OXYDES D´AZOTE

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  • Pøidal/a: Kauša
  • Datum pøidání: 16. èervence 2006
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Pøíbuzná témata



OXYDES D´AZOTE

1.LES PROPRES OXYDES

●N2O
●NO
●NO2
●NO3
●N2O5
- SOURCES
Sources antropogenes
Sources naturelles
- CONSÉQUANCES

2.OXYDATION AUX NITRATES

3.REACTION A L´OZON

4.REDUCTION A LA SOURCE
ELIMINATION CHIMIQUE
Réduction thermique
ORIGINE DES OXYDES D´AZOTE
Les émissions d'oxydes d'azote dans l'air

5.LES EFFETS DEFAVORABLES

6.LES OXYDES D´AZOTE CONTENUS DANS LES PLUIES ACIDES

1.LES PROPRES OXYDES

Parmi les nombreux oxydes d'azote existant dans l'atmosphere (protoxyde N2O, sesquioxyde N2O3, pentoxyde N2O5, ...), le monoxyde (NO) et le dioxyde d'azote (NO2) sont les plus impliqués dans les mécanismes de pollution atmosphérique. Ce sont ces deux polluants qui seront désignés ici sous le terme d'oxydes d'azote.
●N2O
L´oxyde d´azote le plus propagé dans l´air est le protoxyde d´azote N2O, dont la concentration dans l´athmosphere est assez élévée. Sa source principale est l´activité des bacteries de dénitrification dans terre et dans des premieres couches de l´océan. On évalue la production naturelle moyenne de N2O a 590*106 tonnes. Tant que N2O est peu réactif, il est uniformement réparti dans l´athmosphere et il n´y a aucune influence aux réactions dans l´air et l´influence défavorable a l´environement non plus. Il se décompose dans la stratosphere, la mezosphere contient tres peu de N2O. 4-10 % sont éliminés par la réaction avec les atomes de l´oxygene excités et le reste est soumis a la photodiodisation.

●NO
Le NO est un composé instable, qui, à température ambiante, se combine à l'oxygène pour former du NO2 qui, lui, est stable. Le monoxyde d'azote est donc présent en faible quantité dans l'air
Le monoxyde d'azote NO se forme par combinaison de l'azote N2 et de l'oxygene O2 atmosphériques lors des combustions a hautes températures : N2 + O2 + chaleur <=> 2 NO.
Ce polluant est donc émis par les installations de chauffage des locaux, les centrales thermiques de production électrique, les usines d'incinération et les automobiles.

L'oxyde nitrique n'existe pas dans l'atmosphère car il se convertit en bioxyde en présence de l'oxygène. Ces divers composés sont des irritants puissants qui atteignent particulièrement les membranes muqueuses. Si on les inhale, ils endommagent les voies respiratoires; ils réagissent, en effet, avec l'humidité, et produisent des acides nitreux et nitriques.

●NO2
Le monoxyde d'azote NO est rapidement oxydé en dioxyde d'azote NO2 par réaction avec d'autres oxydants de l'air (oxygene O2, ozone O3, ...) : 2 NO + O2 <=> 2 NO2, NO + O3 <=> NO2 + O2.
La fabrication et l'utilisation d'acide nitrique, la déflagration d'explosifs et les soudages sont aussi a l'origine de ces composés.
Très toxique, le bioxyde d'azote peut être produit par la combustion du nitrate de cellulose.
●NO3
la toxicité des oxydes d'azote est essentiellement due au NO2. Celui-ci, peu soluble, s'infiltre jusque dans les alvéoles pulmonaires.
●N2O5

Le N2O5 est connu comme un produit intermediare pendant la formation de l´acide nitrique a partir de NO2.

SOURCES
Dans le cas des installations de combustion, les oxydes d'azote proviennent:
- de composés azotés présents dans le combustible (30 à 60% est converti en NOX)
- de l'oxydation de l'azote de l'air de combustion
La teneur en azote des combustibles est approximativement:
- nulle dans le gaz
- 0,1 à 0,2% dans le fuel liquide
- 1 à 1,5% dans le charbon

Des dispositions particulières sont prévues pour:
- les unités de production d'acide nitrique
- la sidérurgie

Sources antropogenes
Le parc automobile est responsable de près des ¾ des émissions de NOX, mais n'oublions pas que dans les campagnes, les porcheries par exemple peuvent être de gros producteurs de NOX !
Dans la maison, les deux principales activités sources de NOX sont :
- la cuisson des aliments avec des cuisinières et fours à gaz
- le tabagisme (faible contribution).
- la utilisation des engrais azotés mineraux
- la production de l´énergie, le transport routier (l´émission par la combustion - 90-95% volumique de NOX émis est le NO, qui se décompose en liaison avec la tem pérature, en N2 et O2. La réection rétroactive est tres lente, elle n´existe presque pas.

Dans la maison, les concentrations les plus élevées se retrouvent souvent pendant l'hiver, au moment de la cuisson des repas. Des concentrations supérieures à 200 µg/m³ ont été mesurées dans des cuisines insuffisamment ventilées. Ces pics de forte concentration sont généralement de courte durée, au moment de l'allumage de la cuisinière ou du four.
La concentration de NOX dans l'air extérieur est souvent plus élevée que celle de la mason
Sources naturelles
A l'échelle planétaire, les orages, les éruptions volcaniques et les activités bactériennes produisent de tres grandes quantités d'oxydes d'azote. Toutefois, en raison de la répartition de ces émissions sur la surface terrestre, les concentrations atmosphériques naturelles d'oxydes d'azote demeurent tres faibles.
CONSÉQUANCES

Des voies respiratoires peuvent être irritées. En affaiblissant encore plus la couche de l´ozon dans la stratosphere des rayons krátkovlnné pénétrerons beaucoup plus a la surface de la Terre. Cela causera l´augmentation d´apparition du cancer du peau et ca pourait meme influencer la pousse des fleures par le chamgement des conditions de la photosynthese.La prévention est tres importante.

2.OXYDATION AUX NITRATES

Le NO émité est dans l´athmosphere oxydé a NO2 avec la formation de l´acide dusièné qui suit. L´acide devient, sous la forme de ses sels, la part des corpuscules d'aerosole et avec eux il est éliminé de l´athmosphere. Le processus de l´oxydation de NO2 aux nitrates n´est pas encore absolument claire. On suppose deux types de réactions:
1. Oxydation avec les radicaux hydroxyles
2. Oxydation par l´ozon
NO2 + O3 => O2 + NO3
NO3 + NO2 => N2O5
N2O5 + H2O => 2 HNO3
3. Un role peu important peu jouer, dans l´athmosphere, la réaction de NOX avec de l´eau et l´oxydation des ionts d'azote aux nitrates:
NO + NO2 + H2O => 2 HNO2
2 NO2 + H2O => HNO2 + HNO3
L´oxydation de NO a NO2 est la réaction la plus importante dans la chimie de l´athmosphere

3.REACTION A L´OZON

Les différentes réactions entre l'ozone et les oxydes d'azote peuvent se résumer par l'équilibre suivant :

NO2 + O2 + U.V. = => O3 + NO

L'ozone est donc formé par réaction entre le dioxyde d'azote et l'oxygène atmosphérique en présence de radiation solaire. La réaction inverse est possible : l'ozone est détruit par le monoxyde d'azote pour donner du dioxyde d'azote. Si la formation d'ozone est un phénomène lent (plusieurs heures), la destruction par le NO est rapide (quelques minutes).
Il existe un équilibre entre ces réactions de formation-destruction et, dans les conditions normales, le taux d'ozone reste stationnaire. Cet équilibre peut être brisé par la présence de composés organiques volatils avec, pour conséquence, une augmentation de la teneur en ozone.
Les variations nycthémérales (c'est-à-dire les variations de concentrations selon un rythme de 24 heures) de l'ozone résultent de cet équilibre. La journée, sous l'influence des rayons solaires, l'ozone est formé à partir du dioxyde d'azote (la destruction continue mais l'effet global observé est une augmentation de l'ozone). Pendant la nuit, seule la réaction de destruction subsiste et l'ozone diminue en formant une " réserve " de dioxyde d'azote qui pourra reformer de l'ozone le jour suivant.
Dans un environnement urbain, la production d'ozone est forte pendant la journée et sa destruction est rapide pendant la nuit. Les pics sont bien marqués, alors qu'en milieu rural et en l'absence de NO, la destruction est plus faible et les variations sont moindres, bien que le niveau général soit plus élevé (ligne de base plus haute).

4.REDUCTION A LA SOURCE

La formation d'oxydes d'azote à partir de l'air de combustion est favorisée par:
- une température de flamme élevée
- un excès d'air important
La formation des oxydes d'azotes peut principalement être réduite sur des installations existantes par:
- la réduction de la température de flamme:
* en recirculant une partie des gaz de combustion à la base de la flamme (brûleurs dit bas NOX)
* en injectant de l'eau ou de la vapeur d'eau en mélange avec le combustible
- la réduction de l'excès d'air
Une autre voie en développement est la combustion sans flamme. Ce mode de combustion est obtenu en préchauffant l'air au dela de 800°C, et en assurant une large recirculation des gaz de combustion vers la base du brûleur. La combustion se fait alors sans flamme visible, la température dans le foyer est plus homogène et les points chauds sont supprimés.
La formation de NOx est fortement réduite tout en autorisant un rendement de chaudière élevé grace au préchauffage de l'air par les gaz de combustion.

ELIMINATION CHIMIQUE
L'élimination des ces oxydes d'azote de l'effluent gazeux procède généralement par réduction en azote au moyen d'un agent réducteur qui peut être:
- de l'ammoniac gazeux (NH3)
- de l'ammoniac en solution aqueuse (plus facile à transporter et à stocker que l'ammoniac gazeux)
- de l'urée ( CO(NH2)2 )
L'action de l'agent réducteur peut être favorisée:
- par une température élevée (réduction thermique)
- ou par un catalyseur (réduction catalytique).
Dans tous les cas, la quantité de réducteur à employer est proportionnelle à la quantité d'oxyde d'azote à éliminer.
Réduction thermique
Les principales réactions mises en jeu sont les suivantes:
4 NH3 + 6 NO ===> 5 N2 + 6 H2O
8 NH3 + 6 NO2 ===> 7 N2 + 12 H2O
2 CO(NH2)2 + 4 NO + O2 ===> 4 N2 + 2 CO2 + 4 H2O
ORIGINE DES OXYDES D´AZOTE
Les oxydes d'azote sont présents dans les effluents d'oxydation ou les fumées de combustion, et proviennent généralement de l'oxydation de l'azote de l'air à haute température, ou de l'oxydation de composés azotés.
Les émissions d'oxydes d'azote dans l'air
Les oxydes d'azote (NOX) résultent de la combinaison de l'azote et de l'oxygène de l'air qui a lieu à haute température dans les processus de combustion. Le monoxyde d'azote (NO) initialement produit est rapidement transformé en dioxyde d'azote (NO2) par réaction avec d'autres oxydants de l'air (ozone...). Les NOX (NO et NO2) sont principalement émis par les moteurs de véhicules (50%) mais aussi par les installations fixes de combustion.
Le monoxyde d'azote présent dans l'air inspiré se dissout dans le sang et limite l'oxygénation des organes. Le dioxyde d'azote est irritant pour les poumons et réduit la résistance aux infections respiratoires. Les oxydes d'azote interviennent de manière importante dans les phénomènes de pluies acides et de pollution photochimique par l'ozone.

Les émissions d'oxydes d'azote en France
en milliers de tonnes

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En 2002, les émissions de NOX en France s'élèvent à 1,4 million de tonnes. Entre 1990 et 2002, elles ont baissé de 25%. Des efforts pour réduire les émissions seront encore nécessaires pour respecter les engagements internationaux de la France à l'horizon 2010 : le protocole de Göteborg du 1er décembre 1999 fixe un plafond d'émissions de 860 000 tonnes et la directive européenne du 23 octobre 2001 prévoit un plafond de 810 000 tonnes.

5.LES EFFETS DEFAVORABLES

LES EFFETS SANITAIRES
Lors d'exposition à des polluants atmosphériques, les principales manifestations sont une toux, un inconfort thoracique, une gêne douloureuse lors de la respiration. Une irritation nasale, une irritation de la gorge, un essoufflement, des céphalées sont possibles. Les manifestations observées sont, en cas d'exposition unique, réversibles en quelques heures. Les effets des polluants atmosphériques sont fonction du niveau et de la durée d'exposition, du volume d'air inhalé. C'est pourquoi l'activité physique les augmente.
La réaction aux polluants atmosphériques des personnes est très hétérogène, elle est fonction de leur sensibilité et de leur état de santé. Les enfants, les personnes âgées et celles présentant une pathologie respiratoire y ont une sensibilité plus importante.
LES EFFETS SUR L' ENVIRONNEMENT
Sur la végétation : certains polluants, comme les NOX ou le SO2, contribuent au phénomène des pluies acides. D'autres, comme l'O3, peuvent provoquer l'apparition de nécroses sur les feuilles des plantes ou diminuer la productivité de certaines espèces cultivées.
Sur le bâti : les particules, mais aussi le dioxyde de soufre, contribuent à la détérioration des bâtiments (pierre, métaux).
LEURS EFFETS SUR LA SANTÉ
Le monoxyde d'azote présent dans l'air inspiré passe à travers les alvéoles pulmonaires, se dissout dans le sang où il limite la fixation de l'oxygène sur l'hémoglobine. Les organes sont alors moins bien oxygénés.
Le dioxyde d'azote pénètre dans les voies respiratoires profondes, où il fragilise la muqueuse pulmonaire face aux agressions infectieuses, notamment chez les enfants. Aux concentrations rencontrées habituellement le dioxyde d'azote provoque une hyperréactivité bronchique chez les asthmatiques.
Le dioxyde d'azote se transforme dans l'atmosphère en acide nitrique, qui retombe au sol et sur la végétation. Cet acide contribue, en association avec d'autres polluants, a l'acidification

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6.LES OXYDES D´AZOTE CONTENUS DANS LES PLUIES ACIDES

Les oxydes d'azote sont un des deux types de polluants courants avec le dioxyde de soufre et, sont les principales causes des pluies acides. Ces polluants proviennent en grande partie des centrales thermiques qui utilisent du charbon, des fonderies de nickel et de cuivre et des véhicules automobiles. Les oxydes d'azote (NOx), surtout relâchés dans l'atmosphère au cours de la combustion à température élevée de carburant, forment de l'acide nitrique.
Ces polluants peuvent rester en suspension pendant plusieurs jours, se déplaçant parfois sur des milliers de kilomètres. Lorsque des précipitations lavent l'atmosphère de ces polluants, pratiquement tout ce qui reçoit ces précipitations -- le sol, l'eau, les plantes et les matériaux de construction -- est susceptible d'être pollué. Les oxydes d'azote et le dioxyde de soufre en suspension peuvent également être transformés en particules fines, lesquelles risquent aussi de demeurer en suspension dans l'atmosphère pour devenir une des principales composantes du smog.
La plupart des pluies acides tombent sur la moitié est du Canada, car les plus grandes sources de polluants atmosphériques acides se trouvent dans la partie est de l'Amérique du Nord et les vents les transportent généralement vers l'est.



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