POLLUTION THERMIQUE: CARACTÉRISTIQUES, CONSÉQUENCES, EXEMPLES - ENVIRONNEMENT - 2025

La pollution thermique se produit lorsqu'un certain facteur provoque un changement indésirable ou préjudiciable de la température ambiante. L'environnement le plus touché par cette contamination est l'eau, mais elle peut également affecter l'air et le sol.

La température moyenne de l'environnement peut être modifiée à la fois par des causes naturelles et par des actions humaines (anthropiques). Les causes naturelles comprennent les incendies de forêt non provoqués et les éruptions volcaniques.

Température de surface de la Terre. Source:

Parmi les causes anthropiques figurent la production d'énergie électrique, la production de gaz à effet de serre et les procédés industriels. De même, les systèmes de réfrigération et de climatisation y contribuent.

Le phénomène de pollution thermique le plus important est le réchauffement climatique, qui implique une augmentation de la température moyenne planétaire. Cela est dû au soi-disant effet de serre et aux contributions nettes de chaleur résiduelle par l'homme.

L'activité qui génère le plus de pollution thermique est la production d'électricité à partir de la combustion de combustibles fossiles. La combustion de charbon ou de produits pétroliers diffuse de la chaleur et produit du CO2, principal gaz à effet de serre.

La pollution thermique entraîne des changements physiques, chimiques et biologiques qui ont un impact négatif sur la biodiversité. La propriété la plus pertinente des températures élevées est son pouvoir catalytique et comprend les réactions métaboliques qui se produisent dans les organismes vivants.

Les êtres vivants ont besoin de conditions d'une certaine amplitude de variation de température pour survivre. C'est pour cette raison que toute altération de cette amplitude peut entraîner la diminution des populations, leur migration ou leur extinction.

D'autre part, la pollution thermique affecte directement la santé humaine provoquant un épuisement thermique, un choc thermique et aggrave les maladies cardiovasculaires. De plus, le réchauffement climatique amène les maladies tropicales à élargir leur champ d'action géographique.

Prévenir la pollution thermique passe par la modification des modes de développement économique et des habitudes de la société moderne. Cela implique à son tour la mise en œuvre de technologies qui réduisent l'impact thermique sur l'environnement.

Quelques exemples de pollution thermique sont présentés ici, comme la centrale nucléaire de Santa María de Garoña (Burgos, Espagne) qui a fonctionné entre 1970 et 2012. Cette centrale a déversé l'eau chaude de son système de refroidissement dans l'Èbre, augmentant sa température naturelle jusqu'à 10 ºC.

Un autre cas caractéristique de pollution thermique est fourni par l'utilisation de dispositifs de climatisation. La prolifération de ces systèmes pour réduire la température augmente la température d'une ville comme Madrid jusqu'à 2 ° C.

Enfin, le cas positif d'une entreprise de production de margarine au Pérou qui utilise de l'eau pour refroidir le système et l'eau chaude qui en résulte est renvoyée à la mer. Ainsi, ils ont réussi à économiser de l'énergie, de l'eau et à réduire la contribution de l'eau chaude à l'environnement.

caractéristiques

- Chaleur et pollution thermique

La pollution thermique est dérivée de la transformation d'autres énergies puisque toute énergie déployée génère de la chaleur. Il s'agit de l'accélération du mouvement des particules du milieu.

Par conséquent, la chaleur est un transfert d'énergie entre deux systèmes qui sont à des températures différentes.

La température

La température est une grandeur qui mesure l'énergie cinétique d'un système, c'est-à-dire le mouvement moyen de ses molécules. Ledit mouvement peut être de translation comme dans un gaz ou de vibrations comme dans un solide.

Elle est mesurée par un thermomètre, dont il existe différents types, les plus courants étant la dilatation et l'électronique.

Le thermomètre à dilatation est basé sur le coefficient de dilatation de certaines substances. Ces substances, lorsqu'elles sont chauffées, s'étirent et leur montée marque une échelle graduée.

Le thermomètre électronique est basé sur la transformation de l'énergie thermique en énergie électrique traduite sur une échelle numérique.

L'échelle la plus couramment utilisée est celle proposée par Anders Celsius (ºC, degrés Celsius ou centigrades). Dans celui-ci, 0 ºC correspond au point de congélation de l'eau et 100 ºC au point d'ébullition.

- Thermodynamique et pollution thermique

La thermodynamique est la branche de la physique qui étudie les interactions de la chaleur avec d'autres formes d'énergie. La thermodynamique envisage quatre principes fondamentaux:

- Deux objets avec des températures différentes échangeront de la chaleur jusqu'à ce qu'ils atteignent l'équilibre.

- L'énergie n'est ni créée ni détruite, elle est seulement transformée.

- Une forme d'énergie ne peut pas être entièrement transformée en une autre sans perte de chaleur. Et le flux de chaleur se fera du milieu le plus chaud au moins chaud, jamais l'inverse.

- Il n'est pas possible d'atteindre une température égale au zéro absolu.

Ces principes appliqués à la pollution thermique déterminent que chaque processus physique génère un transfert de chaleur et produit une pollution thermique. De plus, il peut être produit en augmentant ou en diminuant la température du milieu.

On considère que l'augmentation ou la diminution de la température est polluante lorsqu'elle dépasse les paramètres vitaux.

- Température vitale

La température est l'un des aspects fondamentaux de l'apparition de la vie telle que nous la connaissons. La plage de variation de température qui permet la majeure partie de la durée de vie active varie de -18 ° C à 50 ° C.

Les organismes vivants peuvent exister à l'état latent à des températures de -200 ºC et 110 ºC, mais ce sont des cas rares.

Bactéries thermophiles

Certaines bactéries dites thermophiles peuvent exister à des températures allant jusqu'à 100 ° C tant qu'il y a de l'eau liquide. Cette condition se produit à des pressions élevées sur le fond marin dans les zones d'évents hydrothermaux.

Cela nous indique que la définition de la pollution thermique dans un milieu est relative et dépend des caractéristiques naturelles du milieu. De même, il est lié aux besoins des organismes qui habitent une zone donnée.

Être humain

Chez l'homme, la température corporelle normale varie de 36,5 ° C à 37,2 ° C et la capacité homéostatique (pour compenser les variations externes) est limitée. Des températures inférieures à 0 ºC pendant de longues périodes et sans aucune protection artificielle provoquent la mort.

De même, des températures supérieures à 50 ºC sur une base constante sont très difficiles à compenser à long terme.

- Pollution thermique et environnement

Dans l'eau, la pollution thermique a un effet plus immédiat car ici la chaleur se dissipe plus lentement. Dans l'air et au sol, la pollution thermique a des effets moins puissants car la chaleur se dissipe plus rapidement.

En revanche, dans de petites zones, la capacité de l'environnement à dissiper de grandes quantités de chaleur est très limitée.

Effet catalytique de la chaleur

La chaleur a un effet catalytique sur les réactions chimiques, c'est-à-dire qu'elle accélère ces réactions. Cet effet est le principal facteur par lequel la pollution thermique peut avoir des conséquences négatives sur l'environnement.

Ainsi, quelques degrés de différence de température peuvent déclencher des réactions qui ne se produiraient pas autrement.

Les causes

- Réchauffement global

La Terre a traversé des cycles de températures moyennes élevées et basses tout au long de son histoire géologique. Dans ces cas, les sources de l'augmentation de la température de la planète étaient de nature naturelle comme le soleil et la géothermie.

Actuellement, le processus de réchauffement climatique est associé aux activités menées par les êtres humains. Dans ce cas, le problème principal est la diminution du taux de dissipation de ladite chaleur vers la stratosphère.

Cela se produit principalement en raison de l'émission de gaz à effet de serre par l'activité humaine. Il s'agit notamment de l'industrie, de la circulation automobile et de la combustion de combustibles fossiles.

Le réchauffement climatique représente aujourd'hui le processus de pollution thermique le plus important et le plus dangereux qui soit. En outre, l'émission de chaleur due à l'utilisation mondiale de combustibles fossiles ajoute de la chaleur supplémentaire au système.

- Installations thermoélectriques

Une centrale thermoélectrique est un complexe industriel conçu pour produire de l'électricité à partir de combustibles. Ledit combustible peut être fossile (charbon, pétrole ou dérivés) ou une matière radioactive (uranium par exemple).

Centrale thermoélectrique d'Endesa As Pontes (Espagne). Source: Image fournie par ☣Banjo

Ce système nécessite le refroidissement des turbines ou des réacteurs et pour cette eau est utilisée. Dans la séquence de refroidissement, un grand volume d'eau est tiré d'une source froide pratique (une rivière ou la mer).

Par la suite, les pompes le forcent à travers des tubes qui sont entourés par la vapeur d'échappement chaude. La chaleur passe de la vapeur à l'eau de refroidissement et l'eau chauffée est renvoyée à la source, apportant un excès de chaleur à l'environnement naturel.

- Feux de forêt

Les incendies de forêt sont un phénomène courant aujourd'hui, étant dans de nombreux cas causés directement ou indirectement par des êtres humains. Le brûlage de grandes masses forestières transfère d'énormes quantités de chaleur principalement à l'air et au sol.

- Climatiseurs et systèmes de réfrigération

Les appareils de climatisation modifient non seulement la température de la zone intérieure, mais provoquent également des déséquilibres dans la zone extérieure. Par exemple, les climatiseurs dissipent à l'extérieur 30% de plus que la chaleur qu'ils extraient de l'intérieur.

Selon l'Agence internationale de l'énergie, il y a environ 1 600 millions de climatiseurs dans le monde. De même, les réfrigérateurs, réfrigérateurs, caves et tout équipement conçu pour abaisser la température dans un espace clos génèrent une pollution thermique.

- Processus industriels

En fait, tous les processus de transformation industrielle impliquent un transfert de chaleur vers l'environnement. Certaines industries le font à des taux particulièrement élevés, comme la liquéfaction du gaz, la métallurgie et la production de verre.

Gaz liquéfiés

Les industries de regazéification et de liquéfaction de divers gaz industriels et médicaux nécessitent des procédés de réfrigération. Ces processus sont endothermiques, c'est-à-dire qu'ils absorbent la chaleur en refroidissant l'environnement environnant.

Pour cela, on utilise de l'eau qui est renvoyée dans l'environnement à une température inférieure à la température initiale.

Métallurgique

Les hauts fourneaux de fusion émettent de la chaleur dans l'environnement lorsqu'ils atteignent des températures supérieures à 1 500 ºC. D'autre part, les processus de refroidissement des matériaux utilisent de l'eau qui rentre dans l'environnement à une température plus élevée.

Production de verre

Dans les processus de fusion et de moulage du matériau, des températures allant jusqu'à 1 600 ºC sont atteintes. En ce sens, la pollution thermique générée par cette industrie est considérable, en particulier dans l'environnement de travail.

- Systèmes d'éclairage

Les lampes à incandescence ou les projecteurs et les lampes fluorescentes dissipent l'énergie sous forme de chaleur dans l'environnement. En raison de la forte concentration de sources d'éclairage dans les zones urbaines, cela devient une source de pollution thermique importante.

- Moteurs à combustion interne

Les moteurs à combustion interne, comme ceux des voitures, peuvent générer environ 2 500 ° C. Cette chaleur est dissipée dans l'environnement par le système de refroidissement, en particulier par le radiateur.

En tenant compte du fait que des centaines de milliers de véhicules circulent quotidiennement dans une ville, il est possible de déduire la quantité de chaleur transférée.

- Centres urbains

En pratique, une ville est une source de pollution thermique en raison de l'existence en elle de nombreux facteurs déjà mentionnés. Or, une ville est un système dont l'effet thermique forme un îlot de chaleur dans le cadre de son environnement.

Iles de chaleur en Espagne. Source: Galjundi7

Effet albédo

L'albédo fait référence à la capacité d'un objet à réfléchir le rayonnement solaire. Au-delà de l'apport calorique que peut apporter chaque élément présent (automobile, habitation, industrie), la structure urbaine exerce une synergie significative.

Par exemple, les matériaux des centres urbains (principalement le béton et l'asphalte) ont un faible albédo. Cela les fait devenir très chauds, ce qui, avec la chaleur émise par l'activité dans la ville, augmente la pollution thermique.

Apports nets de chaleur urbaine

Diverses enquêtes ont montré que la production de chaleur par les activités humaines pendant une journée chaude dans une ville peut être très élevée.

Par exemple, à Tokyo, il y a un apport thermique net de 140 W / m2, ce qui équivaut à une augmentation de la température d'environ 3 ºC. A Stockholm, la contribution nette est estimée à 70 W / m2, ce qui équivaut à une augmentation de température de 1,5 ºC.

Conséquences

- Modifications des propriétés physiques de l'eau

L'augmentation de la température de l'eau due à la pollution thermique entraîne des changements physiques. Par exemple, il réduit l'oxygène dissous et augmente la concentration de sels, affectant les écosystèmes aquatiques.

Dans les plans d'eau soumis à des changements saisonniers (gel hivernal), l'ajout d'eau chaude modifie le taux de gel naturel. Cela affecte à son tour les êtres vivants qui se sont adaptés à cette saisonnalité.

- Impact sur la biodiversité

La vie aquatique

Dans les systèmes de refroidissement des installations thermoélectriques, l'exposition à des températures élevées produit un choc physiologique pour certains organismes. Dans ce cas, le phytoplancton, le zooplancton, les œufs et les larves de plancton, les poissons et les invertébrés sont affectés.

De nombreux organismes aquatiques, en particulier les poissons, sont très sensibles à la température de l'eau. Chez la même espèce, la plage de température idéale varie en fonction de la température d'acclimatation de chaque population spécifique.

De ce fait, les variations de température provoquent la disparition ou la migration de populations entières. Ainsi, l'eau évacuée d'une installation thermoélectrique peut augmenter la température de 7,5 à 11 ° C (eau douce) et de 12 à 16 ° C (eau salée).

Ce choc thermique peut entraîner une mort rapide ou induire des effets secondaires qui affectent la survie des populations. Entre autres effets, le chauffage de l'eau diminue l'oxygène dissous dans l'eau, provoquant des problèmes hypoxiques.

Eutrophisation

Ce phénomène affecte gravement les écosystèmes aquatiques, provoquant même la disparition de la vie en eux. Il commence par la prolifération d'algues, de bactéries et de plantes aquatiques à la suite de l'apport artificiel de nutriments à l'eau.

À mesure que les populations de ces organismes augmentent, ils consomment de l'oxygène dissous dans l'eau, entraînant la mort de poissons et d'autres espèces. L'augmentation de la température de l'eau contribue à l'eutrophisation en réduisant l'oxygène dissous et en concentrant les sels, favorisant la croissance des algues et des bactéries.

La vie terrestre

Dans le cas de l'air, les variations de température affectent les processus physiologiques et le comportement des espèces. De nombreux insectes diminuent leur fertilité à des températures supérieures à certains niveaux.

De même, les plantes sont sensibles à la température pour leur floraison. Le réchauffement climatique amène certaines espèces à élargir leur aire de répartition géographique, tandis que d'autres la voient restreinte.

- Santé humaine

Coup de chaleur

Des températures inhabituellement élevées affectent la santé humaine et ce que l'on appelle un choc thermique ou un coup de chaleur peut se produire. Il s'agit d'une déshydratation aiguë qui peut provoquer la paralysie de divers organes vitaux et même entraîner la mort.

Les canicules peuvent provoquer des centaines voire des milliers de personnes comme à Chicago (USA), où en 1995 environ 700 personnes sont mortes. Pendant ce temps, les vagues de chaleur en Europe entre 2003 et 2010 ont causé la mort de milliers de personnes.

Maladies cardiovasculaires

D'autre part, les températures élevées affectent négativement la santé des personnes atteintes de maladies cardiovasculaires. Cette situation est particulièrement grave en cas d'hypertension.

Changements soudains de température

Des variations soudaines de température peuvent affaiblir le système immunitaire et rendre le corps plus vulnérable aux maladies respiratoires.

Hygiène et environnement de travail

La pollution thermique est un facteur de santé au travail dans certaines industries, par exemple la métallurgie et le verre. Ici, les travailleurs sont soumis à une chaleur radiante qui peut causer de graves problèmes de santé.

Bien que des mesures de sécurité soient évidemment prises, la pollution thermique est importante. Les conditions comprennent l'épuisement dû à la chaleur, le choc thermique, les brûlures de chaleur rayonnée extrême et les problèmes de fertilité.

Maladies tropicales

L'augmentation de la température globale fait que les maladies jusque-là limitées à certaines zones tropicales élargissent leur rayon d'action.

En avril 2019, le 29e Congrès européen de microbiologie clinique et des maladies infectieuses s'est tenu à Amsterdam. Dans ce cas, il a été souligné que des maladies telles que le chikungunya, la dengue ou la leishmaniose peuvent se propager en Europe.

De même, l'encéphalite à tiques peut être affectée par le même phénomène.

Comment l'empêcher

L'objectif est de réduire les apports nets de chaleur à l'environnement et d'éviter que la chaleur produite ne soit piégée dans l'atmosphère.

- Utilisation de sources d'énergie et de technologies plus efficaces pour la production d'électricité

Sources d'énergie

Les centrales thermoélectriques sont à l'origine de la plus grande contribution à la pollution thermique en termes de transfert net de chaleur vers l'atmosphère. En ce sens, pour réduire la pollution thermique, il est essentiel de remplacer les énergies fossiles par des énergies propres.

Les procédés de production d'énergie solaire, éolienne (éolienne) et hydroélectrique (eau) produisent de très faibles apports de chaleur résiduelle. La même chose se produit avec d'autres alternatives telles que l'énergie des vagues (vagues) et la géothermie (chaleur de la terre),

Les technologies

Les usines thermoélectriques et les industries dont les processus nécessitent des systèmes de refroidissement peuvent utiliser des systèmes en boucle fermée. Des systèmes mécaniques de diffusion de chaleur peuvent également être incorporés pour aider à réduire la température de l'eau.

- Cogénération

La cogénération consiste à produire simultanément de l'énergie électrique et de l'énergie thermique utile telle que la vapeur ou l'eau chaude. Pour cela, des technologies ont été développées qui permettent de récupérer et de profiter de la chaleur résiduelle générée dans les processus industriels.

Par exemple, le projet INDUS3ES financé par la Commission européenne développe un système basé sur un «transformateur de chaleur». Ce système est capable d'absorber la chaleur résiduelle à basse température (70 à 110 ºC) et de la ramener à une température plus élevée (120-150 ºC).

Autres dimensions de la production d'électricité

Des systèmes plus complexes peuvent inclure d'autres dimensions de la production ou de la transformation d'énergie.

Parmi ceux-ci, nous avons la trigénération, qui consiste à intégrer des processus de refroidissement en plus de la production d'électricité et de chaleur. De plus, si de l'énergie mécanique est en plus générée, on parle de tétragénération.

Certains systèmes sont des pièges à CO2, en plus de produire de l'électricité, de l'énergie thermique et mécanique, auquel cas on parle de quatre générations. Tous ces systèmes contribuent également à réduire les émissions de CO2.

- Réduire les émissions de gaz à effet de serre

Le réchauffement climatique étant le phénomène de pollution thermique ayant le plus grand impact sur la planète, son atténuation est nécessaire. Pour y parvenir, l'essentiel est de réduire les émissions de gaz à effet de serre, y compris le CO2.

La réduction des émissions nécessite un changement du modèle de développement économique, en remplaçant les sources d'énergie fossile par une énergie propre. En fait, cela réduit les émissions de gaz à effet de serre et la production de chaleur résiduelle.

- Période de refroidissement de l'eau de refroidissement

Une alternative utilisée par certaines centrales thermoélectriques est la construction de bassins de refroidissement. Sa fonction est de reposer et de refroidir les eaux issues du système de refroidissement avant de les renvoyer à leur source naturelle.

Exemples de pollution thermique

Centrale thermoélectrique de Brayton (États-Unis). Source: Wikimaster97commons

Centrale nucléaire de Santa María de Garoña

Les centrales nucléaires produisent de l'énergie électrique à partir de la décomposition de matières radioactives. Cela génère beaucoup de chaleur, nécessitant un système de refroidissement.

La centrale nucléaire de Santa María de Garoña (Espagne) était une centrale électrique de type BWR (réacteur à eau bouillante) inaugurée en 1970. Son système de refroidissement utilisait 24 mètres cubes d'eau par seconde provenant de l'Èbre.

Selon le projet original, les eaux usées retournées à la rivière ne dépasseraient pas 3 ºC par rapport à la température de la rivière. En 2011, un rapport de Greenpeace, corroboré par une société environnementale indépendante, a révélé des augmentations de température beaucoup plus élevées.

L'eau dans la zone du déversement a atteint 24 ° C (6,6 à 7 ° C d'eau naturelle de la rivière). Puis, à quatre kilomètres en aval de la zone de déversement, il a dépassé 21 ºC. L'usine a cessé ses activités le 16 décembre 2012.

Climatiseurs à Madrid (Espagne)

Dans les villes, il existe de plus en plus de systèmes de climatisation pour réduire la température ambiante pendant la saison chaude. Ces appareils fonctionnent en extrayant l'air chaud de l'intérieur et en le diffusant à l'extérieur.

Ils ne sont généralement pas très efficaces, ils diffusent donc encore plus de chaleur à l'extérieur qu'ils n'en extraient de l'intérieur. Ces systèmes sont donc une source importante de pollution thermique.

À Madrid, l'ensemble des appareils de climatisation présents dans la ville élève la température ambiante jusqu'à 1,5 ou 2 ºC.

Un exemple positif: l'usine de production de margarine au Pérou

La margarine est un substitut du beurre obtenu par hydrogénation d'huiles végétales. L'hydrogénation nécessite de saturer l'huile végétale avec de l'hydrogène à des températures et des pressions élevées.

Ce processus nécessite un système de refroidissement à base d'eau pour capter la chaleur résiduelle générée. L'eau absorbe la chaleur et élève sa température, puis est renvoyée dans l'environnement.

Dans une entreprise péruvienne de margarine, un écoulement d'eau chaude (35 ° C) a provoqué une pollution thermique de la mer. Pour contrer cet effet, l'entreprise a mis en place un système de cogénération basé sur un circuit de refroidissement fermé.

Grâce à ce système, il était possible de réutiliser l'eau chaude pour préchauffer l'eau entrant dans la chaudière. De cette manière, l'eau et l'énergie ont été économisées et le débit d'eau chaude vers la mer a été réduit.

Références

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