La réglementation européenne sur la pollution atmosphérique est assez riche et s’applique à des cibles plus spécifiques.
La directive 91/441/CEE du 26 juin 1991 qui modifie la directive 70/220/CEE concernant le rapprochement des législations des États membres relatives aux mesures à prendre contre la pollution de l’air par les émissions des véhicules à moteur, est un texte adopté pour faire face à la pollution due aux rejets automobiles. La conséquence de l’application de cette directive est l’adoption de normes Euro I à IV . En plus, la directive 94/12/CE du 23 mars 1994 qui fixe les valeurs limites pour les véhicules neufs et la directive 94/63/CEE du 20 décembre 1994 qui cible les émissions dues au stockage et à la distribution de l’essence, viennent renforcer ce dispositif contre la pollution automobile.
La directive 96/61/CE du Conseil du 24 septembre 1996 ou directive IPPC (Integrated Pollu-tion PrevenPollu-tion and Control) est relative à la prévenPollu-tion et à la réducPollu-tion de la polluPollu-tion. Elle cible les installations les plus polluantes d’Europe. Pour être en règle vis-à-vis de cette di-rective, les entreprises doivent demander une autorisation dont l’obtention est conditionnée par l’utilisation des meilleures technologies disponibles.
La directive 99/13/CE du 11 mars 1999 relative à la réduction des émissions de composés organiques volatils dues à l’utilisation de solvants organiques dans certaines activités et ins-tallations [18]. Elle fixe les valeurs limites d’émissions de solvants pour les installations concernées. Elle est modifiée en 2004 par la directive 2004/42/CE du 21 avril relative à la réduction des émissions de COV dues à l’utilisation de solvants organiques dans certains vernis et peintures et dans les produits de retouche de véhicules. En droit français, la direc-tive 99/13/CE est transcrite sous forme de modification de l’arrêté du 2 février 1998 relatif aux prélèvements et à la consommation d’eau, ainsi qu’aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’environnement et soumises à autorisation ; la directive 2004/42/CE est transcrite par le décret 2006-623 du 29 mai 2006 visant les COV dans certains vernis et peintures et dans les produits de retouche de véhicules.
Les législations adoptées par la communauté internationale, les régions et les pays sont un moyen de prévention de la pollution. Certaines sont plus contraignantes que d’autres. Les réglemen-tations nationales intègrent les engagements régionaux et internationaux pour plus de cohérence et d’efficacité. En pratique, ces mesures visent à encourager le développement de technologies ca-pables de réduire la pollution.
ANNEXE C
De la théorie de Townsend à celle des
streamers
Les processus élémentaires qui ont lieu lors d’une décharge de type streamer sont différents de ceux décrits par le modèle de Townsend. La théorie des streamers, qui dérive qualitativement de celle de Townsend et développée initiallement par Meek, Loeb et Reather est le modèle cohérent qui permet de décrire la physique des décharges filamentaires. Le réacteurs pointe-plan ou plan-plan sont les configurations généralement choisies pour expliquer l’initiation et le développement de ces filaments ; d’autres configurations (fil-plan ou fil cylindre) peuvent être aussi utilisées.
C.1 La théorie de Townsend
La décharge de Townsend était produite dans un réacteur plan-plan à champ électrique uniforme et dans des conditions où la pression p du gaz (air) et le gap d entre les électrodes sont faibles (pd < 200 Torr.cm) [92,93]. La théorie se base sur l’existence d’électrons germes qui initient la décharge. En effet, la radiation cosmique et la radioactivité naturelle produisent des électrons libres dans l’air. Ces électrons libres s’attachent aux molécules O2qui les libèrent après des collision aux électrodes soumises à une tension et entre lesquelles règne un champ électrique assez important [271,272].
Dans un champ électrique E suffisamment fort, un électron germe, émis par effet photoélec-trique par la cathode, est accéléré et acquiert une énergie cinétique importante au point d’initier une avalanche électronique en ionisant les molécules de gaz avec lesquelles il entre en collision (figure C.1). Chaque collision ionisante extrait un nouvel électron de la molécule cible et forme ainsi une paire ion-électron. Les électrons extraits sont à leur tour accélérés et le processus de colli-sion extractive se répète à plusieurs reprises. La croissance exponentielle de la densité des électrons suite à cette ionisation en cascade forme une avalanche électronique qui se déplace jusqu’à l’anode. Si α est le nombre de paires ion-électron formées par un électron germe sur une distance de 1 cm, le nombre d’électrons extraits sur un distance x s’écrit :
N= eα x (C.1a)
à l’anode on a :
x= d et Nanode= eα d (C.1b)
α est aussi appelé coefficient d’ionisation ou premier coefficient de Townsend. Il est lié à la densité du gaz et à la valeur du champ électrique entre les électrodes. Ces électrons primaires se
recom-166 Annexe C. De la théorie de Townsend à celle des streamers
Figure C.1: Initiation et progréssion de l’avalanche électronique
binent à l’anode mais d’autres électrons dits secondaires, sont produits par ionisation des molécules à la cathode. Le nombre d’électrons secondaires est :
Ncathode= γ(eα d− 1) (C.2a)
Avec γ électrons extraits par ion à la cathode et pour un courant photoélectrique initial I0, Townsend montre que le courant correspondant est :
I= I0 e
α d
1 − γ(eα d− 1) (C.2b)
γ est le second coefficient de Townsend ; sa valeur dépend du matériau constituant la cathode. Lorque 1 − γ(eα d− 1) s’annule, I devient infiniment grand quelle que soit la valeur de I0. Dès lors, Townsend pose comme condition pour que la décharge soit auto-entretenue :
γ (eα d− 1) = 1 (C.2c)
À cette condition, chaque ion positif formé au cours de l’avalanche extrait au moins un élec-tron à la cathode. Dans le cas contraire, c’est-à-dire γ(eα d− 1) < 1, la décharge n’est entretenue que grâce à un apport extérieur (photoionisation par exemple). Pour γ(eα d− 1) > 1, il y a une accumulation d’ions.
C.1. La théorie de Townsend 167 Le modèle de Townsend est en accord avec les observations expérimentale à p × d faible. Elle permet également d’expliquer la loi empirique de Paschen selon laquelle la tension de claquage ou, tension disruptive, Vc= f (pd). En effet, la condition de Townsend permet d’écrire :
ln[ln (1 +1
γ)] = αd (C.3a)
or il a été montré expérimentalement [273] que
α / p = A. p.e(−Bp/E) avec E= Vc/d (C.3b)
A et B sont des constantes dépendantes du gaz et E est le champ électrique. Finalement, Vc s’ex-prime ainsi :
Vc= B.pd
ln (pd.A) − ln[ln (1 +1 γ)]
(C.3c)
Cette expression de Vcest en accord avec celle de Paschen
Vc= C.pd
D+ ln (pd)
où C et D sont des constantes liées aux natures du gaz et des électrodes.
Cependant, la théorie de Townsend présente plusieurs limites pour les décharges à haute pres-sion et grand gap (pd > 200 Torr.cm). Les divergences avec les observations expérimentales rele-vées par Loeb et Meek (1940) [92,93] peuvent être résumées en 5 points :
1. Les mesures effectuées avec plusieurs méthodes montrent que la durée de la décharge à pression atmosphérique pour un gap de 1 cm est de l’ordre de 10−7 s, voire plus courte, alors que le calcul avec le modèle de Townsend donne une durée de l’ordre de quelques µs. 2. La tension disruptive s’est révélée indépendante du matériau qui compose la cathode. Par conséquent, le processus d’extraction d’électrons secondaires par bombardement ionique de la cathode devient sans importance.
3. Dans les décharges couronnes lumineuses à pointe positive et à pression atmosphérique, le caractère de la cathode perd son influence dès lors que le gap devient important.
4. Les observations de la décharge montrent que celle-ci est plutôt filamentaire (sous forme de zigzag avec des branchements) donc non homogène comme le prédit le modèle de Town-send.
5. À pd < 200 Torr.cm, des expériences d’irradiation de la cathode par une source externe ont montré que la duré de la décharge décroît lorsque l’intensité lumineuse augmente. Par contre à pression atmosphérique, aucun changement notable n’est observé.
Le modèle de Townsend étant inadéquat pour expliquer les phénomènes observés à haute pres-sion, les décharges dans ces conditions suivent un mécanisme nécessairement différent de celui à basse pression. C’est l’hypothèse faite dans les années 1940 et de façon indépendante, par Loeb
168 Annexe C. De la théorie de Townsend à celle des streamers et Meek (aux États Unis) d’une part et Raether (en Allemagne) de l’autre, qui ont développé une théorie sur les décharges à haute pression et grand gap : la théorie des streamers.