Vol. gaz / Vol. eau

É É NERGIE ET NERGIE ET

ENVIRONNEMENT ENVIRONNEMENT

Marcel Lacroix Marcel Lacroix Universit

Universit é é de Sherbrooke de Sherbrooke

TROIS GRANDS PROBL

TROIS GRANDS PROBL È È MES MES ENVIRONNEMENTAUX

ENVIRONNEMENTAUX

1. Pluies acides et smog

2. Détérioration de la couche d’ozone

3. Réchauffement planétaire

PLUIES ACIDES PLUIES ACIDES

ET ET

SMOG SMOG

CONSTAT CONSTAT

1. Il y a près d’un milliard de véhicules à combustion dans le monde!

2. Amérique: 4% de la population

mondiale et 50% de tous les véhicules!

3. Véhicules: principaux responsables du

smog.

PLUIES ACIDES: ORIGINE PLUIES ACIDES: ORIGINE

• Combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz) contiennent souvent du soufre et de l’azote qui sont oxydés lors de la réaction de combustion.

• L’azote atmosphérique est aussi être oxydé à haute température.

chaleur cendres

suies hSO

gNO fCO

eN O

dH cCO

S N

b aO

fuel

x

x

+ +

+ +

+ +

+ +

→

+ +

+

2 2

2

2

2 ( 3 . 76 )

PLUIES ACIDES: ORIGINE PLUIES ACIDES: ORIGINE

1. Acide sulfurique

2. Acide nitrique

4 2

2 3

4 2

2 3

2 3

2 2

2

2

; 1 SO H

O H

SO

SO H

O SO

H SO

H O

H SO

→ +

→ +

→ +

3 2

2

;

2

1 O NO HNO

NO + → ⇒

(Oxyde d’azote:

couleur brune, toxique)

SUBSTANCE

SUBSTANCE pH pH Acide batterie

Acide batterie 0 0 Acide estomac

Acide estomac 1.5 1.5 Jus de citron

Jus de citron 2 2 Vinaigre

Vinaigre 3 3 Tomates

Tomates 4 4 Caf Caf é é noir noir 5 5

Lait Lait 6.5 6.5 Eau pure

Eau pure 7 7 Sang Sang 7.5 7.5 Bicarbonate

Bicarbonate 9 9 Lait magn

Lait magné ésie sie 10 10

PLUIES ACIDES:

PLUIES ACIDES:

É É CHELLE pH CHELLE pH

⎥⎦ ⎤

⎢⎣ ⎡

−

=

litres H mole

pH log

Pluie acide: pH<5.6

Exemple: Pasadena,

Californie 1982: pluie

dont le pH ~ 2.5!

SMOG: ORIGINE SMOG: ORIGINE

) (

) (

; )

( )

(

3

3

polluants res

hydrocarbu O

O

O O

soleil res

hydrocarbu NO

CO

→ +

+

+

→ +

+ +

Oxygène monoatomique et ozone: toxiques et

hautement réactifs

SMOG + M

SMOG + M É É T T É É O = CHAUDRON O = CHAUDRON

PLUIES ACIDES:

PLUIES ACIDES:

CONS CONS É É QUENCES SUR LA FORÊT QUENCES SUR LA FORÊT

PLUIES ACIDES:

PLUIES ACIDES:

CONS CONS É É QUENCES SUR LES LACS QUENCES SUR LES LACS

pH Effet

6 Mort du plancton

5.5 Mort des truites

4.5 Algues seulement

3.5 Lac mort

PLUIES ACIDES:

PLUIES ACIDES:

CONS CONS É É QUENCES SUR LES CONSTRUCTIONS QUENCES SUR LES CONSTRUCTIONS

PLUIES ACIDES ET SMOG:

PLUIES ACIDES ET SMOG:

CONS CONS É É QUENCES SUR LA SANT QUENCES SUR LA SANT É É

1. Maladies pulmonaires: asthme, bronchite et emphysème.

2. Exemple: Londres, 1952: 4000 décès en 5 jours!

3. Précipitation acides libèrent les métaux lourds des roches (plomb, cadmium et mercure) qui s’accumulent ensuite

dans l’eau.

PLUIES ACIDES ET SMOG:

PLUIES ACIDES ET SMOG:

COMMENT Y ATT

COMMENT Y ATT É É NUER LES EFFETS? NUER LES EFFETS?

(EN AMONT) (EN AMONT)

1. Utiliser des combustibles plus propres et dont le PCI est plus grand.

2. Accroître le rendement énergétique des machines thermiques.

3. Favoriser les formes d’énergie

renouvelable.

PLUIES ACIDES ET SMOG:

PLUIES ACIDES ET SMOG:

COMMENT Y ATT

COMMENT Y ATT É É NUER LES EFFETS? NUER LES EFFETS?

(EN AVAL) (EN AVAL)

1. Pots catalytiques

(véhicules): CO et NO

convertis en CO

, N

et O

. 2. Scrubbers (centrales au

charbon): gaz rejetés

barbotés dans de la chaux

pour fixer les SO

dans le

gypse.

D D É É T T É É RIORATION RIORATION DE LA

DE LA COUCHE D

COUCHE D ’ ’ OZONE OZONE

COUCHE D

COUCHE D ’ ’ OZONE: C OZONE: C ’ ’ EST QUOI? EST QUOI?

Molécule

d’ozone

COUCHE D

COUCHE D ’ ’ OZONE: OZONE:

POURQUOI S

POURQUOI S ’ ’ EN PR EN PR É É OCCUPER? OCCUPER?

• La couche d’ozone troposphérique est la crème solaire de la planète terre. Elle

protège la vie des rayons ultraviolets nocifs.

• Sans cette couche de 3mm d’épaisseur (à

100 kPa), la planète terre deviendrait aussi stérile que la planète mars.

• Le phytoplancton à la surface des océans

disparaîtrait, suivi du zooplancton, puis de

CHLOROFLUOROCARBONES (CFC) CHLOROFLUOROCARBONES (CFC)

• Molécule inventée dans les années 1920 pour remplacer l’ammoniac et le dioxyde de

soufre dans les systèmes de réfrigération.

• Avantage: molécule stable et inoffensive.

• Utilisée aussi dans les aérosols, les mousses isolantes, les solvants, les détergents, les

parfums, etc.

UTILISATION DES CFC UTILISATION DES CFC

Leur production atteint

un sommet dans les

PLAN PLAN È È TE V TE V É É NUS NUS

1974: Deux chimistes américains,

Rowland et Molina,

étudient la chimie

de l’atmosphère de

la planète Vénus …

… et mettent en évidence la réaction chimique

suivante entre les molécules d’ozone et les

En transposant leurs résultats à la planète

terre, ils découvrent alors qu’au rythme où l’on

produit les CFC, nous nous dirigeons vers une

L’opinion publique est alertée et, pressés, les

Image radar de la couche d’ozone au dessus de

l’antarctique (NASA)

Le trou dans la couche d’ozone semble,

Prix Nobel de chimie 1995

Prix Nobel de chimie 1995

R R É É CHAUFFEMENT CHAUFFEMENT

PLAN PLAN É É TAIRE TAIRE

R R É É CHAUFFEMENT PLAN CHAUFFEMENT PLAN É É TAIRE TAIRE

• On peut voir le smog,

constater l’effet des pluies acides mais comment

appréhende-t-on le

réchauffement planétaire?

• Ce problème est insidieux.

Il dépasse nos sens et notre

EFFET DE SERRE: C

EFFET DE SERRE: C ’ ’ EST QUOI? EST QUOI?

Le verre est transparent au rayonnement visible mais opaque au

rayonnement infrarouge.

Résultat: accumulation de chaleur dans la serre.

out in

c v

E dt E

dE

−

⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

. .

EFFET DE SERRE B

EFFET DE SERRE B É É N N É É FIQUE: FIQUE:

EXEMPLE DE LA PLAN

EXEMPLE DE LA PLAN È È TE TERRE TE TERRE

Grâce à l’effet de serre, la température

moyenne sur terre est 15

C. Sans cet effet, la

EFFET DE SERRE SUR TERRE:

EFFET DE SERRE SUR TERRE:

GAZ RESPONSABLES GAZ RESPONSABLES

1. Eau: H

O (10000 à 50000 ppm).

2. Gaz carbonique: CO

(350 ppm).

3. Méthane: CH

.

4. Oxydes nitriques.

5. Ozone.

6. CFC.

7. Autres molécules asymétriques

EFFET DE SERRE MAL

EFFET DE SERRE MAL É É FIQUE: FIQUE:

EXEMPLE DE LA PLAN

EXEMPLE DE LA PLAN È È TE VENUS TE VENUS

À À la surface, la la surface, la temp temp é é rature est rature est 450 450

C et la C et la

pression 90bars!

pression 90bars!

Image radar de la sonde Magellan

Image radar de la sonde Magellan

LA CONCENTRATION DE LA CONCENTRATION DE

CO CO _{2 2} SUR TERRE AUGMENTE SUR TERRE AUGMENTE - - T T - - ELLE? ELLE?

Au cours des ~ 100000 dernières années, la

concentration de CO

dans l’atmosphère mesurée s’est maintenue autour de 280 ppm et puis elle s’est mise à croître au début du

19ème siècle.

À À QUOI ATTRIBUE QUOI ATTRIBUE - - T T - - ON ON

L L ’ ’ AUGMENTATION DE CO AUGMENTATION DE CO

SUR TERRE? SUR TERRE?

1. Concentration de CO

dans l’atmosphère:

elle s’est mise à croître pendant la révolution industrielle, époque où la consommation

intensive de combustibles fossiles a commencé.

2. Population mondiale: elle a triplé au 20ème

siècle.

À À QUOI ATTRIBUE QUOI ATTRIBUE - - T T - - ON ON

L L ’ ’ AUGMENTATION DE CO AUGMENTATION DE CO

SUR TERRE? SUR TERRE?

3. Activité industrielle: elle est aujourd’hui 50 fois plus intense que ce qu’elle était en 1900 et on prévoit qu’elle décuplera au cours du 21ème siècle.

4. Agriculture intensive et déforestation

accélérée.

30 Key

30 Key Energy Energy Trends (IEA): Trends (IEA):

É É missions pass missions pass é é es de gaz carbonique es de gaz carbonique

30 Key

30 Key Energy Energy Trends (IEA): Trends (IEA):

É É missions pr missions pr é é vues de gaz carbonique vues de gaz carbonique

Y Y - - A A - - T T ’ ’ IL UNE RELATION ENTRE IL UNE RELATION ENTRE L L ’ ’ AUGMENTATION DE CO AUGMENTATION DE CO

DANS DANS

L L ’ ’ ATMOSPH ATMOSPH È È RE ET LE RE ET LE

R R É É CHAUFFEMENT DE LA PLAN CHAUFFEMENT DE LA PLAN È È TE? TE?

• Le rapport deutérium/hydrogène dans l’eau des échantillons de glace prélevés aux pôles croît avec la température.

• Et la concentration en CO

des bulles d’air emprisonnées dans ces mêmes échantillons croît.

• Datation jusqu’à 110000 années.

CORR CORR É É LATION ENTRE CONCENTRATION LATION ENTRE CONCENTRATION DE CO

DE CO

ET TEMP ET TEMP É É RATURE MOYENNE? RATURE MOYENNE?

PEUT PEUT - - ON ALORS CONCLURE QUE LE ON ALORS CONCLURE QUE LE R R É É CHAUFFEMENT PLAN CHAUFFEMENT PLAN É É TAIRE EST TAIRE EST

D D Û Û À À L L ’ ’ ACTIVIT ACTIVIT É É HUMAINE? HUMAINE?

• • Personne ne nie le fait que l Personne ne nie le fait que l ’ ’ augmentation de augmentation de la concentration de CO

la concentration de CO

dans l dans l ’ ’ atmosph atmosph è è re re co co ï ï ncide ncide à à la p la p é é riode d riode d ’ ’ utilisation intensive utilisation intensive

de combustibles fossiles.

de combustibles fossiles.

• • En d En d é é duire que le r duire que le r é é chauffement de la chauffement de la

plan plan è è te est d te est d û û au CO au CO

g g é é n n é é r r é é par l par l ’ ’ activit activit é é humaine fait toutefois l

humaine fait toutefois l ’ ’ objet de vifs d objet de vifs d é é bats bats … …

QUELS SONT LES SIGNES TANGIBLES QUELS SONT LES SIGNES TANGIBLES

DU R DU R É É CHAUFFEMENT PLAN CHAUFFEMENT PLAN É É TAIRE? TAIRE?

1. Augmentation constante de la température moyenne de la planète au cours des 200

dernières années.

2. Montée du niveau des océans: 15 cm au cours du dernier siècle (expansion thermique).

3. Courants atmosphérique et marin perturbés.

QUELS SONT LES SIGNES TANGIBLES QUELS SONT LES SIGNES TANGIBLES

DU R DU R É É CHAUFFEMENT PLAN CHAUFFEMENT PLAN É É TAIRE? TAIRE?

4. Canicules et sécheresses plus fréquentes et prolongées.

5. Désertification accélérée.

6. Récession des glaciers et des calottes glaciaires.

7. Population croissante d’insectes porteurs

de maladies tropicales: malaria, dengue,

fièvre jaune et maladie du sommeil.

EFFET DE R

EFFET DE R É É TROACTION TROACTION

• Système: le climat.

• Résultat: le réchauffement planétaire.

• Rétroaction positive: accentuation du résultat (indésirable).

• Rétroaction négative: atténuation du

résultat (souhaitable).

R R É É TROACTION POSITIVE TROACTION POSITIVE

• Augmentation de la température engendrée par de l’effet de serre.

• Fusion des calottes polaires.

• Rétrécissement de la surface réfléchissante du rayonnement solaire.

• Davantage de chaleur absorbée.

• Accentuation du réchauffement planétaire.

R R É É TROACTION POSITIVE TROACTION POSITIVE

• Augmentation de la concentration de CO

dans l’atmosphère.

• Réchauffement planétaire.

• Évaporation d’eau accrue: gaz à effet de serre.

• Eau plus chaude: CO

libéré par océans.

• Accentuation du réchauffement planétaire.

Dissolution du CO

Dissolution du CO _{2 2} dans l dans l ’ ’ eau (101kPa) eau (101kPa)

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2

0 10 20 30 40

Degrés C

Vol. gaz / Vol. eau

R R É É TROACTION N TROACTION N É É GATIVE GATIVE

• Réchauffement planétaire engendré par

l’augmentation de la concentration de CO

.

• Évaporation d’eau accrue: davantage de nuages dans le ciel.

• Rayonnement solaire réfléchi par les nuages: moins de chaleur absorbée.

• Réchauffement planétaire atténué et même

renversé.

R R É É TROACTION N TROACTION N É É GATIVE GATIVE

• Augmentation de la concentration de CO

.

• Accélération de la croissance des plantes qui s’alimentent de CO

.

• Consommation accrue de CO

par les plantes.

• Effet de serre se résorbe.

BILAN GLOBAL DE CO

BILAN GLOBAL DE CO _{2 2} : FRAGILE : FRAGILE

PLANTES CO

OCÉANS

CO

ATMOSPHÈRE

CO

SOL

ORGANISMES MORTS

PHOTOSYNTHÈSE DÉ

COM

POSIT ION

QUE PEUT

QUE PEUT - - ON FAIRE? ON FAIRE?

1. Remplacer les combustibles fossiles dont le PCI est faible (ex:charbon, 24MJ/kg) par ceux dont le PCI est plus grand

(ex:gaz naturel, 55MJ/kg).

2. Accroître le rendement énergétique par unité de CO

émise.

3. Passer des formes d’énergie non

renouvelable aux formes d’énergie

renouvelable.

ACCORD DE KYOTO: UN PREMIER ACCORD DE KYOTO: UN PREMIER PAS DANS LA BONNE DIRECTION PAS DANS LA BONNE DIRECTION

16 février 2005