Chimie de l’environnement

Contradiction?

Chimie et Environnement

Science souvent multidisciplinaire- Analyse de l’environnement- Constatation des problèmes dans l’environnement- Recherche pour trouver des solutions pour « réparer »l’environnent après constatation des dégâts

Mossong Patrick

Quels sont les sujets traités dans cette matière? • Chimie de l’air

• Chimie de l’eau

• Chimie des sols

Disciplines liées à la chimie de l’environnement: • Droit de l’environnement• Ecotoxicologie• Ecologie• Gestion de l’environnement

Historique

La pollution de l’environnement a eu lieu dès que l’homme a commencé avec des transformations chimiques

• Métallurgie pour produire des métaux comme l’étain, le plomb, le mercure…

• Utilisation du plomb pour la tuyauterie et la vaisselle

Saturnisme: Intoxication au plomb, maladie mise en évidence dès l’age de bronze (à partir de 1800 avant J.C.)

• Combustion du charbon Elisabeth I interdisait la combustion du charbon lorsque le parlement

siégeait (1578)

Origine des pollutions et responsables

• Combustions (chauffage, transport, production d’énergie…)

Responsables: Madame et Monsieur Tout-le-Monde!!!

• Pollution émanant de l’industrie Responsables: Industrie elle-même, lois trop

laxistes, favoritisme…• Pollution due à l’agriculture Responsables: Industrie agricole, pression

des prix, coutumes, habitudes…

Pollution de l’air

• Problèmes majeurs- Effet de serre- Couche d’ozone- Oxydes acides- Ozone troposphérique- Pollution par d’autres

substances (particules fines, amiante…)

Source: The Epoch times Deutschland

Quel est le travail d’un chimiste de l’environnement?

• Constater qu’il y a un problème dans l’environnement.

• Analyser le problème. • Trouver objectivement les sources du

problème et les responsables. Origine humaine, naturelle?

• Trouver des solutions praticables. Argent!!!

Le monoxyde de carbone

• Gaz incolore, inodore, insipide(sans goût)• Produit lors d’une mauvaise combustion• Durée de vie moyenne dans l’atmosphère: 40 jours• Source naturelle: Oxydation du méthane via le

méthanal (CH2O)• Source anthropique: Combustions (chauffage,

circulation) • Globalement 40% source naturelle 60% source

anthropique) • Teneur moyenne plus élevée dans l’hémisphère Nord

(100ppb) que dans l’hémisphère Sud (50ppb)

• Trafic dense et bouchons, la teneur en CO peut augmenter fortement (140ppm)

• Problème de santé, CO peut se fixer sur l’hémoglobine

• HbO2+COHbCO+O2

Équilibre fortement déplacé vers la droite

€

KC =HbCO[ ]⋅ϕ O2( )

HbO2[ ]⋅ϕ CO( )= 370 ϕ = rapport volumique

Conséquence: Même une faible fraction en CO bloque un pourcentage élevé d’hémoglobine!!Un bon fumeur peut facilement bloquer 10% de son hémoglobineL’air pollué par un trafic dense peut bloquer jusqu’à 20% d’hémoglobine

Solution partielle de ce problème: • Installation des catalyseurs sur les voitures

à essence

Réaction: 2CO+O22CO2

• La concentration en CO a fortement diminuée à partir des années 1980

Catalyseur à trois voies

http://blog.rectimo-pieces-auto.com/2011/07/fonctionnement-catalyseur-auto-piece-auto-de-rechange-ligne-dechappement/

Photolyse• Un grand nombre de réactions chimiques

sont provoquées par des photons, les rayons cosmiques provoquent donc des réaction chimiques.

• La photolyse augmente avec l’altitude, car rayonnement plus énergétique, longueurs d’onde plus petites.

Chimie spécifique liée aux radiations

• Des photons énergétiques sont capables de rompre des liaisons chimiques

• Liaison est caractérisée par l’énergie de liaison

€

O2(g) h⋅ν ⏐ → ⏐ 2O E l = 495 kJmol

• A chaque fréquence est associée une longueur d’onde pour cette liaison =242nm•Spectre ultraviolet

Le problème de la chute de l’ozone dans la stratosphère est lié à des composés particulièrement stables, les chlorofluorocarbures (CFC)

Pourquoi?

-durée de vie particulièrement longue-L’atome de chlore libéré par photolyse présente un effet catalytique pour détruire le trioxygène.

Ces réactions valaient le prix Nobel à Molina et Sherwood Rowland

A quoi bon d’avoir l’ozone en stratosphère?

• L’ozone capte lors d’une réaction photochimique des rayons UV-B

• Les rayons UV-B sont capables de provoquer:

-Un érythème (rougeur inflammatoire)-Affaiblissent le système immunitaire-Réduit la synthèse de la vitamine D3

- Des dommages aux yeux-Phytoplancton est particulièrement sensible aux UV-B : Une diminution de sa production est observée (!!!chaîne alimentaire)

Remèdes• Dans le traitement de

Montréal(1987) on a décidé de geler et de diminuer fortement la production des CFC.

• Trouver des alternatives!!

Stabilité chimiqueDestruction négligeable de l’ozonePas toxique, faible risquePRG (Réchauffement) et PDO (Ozone) faibleSubstituant sont HCFC ou hydrocarbures (congélateurs)

Aérosols

• Brouillards, nuages, poussières• Origine naturelle, anthropologique• Excellent porteurs de substances

nuisibles, toxiques• Sources très variables: volcans,

océans, combustions(moteur diesel, chauffage, cigarette!!)

• Problèmes: pluie acide, voie respiratoire

Quelques substances dans l’aérosol d’une cigarette• Système de combustion

Pollution du sol

• Analyse expérimentale d’un sol

Travail parfois fastidieux

Connaître le type de sol

Variation élevée des sols

Absorption variable

Pollution variable

Granulation variable

Exemple: Mesure du pH d’un sol• Sécher le sol

• Tamisage du sol

• Pesée d’une masse précise

• Mise dans l’eau

• Filtrage

• Mesure

Pollution de l’eau

• Analyse des eaux par des paramètre chimiques, physiques et biologiques

• Recherche de l’origine d’une pollution

• Contrôle régulier

• Mise en œuvre de stations d’épuration