Oxyde d'azote

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Les oxydes d'azote sont des composés chimiques formés d'oxygène et d'azote, correspondant à une formule chimique Modèle:Fchim.

Parmi les oxydes d'azote, le terme « Modèle:Fchim » est utilisé spécifiquement pour caractériser les émissions de polluants correspondant à la somme des quantités de monoxyde d'azote NO et de dioxyde d'azote Modèle:Fchim<ref>Modèle:Article.</ref>, alors que « Modèle:Fchim » peut désigner l'ensemble plus large des composés azotés.

Définition et exemples

Oxydes d'azoteModèle:Sfn
Degré d'oxydation Formule brute Nom
+6 Modèle:Fchim Radical nitrate
+5 Modèle:Fchim Pentaoxyde de diazote
+4 Modèle:Fchim
Modèle:FchimModèle:Note,Modèle:Sfn
Dioxyde d'azote
Tétraoxyde de diazote
+3 Modèle:Fchim
Modèle:Fchim
Trioxyde de diazote
Trinitramide
+2 NO
Modèle:Fchim
Monoxyde d'azote
Dioxyde de diazote
+1 Modèle:Fchim
Modèle:Fchim
Monoxyde de diazote
Azoture de nitryle
+Modèle:Sfrac Modèle:Fchim Modèle:Lien

Le monoxyde et le dioxyde d'azote sont les molécules les plus connues car leur somme correspond au terme Modèle:Fchim. Ces deux molécules sont regroupées car le NO émis par une installation s'oxyde spontanément dans l'atmosphère en Modèle:Fchim. On fait donc la somme du NO et du Modèle:Fchim<ref name="citepa">Oxydes d'azote - Modèle:Fchim, sur le site du CITEPA.</ref>,<ref name="airparif">Les différents polluants et leur évolution, sur le site d'Airparif.</ref> et on l'exprime en quantité équivalente de Modèle:Fchim<ref>Arrêté du 11/08/99, Institut national de l'environnement industriel et des risques (INERIS).</ref>,<ref name="ofev">Oxydes d'azote (Modèle:Fchim), sur le site de l'OFEV.</ref>. Le monoxyde d'azote est un gaz incolore, le dioxyde d'azote est un gaz brun-rougeâtre.

Pour ces deux molécules, on observe l'existence de dimères Modèle:Fchim et Modèle:Fchim. Ce sont des oxydants très forts, le premier est instable mais le second est stable, il est utilisé en synthèse ou comme comburant.

Dans de nombreuses installations, on peut aussi observer la formation de protoxyde d'azote (Modèle:Fchim)<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Cette molécule très stable est aussi connue sous le nom de « gaz hilarant » à cause de ses effets euphorisants. C'est aussi un oxydant fort utilisé par exemple dans les moteurs-fusées.

Le trioxyde de diazote Modèle:Fchim est instable à température ambiante, il se décompose rapidement en NO et Modèle:Fchim<ref>Modèle:Article.</ref>. Le pentaoxyde de diazote (Modèle:Fchim), à l'état solide dans les conditions normales de température et de pression, est aussi un oxydant très fort. Le radical nitrate (Modèle:Fchim) est un oxydant fort, c'est un intermédiaire réactionnel important dans les processus d'oxydation photochimiques conduisant à la formation du smog dans les villes<ref>Modèle:Ouvrage</ref>.

Toxicologie

Le dioxyde d'azote Modèle:Fchim est mortellement toxique (quarante fois plus que le CO, quatre fois plus que NO)<ref>Oxydes d'azote - Fiche toxicologique Modèle:N°133 Modèle:Pdf, sur inrs.fr, 2006 (consulté le 14 juillet 2019).</ref>. Il pénètre profondément dans les poumons<ref>Dioxyde d'azote (Modèle:Fchim), actu-environnement.com, consulté le 14 juillet 2019</ref> et est soluble dans l'eau<ref>Les oxydes d'azote, enseeiht.fr, consulté le 14 juillet 2019</ref>. Les pics de concentrations sont plus nocifs qu'une même dose étalée sur une longue période. NO est un gaz irritant pour les bronches, il réduit le pouvoir oxygénateur du sang<ref name="citepa" />. Ces molécules pénètrent facilement les bronchioles, affectent la respiration et provoquent une hyperréactivité des bronches chez les asthmatiques, ainsi qu'une vulnérabilité accrue des bronches aux microbes, au moins chez les enfants<ref>La politique économique environnementale Modèle:Pdf, Modèle:P., École des mines de Douai.</ref>.

Par exemple, en cas d'inhalation des vapeurs nitrées de fumées de tir d'explosif, utilisé dans un lieu confiné (dans une grotte par des spéléologues ou dans une mine mal aérée par exemple) : Modèle:Unité d'explosif nitré peut relarguer de 0,1 à Modèle:Nobr de Modèle:Nobr<ref name="DeFelix2009">De Félix F., Matériel et technique, médical à propos de la toxicité des fumées de tir d'explosifs en spéléologie, 6 septembre 2009.</ref>. Modèle:Citation bloc Modèle:Fchim a des propriétés anesthésiques et antalgiques, il est utilisé en anesthésie, en odontologie, etc. Sa toxicité pour des expositions chroniques ou aiguës est mal connue. Les effets majeurs, neuropathie et myélotoxicité, sont liés à un déficit en vitamine B12<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Seuils

Pour les Modèle:Fchim, l'OMS recommande de ne pas dépasser :

Dans sa thèse sur la prévention et les secours en spéléologie (où des vapeurs nitreuses peuvent être générées par l'utilisation d'explosifs<ref>Bitard B., Conséquences et méfaits de l'usage des explosifs en spéléologie, Spéléo-Dordogne 2, 79-92, 1989.</ref>), Mallard (1985) recommande de ne pas respirer un air contenant plus de Modèle:Nobr de vapeurs nitreuses (soit une norme dix fois plus sévère que celle relative au monoxyde de carbone (CO) qui est de Modèle:Unité.

Effets sur l'environnement

Effet de serre

Le protoxyde d'azote Modèle:Fchim est un puissant gaz à effet de serre. Son potentiel de réchauffement global (PRG) est égal à 293 (par rapport au Modèle:CO2 qui sert de référence avec un PRG égal à 1 par convention). Par conséquent, même si les émissions sont très faibles par rapport à celles de Modèle:CO2, il représente tout de même environ 5 % du potentiel global de réchauffement des émissions de gaz à effet de serre.

Couche d'ozone

Modèle:Fchim est une molécule très stable, donc chimiquement inerte dans la troposphère. Par contre, lorsqu'elle atteint la stratosphère, elle peut subir une réaction photochimique conduisant à la formation de NO. NO est un gaz qui catalyse la destruction de l'ozone<ref>Modèle:Article.</ref>.

Formation de l'ozone troposphérique

Le dioxyde d'azote Modèle:Fchim et d'autres oxydes d'azote interviennent dans la formation des oxydants photochimiques (ozone troposphérique). Cette forme de pollution oxydante, acide et eutrophisante de l'air et indirectement de l'eau et des sols, a significativement augmenté là où les ultraviolets sont plus intenses (en raison du trou de la couche d'ozone<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Tang X., Wilson S.R., Solomon K.R., Shao M. et Madronich S., Changes in air quality and tropospheric composition due to depletion of stratospheric ozone and interactions with climate, Photochem. Photobiol. Sci., février 2011, 10 (2), 280-91. Epub 20 janvier 2011.</ref>). Parmi les oxydes d’azote, les principaux polluants atmosphériques sont NO et Modèle:Fchim ; ce sont eux qui sont analysés par les réseaux de surveillance de la qualité de l’air. Les Modèle:Fchim contribuent à l'odeur caractéristique de l'air urbain pollué par la circulation<ref>Les pics de pollution dans la basse atmosphère Modèle:Pdf, Modèle:P., Académie de Nice.</ref>. NO et NO2 sont en équilibre avec l'ozone selon la réaction suivante :

<chem>NO(g) + O3(g) <=> NO2(g) + O2(g)</chem>.

De jour, les oxydes d'azote sont principalement sous forme de NO et de NO2, alors que de nuit, ce sont principalement le NO2 et NO3 qui sont présents. Ceci est lié à la photolyse de l'ozone qui déplace cet équilibre dans un sens ou l'autre. L'émission de NO2 le jour tendra à favoriser la formation d'ozone troposphérique via la réduction vers NO.

<chem>NO2(g) + O3(g) <=> NO3(g) + O2(g)</chem>

Les Modèle:Fchim sont donc des précurseurs intervenant dans la formation de nitrates atmosphériques (rapidement solubilisés dans les eaux météoriques qui sont alors rendues à la fois acidifiantes et eutrophisantes).

Pluies acides

NO et Modèle:Fchim contribuent au phénomène de pluies acides constituées, entre autres, d'acide nitrique (acide fort)Modèle:Sfn. L’oxydation du NO produit par les combustions peut se poursuivre dans l’atmosphère pour former du Modèle:Fchim :

<chem>2NO(g) + O2(g) -> 2NO2(g)</chem>.

Modèle:Fchim réagit avec l’eau pour donner une solution aqueuse d’acide nitrique « Modèle:Fchim(aqueux) + Modèle:Fchim(aqueux) » et du monoxyde d’azote NO :

<chem>3NO2(g) + 3H2O(l) -> 2H3O+(aq) + 2NO3- (aq) + NO(g)</chem>
avec :
  • (g) = gaz ;
  • (l) = liquide ;
  • (aq) = aqueux, ion Modèle:Page h' = ion qui a fixé un certain nombre de molécules d'eau.

Origine des émissions d'oxydes d'azote

Sources

La combustion des combustibles fossiles et de la biomasse, dans les foyers fixes, d'une part, et des combustibles gazeux et liquides dans les moteurs thermiques, d'autre part, génère des émissions d'oxydes d'azote (Modèle:Fchim)<ref>Combustion et Émissions de Modèle:Fchim, Journée d'études annuelle du CITEPA (2004).</ref>. Pour la France, les émissions de Modèle:Fchim représentaient Modèle:Nobr (en équivalent Modèle:Fchim) pour l'Modèle:Nobr<ref name=":0">Modèle:Ouvrage.</ref>. Les émissions de Modèle:Fchim ont atteint un maximum durant les Modèle:Nobr (plus de deux millions de tonnes), elles diminuent régulièrement depuis 1990.

En 2007, la Chine était le premier pays émetteur d'oxydes d'azote<ref>Michel Temman, « Victime de ses rejets, Tokyo aide Pékin à se mettre au vert », Libération, 16 avril 2007, Modèle:Lire en ligne.</ref>.

Les volcans, orages et feux de forêts contribuent aussi aux émissions de Modèle:Fchim<ref name="citepa" />. Dans l'atmosphère, les éclairs produisent du NO.

Transports

Les principaux émetteurs de Modèle:Fchim sont les transports routiers (d'où une politique de réduction au moyen de pots catalytiques par exemple). Dans les Modèle:Lnobr, les transports sont devenus responsables de plus de 60 % des émissions de Modèle:Fchim<ref name="actu-envt" />, ce qui représentait Modèle:Nobr de tonnes. Grâce à la mise en place des pots catalytiques, cette proportion est en diminution (58 % du total des Modèle:Fchim en 2020, ce qui correspond à Modèle:Nobr)<ref name=":0" />.

Combustion et incinération

Les installations de combustion (centrales thermiques, chauffagesModèle:Etc.) sont aussi une source importante de Modèle:Fchim. Même pour des sources de petite puissance : Modèle:Fchim se rencontre à l'intérieur des locaux où fonctionnent des appareils au gaz tels que gazinières ou chauffe-eau à gaz<ref name="actu-envt" />.

Les Modèle:Fchim sont également produits lors de la combustion du bois. Ces oxydes d'azote ne proviennent pratiquement pas de l'oxydation à haute température du diazote de l'air (Modèle:Fchim thermiques), mais de celle de l'azote contenu dans le bois sous forme d'amines et de protéines nécessaires à la croissance de l'arbre (Modèle:Fchim du combustible)<ref name="cstb">Épuration des polluants issus de la combustion domestique du bois Modèle:Pdf, document du CSTB, 11Modèle:Nb p., Modèle:P. (archivé par Internet Archive).</ref>,<ref>La combustion du bois et ses impacts sur la qualité de l'air Modèle:Pdf, Modèle:P., sur appa.asso.fr.</ref>. En raison du taux d’azote relativement élevé contenu naturellement dans le bois, les émissions d’oxydes d’azote sont potentiellement plus importantes pour des installations de combustion de la biomasse que pour des chaudières au fioul ou au gaz<ref name="medieco">Énergie-bois : se chauffer sainement, Medieco (Ingénierie et édition d'écologie médicale), cf. la section « Réduire les émissions des polluants ».</ref>,<ref name="services_cantonaux">« Bois (chargement automatique) »), Services cantonaux suisses de l'énergie et de l'environnement.</ref>.

Globalement, les émissions de Modèle:Fchim dues à la production d'énergie en France en 2020 représentaient Modèle:Unité éq Modèle:Fchim, celles dues au chauffage résidentiel Modèle:Unité éq Modèle:Fchim<ref name=":0" />.

Mécanismes de formation

Les Modèle:Fchim proviennent essentiellement de la combustion des combustibles fossiles dans l'air (qui contient près de 80 % d'azote) à une température supérieure à Modèle:Tmp (moteurs thermiques ou cimenteries<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Alternate Control Techniques Document - Modèle:Fchim Emissions from Cement Manufacturing, EPA-453/R-94-004.</ref>, certains chauffages et certains véhicules à moteur thermique notamment, y compris catalysés et de quelques procédés industriels (production d'acide nitrique, fabrication d'engrais, traitement de surfaceModèle:Etc.).

NO est la molécule stable à haute température, elle se forme donc majoritairement dans les installations de combustion et dans les moteurs. NO se transforme ensuite en présence d'oxygène en Modèle:Fchim (de Modèle:Nombre) dans le foyer de combustion. Cette réaction se poursuit lentement dans l'atmosphère et explique, dans le cas des villes à forte circulation, la couleur brunâtre des couches d'air pollué situées à quelques centaines de mètres d'altitude (action conjointe des poussières)<ref name="citepa" />.

Ils sont principalement formés dans les chambres de combustion et ont trois origines<ref>Modèle:Ouvrage.</ref> :

Modèle:Fchim thermiques

La réaction globale est<ref>Modèle:Article.</ref> : Modèle:Nobr : la molécule de diazote étant très stable, il faut que la température dépasse Modèle:Tmp pour que ce mécanisme de formation devienne important. C'est la source principale de formation des oxydes d'azote dans les moteurs à explosion.

Modèle:Fchim du combustible<ref>Modèle:Article.</ref>

L'azote peut être présent sous de nombreuses formes dans les combustibles ou les déchets utilisés en combustion et en incinération. On peut les classer en fonctions de type amine (R-NH2) ou nitrile (R-CN). Ces molécules sont moins stables que le diazote, donc elles peuvent s'oxyder plus facilement à des températures modérées (inférieures à Modèle:Tmp) : cette oxydation à faible température peut aussi conduire à la formation de protoxyde d'azote en fonction des fonctions azotées présentes dans le combustible.

Prompt NO<ref>Modèle:Article.</ref>

La molécule de diazote est très stable, mais elle peut réagir avec certaines espèces radicalaires formées dans les réacteurs à haute température. Ceci conduit à la formation de fonctions azotées, par exemple : Modèle:Nobr : l'oxydation de ces fonctions azotées conduit ensuite à la formation de NO par le même mécanisme que le NO du combustible<ref>Oxydes d'azote - Modèle:Fchim, sur citepa.org (consulté le 25 juin 2019).</ref>. Ce mécanisme est cependant minoritaire dans la plupart des cas.

Réglementations

Diverses règlementations européennes à nationales existent, visant à respecter des conventions ou traités internationaux dont le Protocole de Göteborg et une Convention de la Commission Économique pour l'Europe des Nations Unies (CEE-ONU) relative à la pollution atmosphérique transfrontalière à longue distance.

Les États membres de l'Union européenne doivent<ref>Directive européenne 2001/81/CE du 23 octobre 2001 relative aux Plafonds d'Émissions Nationaux (NEC).</ref> périodiquement communiquer un inventaire des émissions du pays pour les Modèle:Fchim (ainsi que pour Modèle:Fchim, COVNM et Modèle:Fchim) dans un format identique à celui retenu par la convention sur la pollution transfrontalière à longue distance<ref name=":0" />.

En France

Les Modèle:Fchim font partie des polluants préoccupants que la France peine à réguler, du fait, entre autres, du nombre important de véhicules Diesel en circulation. L'ADEME, dans un avis mis à jour en Modèle:Date-, recommande de maîtriser les besoins en déplacement, les modes de transport (personnes et marchandises), les types de mobilités – au profit de mobilités douces organisées de manière à développer les systèmes de libre-service (vélo), de covoiturage, de véhicule partagé (auto, vélo)… tout en veillant à améliorer la logistique du dernier kilomètre<ref>EG, L’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (Ademe) a publié [… et de Modèle:Fchim par les véhicules routiers], 17 mai 2018, Environnement magazine.</ref>.

Métrologie

Modèle:Article détaillé

Les analyses pour mesurer les taux d'oxydes d'azote se font généralement par chimiluminescence (qui est aussi la méthode de référence européenne), via la mesure du rayonnement produit par la réaction chimique entre les molécules de monoxyde d'azote et d'ozone, ce dernier est produit par un générateur haute tension<ref>ISO 7996:1985 Air ambiant — Détermination de la concentration en masse des oxydes d'azote — Méthode par chimiluminescence.</ref>.

Pour effectuer la mesure des Modèle:Fchim, les gaz passent par un four de conversion, qui transforme Modèle:Fchim en NO, celui-ci s'ajoute au NO déjà présent dans les gaz, le NO est ensuite analysé en le faisant réagir avec Modèle:Fchim.

Réduction des émissions d'oxydes d'azote

Moteurs des véhicules automobiles

Fichier:NOx Diesel emissions - real vs Euronorms - fr.svg
Comparaison entre les normes d'émission d'oxydes d'azote (Modèle:Fchim) et les émissions mesurées<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Le pot catalytique mis en place depuis les années 1990 permet une élimination quasiment totale des émissions de Modèle:Fchim sur les moteurs a allumage commandé (essence). Les pots et filtres catalytiques sont efficaces mais consomment des métaux « précieux » et rares éventuellement toxiques (dont métaux du groupe du platine), et en perdent dans l'environnement.

Par contre, le pot catalytique ne permet pas l'élimination des Modèle:Fchim sur les véhicules à moteur Diesel. En Europe, où pour des raisons fiscales le taux de véhicules particuliers à moteurs diesel est très élevé, la diminution des émissions de Modèle:Fchim a donc été moins forte qu'attendue. Les transports maritimes utilisent aussi des moteurs diesel, on estime qu'ils représentent 24 % des émissions totales de Modèle:Fchim en Europe en 2018<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.

Installations de combustion et d'incinération

Généralités

Deux types de techniques existent : les techniques dites primaires (action sur la combustion) et les techniques dites secondaires (action sur l'effluent gazeux).

Techniques primaires

Elles limitent les émissions en intervenant sur la combustion. On cite les brûleurs « bas-Modèle:Fchim »<ref>Les émissions de Modèle:Fchim de ces brûleurs sont inférieures à la réglementation la plus sévère du moment ; cette limite évolue régulièrement.</ref>, la recirculation des gaz de combustion, l'injection étagée du combustible et/ou de l'air de combustion<ref>Réduction des Modèle:Fchim - traitement primaire : adapter la combustion (Énergie Plus magazine).</ref>. L'efficacité de ces techniques s'échelonne entre 20 et 60 % (dans le cas où l'on combinerait plusieurs techniques primaires).

Techniques secondaires

Elles permettent d'obtenir des taux de réduction beaucoup plus importants. Les trois technologies qui se sont réellement imposées sur le marché sont :

Cas du bois énergie

La température de combustion étant difficile à contrôler, dans un poêle ou une cheminée (avec ou sans insert), et toute température de combustion supérieure à Modèle:Tmp générant des Modèle:Fchim, le bois énergie est plus susceptible d'en générer que les chaudières fonctionnant au gaz naturel ou au fioul où la température de combustion est plus facile à contrôler<ref group=alpha>Voir les sections « Sources et devenir - Généralités » et « France ».</ref>, son développement, dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables, « joue un rôle prépondérant par rapport aux autres énergies dans l’évolution des émissions de NOx<ref name="ademe_biomasse"/> ».

Suisse

La combustion du bois Modèle:Citation<ref name="agentmultiforme">Le bois - un agent énergétique multiforme ; article original : le document (Modèle:Pdf) de l'Institut Paul Scherrer (avril 2006).</ref>. Les services cantonaux de l'énergie et de l'environnement, dans une information sur les chaudières bois à chargement automatique (granulés et plaquettes), signalent qu'Modèle:Citation<ref name="services_cantonaux" />.

L'Institut Paul Scherrer préconise la conversion du bois énergie en gaz naturel de synthèse pour réduire ces émissions<ref name="agentmultiforme" />.

Émissions de particules PM10 et d'oxydes d'azote (Modèle:Fchim) de systèmes de chauffage actuels
Émissions de PM10 et de Modèle:Fchim (NO + Modèle:Fchim) de systèmes de chauffage actuels en Suisse.
Émissions directes. Autres émissions = émissions sur la chaîne de production<ref name="tableau_psi">Voir (Modèle:Pdf) : la version en anglais de l'original en allemand (Modèle:P.) et la légende de ce tableau pour « Autres émissions ».</ref>.
France

La combustion de la biomasse a un impact sur la pollution atmosphérique, qui doit être réduite conformément aux engagements nationaux d'amélioration de la qualité de l'air. Une étude, réalisée pour le compte de l'ADEME par le CITEPA et « Énergies Demain »<ref>Énergies Demain.</ref>, évalue les conditions techniques et économiques d’un développement maîtrisé de la biomasse énergie permettant de respecter conjointement les engagements pris pour atténuer le réchauffement climatique et améliorer la qualité de l'air. Sur la vingtaine de polluants atmosphériques étudiés, les Modèle:Fchim sont les seuls polluants pour lesquels une augmentation des émissions à l’horizon 2020 est observée dans les résultats des simulations<ref name="ademe_biomasse">Synthèse des émissions nationales de polluants atmosphériques - Secteur biomasse énergie Modèle:Pdf, Modèle:P. ; ce dossier est téléchargeable sur le site de l'ADEME : Évaluation prospective 2020-2050 de la contribution du secteur biomasse énergie aux émissions nationales de polluants atmosphériques.</ref>. Le texte suivant est extrait de cette étude :

Modèle:Citation bloc

Comparaison du facteur d'émission de Modèle:Fchim du chauffage au bois<ref>Tout type d’appareil confondu : foyers ouverts et fermés, poêles, cuisinières et chaudières (appareils anciens et récents).</ref>
avec les autres types de carburant
(secteur domestique, année 2005 - synthèse 2009)<ref name="medd2009">Le Bois énergie et la qualité de l’air (synthèse 2009) Modèle:Pdf, Modèle:P.11, ministère de l’Écologie.</ref>
Bois énergie Houille Fioul domestique Gaz naturel
Modèle:Fchim (Modèle:Unité sortant) 126 72 60 58
Les facteurs d’émission des appareils sont exprimés en g/GJ (masse de Modèle:Fchim émise par unité d’énergie sortante (gigajoule (GJ))).

Effet du dioxyde de titane

À Dinan, en France, Modèle:Unité de chaussée ont été construits en incorporant à un enrobé poreux classique un « coulis à base de ciment » contenant du dioxyde de titane (Modèle:Fchim), traité chimiquement, qui aide à détruire les Modèle:Fchim<ref>Modèle:Article.</ref>.

Notes et références

Modèle:Crédit d'auteurs

Notes

Modèle:Références

Références

Modèle:Références

Voir aussi

Modèle:Autres projets

Bibliographie

Articles connexes

Modèle:Colonnes

Modèle:Portail