- caractéristiques
- Certaines réactions qui se produisent dans la troposphère
- Polluants atmosphériques primaires et secondaires
- Formation d'ozone dans la troposphère
- Causes du smog photochimique
- Effets du smog
- Références
Le smog photochimique est un brouillard dense formé en raison des réactions chimiques des gaz des moteurs à combustion des automobiles. Ces réactions sont médiées par la lumière du soleil et se produisent dans la troposphère, une couche de l'atmosphère qui s'étend de 0 à 10 km au-dessus du sol.
Le mot smog vient de la contraction de deux mots de la langue anglaise: «fog», qui signifie brume ou brume, et «smoke», qui signifie fumée. Son utilisation a commencé dans les années 1950 pour désigner une brume qui couvrait la ville de Londres.
Figure 1. Smog photochimique à Salt Lake City, États-Unis. Source: Eltiempo10, de Wikimedia Commons
Le smog se manifeste par une brume jaunâtre-brunâtre-grisâtre, provenant de petites gouttes d'eau dispersées dans l'atmosphère, qui contiennent les produits chimiques des réactions qui se produisent entre les polluants atmosphériques.
Cette brume est très courante dans les grandes villes en raison de la forte concentration de voitures et du trafic routier plus intense, mais elle s'est également étendue à des zones vierges, telles que le Grand Canyon dans l'État d'Arizona, aux États-Unis.
Très souvent, le smog a une odeur caractéristique et désagréable, en raison de la présence de certains composants chimiques gazeux typiques. Les produits intermédiaires et les composés finaux des réactions qui causent le smog affectent gravement la santé humaine, les animaux, les plantes et certains matériaux.
caractéristiques
Certaines réactions qui se produisent dans la troposphère
L'une des particularités de l'atmosphère de la planète Terre est sa capacité oxydante, due à la grande quantité relative d'oxygène moléculaire diatomique (O 2) qu'elle contient (environ 21% de sa composition).
En fin de compte, pratiquement tous les gaz émis dans l'atmosphère sont complètement oxydés dans l'air et les produits finaux de ces oxydations se déposent à la surface de la Terre. Ces processus d'oxydation sont d'une importance vitale pour nettoyer et décontaminer l'air.
Les mécanismes des réactions chimiques qui se produisent entre les polluants atmosphériques sont très complexes. Vous trouverez ci-dessous une présentation simplifiée d'entre eux:
Polluants atmosphériques primaires et secondaires
Les gaz émis par la combustion de combustibles fossiles dans les moteurs de voitures contiennent principalement de l'oxyde nitrique (NO), du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO 2) et des composés organiques volatils (COV).
Ces composés sont appelés polluants primaires, car par des réactions chimiques médiées par la lumière (réactions photochimiques), ils produisent une série de produits appelés polluants secondaires.
Fondamentalement, les polluants secondaires les plus importants sont le dioxyde d'azote (NO 2) et l'ozone (O 3), qui sont les gaz qui influencent le plus la formation du smog.
Formation d'ozone dans la troposphère
L'oxyde nitrique (NO) est produit dans les moteurs de voiture par la réaction entre l'oxygène et l'azote dans l'air à des températures élevées:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), où (g) signifie à l'état gazeux.
L'oxyde nitrique une fois libéré dans l'atmosphère est oxydé en dioxyde d'azote (NO 2):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
Le NO 2 subit une décomposition photochimique médiée par la lumière du soleil:
NO 2 (g) + hγ (léger) → NO (g) + O (g)
L'oxygène O sous forme atomique est une espèce extrêmement réactive qui peut initier de nombreuses réactions comme la formation d'ozone (O 3):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
L'ozone dans la stratosphère (couche de l'atmosphère entre 10 km et 50 km au-dessus de la surface de la terre) fonctionne comme un élément protecteur de la vie sur Terre, car il absorbe les rayons ultraviolets de haute énergie qui proviennent du soleil; mais dans la troposphère terrestre, l'ozone a des effets très néfastes.
Figure 2. Smog à New York. Source: Wikipédia Commons
Causes du smog photochimique
D'autres voies de formation d'ozone dans la troposphère sont des réactions complexes impliquant des oxydes d'azote, des hydrocarbures et de l'oxygène.
L'un des composés chimiques générés dans ces réactions est le nitrate de peroxyacétyle (PAN), qui est un puissant agent lacrymogène qui cause également des difficultés à respirer.
Les composés organiques volatils proviennent non seulement d'hydrocarbures qui ne sont pas brûlés dans les moteurs à combustion interne, mais de diverses sources, telles que l'évaporation de solvants et de carburants, entre autres.
Ces COV subissent également des réactions photochimiques complexes qui sont une source d'ozone, d'acide nitrique (HNO 3) et de composés organiques partiellement oxydés.
COV + NO + O 2 + Lumière du soleil → Mélange complexe: HNO 3, O 3 et divers composés organiques
Tous ces composés organiques, produits d'oxydation (alcools et acides carboxyliques), sont également volatils et leurs vapeurs peuvent se condenser en minuscules gouttelettes de liquide qui se répartissent dans l'air sous forme d'aérosols, qui diffusent la lumière du soleil, réduisant la visibilité. De cette manière, une sorte de voile ou de brouillard se forme dans la troposphère.
Effets du smog
La suie ou les particules de carbone produites par la combustion, l'anhydride sulfurique (SO 2) et le polluant secondaire - l'acide sulfurique (H 2 SO 4) - sont également impliqués dans la production de smog.
L'ozone dans la troposphère réagit avec les doubles liaisons C = C dans les tissus pulmonaires, les tissus végétaux et animaux, causant de graves dommages. De plus, l'ozone peut endommager des matériaux tels que les pneus d'automobile, provoquant des fissures pour les mêmes raisons.
Le smog photochimique est à l'origine de graves problèmes respiratoires, de quintes de toux, d'irritations nasales et de la gorge, d'une respiration plus courte, de douleurs thoraciques, de rhinites, d'irritations oculaires, de dysfonctionnements pulmonaires, d'une diminution de la résistance à contracter des maladies respiratoires infectieuses, d'un vieillissement prématuré de tissus pulmonaires, bronchite grave, insuffisance cardiaque et décès.
Dans des villes comme New York, Londres, Mexico, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varsovie, Prague, Stuttgart, Pékin, Shanghai, Séoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Jakarta, Le Caire, Manille, Karachi, appelé Dans les mégapoles, les épisodes critiques de pointe de smog photochimique ont suscité des inquiétudes et des mesures spéciales pour restreindre la circulation.
Certains chercheurs ont signalé que la contamination causée par le dioxyde de soufre (SO 2) et les sulfates entraîne une diminution de la résistance à la contraction du cancer du sein et du côlon dans les populations qui habitent les latitudes nordiques.
Le mécanisme suggéré pour expliquer ces faits est que le smog, en diffusant la lumière du soleil incidente sur la troposphère, provoque une diminution du rayonnement ultraviolet de type B (UV-B) disponible, qui est nécessaire à la synthèse biochimique de la vitamine D. La vitamine D agit comme un agent protecteur contre les deux types de cancer.
De cette façon, nous pouvons voir qu'un excès de rayonnement ultraviolet à haute énergie est très nocif pour la santé, mais que la carence en rayonnement UV-B a également des effets néfastes.
Références
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