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Réactions chimiques à la lumière du soleil : quelle est la relation cachée entre les NOx et l'ozone ?
Dans la chimie de l'air, NOx fait référence à l'oxyde nitrique (NO) et au dioxyde d'azote (NO2). Ces deux oxydes d'azote sont étroitement liés à la pollution atmosphérique. Ces gaz contribuent de manière significative à la formation de smog photochimique et de pluies acides, et affectent également la concentration d'ozone troposphérique. En particulier dans les environnements à haute température, comme lors du processus de combustion des moteurs automobiles, la réaction de l'azote et de l'oxygène produira du NOx. Dans les zones à fort trafic des grandes villes, les émissions d’oxydes d’azote deviennent souvent une source majeure de pollution atmosphérique.
Les sources naturelles de NOx incluent également la foudre, mais la principale source de pollution reste la combustion de combustibles fossiles.
Formation et réaction de NOx
À température et pression normales, l'azote et l'oxygène ne réagiront pas. Mais dans des environnements à haute température, ils subiront une réaction endothermique pour générer divers types d’oxydes d’azote. Cette température élevée se produit généralement dans les moteurs à combustion interne ou les chaudières des centrales électriques, ou se produit naturellement lors de la foudre. La concentration totale de NOx fait référence au NO et au NO2 car la conversion entre les deux est très rapide tant dans la troposphère que dans la stratosphère.
Génération d'ozone
Le smog photochimique, une forme importante de pollution atmosphérique, se forme lorsque les NOx et les composés organiques volatils (COV) réagissent à la lumière du soleil. En été, à mesure que le rayonnement solaire augmente, la fréquence de ce type de smog augmentera également. Les émissions des activités industrielles et du trafic réagissent rapidement avec les NOx, augmentant ainsi la concentration d'ozone et de peroxydes, provoquant des problèmes de santé humaine.
Les effets négatifs de la fumée ne peuvent être sous-estimés, en particulier pour les enfants, les asthmatiques et les personnes qui travaillent ou font de l'exercice à l'extérieur.
Le mécanisme des pluies acides
Le NO2 réagira avec les radicaux OH pendant la journée et sera davantage oxydé pour générer de l'acide nitrique (HNO3), qui peut se dissoudre dans l'eau liquide pour former des pluies acides. Ce processus est dû à la conversion du NO2 dans l’atmosphère, provoquant des effets durables sur l’environnement.
Sources naturelles et anthropiques d'oxydes d'azote
Les sources naturelles de NOx incluent la foudre, car pendant le processus intense de chauffage et de refroidissement de la foudre, des molécules stables (telles que N2 et O2) sont converties en quantités importantes de NOx. Selon certaines études, chaque éclair produit en moyenne environ 7 kilogrammes de NOx, ce qui peut atteindre 8,6 millions de tonnes par an. Cependant, les activités anthropiques, notamment la combustion du charbon et du pétrole, sont la principale source d'oxydes d'azote, avec des émissions annuelles estimées à 28,5 millions de tonnes.
Effets sur la santé et l'environnement
L'exposition aux NOx est étroitement liée aux maladies du système respiratoire, peut déclencher et aggraver les symptômes de l'asthme, et peut même conduire au développement de l'asthme. Ces gaz ont également été associés aux maladies cardiaques, au diabète et à la mortalité. Les NOx peuvent réagir avec l'ammoniac, l'humidité et d'autres composés pour former des particules de poussière d'acide nitrique, ce qui peut avoir des effets négatifs sur la santé.
Selon les estimations de l'American Lung Association, près de 50 % des résidents américains vivent dans des comtés qui ne respectent pas les normes en matière d'ozone.
Impact sur le biodiesel
Le biodiesel et ses mélanges sont généralement considérés comme réduisant les émissions nocives des tuyaux d'échappement. Bien que les premières études aient montré que le biodiesel peut augmenter les émissions de NOx, des études ultérieures ont montré que jusqu'à 20 % des mélanges de biodiesel ont un impact insignifiant sur les NOx.
Technologie de réglementation et de contrôle des émissions
La réduction catalytique sélective (SCR) et la réduction sélective non catalytique (SNCR) sont des technologies couramment utilisées pour réduire les émissions de NOx et reposent sur la réaction avec l'urée ou l'ammoniac pour générer de l'azote et de l'eau. Aux États-Unis, les niveaux d’émission des véhicules diesel modernes ont été considérablement réduits, mais le défi du contrôle des émissions de NOx demeure.
Conclusion
La relation entre les NOx et l'ozone ne se reflète pas seulement dans leur impact sur la qualité de l'air, mais implique également de multiples dimensions de la santé humaine et de l'environnement écologique. Alors que nous cherchons à résoudre ces problèmes, nous devons prêter attention aux réactions chimiques plus profondes et aux changements environnementaux. Pouvons-nous donc trouver des moyens plus efficaces de réduire l’impact des NOx sur l’environnement ?
