the greenhouse effect and global

warming.

Description : Ce site contient des descriptions courtes mais importantes sur tous les thèmes développés dans ce module. Il donne également des liens vers des sites reliés.

: Il est recommandé aux étudiants de visiter ce site pour obtenir des descriptions détaillées de tous les thèmes qui ne sont pas abordés en profondeur dans le module. Les sujets développés dans ce site et qui sont pertinents pour les thèmes du module sont la chimie stratosphérique (le couche d’ozone), la pollution de l’air, la chimie de l’atmosphère, l’effet de serre et le réchauffement global.


Lien utile #4


: http://bcs.whfreeman.com/envchem3e/default.asp?s=&n=&i=&v=&o=&ns=0&uid=0&ra

Description : Ce site web accompagne le livre « Environmental Chemistry », troi-sième édition (publié par WH Freeman). Il a été développé pour servir de ressource libre additionnelle pour les étudiants et les professeurs utilisant le manuel.

: Il s’agit d’un site utile pour les étudiants car il fournit des exercices et des liens vers d’autres sites reliés. Les thèmes suivant sont étudiés en profondeur : la chimie stratosphérique (la couche d’ozone), la pollution de l’air au niveau du sol, la chimie de l’atmosphère, l’effet de serre et le réchauffement global, les changements climatiques futurs (prévisions, conséquences et moyens de contrôle), les combustibles alternatifs et l’économie d’hydrogène, la chimie des eaux naturelles, la pollution et la

municipaux et la contamination des sols et des sédiments.

Lien utile #5

Virtual ChemBook

Titre : Environmental chemistry

: http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/

Description : Ce site couvre de manière extensive tous les thèmes d’un cours d’in-troduction à la chimie environnementale. Il donne des suggestions sur l’ordre de lecture des sujets, mais les étudiants peuvent sélectionner n’importe quel thème qu’ils souhaitent pour en apprendre plus.

: Ce site offre un excellent matériel de lecture qui aidera les étudiants à revoir tous les thèmes abordés dans ce module. En plus de ces lectures pertinentes, l’étudiant y trouvera des questionnaires d’apprentissage et de découverte qui l’aide-ront à s’auto-évaluer.


Lien utile #6


: http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/environmental/glossary.shtml

Description : Cette page est un glossaire général des termes de chimie environne-

mentionnés dans ce module. Les étudiants trouveront cette page utile s’ils cherchent

dans le module. Cette page contient également des liens utiles pour la chimie envi-ronnementale.

Lien utile #7

Science, Engineering and Technology


: http://www.intute.ac.uk/sciences/cgi-bin/search.pl?term1=environmental+chemistry&limit=0

Description : Cette page donne des discussions sur l’ensemble des sujets dont la chimie de l’eau, la pollution de l’eau, la chimie et la pollution atmosphériques, l’effet de serre et la chimie verte.

: Les textes de ce site sont très importants et pertinents pour l’étudie, dans leurs grandes lignes, les sujets abordés dans ce module. Les étudiants ont ac-cès à des développements clairs sur les concepts clefs de la chimie des eaux et de l’atmosphère, de l’effet de serre et du réchauffement global et à la diminution de la couche d’ozone. Le contenu est bien organisé et facilement accessible.


Lien utile #8

Titre : Green Pack: Environmental Components

: http://greenpack.rec.org/soil/index.shtml

ENVIRONMENTAL

COMPONENTS

THREATS AND

PRESSURES

HUMAN ACTIVITIES GLOBAL

CHALLENGES

VALUES

Description : Ce site renferme toute une série de matériels didactiques pour l’édu-cation à l’environnement. Il aborde également dans la sous-section « Environmental Components » des thèmes très importants qui sont pertinents pour les activités d’apprentissage.

: Dans « Environmental Components » se retrouvent l’air, l’eau, le sol et la biodiversité. Les discussions sur tous ces thèmes sont extrêmement pertinentes pour les activités d’apprentissage de ce module. Il est recommandé aux étudiants de visiter ce lien pour renforcer leur compréhension des différents sujets : chimie de l’atmosphère, chimie de l’eau, sol et pollution.


Ce module a été conçu pour donner aux étudiants les concepts généraux de chimie environnementale. Son but est d’amener ces étudiants à être capable d’appliquer ses connaissances en chimie pour comprendre les questions environnementales. Le module entier comprend quatre activités d’apprentissage.

Avant de traiter en détail la chimie des trois constituants majeurs de notre environ-

parties de l’environnement, d’apprécier les usages de nos ressources naturelles et la façon dont elles sont menacées par des activités humaines irresponsables. Dès lors la première activité d’apprentissage propose une étude générale de l’environnement. Sont concernées par cette phase, les menaces de la consommation excessive des ressources par les êtres humains, l’augmentation de la population, l’industrialisation et la pollution.

La deuxième activité d’apprentissage est une étude sur l’atmosphère et sa pollution. Y sont abordées en détail la division de l’atmosphère basée sur les variations de température avec l’altitude, la composition des différentes régions de l’atmosphère et les réactions chimiques y ayant lieu. De plus, un accent est mis sur le problème le plus urgent du 21ième siècle, la pollution atmosphérique. Y sont traitées les principa-les classes de polluants atmosphériques et leurs sources, la diminution de la couche d’ozone, les pluies acides et le réchauffement global.

La 3ième activité d’apprentissage porte sur l’hydrosphère et la pollution de l’eau. Les propriétés de l’eau qui la rendent unique en son genre, les réactions chimiques qui

plans d’eau naturels et la pollution des eaux sont les point principaux abordés dans cette activité d’apprentissage.

La 4ième activité d’apprentissage porte sur la chimie et la pollution des sols. Y sont abordés les processus de formation des sols, les principaux composants du sol et leur

et les effets de la pollution des sols.


1. Laquelle des propositions suivantes est inexacte à propos de l’atmosphère ?

a) elle nous permet d’avoir une température ambiante en absorbant une partie des rayonnements qui atteignent le terre

b) elle protège la vie sur terre des rayonnements dangereux provenant de l’es-pace

c) elle est la source du dioxyde de carbone qui sert à la photosynthèse des plantes et de l’oxygène qui sert à la respiration


2. La géosphère est divisée en plusieurs couches. Quelle couche est la plus impor-tante pour la science de l’environnement ?

a) la lithosphèreb) l’écorce et le manteau externec) le noyau interned) a & b

3. Par laquelle des réactions suivantes est représentée la production de biomasse hautement énergétique par la photosynthèse des plantes ?

a)

b)

c) d) aucune de ces réactions

4. Une utilisation excessive des combustibles fossiles va entraîner

a) une augmentation de la concentration globale en CO2

b) une diminution de la température globalec) une diminution du niveau des mersd) une augmentation du niveau de glace sur les calottes glaciaires

5. Le composant gazeux le plus abondant dans l’atmosphère terrestre est

a) l’oxygène b) le dioxyde de carbone c) l’azote d) le dioxyde de soufre

6. La pression atmosphérique

a) augmente avec l’altitudeb) diminue quand l’altitude augmentec) ne change pas avec l’altituded) augmente avec l’altitude dans la stratosphère


7. Quand l’altitude augmente dans la troposphère,

a) la température et la pression augmententb) la température diminue alors que la pression augmentec) la température et la pression diminuentd) la température augmente alors que la pression diminue

8. Quand l’altitude augmente, la température de l’atmosphère

a) augmente dans la stratosphère puis diminue dans la mésosphèreb) augmente dans la troposphère puis diminue dans la stratosphèrec) augmente dans la mésosphère puis diminue dans la thermosphèred) augmente dans la troposphère, la mésosphère et a thermosphère

a) la stratosphèreb) la mésosphèrec) la troposphèred) la thermosphère

10. La couche isotherme est

a) la couche atmosphérique au dessus de la thermosphèreb) la couche de l’atmosphère où la température augmente de manière constantec) la couche de l’atmosphère où la température diminue de manière constanted) la couche de l’atmosphère où la température reste constante

11. Dans la thermosphère, où les températures semblent extrêmes, la quantité d’éner-gie thermique mise en jeu est minime. Pourquoi ?

a) la chaleur conservée par les molécules est perdue à cause de la vitesse élevée et des collisions fréquentes entre les molécules dans la thermosphère

b) il n’y a pas beaucoup de molécules qui peuvent conserver la chaleur-

caces que les molécules des autres sections de l’atmosphère pour conserver la chaleur

d) toutes ces raisons

12. Laquelle de ces réactions montre la perte d’un ion hydroxyle de la troposphère ?

a) H + O2 HOO•

b) CH4 + HO• H

3C• + H

2O

c) H + HO• H2O

d) HO• + HOO• H2O + O

2


13. L’ammoniac est une base importante dans l’air car

a) il n’y a pas d’autre base dans l’air pour neutraliser les acides atmosphériques en dehors de l’ammoniac

b) c’est une base faiblec) il est soluble dans l’eau et est capable de neutraliser les acides atmosphéri-

quesd) c’est la seule base qui peut neutraliser les acides retrouvés dans l’environne-

ment

14. Les pluies acides sont le résultat de

a) la dissolution du dioxygène libéré par les plantes dans l’humidité de l’airb) la dissolution dans la pluie ou l’humidité atmosphérique des gaz polluants

comme le dioxyde de soufre provenant des émissions industriellesc) la dissolution dans la pluie ou l’humidité atmosphérique de l’ammoniac pro-

venant des émissions industriellesd) toutes ces réponses

15. L’eau de pluie collectée à partir d’une atmosphère non polluée sera

a) acide b) alcaline c) neutre d) aucune de ces réponses

16. Pourquoi les CFC sont considérés comme de dangereux destructeurs de l’O3 ?

a) les molécules de CFC sont stables et peuvent atteindre la stratosphère sans être détruites

b) un seul atome de chlore des CFC peut prendre part à plusieurs réactions chimiques qui détruisent l’O

3

c) les CFC sont les seules substances chimiques à détruire l’O3

d) a & b

17. Laquelle des propositions suivantes est le résultat du réchauffement global ?

a) l’augmentation du niveau de glace sur les calottes glaciairesb) l’augmentation du nombre d’espèces animalesc) l’augmentation du rendement des récoltesd) la submersion des cités côtières

18. Laquelle des pratiques suivantes peut réduire les pluies acides et d’autres formes de pollution atmosphérique ?

a) l’utilisation de sources d’énergie alternativeb) l’élimination des polluants des produits de combustion



19. Le gaz naturel est recommandé comme source alternative d’énergie pour les véhicules motorisés car

a) il contient peu d’impuretés soufréesb) il y a de grandes réserves mondialesc) c’est une source d’énergie appropriée, particulièrement pour les véhicules

motorisésd) a & b

20. La plupart des propriétés uniques de l’eau sont dues

a) à sa masse moléculaireb) à son moment dipolaire et à sa capacité à former des liens hydrogènec) à sa structure moléculaired) aucune de ces propositions

21. L’eau à 0 °C est moins dense qu’à 4 °C. Laquelle des propositions suivantes est un avantage de cette propriété unique de l’eau ?

a) cela protège les villes côtières des inondationsb) cela permet d’avoir plus de glace sur les calottes glaciaires c) cela permet d’avoir plus d’eau froide, meilleure à boired) cela empêche les animaux aquatiques de geler pendant l’hiver

22. Une fois que l’eau entre dans le sol, elle est entraînée en profondeur par

a) l’irrigationb) l’action de la gravitéc) l’action capillaired) b & c

23. L’attraction des molécules d’eau entre elles est un exemple de

a) cohésionb) adhésionc) lien ioniqued) liaison coordonnée covalente

24. Si la quantité de sels dissouts dans l’eau est élevée,

a) l’absorption d’eau par les racines et les graines des plantes augmenteb) l’absorption d’eau par les racines et les graines des plantes diminuec) le sol ne retiendra pas l’eaud) b & c


25. Laquelle des propriétés uniques de l’eau permet la distribution de la chaleur d’une partie du globe à l’autre ?

a) elle est de faible densité lorsqu’elle est congeléeb) il y a une grande différence entre sont point de fusion et son point d’ébulli-

tionc) elle a une chaleur massique élevéed) elle peut dissoudre de nombreuses substances

26. Quel est le principal facteur négatif de la croissance des plantes et des algues dans les plans d’eau ?

a) elles utilisent les nutriments inorganiques dans l’eaub) elles empêchent les autres formes de vie aquatique d’avoir accès à la lumière

du soleilc) leur décomposition consomme le dioxygène dissout, essentiel aux animaux

aquatiquesd) leur décomposition consomme du dioxyde de carbone dissout, essentiel aux

animaux aquatiques

27. La pollution thermique peut tuer les animaux aquatiques

a) en diminuant le taux de dioxygène dissousb) en diminuant la quantité d’eau des plans d’eau par évaporationc) en augmentant le taux en différents gaz dissouts dans l’eaud) toutes ces réponses

28. Laquelle des réactions suivantes, montre la nature acide de l’ion bicarbonate dans l’eau ?

a) HCO3- CO

32- + H+

b) HCO3- + H+ CO

2 (aq) + H

2O

c) CO2 (aq) + H

2O HCO

3- + H+

d) toutes

29. Le pH d’une rivière est de 8 et sa concentration en CO32- de 2,5 x 10-5 M. Étant

donné que la constante de dissociation de l’ion bicarbonate est de 4,7 x 10-11, quelle sera l’alcalinité de la rivière ?

a) 5,37 x 10-25

b) 5,32 x 10-5

c) 5,37 x 10-3

d) 5,32 x 10-3


30. L’eutrophisation est

a) la dissolution du dioxygène dans des plans d’eau à une concentration qui supporte la vie aquatique

b) la diminution de la concentration en dioxygène des plans d’eau à des niveaux létaux

c) la diminution de la concentration en dioxyde de carbone des plans d’eaud) b & c

Réponses

1. d) aucune de ces propositions2. d) a & b

3. a) 4. a) une augmentation de la concentration globale en CO

2

5. c) l’azote6. b) diminue quand l’altitude augmente7. c) la température et la pression diminuent8. a) augmente dans la stratosphère puis diminue dans la mésosphère9. b) la mésosphère10. d) la couche de l’atmosphère où la température reste constante11. b) il n’y a pas beaucoup de molécules qui peuvent conserver la chaleur12. b) CH

4 + HO• H

3C• + H

2O

13. c) il est soluble dans l’eau et est capable de neutraliser les acides atmosphé-riques

14. b) la dissolution dans la pluie ou l’humidité atmosphérique des gaz polluants comme le dioxyde de soufre provenant des émissions industrielles

15. a) acide16. d) a & b17. d) la submersion des cités côtières18. d) toutes ces réponses19. a) il contient peu d’impuretés soufrées20. b) à son moment dipolaire et à sa capacité à former des liens hydrogène21. d) cela empêche les animaux aquatiques de geler pendant l’hiver22. d) b & c23. a) cohésion24. b) l’absorption d’eau par les racines et les graines des plantes diminue25. c) elle a une chaleur massique élevée26. c) leur décomposition consomme du dioxygène dissout, essentiel aux animaux

aquatiques


27. a) en diminuant le taux de dioxygène dissouts28. a) HCO

3- CO

32- + H+

29. c) 5,37 x 10-3

30. b) la diminution de la concentration en dioxygène des plans d’eau à des ni-veaux létaux


Board on Atmospheric Sciences and Climate, Commission on Geosciences, Environment, and Resources, National Research Council, The Atmosphe-ric Sciences: Entering the Twenty-First Century, National Academy Press, Washington, D.C., 1998.

Boubel, Richard W., Donald L. Fox, and D. Bruce Turner, Fundamentals of Air Pollution, 3rd ed., Academic Press, Orlando, FL, 1994.

Brady, Nyle C. and Ray R. Weil, The Nature and Properties of Soils, Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J., 1996.

David Krantz and Brad Kifferstein, Water Pollution and Society, http://www.umich.edu/~gs265/society/waterpollution.htm, Accessed March 3, 2008

Karen Mancl, Wastewater Treatment Principles and Regulations, http://ohioline.osu.edu/aex-fact/0768.html, Accessed March 06, 08.

Liou, Raycharn, James H. Johnson, and John P. Tharakan, “Anaerobic Dechlo-rination and Aerobic Degradation of PCBs in Soil Columns and Slurries,” Hazardous Industrial Wastes, 29, 414-423 (1997)

Manahan, Stanley E., “Humic Substances and the Fates of Hazardous Waste

and Treatment of Pollutants, Advances in Chemistry Series 219, American Chemical Society, Washington, D.C., 1989, pp. 83-92

Murray B. McBride, ‘Organic Pollutants in Soil’ Chapter 10 in Environmental Chemistry of Soils’, Oxford University Press, Oxfore 1994, pp. 342 - 393

Phyllis Buell and James Girard, Chemistry, an environmental perspective, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1994.

Stanley E. Manahan, Environmental Chemistry, Lewis Publishers, Chelsea, Michigan, 2000.

Stevens, William K., “Expectation Aside, Water Use in U.S. Is Showing Decline,”New York Times, November 10, 1998, p. 1.

Stevenson, F. J., Humus Chemistry, 2nd ed., John Wiley and Sons, Somerset, NJ, 1994.

Theodore Panayotou, Phanu Kritiporn, Krerkpong Charnpratheep, Industrializa-tion and Environment in Thailand: A NIC at What Price? http://www.info.tdri.or.th/library/quarterly/text/s90_4.htm

Thomas G. Spiro and William M. Stigliani, Chemistry of the Environment, Prentice Hall, 2nd edition, 2003.

WHO, Guidelines for Drinking-Water Quality - Second Edition - Volume 1 – Rec-ommendations, Geneva, 1993

Wolt, Jeffrey D., Soil Solution Chemistry: Applications to Environmental Science and Agriculture, John Wiley & Sons, New York, 1994.


Parcours académique :

B.Sc en chimie; Asmara University, Asmara, Éritrée (1985)

M.Sc en chimie analytique; Addis Ababa University, Éthiopie (1990)

PhD en chimie analytique environnementale; Karlfranzens University, Graz, Autriche (2001)

Post doc. Hebrew University of Jerusalem, Israel (2004)

Le Dr. Dejene a enseigné plusieurs cours de chimie et de chimie environnementale à des étudiants de premier cycle et de cycles supérieurs à l’Université de Jimma en Éthiopie. Il est actuellement professeur associé en chimie.

Il a été chef de département pendant de nombreuses années et est actuellement doyen de la faculté de l’éducation à l’Université de Jimma.

Nom de l’étudiant Note au test 1, sur les chapitres I et II (30 %)

Note au test 2, sur les chapitres III et IV (30 %)

Note à l’évaluation sommative (40 %)

Total

1

CHIMIE ENVIRONNEMENTALE

Lectures Obligatoires

Source: Wikipedia.org

2

Table des matières Atmosphère terrestre ........................................................................................................................4

Description ...................................................................................................................................5

Composition chimique détaillée ....................................................................................................5

Structure ......................................................................................................................................6

Couche d'ozone .........................................................................................................................7

Stratosphère .............................................................................................................................7

Mésosphère ...............................................................................................................................8

Thermosphère ..........................................................................................................................8

Ionosphère ................................................................................................................................8

Exosphère .................................................................................................................................8

Pression et épaisseur ....................................................................................................................9

Densité et masse ......................................................................................................................... 10

Opacité ....................................................................................................................................... 10

Diffusion des ondes ................................................................................................................. 10

Absorption .............................................................................................................................. 11

Émission ................................................................................................................................. 12

Circulation ................................................................................................................................. 12

Phénomènes optiques ................................................................................................................. 13

Pluie acide....................................................................................................................................... 13

Mécanismes de formation ........................................................................................................... 15

Pluies basiques ........................................................................................................................ 15

Répartition géographique .......................................................................................................... 15

Conséquences des pluies acides .................................................................................................. 15

Conséquences sur la flore ....................................................................................................... 16

Impacts sur les bâtiments ....................................................................................................... 16

Effets sur la faune ................................................................................................................... 16

Réactions, évolutions législatives ................................................................................................ 17

Couche d'ozone ............................................................................................................................... 18

L'ozone stratosphérique .............................................................................................................. 20

Processus de formation ............................................................................................................ 20

Un équilibre dynamique ........................................................................................................... 21

3

L'action des composés chlorés .................................................................................................. 21

Bilan ........................................................................................................................................ 22

Données sur la couche d'ozone .................................................................................................... 22

Perte continue d'ozone en Antarctique ..................................................................................... 22

Perte d'ozone en Arctique ........................................................................................................ 24

L'action des ultraviolets sur les organismes vivants ...................................................................... 24

L'action planétaire pour la préservation de la couche d'ozone ...................................................... 24

Mesures prises ......................................................................................................................... 24

L'avenir ................................................................................................................................... 25

Pollution de l'air ............................................................................................................................. 25

Histoire ....................................................................................................................................... 26

Principales sources de la pollution .............................................................................................. 27

Les véhicules à moteur ............................................................................................................ 27

La production d’énergie .......................................................................................................... 27

Les industries .......................................................................................................................... 28

Les produits polluants (sources, diffusion, effets) ........................................................................ 28

Précurseurs de l'ozone ............................................................................................................. 28

Gaz à effet de serre .................................................................................................................. 29

Autres gaz ............................................................................................................................... 31

Particules................................................................................................................................. 32

Synthèse sur les grandes sources de pollution aérienne ............................................................... 33

Règlementation ........................................................................................................................... 34

Effets (Impacts sanitaires) ........................................................................................................... 34

Sur les êtres vivants ................................................................................................................. 34

Sur les bâtiments ..................................................................................................................... 37

Sur le climat ............................................................................................................................ 42

Statistiques mondiales ................................................................................................................. 42

Pays de l’OCDE....................................................................................................................... 42

République populaire de Chine ............................................................................................... 43

Union européenne ....................................................................................................................... 43

Pollution des villes ................................................................................................................... 44

4

Atmosphère terrestre

Atmosphère terrestre

L'atmosphère de la Terre

Informations générales

Épaisseur 800 km[Note 1]

Pression atmosphérique 1,013 bar

Masse 5.1480×1018

kg

Composition

Diazote 78,084 %

Dioxygène 20,946 %

Argon 0,9340 %

Dioxyde de carbone 386 ppmv

[Note 2]

Néon 18,18 ppmv

Hélium 5,24 ppmv

Méthane 1,745 ppmv

Krypton 1,14 ppmv

Dihydrogène 0,55 ppmv

Vapeur d'eau

de <1 % à ~4 %

(très variable)

L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose

de 78,08 % d'azote, 20,95 % d'oxygène, 0,93 % d'argon, 0,038 % de dioxyde de carbone et des

http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre#cite_note-0

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pression_atmosph%C3%A9rique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bar_%28unit%C3%A9%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diazote

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyg%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Argon

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyde_de_carbone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Partie_par_million


http://fr.wikipedia.org/wiki/N%C3%A9on

http://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lium

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9thane

http://fr.wikipedia.org/wiki/Krypton

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dihydrog%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vapeur_d%27eau

http://fr.wikipedia.org/wiki/Terre





http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Meteotek08_atmosfera13.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le:Infobox_Atmosph%C3%A8re

5

traces d'autres gaz. L'atmosphère protège la vie sur Terre en absorbant le rayonnement solaire

ultraviolet, en réchauffant la surface, en retenant la chaleur (effet de serre) et en réduisant les

écarts de température entre le jour et la nuit.

Il n'y a pas de frontière définie entre l'atmosphère et l'espace. Elle devient de plus en plus fine et

s'évanouit peu à peu dans l'espace. L'altitude de 120 km marque la limite où les effets

atmosphériques deviennent notables durant la rentrée atmosphérique. La ligne de Kármán, à

100 km, est aussi fréquemment considérée comme la frontière entre l'atmosphère et l'espace.

Description []

La limite entre l'atmosphère terrestre et l'atmosphère solaire n'est pas définie précisément : la

limite externe de l'atmosphère correspond à la distance où les molécules de gaz atmosphérique ne

subissent presque plus l'attraction terrestre et les interactions de son champ magnétique. Ces

conditions se vérifient à une altitude qui varie avec la latitude - environ 60 km au-dessus de

l'équateur, et 30 km au-dessus des pôles. Ces valeurs ne sont toutefois qu'indicatives : le champ

magnétique terrestre, en effet, est continuellement déformé par le vent solaire. L'épaisseur de

l'atmosphère varie donc notablement. En outre, comme l'eau des océans, l'atmosphère subit

l'influence de la rotation du système Terre-Lune et les interférences gravitationnelles de la Lune

et du Soleil. Comme les molécules de gaz, plus légères et moins liées entre elles que les

molécules de l'eau de mer, ont de grandes possibilités de mouvement, les marées atmosphériques

sont des phénomènes beaucoup plus considérables que les marées océaniques.

La plus grande partie de la masse atmosphérique est proche de la surface : l'air se raréfie en

altitude et la pression diminue ; celle-ci peut être mesurée au moyen d'un altimètre ou d'un

baromètre.

L'atmosphère est responsable d'un effet de serre qui réchauffe la surface de la Terre. Sans elle, la

température moyenne sur Terre serait de -18 °C, contre 15 °C actuellement. Cet effet de serre

découle des propriétés des gaz vis-à-vis des ondes électromagnétiques.

Composition chimique détaillée []

Les gaz de l'atmosphère sont continuellement brassés, l'atmosphère n'est pas homogène, tant par

sa composition que par ses caractéristiques physiques.

Au niveau de la mer, l'air est principalement composé de 78,1 % d'azote, 20,9 % d'oxygène,

0,93 % d'argon et de 0,034 % de dioxyde de carbone pour les gaz majeurs. Toutefois, il comporte

aussi des traces d'autres éléments chimiques, les gaz mineurs, dont la proportion varie avec

l'altitude. Les gaz à effet de serre majeurs sont la vapeur d'eau, le méthane, l'oxyde d'azote et

l'ozone. Les concentrations en dioxyde de carbone s'élèvent, en 2007[1]

, à 0,0382 %, soit

382 ppm alors qu'en 1998, elle était de 345 ppm[2]

.

D'autres éléments d'origine naturelle sont présents en plus faible quantité, dont la poussière, le

pollen et les spores. Plusieurs polluants industriels sont aussi présents dans l'air, tels que le chlore

http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_%28astronomie%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Organisme_vivant

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_solaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet

http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_de_serre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9rature

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rentr%C3%A9e_atmosph%C3%A9rique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ligne_de_K%C3%A1rm%C3%A1n

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vent_solaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lune

http://fr.wikipedia.org/wiki/Soleil

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mar%C3%A9e


http://fr.wikipedia.org/wiki/Instruments_de_vol

http://fr.wikipedia.org/wiki/Barom%C3%A8tre


http://fr.wikipedia.org/wiki/Ondes_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiques





http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89l%C3%A9ment_chimique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Altitude



http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyde_d%27azote

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ozone



http://fr.wikipedia.org/wiki/Poussi%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pollen

http://fr.wikipedia.org/wiki/Spore

http://fr.wikipedia.org/wiki/Polluant

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chlore

6

(élémentaire ou composé), le fluor (composé), le mercure et le soufre (en composé tel que le

SO2).

Composition de l'atmosphère « sèche »[3]

ppmv: partie par million en volume

Gaz Volume

Diazote (N2) 780 840 ppmv (78,084 %)

Dioxygène (O2) 209 460 ppmv (20,946 %)

Argon (Ar) 9 340 ppmv (0,9340 %)

Dioxyde de

carbone (CO2) 386 ppmv

[4]

(en février 2009)

Néon (Ne) 18,18 ppmv

Hélium (He) 5,24 ppmv

Méthane (CH4) 1,745 ppmv

Krypton (Kr) 1,14 ppmv

Dihydrogène (H2) 0,55 ppmv

À rajouter à l'atmosphère sèche :

Vapeur d'eau

(H2O)

de <1 % à ~4 %

(très variable)

Composants mineurs de l'atmosphère

Gaz Volume

Monoxyde d'azote 0,5 ppmv

Xénon 0,09 ppmv

Ozone 0,0 à 0,07 ppmv

Dioxyde d'azote 0,02 ppmv

Iode 0,01 ppmv

Monoxyde de carbone traces

Ammoniac traces

Proportion des gaz atmosphériques.

Quantité moyenne de vapeur d'eau.

Structure []

L'atmosphère est divisée en plusieurs couches d'importance variable : leurs limites ont été fixées

selon les discontinuités dans les variations de la température, en fonction de l'altitude. De bas en

haut :

la troposphère : la température décroît avec l'altitude (de la surface du globe à 8-15 km

d'altitude) ; l'épaisseur de cette couche varie entre 13 et 16 km à l'équateur, mais entre 7

et 8 km aux pôles. Elle contient 80 à 90 % de la masse totale de l'air et la quasi-totalité de

la vapeur d'eau[5]

. C'est la couche où se produisent les phénomènes météorologiques

(nuages, pluies, etc.) et les mouvements atmosphériques horizontaux et verticaux

(convection thermique, vents) ;

la stratosphère : la température croît avec l'altitude jusqu'à 0 °C (de 8-15 km d'altitude à

50 km d'altitude) ; elle abrite une bonne partie de la couche d'ozone ;

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fluor

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mercure_%28chimie%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Soufre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyde_de_soufre









http://fr.wikipedia.org/wiki/N%C3%A9on

http://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lium


http://fr.wikipedia.org/wiki/Krypton

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dihydrog%C3%A8ne


http://fr.wikipedia.org/wiki/Monoxyde_d%27azote

http://fr.wikipedia.org/wiki/X%C3%A9non


http://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyde_d%27azote

http://fr.wikipedia.org/wiki/Iode

http://fr.wikipedia.org/wiki/Monoxyde_de_carbone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ammoniac

http://fr.wikipedia.org/wiki/Troposph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quateur_%28ligne_%C3%A9quinoxiale%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%B4le_g%C3%A9ographique


http://fr.wikipedia.org/wiki/Stratosph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Couche_d%27ozone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Atmosphere_gas_proportions.svg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Atmospheric_Water_Vapor_Mean.2005.030.jpg

7

la mésosphère : la température décroît avec l'altitude (de 50 km d'altitude à 80 km

d'altitude) jusqu'à -80 °C ;

la thermosphère : la température croît avec l'altitude (de 80 km d'altitude à 350-800 km

d'altitude) ;

l'exosphère : de 350-800 km d'altitude à 50 000 km d'altitude.

Troposphère []

La troposphère, du mot grec τρέπω signifiant « changement », est la partie la plus basse de

l'atmosphère ; elle commence à la surface et s'étend entre 7 et 8 km aux pôles et de 13 à 16 km à

l'équateur, avec des variations dues aux conditions climatiques. Le mélange vertical de la

troposphère est assuré par le réchauffement solaire. Ce réchauffement rend l'air moins dense, ce

qui le fait remonter. Quand l'air monte, la pression au-dessus de lui décroît, par conséquent il

s'étend, s'opposant à la pression de l'air environnant. Or, pour s'étendre, de l'énergie est

nécessaire, donc la température et la masse de l'air décroissent. Comme la température diminue,

la vapeur d'eau dans la masse d'air peut se condenser ou se solidifier, relâchant la chaleur latente

permettant une nouvelle élévation de la masse d'air. Ce processus détermine le gradient maximal

de baisse de la température avec l'altitude, appelé gradient thermique adiabatique. La troposphère

contient grossièrement 80 % de la masse totale de l'atmosphère. 50 % de la masse de

l'atmosphère se trouvent en dessous d'environ 5,5 km d'altitude.

Tropopause []

La tropopause est la frontière entre la troposphère et la stratosphère.

Couche d'ozone []

Article détaillé : Couche d'ozone.

Bien que faisant partie de la stratosphère, la couche d'ozone est considérée comme une couche en

soi parce que sa composition chimique et physique est différente de celle de la stratosphère.

L'ozone (O3) de la stratosphère terrestre est créé par les ultraviolets frappant les molécules de

dioxygène (O2), les séparant en deux atomes distincts (de l'oxygène) ; ce dernier se combine

ensuite avec une molécule de dioxygène (O2) pour former l'ozone (O3). L'O3 est instable (bien

que, dans la stratosphère, sa durée de vie est plus longue) et quand les ultraviolets le frappent, ils

le séparent en O2 et en O. Ce processus continu s'appelle le cycle ozone-oxygène. Il se produit

dans la couche d'ozone, une région comprise entre 10 et 50 km au-dessus de la surface. Près de

90 % de l'ozone de l'atmosphère se trouve dans la stratosphère. Les concentrations d'ozone sont

plus élevées entre 20 et 40 km d'altitude, où elle est de 2 à 8 ppm.

Stratosphère []

La stratosphère s'étend de la tropopause, entre 7–17 km et environ 50 km. La température y

augmente avec l'altitude. La stratosphère contient la majeure partie de la couche d'ozone.

Stratopause []

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9sosph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermosph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Exosph%C3%A8re


http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Enthalpie_de_changement_d%27%C3%A9tat

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gradient_thermique_adiabatique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tropopause








http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Cycle_ozone-oxyg%C3%A8ne&action=edit&redlink=1




http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre#Couche_d.27ozone

8

La stratopause est la limite entre la stratosphère et la mésosphère. Elle se situe vers 50-55 km

d'altitude. La pression représente environ 1/1000 de la pression atmosphérique au niveau de la

mer.

Mésosphère []

La mésosphère, du mot grec μέσος signifiant « milieu », s'étend de 50 km à environ 80–85 km.

La température décroît à nouveau avec l'altitude, atteignant −100 °C (173,1 K) dans la haute

mésosphère. C'est aussi dans la mésosphère que la plupart des météorites brûlent en entrant dans

l'atmosphère.

Mésopause []

La température minimale se rencontre à la mésopause, frontière entre la mésosphère et la

thermosphère. C'est le lieu le plus froid de la Terre, avec une température de −100 °C (173,1 K).

Thermosphère []

La thermosphère est la couche atmosphérique commençant vers 80–85 km et allant jusqu'à

640 km d'altitude, la température y augmente avec l'altitude. Bien que la température puisse

atteindre les 1 500 °C, un individu ne la ressentirait pas à cause de la très faible pression. La

station spatiale internationale orbite dans cette couche, entre 320 et 380 km d'altitude. Comme

description moyenne le modele MSIS-86 [6]

est recommande par le Committee on Space

Research.

Thermopause []

La thermopause est la limite supérieure de la thermosphère. Elle varie entre 500 et 1 000 km

d'altitude.

Ionosphère []

L'ionosphère, la partie de l'atmosphère ionisée par les radiations solaires, s'étire de 50 à 1 000 km

et chevauche à la fois la thermosphère et l'exosphère. Elle joue un rôle important dans

l'électricité atmosphérique et forme le bord intérieur de la magnétosphère. À cause de ses

particules chargées, elle a une importance pratique car elle influence, par exemple, la

propagation des ondes radio sur la Terre. Elle est responsable des aurores.

Exosphère []

L'exosphère commence avec l'exobase, qui est aussi connu comme le « niveau critique », vers

500–1 000 km et s'étire jusqu'à 10 000 km d'altitude. Elle contient des particules circulant

librement et qui migrent ou proviennent de la magnétosphère ou du vent solaire.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Stratopause



http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9sosph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Kelvin

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9t%C3%A9orite

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9sopause

http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermosph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Station_spatiale_internationale


http://fr.wikipedia.org/wiki/Committee_on_Space_Research

http://fr.wikipedia.org/wiki/Committee_on_Space_Research

http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermopause

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ionosph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Aurore_polaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Exosph%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Exobase&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Magn%C3%A9tosph%C3%A8re


9

L'atmosphère terrestre depuis l'espace.

Pression et épaisseur []

Article détaillé : pression atmosphérique.

La pression atmosphérique moyenne, au niveau de la mer, est de 1 013 hectopascals ; la masse

atmosphérique totale est de 5,1480×1018

kg[7]

.

La pression atmosphérique est le résultat direct du poids total de l'air se trouvant au-dessus du

point où la pression est mesurée. La pression de l'air varie en fonction du lieu et du temps, car la

quantité et le poids d'air varient suivant les mêmes paramètres. Toutefois, la masse moyenne au-

dessus d'un mètre carré de la surface terrestre peut être calculée à partir de la masse totale de l'air

et la superficie de la Terre. La masse totale de l'air est de 5 148 000 gigatonnes et la superficie de

51 007,2 megahectares. Par conséquent 5148000/51007,2 = 10,093 tonnes par mètre carré. Ceci

est environ 2,5 % inférieur à l'unité standardisée officielle de 1 atm représentant 1 013,25 hPa, ce

qui correspond à la pression moyenne, non pas au niveau de la mer, mais à la base de

l'atmosphère à partir de l'élévation moyenne du sol terrestre.

Si la densité de l'atmosphère restait constante avec l'altitude, l'atmosphère se terminerait

brusquement vers 7,81 km d'altitude. La densité décroît avec l'altitude, ayant déjà diminué de

50 % dès 5,6 km. En comparaison, la plus haute montagne, l'Everest, atteint les 8,8 km d'altitude,

donc l'air est moins de 50 % moins dense à son sommet qu'au niveau de la mer.

Cette chute de pression est presque exponentielle, ainsi la pression diminue de moitié environ

tous les 5,6 km et de 63,2 % (1 − 1 / e = 1 − 0.368 = 0,632) tous les 7,64 km (hauteur échelle

moyenne de l'atmosphère terrestre en dessous de 70 km). Même dans l'exosphère, l'atmosphère

est encore présente, comme on peut le constater par la traînée subie par les satellites.

Les équations de pression par altitude peuvent être utilisées afin d'estimer l'épaisseur de

l'atmosphère. Les données suivantes sont données pour référence [8]

:

50 % de la masse de l'atmosphère est en dessous de 5,6 km d'altitude ;

90 % de la masse de l'atmosphère est en dessous de 16 km d'altitude. L'altitude courante

des transports aériens commerciaux est de 10 km et le sommet de l'Everest est à 8 848 m

au-dessus du niveau de la mer. Dans la région supérieure, où les gaz sont raréfiés, se

produisent des aurores et d'autres effets atmosphériques. Le vol le plus élevé de l'avion

X-15 a atteint, en 1963, une altitude de 108,0 km.


http://fr.wikipedia.org/wiki/Niveau_de_la_mer

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28unit%C3%A9%29


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9fixes_du_syst%C3%A8me_international_d%27unit%C3%A9s

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hectare

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tonne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_%28unit%C3%A9%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Everest

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hauteur_%C3%A9chelle

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tra%C3%AEn%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Satellite_artificiel



http://fr.wikipedia.org/wiki/North_American_X-15

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Top_of_Atmosphere.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Top_of_Atmosphere.jpg

10

Densité et masse []

Article détaillé : Masse volumique de l'air.

Température et masse volumique par rapport à l'altitude d'après le modèle d'atmosphère

standardisé NRLMSISE-00.

La densité de l'air au niveau de la mer est d'environ 1,2 kg/m³ (1,2 g/L). Les variations naturelles

de la pression atmosphérique se produisent à chaque altitude et à chaque changement de temps.

Ces variations sont relativement faibles dans les altitudes habitées, mais elles deviennent plus

prononcées dans l'atmosphère supérieure puis dans l'espace à cause des variations des radiations

solaires.

La densité atmosphérique décroît avec l'altitude. Cette variation peut être modélisée par la

formule du nivellement barométrique. Des modèles plus sophistiqués sont utilisés par les

météorologues et les agences spatiales pour prédire le temps et l'abaissement progressif de

l'orbite des satellites.

La masse de l'atmosphère est de 5×1015

tonnes soit 1/1 200 000 la masse de la Terre. D'après le

National Center for Atmospheric Research, la « masse totale de l'atmosphère est de

5,1480×1018

kg avec une variation annuelle due à la vapeur d'eau de 1,2 à 1,5×1015

kg en

fonction de l'utilisation des données sur la pression de surface et la vapeur d'eau. La masse

moyenne de la vapeur d'eau est estimée à 1,27×1016

kg et la masse de l'air sec est de 5,1352

±0,0003×1018

kg. »

Opacité []

Article détaillé : Rayonnement solaire.

Les radiations solaires (ou rayonnement solaire) correspondent à l'énergie que reçoit la Terre du

Soleil. La Terre réémet aussi des radiations vers l'espace, mais sur des longueurs d'onde plus

importantes invisibles à l'œil humain. Suivant les conditions, l'atmosphère peut empêcher les

radiations d'entrer dans l'atmosphère ou d'en sortir. Parmi les exemples les plus importants de ces

effets il y a les nuages et l'effet de serre.

Diffusion des ondes []

http://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_volumique_de_l%27air

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=NRLMSISE-00&action=edit&redlink=1


http://fr.wikipedia.org/wiki/Formule_du_nivellement_barom%C3%A9trique

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9t%C3%A9orologie

http://fr.wikipedia.org/wiki/National_Center_for_Atmospheric_Research


http://fr.wikipedia.org/wiki/Radiation


http://fr.wikipedia.org/wiki/Nuage


http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Atmosphere_model.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Atmosphere_model.png

11

Les différentes couleurs sont dues à la dispersion de la lumière produite par l'atmosphère.

Articles détaillés : Diffusion des ondes et Couleur du ciel.

Un coucher de soleil vu depuis l'ISS.

Quand la lumière traverse l'atmosphère, les photons interagissent avec elle à travers la diffusion

des ondes. Si la lumière n'interagit pas avec l'atmosphère, c'est la radiation directe et cela

correspond au fait de regarder directement le soleil. Les radiations indirectes concernent la

lumière qui est diffusée dans l'atmosphère. Par exemple, lors d'un jour couvert quand les ombres

ne sont pas visibles il n'y a pas de radiations directes pour la projeter, la lumière a été diffusée.

Un autre exemple, dû à un phénomène appelé la diffusion Rayleigh, les longueurs d'onde les plus

courtes (bleu) se diffusent plus aisément que les longueurs d'onde les plus longues (rouge). C'est

pourquoi le ciel parait bleu car la lumière bleue est diffusée. C'est aussi la raison pour laquelle les

couchers de soleil sont rouges. Parce que le soleil est proche de l'horizon, les rayons solaires

traversent plus d'atmosphère que la normale avant d'atteindre l'œil par conséquent toute la

lumière bleue a été diffusée, ne laissant que le rouge lors du soleil couchant.

Absorption []

Article détaillé : Absorption (optique).

Transmittance (ou opacité) atmosphérique de la Terre à diverses longueurs d'onde et radiation

électromagnétique, y compris lumière visible.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusion_des_ondes

http://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur_du_ciel

http://fr.wikipedia.org/wiki/Station_spatiale_internationale

http://fr.wikipedia.org/wiki/Photon

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusion_Rayleigh

http://fr.wikipedia.org/wiki/Coucher_de_soleil

http://fr.wikipedia.org/wiki/Absorption_%28optique%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transmittance

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re_visible

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Colores_vespertinos_atmosfera.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Colores_vespertinos_atmosfera.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Sunset_from_Internation_space_station.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Sunset_from_Internation_space_station.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Atmospheric_electromagnetic_transmittance_or_opacity.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Atmospheric_electromagnetic_transmittance_or_opacity.jpg

12

L’absorption est une autre propriété importante de l'atmosphère. Différentes molécules absorbent

différentes longueurs d'onde de radiations. Par exemple, l'O2 et l'O3 absorbent presque toutes les

longueurs d'onde inférieures à 300 nanomètres. L'eau (H2O) absorbe la plupart des longueurs

d'onde au-dessus de 700 nm, mais cela dépend de la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère.

Quand une molécule absorbe un photon, cela accroît son énergie.

Quand les spectres d'absorption des gaz de l'atmosphère sont combinés, il reste des « fenêtres »

de faible opacité, autorisant le passage de certaines bandes lumineuses. La fenêtre optique va

d'environ 300 nm (ultraviolet-C) jusqu'aux longueurs d'onde que les humains peuvent voir, la

lumière visible (communément appelé lumière), à environ 400–700 nm et continue jusqu'aux

infrarouges vers environ 1100 nm. Il y a aussi des fenêtres atmosphériques et radios qui

transmettent certaines ondes infrarouges et radio sur des longueurs d'onde plus importantes. Par

exemple, la fenêtre radio s'étend sur des longueurs d'onde allant de un centimètre à environ onze

mètres.

Émission []

Article détaillé : Émission (physique).

L’émission est l'opposé de l'absorption, quand un objet émet des radiations. Les objets tendent à

émettre certaines quantités de longueurs d'onde suivant les courbes d'émission de leur « corps

noir », par conséquent des objets plus chauds tendent à émettre plus de radiations sur des

longueurs d'onde plus courtes. Les objets froids émettent moins de radiations sur des longueurs

d'onde plus longues. Par exemple, le Soleil est approximativement à 6 000 K (5 730 °C), ses pics

de radiation approchent les 500 nm, et sont visibles par l'œil humain. La Terre est

approximativement à 290 K (17°C), par conséquent ses pics de radiations approchent les

10 000 nm, ce qui est trop long pour que l'œil humain les perçoive.

À cause de sa température, l'atmosphère émet des radiations infrarouges. Par exemple, lors des

nuits où le ciel est dégagé la surface de la Terre se rafraichit plus rapidement que les nuits où le

ciel est couvert. Ceci est dû au fait que les nuages (H2O) sont d'importants absorbeurs et

émetteurs de radiations infrarouges.

L’effet de serre est directement lié à l'absorption et à l'émission. Certains composants chimiques

de l'atmosphère absorbent et émettent des radiations infrarouges, mais n'interagissent pas avec la

lumière visible. Des exemples communs de ces composants sont le CO2 et l'H2O. S'il y a trop de

ces gaz à effet de serre, la lumière du soleil chauffe la surface de la Terre, mais les gaz bloquent

les radiations infrarouges lors de leur renvoi vers l'espace. Ce déséquilibre fait que la Terre se

réchauffe, entrainant ainsi des changements climatiques.

Circulation []

Article détaillé : Circulation atmosphérique.

La circulation atmosphérique est le mouvement à grande échelle de l'air, et est le moyen

(combiné aux courants marins) qui permet de redistribuer la chaleur sur la surface de la Terre.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Absorption



http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanom%C3%A8tre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_d%27absorption

http://fr.wikipedia.org/wiki/Opacit%C3%A9


http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re_visible

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Infrarouge

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%AAtre_atmosph%C3%A9rique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%AAtre_atmosph%C3%A9rique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_radio

http://fr.wikipedia.org/wiki/Onze

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89mission_%28physique%29&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Corps_noir

http://fr.wikipedia.org/wiki/Corps_noir



http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_%C3%A0_effet_de_serre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Changement_climatique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Circulation_atmosph%C3%A9rique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_marin

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chaleur

13

La structure de la circulation atmosphérique varie d'année en année, mais la structure de base

reste assez constante.

Cellules de circulation simplifiées.

Phénomènes optiques []

La composition de l'atmosphère terrestre la rend relativement transparente aux rayonnements

électromagnétiques dans le domaine du spectre visible. Elle est cependant relativement opaque

aux rayonnements infrarouges émis par le sol, ce qui est à l'origine de l'effet de serre. Il s'y

produit aussi différents phénomènes optiques causés par des variations continues ou non de

l'indice de réfraction du milieu de propagation des ondes électromagnétiques.

Parmi ces phénomènes, les plus notables sont les arcs en ciel et les mirages.

La couleur du ciel diurne, quant à elle, est due à la variation de la diffusion du rayonnement

solaire en fonction de la longueur d'onde. Des couleurs inhabituelles s'observent cependant lors

des aurores polaires (aurores boréales ou australes), qui résultent de l'interaction entre les

particules du vent solaire et la haute atmosphère.

Pluie acide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_visible

http://fr.wikipedia.org/wiki/Infrarouge


http://fr.wikipedia.org/wiki/Indice_de_r%C3%A9fraction

http://fr.wikipedia.org/wiki/Arc_en_ciel

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mirage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur_du_ciel

http://fr.wikipedia.org/wiki/Jour

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusion_des_ondes

http://fr.wikipedia.org/wiki/Longueur_d%27onde



http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:AtmosphCirc2.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:AtmosphCirc2.png

14

Une forêt dévastée par les pluies acides, République tchèque

L'expression « pluie acide » a été pour la première fois utilisée par Robert Angus Smith en

1870[1]

. Elle décrit depuis toutes les formes de précipitations (pluies, smogs, aérosols, etc.) qui

dégradent voire détruisent des écosystèmes et/ou corrodent ou dissolvent certains bâtiments

anciens et fragiles.

L'acidité de ces retombées a deux origines principales :

des sources naturelles ou semi-naturelles ; proximité d'émissions volcaniques soufrées,

NOx produits par la foudre, gaz issus de certaines formes de décomposition biologique

terrestres, ou émis par les océans, feux de forêts…

des sources anthropiques, dont l'industrie, les centrales thermiques, le chauffage et les

transports…

Les pluies acides résultent essentiellement de la pollution de l’air par les oxydes de soufre

(SO2) produits par l’usage de combustibles fossiles riches en soufre, ainsi que des oxydes

d’azote (NOx) qui se forment lors de toute combustion de l’atmosphère, produisant de

l'acide nitrique.

En ce qui concerne l’action humaine sur l'environnement, les usines, le chauffage et la

circulation automobile sont les principales sources. L'acide chlorhydrique issu de

l'incinération de certains déchets plastiques, et l'ammoniac généré par les activités

agricoles contribuent également aux pluies acides.[2]

D’autres produits, tels que par exemple le dioxyde de carbone (CO2) qui produit de l'acide

carbonique lorsqu'il se dissout dans l'eau, et les acides fluorhydriques sont en cause, mais

moindrement.

L'acidification de l'air a des conséquences désormais médiatisées sur la forêt, mais elle affecte

aussi la santé humaine, les bâtiments et peut-être de nombreuses espèces animales, fongiques,

lichéniques et végétales. Des conséquences secondaires à l'acidification des pluies, sont

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9publique_tch%C3%A8que

http://fr.wikipedia.org/wiki/Robert_Angus_Smith

http://fr.wikipedia.org/wiki/1870


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9cipitation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pluie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Smog

http://fr.wikipedia.org/wiki/A%C3%A9rosol

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cosyst%C3%A8me

http://fr.wikipedia.org/wiki/Corrosion

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dissolution

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acidit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Volcan

http://fr.wikipedia.org/wiki/NOx

http://fr.wikipedia.org/wiki/Foudre

http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9composition

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9an

http://fr.wikipedia.org/wiki/Feu_de_for%C3%AAt

http://fr.wikipedia.org/wiki/Industrie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrales_thermiques

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chauffage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transport

http://fr.wikipedia.org/wiki/Air

http://fr.wikipedia.org/wiki/Soufre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Azote

http://fr.wikipedia.org/wiki/Combustion

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_nitrique



http://fr.wikipedia.org/wiki/Circulation_automobile

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_chlorhydrique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ammoniac

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pluie_acide#cite_note-1


http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_carbonique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_carbonique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_fluorhydrique

http://fr.wikipedia.org/wiki/For%C3%AAt

http://fr.wikipedia.org/wiki/Champignon

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lichen

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Acid_rain_woods1.JPG

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Acid_rain_woods1.JPG

15

l'acidification de certaines eaux de surface (lacs d'Europe du Nord par exemple) et l'acidification

des océans.

Mécanismes de formation []

Les pluies acides se forment par la combustion de non-métaux dans l'air. Lorsque les non-métaux

brûlent, des gaz se dégagent. Ces gaz (principalement du dioxyde de soufre et des oxydes

d'azote) réagissent ensuite avec les gouttelettes d'eau qui constituent les nuages pour former les

pluies acides.

Une petite partie de ces gaz sont libérés depuis toujours dans l'atmosphère par les volcans et

l'activité des bactéries du sol. Cependant, l'utilisation massive des combustibles fossiles par

l'homme a considérablement amplifié le phénomène. Les pluies acides sont donc liées à la

pollution atmosphérique.

Pluies basiques []

Il ne peut pas y avoir de pluies basiques. En effet, quand les métaux brûlent dans l’atmosphère, le

produit de cette combustion est solide et retombe plus rapidement au sol. Il est alors impossible

que ce produit réagisse avec l’eau contenue dans les nuages étant donné que ce dernier reste au

sol.

Répartition géographique []

Les pays industriels ont été les premiers touchés ; les principales zones de production de

polluants ont d'abord été les bassins miniers et industriels de l'hémisphère nord, dont la Ruhr, la

Lombardie, les anciens pays miniers français et anglais et ceux de Chine et des États-Unis.

Portés par les vents dominants, les acides circulent dans l'atmosphère avec les masses d'air. Ainsi

une bonne partie des pluies acides de Scandinavie résultent des polluants accumulés par les

masses d'air venant de la mer et ayant survolé l'Angleterre, la France et l'Allemagne. En Europe,

en 1995, les charges critiques pour l'acidification étaient dépassées sur 75 millions d'hectares de

sols forestiers d'Europe, et l'acidification des sols a localement contribué à exacerber l'érosion

des sols touchant à cette époque environ 115 millions d'hectares, et entraînant une chute de la

fertilité agricole et naturelle [3]

Avec les délocalisations industrielles et l'accroissement de l'utilisation de pétrole et charbon en

Asie, les pics sont apparus en Asie du Sud-Est et surtout en Chine où les régions du sud-est sont

très touchées par les pluies acides ; les émissions d’oxydes d’azote et de dioxyde de soufre

étaient vers 2005/2007 devenues 8 à 9 fois plus élevées en Chine que dans les pays développés[4]

.

Les pluies acides touchent également le Japon[5]

. La Chine est devenue le premier émetteur

d'oxyde d'azote et de dioxyde de soufre du monde, ainsi que de CO2, mais en grande partie pour

produire des biens consommés dans d'autres pays.

Conséquences des pluies acides []

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acidification_des_oc%C3%A9ans

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acidification_des_oc%C3%A9ans



http://fr.wikipedia.org/wiki/Bassin_minier

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ruhr_%28r%C3%A9gion%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lombardie

http://fr.wikipedia.org/wiki/France

http://fr.wikipedia.org/wiki/Angleterre

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9publique_populaire_de_Chine

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89tats-Unis

http://fr.wikipedia.org/wiki/Scandinavie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Angleterre

http://fr.wikipedia.org/wiki/France

http://fr.wikipedia.org/wiki/Allemagne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hectare


http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9publique_populaire_de_Chine



16

L'acidité des lacs empêche le développement normal des espèces et des végétaux qu'ils abritent.

La flore est affaiblie, résiste moins bien aux maladies et aux hivers rigoureux. Les sols acidifiés

empoisonnent les arbres, les affaiblissent et peuvent les tuer dans les cas graves. La base de la

chaîne alimentaire est également touchée, ainsi que tous les animaux qui en dépendent. Les

oiseaux et mammifères aquatiques sont en particulier touchés. Des traitements par épandage de

produits calcaires sont faits pour éviter la stérilisation de grands lacs d'Europe du Nord.

Conséquences sur la flore []

Les arbres ne sont pas directement détruits, mais les éléments nutritifs contenus dans le sol sont

dissouts et emportés par les pluies. Les pluies acides tuent aussi les micro-organismes, ce qui

laisse un sol sale, sans nouveaux éléments nutritifs produits. Les feuilles sont endommagées

(tache noire ou marron), et ne peuvent plus pratiquer la photosynthèse. La défoliation prive

l'arbre de sucre. Certaines substances chimiques peuvent aussi être lentement libérées dans le sol

et empoisonner les arbres. Leurs racines, essayant de survivre dans un sol rongé, peuvent aussi

être directement attaquées par l'acide. Tout cela conduit à une diminution de la résistance de la

flore, et donc à une augmentation de la mortalité lors d’épidémie, de conditions climatiques

difficiles, etc.

Les feuilles résistantes des résineux sont brûlées dans les zones les plus polluées. Les forêts

montagneuses, baignant dans le brouillard et les nuages, reçoivent encore plus d'acide que les

forêts de plaine, ces formes de pollutions étant d'ailleurs assez souvent plus acides que les dépôts

secs.

Impacts sur les bâtiments []

L’acidité des pluies peut accélérer l'érosion naturelle de nombreux matériaux, notamment

calcaires, ainsi que la corrosion de certains métaux (le plomb qui tient les vitraux). Les pierres

calcaires tendres, certains marbres et tuffeaux y sont les plus sensibles. Cela a d’abord été

remarqué en Europe sur de nombreuses cathédrales dont la pierre s’est rapidement dégradée de la

fin du XIXe siècle aux années 1990, par exemple en Angleterre pour les cathédrales telles que

York Minster et l'Abbaye de Westminster. De nombreux autres bâtiments et éléments construits

du patrimoine mondial ont été attaqués ces dernières années par l’acidité de l’air, dont par

exemple le Taj Mahal en Inde et le Colisée à Rome, surtout dans les régions industrielles.

Effets sur la faune []

Les effets sur la faune sont plausibles et probables, mais mal cernés faute d’études. Certains lacs

scandinaves étaient dans les années 1980-1990 devenus si acides que les poissons et crustacés y

disparaissaient . Certains ont fait l’objet de déversement de chaux pour tamponner leur pH. Les

effets peuvent être directs par attaque de la peau, des cuticules, muqueuses et organes

respiratoires par les polluants acides de l’air, ou par contact externe ou interne avec l’eau

polluée. (Comme on le voit dans le film microcosmos, de nombreux insectes boivent les gouttes

de rosées). Des effets indirects, différés et en cascade sur les écosystèmes et le réseau trophique

existent, évidents par exemple quand des populations entières d’arbres meurent.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Photosynth%C3%A8se

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sineux

http://fr.wikipedia.org/wiki/Marbre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tuffeau

http://fr.wikipedia.org/wiki/York_Minster

http://fr.wikipedia.org/wiki/Abbaye_de_Westminster

http://fr.wikipedia.org/wiki/Taj_Mahal

http://fr.wikipedia.org/wiki/Colis%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cuticule

http://fr.wikipedia.org/wiki/Muqueuse

http://fr.wikipedia.org/wiki/Microcosmos

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cosyst%C3%A8me

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_trophique

17

Les chlorures, fluorures et métaux lourds peuvent mieux circuler et s’accumuler dans le sol

acidifié à des niveaux qui sont toxiques pour les invertébrés qui vivent dans la terre. Les espèces

sensibles aux métaux sont substituées par ceux qui sont plus tolérants. Ainsi, les espèces aux

corps mous tels que les vers de terre et les nématodes semblent être affectés plus facilement par

les concentrations élevées en métaux (sauf les enchytraéidés qui y résistent mieux).

Par ailleurs, les invertébrés jouent un rôle important dans la décomposition des détritus sur le sol

des forêts. Or, pendant que les détritus s'y accumulent, la libération des éléments minéraux est

retardée et la biodisponibilité des éléments nutritifs aux plantes est réduite. Les herbivores sont

finalement affectés quand la quantité ou la qualité de leur approvisionnement alimentaire

diminue.

En outre, bien que les oiseaux et les mammifères ne soient pas directement affectés par

l'acidification de l'eau, ils y sont indirectement par des changements dans la qualité et la quantité

de leurs ressources en nourriture. En Écosse, par exemple, les loutres sont plutôt rares autour des

ruisseaux et des rivières acides parce que leurs approvisionnements principaux, les poissons, sont

réduits.

De plus, le calcium est un élément essentiel pour les mammifères et les oiseaux et un

approvisionnement diététique adéquat leur est crucial pendant la reproduction (les oiseaux ont

besoin de calcium pour la bonne formation des coquilles d’œufs et pour la croissance

squelettique de leurs progénitures. Les mammifères femelles en ont besoin pour le

développement squelettique de leurs fœtus. Enfin, beaucoup d'espèces invertébrées, dont par

exemple mollusques et les crustacés ont des besoins en calcium qui ne peuvent plus être satisfaits

au delà d'un certain seuil de pH. Elles sont parmi les premières à disparaître en cas d'acidification

des terres marécageuses ou d'eaux douces ou marines.

Réactions, évolutions législatives []

Les pluies acides sont une « pollution interglobale » et constituent pour cette raison un problème

international.

En 1988, un traité ( Convention sur la pollution atmosphérique transfrontalière à longue portée ;

Convention on Long-Range Transboundary Pollution) a engagé les signataires à limiter les

émissions d'oxydes d'azote à leur niveau de 1987.

En Europe, la Commission économique se préoccupe de la question, avec des normes

européennes et nationales qui ont permis une forte diminution de la pollution acide de l’air des

années 1980 aux années 2000. Mais alors que les émissions terrestres diminuaient fortement, les

émissions du transport maritime augmentaient tant, qu'à ce rythme en 2015, les seules émissions

des navires croisant au large de l'UE 25 émettront plus de SO2 que toutes les sources terrestres de

l'UE-25[6]

.

Diverses législations cherchent à limiter le niveau de polluants libérés pour l'adapter à la charge

critique (niveau maximal de polluants pouvant être tolérés) du milieu, voire moins. Pour cela, la

composition de certains carburants a été modifiée, et certains moteurs ont été adaptés. Des filtres

ou des purificateurs d'air sont installés sur les cheminées d'usines polluantes. Le pot catalytique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorure

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fluorure

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9taux_lourds

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vers_de_terre

http://fr.wikipedia.org/wiki/N%C3%A9matode

http://fr.wikipedia.org/wiki/Invert%C3%A9br%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Biodisponibilit%C3%A9_%28sol%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nutriment

http://fr.wikipedia.org/wiki/Herbivore

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oiseaux

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mammif%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cosse

http://fr.wikipedia.org/wiki/Loutre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Calcium

http://fr.wikipedia.org/wiki/Reproduction

http://fr.wikipedia.org/wiki/Squelette

http://fr.wikipedia.org/wiki/F%C5%93tus

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mollusque

http://fr.wikipedia.org/wiki/Crustac%C3%A9



http://fr.wikipedia.org/wiki/Europe

http://fr.wikipedia.org/wiki/Norme

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transport_maritime


http://fr.wikipedia.org/wiki/Filtre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chemin%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pot_catalytique

18

est obligatoire dans un nombre croissant de pays, avec des résultats encore discutés pour certains

paramètres.

Couche d'ozone

Les différentes couches de l'atmosphère terrestre.

Filtration des UV par la stratosphère.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Couches_de_l'atmosphere.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Couches_de_l'atmosphere.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Ozone_altitude_UV_graph.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Ozone_altitude_UV_graph.jpg

19

Concentration d'ozone au-dessus de l'hémisphère sud.

La couche d'ozone ou ozonosphère désigne la partie de la stratosphère contenant une quantité

relativement importante d'ozone (concentration de l'ordre d'un pour cent mille). Son existence est

démontrée en 1913 par Henri Buisson et Charles Fabry grâce à son interféromètre optique. Cet

ozone est produit par l'action du rayonnement solaire sur les molécules de dioxygène à haute

altitude (entre 20 et 50 km d'altitude).

À cette haute altitude, la couche d'ozone a pour effet d'absorber la plus grande partie du

rayonnement solaire ultraviolet, qui se trouve être dangereux pour les organismes vivants.

On distingue :

le « bon ozone » présent dans la couche stratosphérique (objet de cet article), bon car il nous protège des rayons UV-C (ultraviolet) ;

le « mauvais ozone » présent dès la couche basse de l'atmosphère (troposphère : du sol jusqu'à environ 20 km d'altitude), « mauvais » car c'est celui que nous respirons et qui présente selon sa concentration une certaine toxicité (voir Normes de qualité de l'air).

En l'absence de cette couche d'ozone, la vie n'aurait été possible que dans les océans[réf. nécessaire]

, à

une profondeur suffisante de la surface des eaux (les UV ne pénétrant qu'en surface). Ce fut le

cas au cours de l'éon Archéen, lorsque l'atmosphère de la Terre était dépourvue de dioxygène (et

donc d'ozone).

À la fin des années 1970, des recherches scientifiques en Antarctique ont mis en évidence une

diminution périodique de l'ozone dans cette région polaire. Ce que l'on a appelé le « trou de la




http://fr.wikipedia.org/wiki/Henri_Buisson

http://fr.wikipedia.org/wiki/Charles_Fabry

http://fr.wikipedia.org/wiki/Interf%C3%A9rom%C3%A8tre_de_Fabry-P%C3%A9rot


http://fr.wikipedia.org/wiki/Kilom%C3%A8tre





http://fr.wikipedia.org/wiki/Normes_de_qualit%C3%A9_de_l%27air



http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89on

http://fr.wikipedia.org/wiki/Arch%C3%A9en

http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_de_la_Terre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Antarctique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Ozone_over_southern_hemisphere_Sep11_1957-2001.gif

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Ozone_over_southern_hemisphere_Sep11_1957-2001.gif

20

couche d'ozone ». Il se forme au printemps dans l'Antarctique (à la fin de la nuit polaire) et

s'agrandit pendant plusieurs mois avant de se réduire.

L'ozone stratosphérique []

Cet ozone stratosphérique qui s'étend entre 20 et 50 km d'altitude, est en réalité très dilué dans

l'atmosphère locale. De l'ordre de quelques ppm à quelques dizaines de ppm dans la couche

d'ozone elle-même, qui est un mélange gazeux à faible pression.

En fait, si cet ozone était regroupé, concentré à l'état pur, il aurait dans les conditions normales

de température et de pression (c'est-à-dire les conditions moyennes à la surface de la Terre) une

épaisseur de seulement 3 mm, soit 300 unités Dobson (DU)[1]

. On remarquera que c'est cette

couche d'ozone si ténue qui protège la vie des rayons ultraviolets.

Processus de formation []

Lancement d'un ballon sonde pour des mesures dans la couche d'ozone.

L'ozone est produit à partir du dioxygène, composé de deux atomes d'oxygène.

Aux altitudes supérieures à 30 km, le rayonnement solaire possède encore une énergie suffisante

pour casser une partie des molécules de dioxygène et libérer les atomes. Un atome d'oxygène

tendant à ne pas rester seul pour des raisons de stabilité, doit se recombiner à un autre élément ; il

interagit donc avec une autre molécule de dioxygène (O2) présente pour former une nouvelle

molécule, composée de trois atomes d'oxygène : l'ozone (O3).

O2 + rayonnement solaire → O + O et O + O2 → O3

Cette réaction chimique est la seule qui, dans la stratosphère, produise de l'ozone.

Mais puisque tout l'oxygène n'est pas transformé en ozone dans ce processus, il existe donc un

facteur limitant sa concentration. Primitivement, une certaine quantité d'ozone est apparue, il y a

plus de 2 milliards d'années, lorsque l'oxygène est devenu permanent avec une concentration de

l'ordre du pourcent. La concentration observée aujourd'hui résulte d'un équilibre entre la

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nuit_polaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Conditions_normales_de_temp%C3%A9rature_et_de_pression

http://fr.wikipedia.org/wiki/Conditions_normales_de_temp%C3%A9rature_et_de_pression

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Unit%C3%A9_Dobson&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Couche_d%27ozone#cite_note-0


http://fr.wikipedia.org/wiki/Atome

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyg%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Kilom%C3%A8tre



http://fr.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cule

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89l%C3%A9ment_chimique

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_chimique


http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:GlobusSonda.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:GlobusSonda.jpg

21

production d'ozone par le rayonnement solaire, et certains processus de destruction : tout l'ozone

produit en « trop plein du réservoir » est détruit. C'est ce que l'on appelle un équilibre

dynamique.

D'autres études, menées à l'aide de ballons évoluant à haute altitude et de satellites

météorologiques, ont révélé que la proportion d'ozone au-dessus de l'Antarctique est en baisse.

Des vols au-dessus de l'Arctique ont mis en évidence des problèmes similaires dans cette région.

Un équilibre dynamique []

Le jour, à haute altitude, le rayonnement solaire peut dissocier la molécule d'ozone en une

molécule de dioxygène et un atome d'oxygène :

O3 + rayonnement → O2 + O

Durant la nuit et en particulier la nuit polaire, cette réaction n'existe pas puisqu'il n'y a plus de

rayonnement solaire. Une autre réaction devient alors prépondérante : la recombinaison d'un

atome d'oxygène et d'une molécule d'ozone pour donner deux molécules de dioxygène :

O3 + O → 2 O2

Mais l'ensemble de ces deux réactions ne peut rendre compte que de 20 % de la destruction

naturelle de l'ozone, alors que pour parvenir à un équilibre il faut que la perte soit égale à la

production. Ce problème met en évidence la fragilité de l'équilibre de l'ozone. En effet, si les

deux réactions ci-dessus avaient pu suffire à compenser la surproduction d'ozone, l'équilibre de

ce dernier ne dépendrait que de la quantité de dioxygène présent dans la haute atmosphère, et cet

équilibre aurait été difficilement perturbable, mais les composés chlorés perturbent cet équilibre.

Les composés bromés, et les oxydes d'azotes (NOx) contribuent également à cette destruction.

L'action des composés chlorés []

Parvenues dans la stratosphère, les molécules de composés chlorés sont décomposées par le

rayonnement solaire, les produits de cette décomposition détruisant les molécules d'ozone par le

jeu de réactions catalytiques[2]

.

Les sources naturelles de chlore []

La seule source naturelle de chlore est le chlorure de méthyle, principalement produit dans les

océans par les micro-organismes, les algues[réf. nécessaire]

. La concentration ne dépasse pas 0,6

milliardième : c'est à cela que se limite le fond naturel de chlore dans l'atmosphère.

Les chlorofluorocarbures []

Inventés dans les années 1930, les chlorofluorocarbures ont connu un développement important à

partir des années 1950 à cause de leurs propriétés remarquables (ininflammables, facilement

compressibles, non solubles) et, comme ils n'ont qu'une faible réactivité chimique, on les croyait

http://fr.wikipedia.org/wiki/A%C3%A9rostat


http://fr.wikipedia.org/wiki/Satellite_artificiel

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9t%C3%A9orologie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Arctique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nuit_polaire


http://fr.wikipedia.org/wiki/Brome



http://fr.wikipedia.org/wiki/Catalyse

http://fr.wikipedia.org/wiki/Catalyse


http://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorure_de_m%C3%A9thyle


http://fr.wikipedia.org/wiki/Micro-organisme

http://fr.wikipedia.org/wiki/Algue

http://fr.wikipedia.org/wiki/Algue

http://fr.wikipedia.org/wiki/CFC

22

peu toxiques pour l'environnement. Utilisés principalement dans l'industrie du froid, dans les

bombes aérosols comme propulseur, en solvants pour l'industrie électronique, dans les mousses

synthétiques et les agents extincteurs ; ils sont essentiellement dus à l'activité humaine.

La production des CFC est très importante. Pour les deux principaux, le trichlorofluorométhane

(CFC 11) et le dichlorofluorométhane (R 21), la production est passée de 50 000 à 100 000 t au

début des années 1960 jusqu'à 500 000 t en 1999. Cela représente une croissance de 5 à 6 % par

an, soit pratiquement un doublement de la quantité tous les dix ans.

Diffusion dans la basse atmosphère []

Les vents brassent l'atmosphère en permanence :

Horizontalement, avec un temps moyen de transport d'un pôle à l'autre de l'ordre de 2 ou 3 ans. Verticalement, avec une homogénéisation de l'atmosphère jusqu'à 80 km d'altitude.

En 2 à 3 ans, les CFC se retrouvent donc dans l'atmosphère sous toutes les latitudes, aussi bien à

l'équateur qu'aux pôles. Puis, en 15 ans, ils montent dans la haute atmosphère.

Accumulation dans la stratosphère []

À cela s'ajoute un autre effet, les CFC présents dans la stratosphère en 1997 sont ceux qui ont été

produits entre 1977 et 1982, ce qui ne représente que 40 % de ce qui a été produit jusqu'à ce jour.

Les 60 % restants sont encore en train de se mélanger et de monter. Du fait de ce retard, les effets

des CFC produits ces dernières années se feront encore sentir dans 60 ans.

Bilan []

Ainsi, la quantité de chlore naturellement présente dans la stratosphère est d'environ 0,6

milliardième, alors qu'aujourd'hui la proportion totale de chlore atteint 3,5 milliardièmes. Elle a

été multipliée par 5 en 20 ans, ce qui a entrainé une rupture de l'équilibre dynamique.

En hiver, la destruction d'ozone est nulle. Au printemps, elle est très importante car il y a déjà

des UV, beaucoup de cristaux de glace dans la stratosphère et parce que la circulation

atmosphérique, le vortex polaire autour de l'Antarctique, empêche le remplacement de l'ozone

détruit.

Dès la fin du printemps, l'amincissement est moins important parce que la quantité de cristaux de

glace diminue, et aussi parce que la circulation atmosphérique change : il y a alors un mélange

entre l'air antarctique et l'air venu du nord qui apporte de l'ozone.

Données sur la couche d'ozone []

Perte continue d'ozone en Antarctique []

http://fr.wikipedia.org/wiki/Environnement

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cryog%C3%A9nie


http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectronique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Trichlorofluorom%C3%A9thane

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dichlorofluorom%C3%A9thane

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tonne

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%B4le_g%C3%A9ographique


http://fr.wikipedia.org/wiki/Latitude

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quateur_%28ligne_%C3%A9quinoxiale%29



http://fr.wikipedia.org/wiki/Vortex

23

Carte du trou d'ozone au-dessus de l'antarctique en octobre 1987.

La couche d'ozone est aujourd'hui observée par un réseau de stations au sol et au moyen de

satellites artificiels construits, entre autres, par la NASA.

C'est en 1985 que l'alerte a été donnée avec la découverte d'une diminution importante de la

concentration d'ozone au cours des mois de septembre et d'octobre au-dessus du continent

Antarctique. Une réduction de près de 50 % du contenu total d'ozone était observée, se

produisant au cours du printemps austral et couvrant toute la surface de l'Antarctique.

Depuis la fin des années 1970, l'épaisseur de l'ozone est passée, en certains endroits, de

l'équivalent de 3 mm à 2 et même 1,5 mm aujourd'hui, en moyenne pour le mois d'octobre.

C'est cette diminution relative de l'épaisseur de la couche d'ozone stratosphérique (par rapport à

son épaisseur standard ou initiale de 300 DU), que l'on nomme « trou d'ozone » ou « trou dans la

couche d'ozone ».

En 2000, 2001 et 2003, le trou dans la couche d'ozone a atteint une superficie jamais observée

avant 2000, alors que celui de 2002 était le plus petit qui ait été observé depuis 1998. En effet, à

la fin de l'été 2003, le trou a de nouveau atteint un record de superficie… pour diminuer

rapidement durant le mois d'octobre. En 2006, un nouveau record a été enregistré au-dessus de

l'Antarctique.

En 2006, l'ONU et les experts alertent sur le fait que la couche d'ozone se reconstitue moins vite

que prévu, en raison probablement de l'utilisation persistante de gaz interdits, de type CFC, mais

peut-être aussi à cause de l'effet de serre et des trainées de condensation laissées par les

avions[réf. nécessaire]

. Ces dernières, avec d'autres émetteurs de gaz à effet de serre, contribuent en

réchauffant les basses couches de l'atmosphère à priver les hautes couches d'une partie des

calories provenant du rayonnement du sol. Ces hautes couches se refroidissent, or le froid

intensifie les réactions chimiques de destruction de l'ozone[réf. nécessaire]

.


http://fr.wikipedia.org/wiki/Antarctique






http://fr.wikipedia.org/wiki/Organisation_des_Nations_unies


http://fr.wikipedia.org/wiki/Tra%C3%AEn%C3%A9e_de_condensation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le:R%C3%A9f%C3%A9rence_n%C3%A9cessaire/Explication


http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Carte_trou_ozone_Antarctique.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Carte_trou_ozone_Antarctique.jpg

24

Le trou dans la couche d'ozone a atteint une superficie record fin septembre 2006 et une

épaisseur minimale record début octobre, aux alentours de 0,8 DU.[réf. nécessaire]

À cette époque, à

Ushuaïa, petite ville du sud de l'Argentine (non loin de l'Antarctique), les habitants ont été

contraints de ne pas sortir découverts, car ils risquaient des irradiations.[réf. nécessaire]

Perte d'ozone en Arctique []

Dans l'océan Arctique, l'ampleur du phénomène n'atteint pas encore celle qui est observée dans

l'hémisphère Sud.

Le fait que la perte d'ozone, si importante en Antarctique, soit moindre au-dessus de l'Arctique

découle des différences climatiques entre ces deux régions. Le refroidissement de la stratosphère

polaire est en effet moins intense au nord où, en moyenne, les températures sont de 15 à 20 °C

supérieures à celles observées au pôle Sud.

Cette différence de comportement entre les deux pôles est directement liée à la géographie : le

continent antarctique est isolé au milieu des océans dans l'hémisphère Sud. Dans l'hémisphère

Nord, au contraire, une alternance de continents et d'océans, de zones de hautes et de basses

pressions atmosphériques contribue à créer un mouvement continu des masses d'air tel que le

pôle Nord ne reste jamais totalement isolé. L'air des latitudes moyennes, plus chaud, arrive donc

toujours au pôle, y augmentant ainsi les températures moyennes.

En exploitant des données fournies par un satellite de la NASA chargé de la recherche de la

haute atmosphère, les chercheurs ont remarqué que les nuages stratosphériques de l'Antarctique

ont une durée de vie deux fois plus longue que ceux situés au-dessus de l'Arctique.

Le satellite MetOp-A a observé le trou d'ozone en 2007

L'action des ultraviolets sur les organismes vivants []

Les ultraviolets sont des agents mutagènes : ils détériorent l'ADN des cellules, ce qui dérègle

leurs activités biologiques (ex: cancer) ou les détruit (coup de soleil). Le 9 octobre 2003, au sud

du Chili, la couche d'ozone qui avait perdu 50 % de son épaisseur habituelle, offrait si peu de

protection contre les ultraviolets que ce jour-là, il suffisait de passer cinq minutes dehors sans

protection pour attraper un coup de soleil[réf. nécessaire]

. Le sud du Chili n'est pas la seule zone

atteinte, d'autres régions de l'Australie et de la Nouvelle-Zélande ont également connu des

épisodes semblables. De plus, les rayons ultraviolets perturbent les divisions cellulaires des

micro-organismes aquatiques, ce qui a de graves conséquences sur la vie aux pôles[3]

. En plus

des cancers de la peau, on observe aussi un affaiblissement général du système immunitaire.

L'action planétaire pour la préservation de la couche

d'ozone []

Mesures prises []

http://fr.wikipedia.org/wiki/Septembre_2006

http://fr.wikipedia.org/wiki/Octobre_2006


http://fr.wikipedia.org/wiki/Ushua%C3%AFa

http://fr.wikipedia.org/wiki/Argentine



http://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9rature

http://fr.wikipedia.org/wiki/Degr%C3%A9_Celsius

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%B4le_Sud

http://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9ographie


http://fr.wikipedia.org/wiki/NASA

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nuage

http://fr.wikipedia.org/wiki/MetOp-A


http://fr.wikipedia.org/wiki/Mutag%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_d%C3%A9soxyribonucl%C3%A9ique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cancer

http://fr.wikipedia.org/wiki/Coup_de_soleil

http://fr.wikipedia.org/wiki/9_octobre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Octobre_2003


http://fr.wikipedia.org/wiki/Chili


http://fr.wikipedia.org/wiki/Australie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nouvelle-Z%C3%A9lande

http://fr.wikipedia.org/wiki/Division_cellulaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Micro-organisme

http://fr.wikipedia.org/wiki/Couche_d%27ozone#cite_note-2


http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_immunitaire

25

Le protocole de Montréal, signé en septembre 1987 puis révisé à Londres, Copenhague, Montréal et Pékin jusqu'en 1999, a préconisé une diminution des émissions de 50 % en dix ans. Sa ratification universelle (196 pays) a été atteinte en 2009, ce qui constitue un évènement puisqu'il est le premier traité environnemental international à atteindre ce statut.

L'Union européenne a proposé en 1989 une interdiction totale de l'utilisation des CFC durant les années 1990, qui fut approuvée par les États-Unis. L'Union Européenne s'est ensuite dotée d'outils juridiques, dont le récent règlement européen (1005/2009) visant à transposer le Protocole de Montréal en droit européen, tout en fixant des objectifs plus ambitieux de réduction ou d'interdiction de certains gaz détruisant la couche d'ozone.

L'avenir []

Les délégués de 190 pays réunis à Montréal le 12 septembre 2007 ont pu saluer, 20 ans après la

signature du protocole, la réussite du projet qui se concrétise par un arrêt total de la production

des chlorofluorocarbures prévu en 2010 et une estimation optimiste de la communauté

scientifique : la couche d'ozone retrouvera normalement son état de 1980 entre 2055 et 2065. Il

était prévu d'éliminer les hydrochlorofluorocarbures, les principaux substituts des

chlorofluorocarbures, d'ici à 2020 pour les pays industrialisés et 2040 pour les pays en voie de

développement. Des chercheurs ont établi récemment que l'élimination précoce (10 ans plus tôt,

soit en 2030) des hydrochlorofluorocarbures réduirait l'effet de serre dans une proportion

supérieure à ce que doit permettre le Protocole de Kyoto sur le changement climatique. Un

accord a été conclu, lors de cette 19e réunion des parties qui permet une accélération de la sortie

de l'utilisation des hydrochlorofluorocarbures. En vertu de cette entente, la production de ces

substances sera gelée en 2013 à son niveau moyen de 2009-2010. Les pays industrialisés

arrêteront la production et la consommation en 2020, réduisant celles-ci à 75 % en 2010 et 90 %

en 2015 (0,5 % sont autorisés pour la maintenance). Les pays en développement réduiront de

10 % en 2015, 35 % en 2020, 67,5 % en 2025, gardant 2,5 % en moyenne sur les cinq dernières

années pour la maintenance. Le succès du Protocole de Montréal montre que la communauté

internationale est capable de résoudre des problèmes environnementaux.

Pollution de l'air

Pollution de l'ère industrielle

La pollution de l'air (ou pollution atmosphérique) est un type de pollution défini par une

altération de la pureté de l'air, par une ou plusieurs substances ou particules présentes à des

concentrations et durant des temps suffisants pour créer un effet toxique ou écotoxique.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Protocole_de_Montr%C3%A9al


http://fr.wikipedia.org/wiki/Londres

http://fr.wikipedia.org/wiki/Copenhague

http://fr.wikipedia.org/wiki/Montr%C3%A9al

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9kin


http://fr.wikipedia.org/wiki/Union_europ%C3%A9enne



http://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorofluorocarbure

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrochlorofluorocarbure

http://fr.wikipedia.org/wiki/Protocole_de_Kyoto


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pollution

http://fr.wikipedia.org/wiki/Air

http://fr.wikipedia.org/wiki/Toxique

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cotoxicologie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:C571-SL_Yamaguchi_2006_08200011.JPG

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:C571-SL_Yamaguchi_2006_08200011.JPG

26

On compte aujourd'hui des dizaines de milliers de molécules différentes, polluants avérés ou

suspectés qui, pour beaucoup, agissent en synergie entre eux et avec d'autres paramètres (UV

solaire, ozone, hygrométrie, acides, etc.). Les effets de ces synergies sont encore mal connus. Les

seuils de pollution sont mis en évidence par des indicateurs comme l'ozone qui n'est pas classé

comme polluant mais comme gaz irritant, puisque étant un élément majeur de la dépollution de

l'air. Cette pollution atmosphérique ou intérieure est un enjeu de santé public, au niveau mondial

comme individuel[1]

.

Cette pollution peut être :

brève ou chronique,

visible (fumée) ou invisible (pesticides dans l'air)

émise massivement ou en faible dose

émise en quantité dispersée (exemple : pollution émise par les centaine de millions de

pots d'échappement)

locale et émise par une source fixe (ex : cheminée, usine...), ou émise par des sources

mobiles (voitures, épandeurs de pesticides, transport maritime ou aérien[2]

, etc.),

l'ensemble de ces sources contribuant à une pollution globale intérieure ou extérieure

(ex : Augmentation de l'effet de serre due au CO2 ou Composés organiques volatils dans

l'espace domestique) ;

Histoire

C'est avec la révolution industrielle que la pollution de l'air est devenue la plus visible et

manifeste.

Pollution : le smog à New York (1988)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Synergie

http://fr.wikipedia.org/wiki/UV


http://fr.wikipedia.org/wiki/Hygrom%C3%A9trie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pollution_de_l%27air#cite_note-0

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fum%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pesticide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chemin%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Usine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Voiture

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pesticide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transport_maritime

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transport_a%C3%A9rien

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transport_a%C3%A9rien


http://fr.wikipedia.org/wiki/New_York

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Widnes_Smoke.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Widnes_Smoke.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:SmogNY.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:SmogNY.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Pollution_paris.jpg

27

Pollution atmosphérique au-dessus de Paris.

La pollution de l'air a quelques sources anciennes. On sait aujourd'hui que l'air intérieur de

nombreuses habitations traditionnelles, enfumé par des foyers mal conçus, nuisait et nuit encore

à la santé.

Un problème délicat est de savoir quand et de quelles façons les gens du moyen âge ont pris

conscience du danger car ils sont incapables de saisir l'origine microbienne des maladies qui les

menacent. Ils craignaient par dessus tout que ce soit l'air et l'eau qui soient "corrompus" parce

qu'ils les estiment comme la source de leurs malheurs.

Les poussières, fumées et vapeurs émises par les mines de plomb, de cuivre et de mercure de la

Rome antique ou par leurs installations de raffinage et de fonderie ont laissé des traces jusque

dans la glace du pôle nord, via le déplacement des masses d'air polluées.

Mais c'est au XIXe siècle qu'une pollution importante et chronique a recouvert les villes de la

révolution industrielle, celle ci étant du à l'utilisation importante de charbon.

Principales sources de la pollution

La pollution atmosphérique résulte principalement des gaz et particules rejetées dans l’air par les

véhicules à moteur, les installations de chauffage, les centrales thermiques et les installations

industrielles : dioxydes de carbone, de soufre et d’azote, poussières, particules radioactives,

produits chimiques (dont certains engrais et pesticides), etc.

On distingue deux types de sources ;

anthropiques ex : émissions des poêles et chaudières, moteurs, usines, etc. et

naturelles ex : volcanisme, érosion éolienne, émissions naturelles de méthane

Cette distinction est parfois difficile à établir ; la dégradation anthropique des sols (ex :

réchauffement des pergélisol) peut favoriser des émissions de méthane qu'on jugera ou non

naturel, de même qu'une aridification anthropique induite par le drainage, le surpâturage, la

salinisation et dégradation des sols favorise des envols de poussière qu'il est difficile de

différencier des envols naturels à partir des déserts supposés naturels ou originels.

Les véhicules à moteur

De plus en plus nombreux, ils rejettent des gaz polluants : gaz carbonique (non toxique mais

cause essentielle de l'effet de serre, en théorie), monoxyde de carbone, oxydes d'azote… jusque

dans la haute atmosphère avec les avions et fusées. La plupart des moteurs font appel aux

énergies fossiles (pétrole, houille, gaz naturel), à l'origine d'une pollution chronique depuis le

début du XXe siècle. Près de 25 % des gaz à effet de serre sortent des pots d'échappement.

La production d’énergie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sant%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9volution_industrielle






http://fr.wikipedia.org/wiki/Poussi%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Particules_radioactives&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Produits_chimiques

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89rosion


http://fr.wikipedia.org/wiki/Drainage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Surp%C3%A2turage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Salinisation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_carbonique



http://fr.wikipedia.org/wiki/Avion

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fus%C3%A9e_spatiale

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergies_fossiles

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9trole

http://fr.wikipedia.org/wiki/Houille

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_naturel


http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Pollution_paris.jpg

28

Les besoins en énergie augmentent et leur satisfaction entraîne une pollution croissante sur la

planète, notamment en Chine qui en 2006 est devenu[3]

le pays le plus émetteur de CO2 avec la

délocalisation d'une grande partie de la production des pays riches (La chine utilise à 69 % le

charbon pour sa production énergétique, ce qui est un taux 42 fois plus élevé que la moyenne

mondiale). Depuis 2006 notamment, la Chine est devenue le premier pays émetteur de CO2

devant les États-Unis en totalisant presque 20% des émissions globales. En 2007, une centrale au

charbon y serait mise en route tous les 3 jours, chacune développant la puissance d'un réacteur

nucléaire.

Les industries

La fabrication de la plupart des articles domestiques dans le monde entraîne la libération de

substances chimiques toxiques, dans l’atmosphère. C’est le cas, notamment pour la fabrication

d’objets en matières plastiques. Selon les cas et les pays, les entreprises sont contrôlées et/ou

doivent produire des autocontrôles ou évaluation de leurs émissions polluantes. En Europe,

certaines données sont obligatoirement publiques (Convention d'Aarhus) et transmises à un

registre européen des rejets et des transferts de polluants (remplaçant l'ancien registre européen

des émissions de polluants (EPER), traduit en France par l'Arrêté du 31 janvier 2008 et un

registre national ; le sol, l'eau et l'air doivent être pris en compte, pour les entreprises produisant

des produits dangereux produits à plus 2 t/an, et de déchets non dangereux à plus de 2 000 t/an.

Le 13 mars 2008, une circulaire a ajouté 22 polluants de l’air et 22 de l’eau à l'ancienne liste des

substances.

Les produits polluants (sources, diffusion, effets)

En particulier, dans le cas de la pollution aérienne, la diffusion des polluants joue un rôle

important dans les effets constatés : dans certains cas, une pollution importante mais d'origine

ponctuelle va se diffuser sur une zone géographique importante et avoir un impact faible, dans

d'autres cas, une pollution diffuse (par exemple issue des transports) va être concentrée par les

vents et le relief et ainsi avoir un impact notable sur les populations.

Précurseurs de l'ozone

L'ozone est dit polluant secondaire ; il n'est pas émis directement dans l'air mais résulte d'une

réaction photochimique impliquant des précurseurs, des polluants issus de l'automobile,

essentiellement les oxydes d'azote. Il est une des causes du smog. L'ozone se développe plus

intensément en période de temps chaud et ensoleillé : les concentrations en ozone sont ainsi plus

élevées durant la période estivale. À noter que l'on parle ici de l'ozone troposphérique, c'est-à-

dire de l'ozone des basses couches de l'atmosphère, qui est un polluant majeur et provoque

notamment des problèmes respiratoires. Au contraire, l'ozone dans la haute atmosphère, formé

par des mécanismes différents, donne naissance à la couche d'ozone qui protège des

rayonnements ultraviolets.

Oxydes d'azote[4]

Les oxydes d'azote (notés d'une façon générale par le sigle NOx) regroupent :



http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_%28Terre%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8res_plastiques

http://fr.wikipedia.org/wiki/Autocontr%C3%B4le

http://fr.wikipedia.org/wiki/Convention_d%27Aarhus

http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000018276495&dateTexte

http://www.pollutionsindustrielles.ecologie.gouv.fr/IREP/index.php

http://fr.wikipedia.org/wiki/Vent


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9curseur_%28chimie%29


http://fr.wikipedia.org/wiki/Ozone_troposph%C3%A9rique




29

o le monoxyde d'azote (NO),

o le dioxyde d'azote (NO2)

Sources :

Les NOx sont essentiellement produits par l'Homme. Toutes les combustions à haute température

et à haute pression : moteurs des automobiles, en particulier les moteurs diesel qui, du fait de leur

fonctionnement à plus haute pression, émettent 2 à 3 fois plus de NOx que les moteurs à essence.

La pollution NOx des voitures est règlementé par les normes européennes[5]

. Un avion qui

décolle produit en moyenne 14 kg d'oxyde d'azote, l'équivalent de 2 000 voitures diesel qui font

25 km (norme euro 2004).

Effets sur la santé :

Lors de pics de pollution, les NOx occasionnent des troubles respiratoires, inflammation et

obstruction des voies aériennes et augmentation de la sensibilité aux attaques microbiennes[6]

.

Les personnes particulièrement à risque sont les fumeurs, patients atteint de troubles respiratoires

(dont asthme, allergie) personnes fragiles, âgées et atteintes de problèmes cardiovasculaires

notamment.

Composés organiques volatils

Les composés organiques volatils (COV) sont des hydrocarbures qui peuvent être émis par des

facteurs anthropogéniques (production d'essence, émanation de solvant) et aussi par la

végétation. On les retrouve dans l'air ambiant domestique, et ils sont la causes de nombreuses

maladies respiratoires et de peau. Carburant, peinture, colle, solvant, insecticide, parfum

d'intérieur, produits de nettoyages, sont des COV fortement cancérigènes, sources de difficultés

respiratoires et de problèmes de reproductions.

Plus de 100 000 substances chimiques font partie de notre quotidien, elles contribuent à la

formation de cancers, de problèmes génétiques et pathologiques de reproduction, de difficultés

respiratoires importantes, de maladies de peau et d'allergies[7]

, selon le Président de UFC - Que

Choisir. Situé dans l'espace domestique, ce type de pollution affecte d'abord les personnes les

plus fragiles (enfants, femmes enceintes, personnes âgées). En conséquence, les hôpitaux filtrent

ce type de pollution dans les blocs opératoires, mais cette solutions est aussi adoptée par les

particuliers pour traiter la pollution domestique.

Gaz à effet de serre

Article détaillé : Gaz à effet de serre.

Dioxyde de carbone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Monoxyde_d%27azote




http://fr.wikipedia.org/wiki/Compos%C3%A9_organique_volatil

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrocarbures

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Pollution_domestique&action=edit&redlink=1


http://fr.wikipedia.org/wiki/Maladie_g%C3%A9n%C3%A9tique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Reproduction


http://fr.wikipedia.org/wiki/Union_f%C3%A9d%C3%A9rale_des_consommateurs_-_Que_choisir

http://fr.wikipedia.org/wiki/Union_f%C3%A9d%C3%A9rale_des_consommateurs_-_Que_choisir

http://fr.wikipedia.org/wiki/Traitement_de_l%27air

http://fr.wikipedia.org/wiki/Purificateur_d%27air

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_%C3%A0_effet_de_serre

30

Centrale thermique fonctionnant au charbon en Allemagne

Alors que le dioxyde de carbone n'est pas toxique en soi, et favorise en fait la croissance des

plantes, les environnementalistes ont mis en évidence dans les années 1990 une théorie selon

laquelle l'excès de dioxyde de carbone serait une forme de pollution, en raison de son action dans

le processus de réchauffement climatique. C'est notamment pourquoi le Protocole de Kyoto,

entré en vigueur en 2005, a établi un calendrier de réduction des émissions de ce gaz.

Bien que mis en doute par de nombreux scientifiques, le consensus du rapport du GIEC de 2007

précise que la probabilité est de 90 % que l'homme soit responsable du « changement

climatique » observé entre l'âge industrielle à ce jour.

Article détaillé : Émissions de CO2.

Méthane

Le méthane (CH4) est nuisible par sa grande contribution à l'effet de serre. Son potentiel de

réchauffement global sur une durée de 100 ans est de 25 fois celui du CO2. Comme le méthane

se dégrade assez rapidement dans l'atmosphère, la valeur est encore plus forte sur une durée de

20 ans ; 72 fois celui du CO2.

Sources :

Fermentation (voir biogaz)

Gaz de digestion des animaux d'élevage (ruminants notamment) (il faut savoir que cette

pollution représente 18 % du changement climatique, alors que tous les moyens de

transport réunis n'en produisent « que » 13,5 %)

Culture de riz

Gaz naturel

http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_thermique


http://fr.wikipedia.org/wiki/Plante

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ann%C3%A9es_1990

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9chauffement_climatique




http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89missions_de_CO2


http://fr.wikipedia.org/wiki/Potentiel_de_r%C3%A9chauffement_global


http://fr.wikipedia.org/wiki/Fermentation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Biogaz

http://fr.wikipedia.org/wiki/Digestion

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ruminant

http://fr.wikipedia.org/wiki/Riz

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_naturel

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Kohlekraftwerk_Mehrum_Schornstein.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Kohlekraftwerk_Mehrum_Schornstein.jpg

31

Protoxyde d'azote

Le protoxyde d'azote N2O, est un gaz à effet de serre très important malgré des concentrations

assez faibles, en raison de son potentiel de réchauffement global sur une durée de 100 ans égal à

298 fois celui du CO2. La production du N2O est essentiellement une conséquence de l'utilisation

d'engrais azotés en agriculture, et n'a rien à voir avec les autres oxydes d'azote, qui sont eux

produits par la combustion, notamment dans les moteurs.

CFC et assimilés

Dès les années 1980, il a été démontré que les chlorofluorocarbones (CFC), dits « fréons », ont

des effets potentiellement négatifs ; destruction de la couche d'ozone dans la stratosphère ainsi

qu'importante contribution à l'effet de serre. Le protocole de Montréal mis un terme à la

production de la grande majorité de ces produits.

Sources :

Utilisés dans les systèmes de réfrigération et de climatisation pour leur fort pouvoir

caloporteur, ils s'en échappent à l'occasion de fuites des appareils ou sont libérés lors de

la destruction des appareils hors d'usage.

Utilisés comme propulseur dans les bombes aérosols, une partie est libérée à chaque

utilisation. Les bombes aérosols utilisent désormais comme gaz de propulsion de l'air

comprimé, ou du dioxyde de carbone (CO2).

Autres gaz

Monoxyde de carbone (CO) : c'est un des produits de la combustion incomplète. Il est

dangereux car il se fixe sur l'hémoglobine du sang, empêchant le transport d'oxygène

dans l'organisme. De plus, il est inodore et incolore, le temps de ressentir un léger mal de

tête et il est déjà trop tard sans intervention extérieure. Il se dilue très facilement dans l'air

ambiant, mais en milieu fermé, sa concentration le rend toxique, voire mortel ; chaque

année, on relève des dizaines de cas d'intoxication mortelle, à cause d'appareil de

combustion (ou de groupes électrogènes) placés dans une pièce mal aérée (manque

d'oxygène entrant, manque de sortie pour le CO).

Dioxyde de soufre (SO2) : c'est l'un des principaux déchets rejetés lors de la combustion

d'origine fossile. Ces origines peuvent être anthropiques (chauffage domestique,

transports, industrie, métallurgie) mais également naturelles : marécages, océans,

volcanisme. Il est un agent irritant du tractus respiratoire. Le dioxyde de soufre est aussi

un composant de la formation des pluies acides, nuisibles aux écosystèmes tels que les

forêts et les lacs. En 2006, la Chine est le premier pays du monde pour les émissions de

dioxyde de soufre, qui ont progressé de 27 % entre 2000 et 2005[8]

.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques, sont un ensemble de composés dont

certains sont cancérigènes, émis dans le cadre de la combustion, notamment la

combustion domestique, mais également dans les moteurs Diesel.

le mélange BTX : benzène, toluène, xylène.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Protoxyde_d%27azote


http://fr.wikipedia.org/wiki/Ann%C3%A9es_1980

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorofluorocarbone





http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9frig%C3%A9ration

http://fr.wikipedia.org/wiki/Climatisation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fluide_caloporteur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Propulseur





http://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9moglobine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sang

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyg%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Toxique


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pluie_acide


http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrocarbure_aromatique_polycyclique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Canc%C3%A9rog%C3%A8ne


http://fr.wikipedia.org/wiki/BTX

http://fr.wikipedia.org/wiki/Benz%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tolu%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Xyl%C3%A8ne

32

Particules

Pot d'échappement d'automobile

Les particules solides en suspension dans l'air sont principalement constituées :

de suies, particules cancérigènes riches en carbone, résidus de combustion incomplète

(dues aux moteurs diesel, à l'activité industrielle, au chauffage au bois résidentiel [9]

, par

exemple).

de poussière (provenant de l'érosion des sols ou d'activité volcanique),

de particules d'origine biologique pollen, virus, bactéries, spores, excréments d'acariens..

(tout ou partie de l'année). Les pollens peuvent être rendus allergènes par contact avec les

polluants oxydants (ozone en particulier) ou suite à un long séjour dans l'air ou exposé

aux UV [10]

....

des procédés industriels, comme le sciage du bois d'œuvre.

Le poids de ces particules et leur taille, de l'ordre du micromètre à la centaine de micromètres de

diamètre, leur permettent de se diffuser au gré des vents, voire pour les nanoparticules de se

comporter comme des gaz. Une fois émises, elles peuvent rester en suspension pendant des

heures et même des jours ou des mois (voir Particules en suspension).

Elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et ce d'autant plus que leur taille est

réduite (particules fines, plus petites que 2,5 µm). Dépendant de leur constitution (mélange

comprenant plusieurs éléments), de leur concentration et des durées d'exposition, les particules

peuvent causer des allergies, des difficultés respiratoires ou encore des lésions pouvant entraîner

des cancers dans certains cas.

La pluie en lessivant l'atmosphère ramène de nombreux polluants au sol. Mais une partie d'entre

eux, pourra, une fois déshydratée, repartir dans l'air. Certains polluants plus légers que l'eau ou

liposolubles sont provisoirement fixés par les océans, dans le biofilm de surface, mais ils peuvent

repasser dans le compartiment atmosphérique par évaporation ou via les embruns emportés par le

vent à des dizaines voire des centaines de kilomètres lors des tempêtes.

Parmi les problèmes émergents, récents ou nouveaux, on peut citer :

la pollution radioactive, avec les essais nucléaires atmosphériques, puis les pollutions

dues au fonctionnement des installations nucléaires ou à des accidents (Tchernobyl,

Tokai-Mura..). Des molécules qui n'existent pas dans la nature peuvent apparaître

http://fr.wikipedia.org/wiki/Particules_en_suspension

http://fr.wikipedia.org/wiki/Suie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Canc%C3%A9rog%C3%A8ne



http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89rosion


http://fr.wikipedia.org/wiki/Virus

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bact%C3%A9rie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Spore

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acarien

http://fr.wikipedia.org/wiki/UV



http://fr.wikipedia.org/wiki/Poumon

http://fr.wikipedia.org/wiki/Allergie



http://fr.wikipedia.org/wiki/Biofilm

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89vaporation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Embrun_marin

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Black_smoke_car.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Black_smoke_car.jpg

33

ponctuellement (iode radioactif à courte durée de demie vie) ou durablement (dans ce cas,

il s'agit souvent de métaux lourds qui tendent à retomber au sol (ex. : plutonium, césium

137 de Tchernobyl), mais qui peuvent facilement recontaminer l'air lors par exemple d'un

incendie de forêt, après qu'ils se sont accumulés dans les arbres ou d'autres végétaux ou

champignons exposés à l'incendie.

produits chlorés type dioxines ou furanes issus de l'incinération des déchets

nouveaux produits chimiques industriels non testés (voir Directive Reach)

des résidus de pulvérisations de pesticides (micro-gouttelettes ou micro-agglomérats

cristallisés) issus de gouttelettes perdues par les pulvérisateurs et emportés par le vent

(dérive), ou qui se sont décollées du sol ou qui sont présentes sous forme absorbée sur les

particules de sol transformée en poussière ;

des polluants biologiques nouveaux ou anormalement présents. C'est le cas de particules

émises par l'aération des élevages industriels. C'est le cas de fines particules provenant de

fientes d'oiseaux, d'excréments de chiens et de chats qui sont déshydratés, écrasés et

dispersés par le passage des piétons et véhicules puis mis en suspension dans l'air par le

vent, avec des spores fongiques ou microbiens (streptocoques, staphylocoques) en raison

de l'imperméabilisation croissante de notre environnement. L'apparition de nouveaux

matériels de nettoyage comme les souffleuses a exacerbé ce type de pollution.

des métaux lourds paradoxalement perdus par les pots catalytiques

des pollens nouveaux apportés par des plantes introduites allergènes, une augmentation

du nombre de pollens érodés et dégradés (et donc plus allergènes) en raison de la forte

régression des abeilles qui en collectent donc bien moins, en raison de l’augmentation de

l’acidité et du caractère oxydant de l’air, et en raison de l’imperméabilisation croissante

de notre environnement : la rosée, les mousses et les lichens qui fixaient et les sols

humides qui fixaient les pollens et particules de l’air disparaissent de nos villes.

Parmi les questions émergentes :

Celle des "changements climatiques" apparaît de plus en plus préoccupante. La pollution

gagne les hautes couches de l'atmosphère avec les avions à réactions. Leurs traînées de

condensation contrails), non pris en compte par le Protocole de Kyoto ont des impacts qui

semblent avoir été sous-estimés.

La pollution lumineuse, en forte augmentation est indirectement liée à la pollution de l'air

(la réflexion de la lumière sur les particules en suspension augmente la diffusion et la

taille du halo)

Synthèse sur les grandes sources de pollution aérienne

La principale cause est l'activité anthropique, mais certains événements naturels peuvent

perturber la composition de l'air de façon non négligeable et durable, comme une éruption

volcanique ou certains feux naturels à très grande échelle.

La pollution due aux activités humaines se décompose principalement en :

rejets de l'industrie : les industries de la chimie et de la pétrochimie notamment rejettent

dans l'air de nombreux types de produits, résidus de processus de transformation ; les

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Furane

http://fr.wikipedia.org/wiki/Directive_Reach

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9taux_lourds

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pot_catalytique


http://fr.wikipedia.org/wiki/Contrail


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pollution_lumineuse

http://fr.wikipedia.org/wiki/Halo_lumineux

http://fr.wikipedia.org/wiki/Anthropique

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89ruption_volcanique

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89ruption_volcanique


http://fr.wikipedia.org/wiki/Chimie

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9trochimie

34

installations du secteur de la Sidérurgie et de la métallurgie émettent également de

nombreux polluants en grande quantité, notamment dans des processus de combustion

incomplète : cokeries, agglomérations, etc., ou de refonte de matériaux utilisés (aciéries

électriques) ;

rejets liés à l'incinération et la dégradation naturelle ou contrôlée (compostage,

fermentation…) des ordures ou d'autres produits ;

rejets liés à la production d'énergie (électricité, généralement par combustion de carbone

fossile produits pétroliers, charbon et gaz ; ou de chaleur chauffage résidentiel, des

bureaux…),

rejets liés aux activités agricoles et d'élevage ;

la pollution par les transports ; diffuse et difficile à contrôler.

Règlementation

La plupart des pays se sont dotés de lois sur l'air (Clean Air Act), Loi sur l'air en France, etc.

En Europe, les voitures neuves devront en 2012 ne pas émettre en moyenne plus de

120 grammes de CO2 par kilomètre contre de 160 en 2006. Les constructeurs automobiles

devront y contribuer jusqu'à 130 g/km, les 30 g restant étant assuré par l'ajout de biocarburants

et/ou des nouvelles technologies.

L'annexe VI de la convention marpol traite de la pollution de l'air par les navires.[11]

Effets (Impacts sanitaires)

Sur les êtres vivants

La pollution de l'air semble avoir des conséquences globales ; en affectant la santé de nombreux

êtres vivants évolués, et même d'espèces réputées primitives et résistantes (lichens, algues,

invertébrés..). La pollution peut directement tuer des organismes (ex. : lichens sensibles à la

pollution acide de l'air). Elle a aussi des impacts indirects (par exemple en dégradant les odeurs,

fragrances florales, hormones ou phéromones avant qu'elles atteignent leurs cibles), ce

phénomène pouvant pour partie expliquer le déclin de certaines populations pollinisateurs (dont

certains oiseaux, chauve-souris nectarivore) constaté dans tous les pays industriels et agricoles. Il

pourrait aussi expliquer les difficultés qu’ont les individus de certaines espèces (lézards,

serpents, amphibiens, certains mammifères) à se reproduire (mâle et femelles ne se retrouvant

plus ou moins bien) ou de certaines espèces à se nourrir (l’individu ne percevant plus aussi bien

l’odeur qui le conduisait à sa source de nourriture). Certaines phytohormones pourraient moins

bien jouer leur rôle de médiateur biochimique, rendant certains végétaux plus fragiles et

vulnérables à leurs prédateurs. Les relations prédateurs-proies pourraient être également

affectées là où l’air est pollué.[12]

.

Chez l'Homme

http://fr.wikipedia.org/wiki/Incin%C3%A9ration

http://fr.wikipedia.org/wiki/Compostage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fermentation


http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectricit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9trole


http://fr.wikipedia.org/wiki/Agriculture

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89levage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Marpol


http://fr.wikipedia.org/wiki/Odeur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hormone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A9romone


35

Elle entraîne une augmentation des maladies respiratoires (comme asthme, angines ou

insuffisance respiratoire ou bronchiolite) et cardio-vasculaires et est source de surmortalité. Les

enfants sont plus sensibles que les adultes à la pollution automobile.

La réduction des fines particules en suspension dans l'air augmente l'espérance de vie.[13]

La

réduction de la pollution de l'air peut contribuer jusqu'à 15% de l'espérance de vie globale.

Certains industriels proposent des solutions de purification de l'air domestique à l'aide d'appareils

de filtration, épuration, combustion, ou photocatalyse de l'air afin de réduire les risques des

impacts sanitaires de la pollution sur l'organisme à partir d'une analyse des différentes sources de

pollution de l'air.

Système cardiovasculaire : L’exposition chronique à un taux important de micro-

particules dans l'air accroît sensiblement le nombre de maladies cardio-vasculaires

(infarctus du myocarde, accidents vasculaires cérébraux, angine de poitrine) et est

associée à un risque accru de décès et d’infarctus fatal ; Une étude nord américaine

récente a conclu qu'une augmentation de l’exposition aux particules PM 10 de 10 µg/m³

en moyenne sur un an, se traduit par une augmentation de 16% du taux de mortalité

global et un accroissement de 43% du taux de mortalité par infarctus (le tabagisme et

l'excès de poids étant 2 facteurs aggravant le risque de mortalité)[14]

, plus encore chez la

femme ménopausée[15]

.

Santé reproductive : Les pesticides respirés à faible dose mais de manière chronique

sont suspectés d'affecter la santé, notamment reproductive de l'Homme (et d’un nombre

croissant d'espèces animales et végétales).

On connaissait déjà les effets délétères pour la reproduction de nombreux métaux lourds

ou de produits chimiques qualifiés de leurres hormonaux ou mimétiques hormonaux. Il

semble aussi que les polluants les plus courants puissent avoir des effets sur la fertilité.

Selon une méta-analyse récente d’études internationales (de Tchéquie, Pologne, Brésil,

États-Unis)[16]

, les polluants communs de l'air auraient aussi un impact sur différentes

étapes de la reproduction humaine masculine et féminine (gamétogénèse, conception,

développement intra-utérin, naissance).

Métrologie : Elle est rendue délicate par le caractère multifactoriel des problèmes, la pollution

de l'air n'étant parfois qu'un des paramètres en cause. Des protocoles épidémiologiques et

écotoxicologiques d'évaluation des impacts de la pollution de l'air se développent depuis les

années 1980 pour mieux quantifier le nombre de cas attribuables à une pollution spécifique (par

exemple en France, pour les plans régionaux pour la qualité de l’air (PRQA) prévus par la loi sur

l'air. En France, l'évaluation se fait en 6 étapes: 1) définition d'une période d’étude, 2) définition

d'une zone d’étude, 3) recueil et analyse d'indicateurs d’exposition à la pollution de l'air, 4) et

d'indicateurs sanitaires, 5) choix de relations exposition-risque, 6) calcul du nombre de cas

imputable à cette pollution. Des outils aident les chercheurs à construire des indicateurs

(d’exposition, de vulnérabilité, sanitaires..) et pour le calcul des cas selon différents scénarios[17]

.

Végétaux

La pluie acide est le phénomène le plus souvent évoqué, mais il se combine avec

l'exposition aux embruns routiers salés, aux embruns marins pollués (cf. biofilm) et aux

http://fr.wikipedia.org/wiki/Asthme

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bronchiolite

http://fr.wikipedia.org/wiki/Surmortalit%C3%A9



http://fr.wikipedia.org/wiki/Esp%C3%A9rance_de_vie_humaine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Purification_de_l%27air

http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_cardiovasculaire

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Micro-particules&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Micro-particules&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Infarctus_du_myocarde

http://fr.wikipedia.org/wiki/Accident_vasculaire_c%C3%A9r%C3%A9bral

http://fr.wikipedia.org/wiki/Angine_de_poitrine

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tabagisme



http://fr.wikipedia.org/wiki/Sant%C3%A9_reproductive

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sant%C3%A9_reproductive

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fertilit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tch%C3%A9quie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pologne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Br%C3%A9sil



http://fr.wikipedia.org/wiki/Gam%C3%A9tog%C3%A9n%C3%A8se

http://fr.wikipedia.org/wiki/Naissance

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89pid%C3%A9miologie

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cotoxicologique

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89valuation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Impact

http://fr.wikipedia.org/wiki/PRQA



http://fr.wikipedia.org/wiki/Embrun_marin

http://fr.wikipedia.org/wiki/Biofilm

36

apports par l'air et les pluies d'autres polluants dont des désherbants, fongicides ou

insecticides transportés par l'air puis lessivés par les pluies ou directement absorbés dans

les cuticules cireuses. Ces polluants affectent les plantes directement, ou indirectement

suite à la disparition ou régression de champignons symbiotes, ou d'espèces

pollinisatrices (abeilles notamment). Certaines plantes semblent toutefois dotées de

puissants mécanismes de détoxication (par exemple le lierre dégrade le benzène qu'il

absorbe, au point de dépolluer en quelques heures l'air d'une pièce fermée. (voir

programme phyt'air).

Le retour de produits azotés (nitrates) sur terre et dans les mers par lavage par la pluie

pourrait avoir une incidence sur la prolifération [réf. nécessaire]

Animaux

Les impacts les plus souvent cités sont respiratoires et écotoxiques (phénomènes

inflammatoires, diminution de l'immunité).

Des études récentes sur les pesticides dans l'air, et sur les pesticides dans la pluie ont

montré que certains de ces biocides sont (dans les années 1990-2006) souvent présents

dans l'air et les pluies, rosées, brumes, etc. Ils sont très présent dans les pluies plusieurs

jours par an (au-dessus des normes européennes pour l'eau potable, et en quantité très

supérieure à ce qu'on trouve dans l'eau du robinet). Ils sont le plus présent au moment des

pulvérisations ou peu après, c’est-à-dire une grande partie de l'année en zone tropicale, et

le plus souvent de mai à mi-juillet (dans l'hémisphère nord, en zone tempérée). Les

mesures ont montré qu'ils diffusent rapidement à grande distance, ce qui explique qu'ils

sont presque aussi présents en ville dense que dans les villes industrielles et agricoles. On

dispose de peu de données sur l'habitat dispersé dans les champs ou aux abords de vignes

ou vergers. Les insecticides affectent directement nombre d'animaux à sang froid en les

tuant ou en les affaiblissant. Pesticides et engrais peuvent avoir de nombreux impacts sur

la faune et les écosystèmes.

Des chercheurs ont modélisé [18]

l’impact de la pollution de l’air sur la dispersion des

fragrances de fleurs : Dans un air pur, les odeurs florales se dispersent sur des distances

pouvant parfois dépasser le kilomètre, alors que dans un air pollué, l’ozone, les acides,

divers oxydants et radicaux libres (hydroxyles et nitrés) et d’autres polluants dégradent

ou modifient ces molécules en réduisant fortement la portée de la fragrance des fleurs

(50 % du parfum d’une fleur est alors “ perdu ” avant d’avoir parcouru 200 m). Selon

Jose D. Fuentes, co-auteur de l’étude “Cela rend beaucoup plus difficile la localisation

des fleurs pour les pollinisateurs”. Il estime que ces arômes sont détruits jusqu’à 90% par

la pollution, par rapport à avant l'Ère industrielle, et que ce pourrait être une des causes de

régression des pollinisateurs (dont les abeilles).

Champignons

Les champignons sont en forte régression dans les zone d'agriculture intensive et

urbaines, tout comme certains lichens pour cela utilisés comme bio-indicateurs de la

qualité de l’air. Il est possible que les fongicides présents dans l’air et lessivés par les

http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9sherbant

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fongicide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Insecticide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Abeille

http://fr.wikipedia.org/wiki/Phyt%27air


http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Prolif%C3%A9ration_biologique&action=edit&redlink=1


http://fr.wikipedia.org/wiki/Respiration

http://fr.wikipedia.org/wiki/Immunit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pesticides

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pesticides

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Biocides&action=edit&redlink=1


http://fr.wikipedia.org/wiki/Ros%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Brume


http://fr.wikipedia.org/wiki/Lichen

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bio-indicateur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fongicide

37

pluies soient responsable de la régression des espèces les plus sensibles. D’autres

polluants pourraient avoir des propriétés fongicides non intentionnelles.

Les champignons sont aussi bios accumulateurs, notamment pour les métaux lourds et

radionucléides. À ce titre, ils peuvent être utile pour détecter des pollutions anciennes (mercure

par ex, très bio accumulé par les arbres, puis par le champignon (ex : Oreille de Judas), chaque

espèces semblant avoir des préférences pour certaines catégories de métaux.

Sur les bâtiments

Les matériaux dans l’environnement urbain pollué

Depuis plus de deux siècles, l'augmentation massive de la production et de la consommation

d'énergie, due au développement des industries, des transports et du chauffage, ainsi que le

remplacement, comme combustible, du bois par le charbon et les dérivés du pétrole, ont entraîné

d'importantes émissions atmosphériques de composés soufrés, soit sous forme gazeuse (SO2),

soit liés à des particules (cendres volantes micrométriques, suies nanométriques). Il en a résulté

une importante sulfatation des matériaux du patrimoine bâti, surtout la pierre, se manifestant par

l'apparition, à l'interface matériaux-atmosphère, de sulfate de calcium hydraté (Gypse: CaSO4,

2H2O). Cette sulfatation est accompagnée d'altérations physiques et esthétiques, selon des

modalités complexes dépendant, en plus des concentrations en soufre d'origine atmosphérique,

d'autres paramètres tels que l'humidité relative de l'air, l'exposition ou non des matériaux à la

pluie, de leur disponibilité en calcium, de leur porosité, de leur rugosité...

La nature chimique et minéralogique, ainsi que les propriétés physiques de la surface des

matériaux en cours de sulfatation, influent sur ce phénomène en déterminant uniquement ses

modalités, qui vont ainsi sensiblement différer d' une pierre calcaire à une pierre siliceuse, d' une

pierre compacte à une pierre poreuse, d' une pierre à un bronze ou à un verre, etc...

Le durcissement de la réglementation ces dernières décennies en matière d'émissions

atmosphériques, l’abandon du charbon et la désulfuration des combustibles ont porté leurs fruits:

les teneurs en SO2 et en cendres volantes ont considérablement chuté. Cependant, une évolution

s'est faite en sens inverse: les teneurs en NOx, provenant de l'oxydation de l'azote atmosphérique

lors de toute combustion, et les teneurs en particules très fines, les suies, provenant de la

combustion d'autres carburants que le charbon et le fioul lourd (essence, fioul léger, kérosène,

gaz naturel...) n'ont pas diminué et occupent désormais le devant de la scène, malgré les efforts

importants des motoristes automobiles.

Les pellicules noires fines, lisses et compactes que l'on voit actuellement se développer sur les

bâtiments récemment nettoyés ont ainsi remplacé les croûtes noires gypseuses : la salissure noire

(soiling en anglais) a remplacé la sulfatation. Par ailleurs, la formation de nitrates à la surface

des matériaux, à partir des oxydes d’azote et de l’acide nitrique, est très rarement observée,

probablement du fait de leur très grande solubilité dans l'eau, qui les fait disparaître sitôt formés.

L'aspect des façades et des statues

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Bios_accumulateur&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Radionucl%C3%A9ide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oreille_de_Judas

http://fr.wikipedia.org/wiki/B%C3%A2timent_%28construction%29

38

L'observation d'une façade de bâtiment ou celle d'une statue en zone urbaine polluée montre la

juxtaposition de parties sombres et de parties claires:

• Les parties sombres sont abritées de la pluie (hormis le cas du développement à la pluie

d'organismes de couleur foncée très avides d'humidité). On y note la présence de croûtes grises

ou noires qui se révèlent au laboratoire être constituées de particules atmosphériques cimentées

par du gypse. La croissance de ces croûtes gypseuses nécessite que les phénomènes qui en sont à

l’origine, la sédimentation particulaire et leur cimentation, soit continus. Cela explique que ces

croûtes se trouvent dans les zones abritées de la pluie; en effet, une pluie ou un ruissellement

peuvent en quelques instants évacuer les particules qui s'étaient déposées depuis la pluie

précédente et dissoudre le ciment gypseux embryonnaire qui s'était formé. Cependant, le gypse

étant un minéral hydraté, une quantité minimale d'humidité dans l'air (vapeur, microgoutellettes

de brouillard) est indispensable à sa formation.

• Les parties claires sont frappées par la pluie directe ou par des ruissellements d'eau. À ces

endroits, le matériau est à nu car il est lessivé : il conserve sa couleur originelle. Les particules

qui se sont déposées entre deux pluies sont évacuées par la pluie suivante et le ciment gypseux

qui a commencé de se développer est dissous : la surface du matériau est à nu ou même érodée.

La sulfatation à l'interface matériau-atmosphère

La sulfatation des façades des bâtiments et des statues en atmosphère urbaine polluée concerne

tous les matériaux qui les constituent.

L'apparition du gypse est cantonnée à l' interface entre l'atmosphère contenant du soufre et la

surface des matériaux à son contact:

• Le gypse apparaît au-dessus de la surface quelle que soit la nature du matériau, calcique ou

non : pierres calcaires ou siliceuses, ciments, mortiers, bétons, briques, céramiques, verres,

vitraux, métaux, bois, plastiques, peintures... Dans ce cas, la sulfatation se fait de la surface du

matériau vers l'extérieur, par apport de soufre sous forme gazeuse (SO2), d' humidité (H2O)

sous forme de vapeur ou de micro-gouttelettes contenant éventuellement des composés soufrés et

calciques dissous, et par dépôt de poussières diverses (anthropiques, terrigènes, marines,

biogéniques...) elles-mêmes éventuellement porteuses de soufre et de calcium. L'ensemble

aboutit à la croissance d'une croûte gypseuse, d'abord grise puis s'assombrissant

progressivement jusqu'au noir. Parmi les particules atmosphériques, une attention particulière a

été portée ces dernières décennies aux cendres volantes, émises principalement par la

combustion du charbon et du fioul lourd. Certaines sont en effet porteuses de soufre et de

catalyseurs de la sulfatation (V, Ni, Fe...): elles pourraient ainsi jouer un rôle important dans la

synthèse du gypse.

• La sulfatation en dessous de la surface vers la profondeur, se fait par transfert du soufre suivant

le réseau poreux du matériau, sous forme gazeuse (SO4) et/ou dissous dans l'eau (H2SO4).

Cependant, le gypse n'apparaît en dessous de la surface que si du calcium mobilisable est

disponible dans le matériau, généralement sous forme de carbonate (calcite: CaCO3) et il apparaît

alors par transformation de la calcite, en entraînant souvent d'importants désordres structuraux

39

macroscopiques du fait que son volume molaire est plus grand que celui de la calcite:

fracturation, cloquage, détachement de plaques...

Les deux phénomènes de sulfatation au-dessus et au-dessous de la surface des matériaux

peuvent être concomitants ou indépendants, en fonction des propriétés de la pierre et des

conditions de la pollution atmosphérique:

A -Une pierre calcaire moyennement poreuse comme le calcaire lutétien qui a servi à bâtir les

grands monuments (Louvre, Notre-Dame, Saint-Eustache...) et les immeubles hausmanniens de

Paris, présente plusieurs formes d'altération en relation avec la pollution atmosphérique:

• les parties à l'abri de la pluie et des ruissellements sont sombres et voient se développer des

croûtes gypseuses.

• les parties exposées à la pluie sont claires, lessivées et érodées, mais peuvent aussi présenter

une forme originale d'altération structurale: la formation et le détachement de plaques blanches.

L'épaisseur de ces plaques (mm) semble correspondre à la profondeur de pénétration de l'eau lors

d'une pluie battante qui sature rapidement le réseau poreux superficiel de la pierre avant de

ruisseler à sa surface (phénomène du refus). Après la fin de la pluie, pendant la phase de séchage,

l'eau s'évapore en profondeur de la roche, entraînant la cristallisation des sels qu'elle contenait à

l'état dissous, essentiellement du gypse, développant ainsi un niveau de décollement qui entraîne

le détachement de la plaque blanche parallèlement à la surface du mur et indépendamment de la

stratification de la pierre. Ce phénomène peut s'observer, par exemple, dans la Cour Carrée du

Louvre ou sur l'église Saint-Eustache. Si une importante rugosité superficielle de la pierre se

conjugue à une importante pollution particulaire, des particules déposées vont résister au

lessivage et des croûtes noires pourront apparaître même dans les parties des façades exposées à

la pluie. Ainsi, ce mécanisme d'évaporation-cristallisation va-t-il entraîner le détachement,

parallèlement à la surface du mur, d'une plaque non plus blanche mais noire. Ce mécanisme

explique la relative minceur des coûtes noires recouvrant ces plaques noires: elles n'ont pas le

temps de croître comme leurs voisines abritées de la pluie, puisqu'elles se détachent

spontanément et assez rapidement. C'est aussi ce mécanisme "d'auto-nettoyage" qui explique la

juxtaposition en puzzle de taches blanches, grises et noires dans ces parties des édifices

exposées à la pluie: le détachement d'une plaque noire fait apparaître une zone intacte blanche

qui, à son tour, va peu à peu devenir grise puis noire. Les taches blanches du puzzle sont

soumises depuis peu au dépôt particulaire, les grises depuis plus longtemps et les noires depuis

encore plus longtemps. Une plaque noire comporte de sa surface vers sa profondeur: une croûte

noire, une tranche de pierre partiellement sulfatée, le niveau gypseux qui a entraîné son

détachement.

B - Une pierre comme le tuffeau de Touraine, très poreuse et très rugueuse en surface,

montre aussi de très nombreux exemples de tels puzzles blanc-gris-noir. Ainsi, la cathédrale de

Tours et les monuments ou les maisons du Val de Loire, devraient être entièrement noirs s'ils

n'assuraient pas spontanément leur "auto-nettoyage" par le détachement régulier de plaques

noires. Mais cet "auto-nettoyage", s'il dispense d'une intervention des entreprises d'entretien des

façades, a une conséquence économique importante: s'il est inutile de les nettoyer, il faut

remplacer les pierres, car chaque détachement de plaque entraîne une perte de matière et un

40

sérieux recul de la surface de l'édifice. L'auto-nettoyage permanent entraîne la nécessité de

chantiers permanents de remplacement de la pierre. Le phénomène peut être sensiblement freiné

en substituant au tuffeau poreux une pierre moins poreuse comme la pierre de Richemont. La

cathédrale de Tours montre encore, par exemple dans le cloître de la Psallette qui lui est adossé

au Nord, que les parties abritées de la pluie peuvent montrer elles aussi le phénomène du puzzle

blanc-gris-noir: les condensations d'eau sont tellement importantes sous les voûtes de ce cloître

que cette eau percole à travers les croûtes noires, pénètre dans la roche sous-jacente et s'y

évapore en profondeur selon le mécanisme que nous venons de décrire dans les parties exposées

à la pluie.

C - Enfin, un puzzle blanc-gris-noir peut encore apparaître lorsque des remontées capillaires

d'eau chargée de sels s'ajoutent à la pollution atmosphérique. C'est le cas par exemple à

Venise, à la base des palais construits en pierre blanche d'Istrie où les croûtes noires dues à

l'accumulation et à la cimentation des poussières atmosphériques restent adhérentes aux parties

des édifices situées à l'abri de la pluie, mais se détachent spontanément en puzzle lorsque les sels

des remontées capillaires cristallisent à la base des mêmes édifices qui sont baignés par l'eau de

mer.

Les changements de nature de la pollution atmosphérique

Des changements de nature de la pollution atmosphérique - et donc des dépôts sur les matériaux -

se sont produits dans le passé, quand la nature des combustibles a changé.

L'utilisation massive du charbon, puis des dérivés du pétrole aux 19ème et 20ème siècles, a

succédé à l'utilisation non moins massive du bois, combustible universel et unique pendant de

nombreux siècles (cuisine, chauffage, artisanat...). Il en résultait alors une probable pollution

atmosphérique dont on retrouve trace dans la littérature et même dans la peinture antérieure à la

révolution industrielle et à l'invention de la photographie. On en retrouve aussi des reliquats sur

des éléments de façade anciens, exposés à l'atmosphère anté-industrielle et qu'un concours de

circonstances a épargnés ensuite de l'action de l'atmosphère industrielle.

A - Un exemple démonstratif de tels reliquats est celui des Têtes des Statues des Rois de Juda,

actuellement exposées au Musée National de Moyen Age, en l' Hôtel de Cluny, à Paris. Ces

statues ont orné la façade de Notre-Dame de Paris depuis l'époque gothique (XIIe siècle) jusqu'à

la Révolution française (1793) lors de laquelle elles furent martelées, décapitées, et jetées à bas,

avant d'être évacuées vers un lieu inconnu (1796). Au XIXe siècle, Viollet-le-Duc fit exécuter les

copies que l'on voit actuellement sur la façade de la cathédrale. Vingt-et-une des vingt-huit têtes

originelles furent retrouvées fortuitement en 1977, lors de travaux souterrains rue de la Chaussée

d' Antin et transportées au musée où elles peuvent dorénavant être examinées. Cet examen révèle

la présence de croûtes grises sur les faces des statues mais pas sur les tranches des cous: cet

encroûtement s'est donc produit antérieurement à leur enfouissement, c'est-à-dire durant leur

exposition à l'atmosphère du centre de Paris entre le 12ème et le 18ème siècles. L'examen

microscopique du contenu de ces croûtes grises montre d'abondants débris de bois cimentés par

une gangue minérale majoritairement calcitique et peu sulfatée. Ce résultat prouve

l'empoussièrement massif (au point d'en incruster les éléments des façades) de l'atmosphère

parisienne anté-industrielle, la nature des poussières révélant celle du combustible dominant, le

41

bois, et la nature du ciment révélant celle du gaz polluant dominant, le CO2, accompagné de

faibles doses de SO2.

B - En 1770, Demachy peignait une toile intitulée "La démolition de l'Église Saint-

Barthélémy en la Cité", actuellement exposée au Musée Carnavalet à Paris, sur laquelle on

observe clairement des croûtes grises aux endroits où les attend, compte-tenu des connaissances

exposées ci-dessus (les parties de la façade de l'église abritées de la pluie, en particulier la partie

haute des colonnes). De plus, la source occasionnelle de ces dégradations esthétiques est elle-

même peinte: un brasero brûlant évidemment du bois. L'église Saint-Barthélémy en la Cité

occupait l'emplacement actuel du Tribunal du Commerce, Boulevard du Palais, à 200 m de

Notre-Dame où les mêmes causes produisaient les mêmes effets à la même époque.

C - D'autres croûtes grises anté-industrielles sur la pierre ont été trouvées à Paris sur le

Pilier des Nautes, à Saint-Trophime d'Arles, à Bologne, à Rome... et d'autres exemples de

représentations de croûtes noires, aux endroits où elles doivent être, existent sur les toiles de

certains peintres vénitiens du XVIIIe siècle bons observateurs (Canaletto, Guardi, Bellotto...),

alors que chez leurs prédécesseurs et contemporains (Titien, Véronèse...) les zones sombres ne

résultent que du jeu de la lumière avec l'architecture. Les premiers ont peint ce qu'ils voyaient,

les seconds ce qu'ils imaginaient...

Le verre des vitres et des vitraux dans l’environnement urbain pollué

A -Le verre a la réputation d'être un matériau inaltérable. En effet, beaucoup d'objets anciens en

verre nous parviennent apparemment intacts ; cependant, les instruments modernes

d'investigation montrent que si, à l'échelle macroscopique un verre peut sembler inaltéré, il n'en

est pas de même à l'échelle microscopique. Le principal agent d'altération du verre est l'eau, qui

provoque, lorsque son pH est inférieur à 9, un lessivage superficiel ou lixiviation (leaching) des

alcalins et alcalino-terreux, éléments dits « modificateurs » du réseau irrégulier de tétraèdres

SiO4, dits « formateurs ». Il en résulte la formation d'une couche de gel siliceux hydraté qui fait

écran à la propagation de la lixiviation en profondeur. De fait, celle-ci ne progresse qu'à la faveur

de fractures parallèles ou perpendiculaires à la surface du verre. Lorsque le pH de l'eau dépasse

9, la structure en tétraèdres est elle-même détruite et le verre se corrode. Dans les conditions de

la pollution atmosphérique, le pH est plutôt acide que basique et la lixiviation prédomine. Son

intensité dépend essentiellement de la composition chimique du verre: les verres et vitraux

anciens sont généralement silico-calco-potassiques et sont peu durables; les verres modernes

sont silico-calco-sodiques et sont très durables.

B - Les vitraux anciens des églises, que l'on ne nettoie pas régulièrement, s'altèrent sous la pluie

par lixiviation ou par corrosion (apparition de cratères), et ils s'opacifient par le développement

de croûtes sulfatées dans les parties abritées de cette pluie. De plus, ils ont le plus souvent une

composition chimique qui favorise leur altérabilité (richesse en potassium, pauvreté en sodium).

L'action de la pollution atmosphérique contemporaine sur des échantillons de verre ayant la

composition de vitraux anciens consiste en une lixiviation par la pluie entraînant en surface

l'apparition de néo-cristallisations dont la composition chimique reflète dans un premier temps

la composition du verre et celle des polluants gazeux (sulfates et nitrates de calcium, sodium,

potassium...). Mais, peu à peu le gypse devient le minéral dominant et il cimente des particules

42

atmosphériques. On assiste ainsi au développement progressif d'une croûte noire gypseuse

comme sur la pierre ou le bronze, dans les zones abritées de la pluie.

C - Le principal dommage causé au verre moderne par la pollution atmosphérique est d'ordre

esthétique : il s'agit d'une salissure (soiling) provoquée par le dépôt et la rémanence de

poussières à sa surface, y compris dans les parties lessivées par la pluie, ce qui peut paraître

paradoxal, et qui nécessite des nettoyages incessants, souvent à grands frais. En revanche, la

lixiviation de ces mêmes verres modernes sodiques est un phénomène insignifiant, sans

conséquences macroscopiques visibles à court terme.

Sur le climat

Certains polluants atmosphériques, notamment les CFC, détruisent la couche d'ozone.

Attention : l'ozone est un gaz toxique et il est donc considéré comme un polluant dans l'air près

du sol. À ces altitudes, il s'agit d'ozone produit essentiellement par des activités humaines. Dans

les couches à haute altitude, où il est présent naturellement, il arrête une partie des rayons UV et

a donc un rôle positif et ne peut plus être considéré comme polluant. C'est pour cette raison qu'on

parle parfois de "bon" et de "mauvais" ozone.

Statistiques mondiales

Pays de l’OCDE

Pollution de l'air de quelques pays de l'OCDE en 2005[19]

pays

émissions d'oxyde

de soufre

(en kg/hab.)

émissions d'oxyde

d'azote

(en kg/hab.)

émissions de CO2 dues à la

consommation d'énergie

rapporté au

PIB

rapporté au nombre

d'habitants

Australie 143 120 0,81 17,35

Canada 76,0 78,0 0,72 17,49

États-Unis 48 65 0,45 19,48

Grèce 46 29 0,73 8,67

Pologne 38 21 1,66 7,68

Espagne 37 35 0,52 7,68

République

tchèque 23 31 1,94 11,47

Luxembourg 7 38 0,47 21,96

Note : la Russie et la Chine ne font pas partie de l'OCDE.

Selon l’Agence d'information sur l'énergie américaine, les rejets de CO2 aux États-Unis ont chuté

de 1,3 % en 2006[20]

à cause d'un hiver moins rigoureux.




http://fr.wikipedia.org/wiki/Energy_Information_Administration



http://fr.wikipedia.org/wiki/Pollution_de_l'air



43

Selon l'Association médicale canadienne, en 2008 au moins 21 000 Canadiens décéderont des

suites d'effets graves de la pollution atmosphérique[21]

.

République populaire de Chine

Le développement industriel rapide de la Chine provoque une augmentation de la pollution

atmosphérique, en particulier dans les grandes agglomérations du pays.

En 2007, la Chine devrait dépasser les États-Unis en termes de rejet de CO2 et devenir le premier

pays pollueur du monde : les émissions de dioxyde de carbone devraient passer de 5,6 milliards

de tonnes en 2006 à 6,02 cette année, ce qui représente environ 22 % du total mondial[22]

. mais

en même temps, vu la démographie de la chine qui fait 22% de la population mondiale, celà fait

un taux de pollution de 4.42 tonnes par habitant, encore bien inférieur à celui de la France qui est

égal à 5.95 tonnes par habitants [23]

.

En 2006, la Chine est le premier pays du monde pour les émissions de dioxyde de soufre, qui ont

progressé de 27 % entre 2000 et 2005[24]

. Le dioxyde de soufre est aussi un composant de la

formation des pluies acides, nuisibles aux écosystèmes tels que les forêts et les lacs. Selon le

New York Times, « La Chine va supplanter les États-Unis en tant que premier émetteur de CO2

d’ici à 2009 » [25]

. Les émissions d’oxydes d’azote et de dioxyde de soufre sont 8 à 9 fois plus

élevées que dans les pays développés[26]

.

Les conséquences de la pollution atmosphérique sur la santé des Chinois sont dramatiques : on

estime qu'elle est responsable de 358 000 décès et 640 000 hospitalisations en 2004[27]

.

En tant que pays émergent, la République Populaire de Chine n'est pas contrainte à respecter le

protocole de Kyoto. Pourtant, le pays est affecté par le réchauffement global de la Terre : 80 %

des glaciers de l'Himalaya se sont réduits, ce qui a des conséquences sur les cours d'eau qui

naissent dans ces montagnes et coulent en Chine. En 2006, le Sichuan a connu une grave

sécheresse.

Union européenne

L'Union européenne a enregistré une amélioration nette et globale pour le dioxyde de soufre, le

plomb et le monoxyde de carbone (émissions divisées par deux de 1995 à 2004, alors que les

PM-10 chutaient de 44% de 1990 à 2004). Cependant le Benzène (qui a pour partie remplacé le

plomb de l'essence) pose problème, de même que les pics d'ozone qui ne diminuent pas en dépit

d'une baisse des émissions de précurseurs d’ozone (- 36% de 1990 à 2004).

Hormis pour les pesticides, ce sont les urbains qui sont le plus exposés, surtout dans le Benelux,

la Pologne, la République tchèque, la Hongrie, la vallée du Pô (Italie) et le sud de l’Espagne.

(20% à 30% des urbains de l'UE-25 sont potentiellement exposés à des taux d'au moins 3

polluants (dioxyde d’azote, PM-10, et ozone) dépassant les normes européennes. Les PM-10

seraient selon l'UE globalement responsable d'une une perte d’espérance de vie de 9 mois (pour

les européens de l’UE-25).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Association_m%C3%A9dicale_canadienne







http://fr.wikipedia.org/wiki/New_York_Times





http://fr.wikipedia.org/wiki/Sichuan

http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9cheresse

http://fr.wikipedia.org/wiki/Union_europ%C3%A9enne


http://fr.wikipedia.org/wiki/Plomb


44

Des progrès sont localement constatés en matière d'acidification et eutrophisation, mais en 2004

15% des écosystèmes naturel ou semi-naturel de l’UE-25 étaient concernés par des retombées

acides critiques, surtout à cause des retombées de nitrates et ammoniac issus de l’agriculture et

d'oxydes émis par les véhicules et chaudières ou cheminées. l'UE estimait en 2007 que 47% de

ses espaces d’écosystèmes naturels ou semi-naturels étaient en 2004 soumis à une eutrophisation

induite par la pollution azotée de l'air. «Air pollution in Europe 1990-2004», Rapport n°2/2007

de l'Agence européenne de l'environnement (EEA).

Pollution des villes

La ville de Téhéran en Iran est l'une des plus polluées du monde : en novembre 2006, la

pollution de l'air dans la capitale iranienne aurait fait 3 600 morts, essentiellement par

crise cardiaque[28]

. La mauvaise qualité de l'air est due au nombre important de voitures

vétustes dans l'agglomération.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Eutrophisation

http://reports.eea.europa.eu/eea_report_2007_2/en

http://fr.wikipedia.org/wiki/Agence_europ%C3%A9enne_de_l%27environnement

http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9h%C3%A9ran

http://fr.wikipedia.org/wiki/Iran

http://fr.wikipedia.org/wiki/Crise_cardiaque

http://fr.wikipedia.org/wiki/Crise_cardiaque

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Chimie - African Virtual University (12:12)/Chimie... · 2010. 7. 18. · Avant de suivre ce cours, les étudiants doivent réviser les chapitres précédents de leur cours d’introduction