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La pollution atmosphérique

La pollution atmosphérique augmente t-elle ? Quelles sont les effets des polluants sur l'homme ? Autant de questions auxquelles ce dossier tente de répondre.

Page 5 / 10 - Les oxydes d'azote Sommaire
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Les oxydes d'azote présents dans l'atmosphère sont, essentiellement :

 l'hémioxyde (ou protoxyde d'azote) N2O, principalement d'origine naturelle
 le monoxyde (ou oxyde azotique) NO
 le dioxyde (ou peroxyde d'azote) NO2

Le mélange de monoxyde et de dioxyde est souvent représenté par le symbole Nox.

Les oxydes d'azote d'origine naturelle

L'azote de l'atmosphère est fixé par les végétaux et les bactéries du sol sous forme de nitrates. La majeure partie des nitrates sont décomposés par les bactéries anaérobies du sol avec émission d'azote (N2) d'hemioxyde (N2O) et, pour une petite partie, de monoxyde (NO) et de dioxyde (N02).

Les échanges entre l'atmosphère et le sol sont très importants. Les émissions de N2O sont de l'ordre de 1 milliard de tonnes par an.

Les émissions naturelles de NOx sont environ dix fois les émissions dues à l'activité humaine mais comme elles sont réparties sur toute la surface de la terre, la concentration « naturelle » en NOx, au niveau du sol, est faible, de 3 à 4 microgrammes (µg) par m3 d'air.

Notons que Stéphane Henin (de l'Académie d'Agriculture) a calculé que sans le retour à l'atmosphère de l'azote par l'action des bactéries de la dénitrification il y a bien longtemps qu'il n'y aurait plus d'azote dans l'atmosphère. Ceci pour illustrer l'importance des échanges d'azote entre le sol et l'atmosphère.

Il se forme aussi des oxydes d'azote NOx par réaction entre l'oxygène et l'azote de l'atmosphère sous l'action de l'électricité atmosphérique. On estime que, par ce processus, l'apport d'azote, au sol, sous forme d'oxyde est en moyenne de 4 à 10 kg par hectare et par an.

Remarque : L'hémioxyde N2O est oxydé, dans la stratosphère, par action de l'ozone et du rayonnement ultraviolet, en formant du dioxyde NO2 puis de l'acide nitrique NO3 qui rejoint la basse atmosphère et est ramené au sol par les pluies..

Dans la basse atmosphère, N2O est chimiquement inerte et n'est pas considéré comme un polluant de l'air bien qu'il ne soit pas sans effet biologique. C'est un excitant du système nerveux et, à forte concentration, il a des propriétés anesthésiques. C'est du reste, le premier anesthésique qui a été utilisé (en 1844, par un dentiste : Horace Wells).

Les oxydes d'azote produits par les activités humaines

Lors des combustions, l'oxygène et l'azote de l'air se combinent sous l'effet de la chaleur (à partir de 1 000° C environ) pour former le monoxyde de l'azote NO, en quantités d'autant plus grandes que la température est plus élevée. Au contact de l'air, NO s'oxyde en NO2, seulement si la concentration en NO est élevée. Ainsi, à la sortie du tuyau d'échappement des moteurs de véhicules c'est au maximum 10 % du NO qui est oxydé :

2 NO + O2 --> 2NO2

La réaction s'arrête lorsque la concentration en NO devient faible, par suite de la dilution dans l'air.

L'oxydation de NO en NO2 se poursuit dans l'atmosphère par l'action de l'oxygène, du rayonnement solaire et des composés organiques volatils (les COV) comprenant des hydrocarbures des aldéhydes, des alcools etc...

Le processus d'oxydation est très complexe et peut faire intervenir les réactions suivantes :

a) oxydation d'hydrocarbures éthyléniques ou aromatiques par action du rayonnement solaire avec formation de radicaux organiques et du radical oxydryle OH :

RH + O2 --> RO + OH

b) réactions des radicaux RO et OH :

RO + O2 + NO --> RO2 + NO2
RO2 + NO --> RO +NO2
RH + OH --> R + H2O
R + O2 --> RO2
RO2 + NO --> RO + NO2

c) réactions sur les aldéhydes :

R-CHO + OH --> RCO + H2O
RCO + O2 --> RCO3
RCO3 + NO --> R + CO2 + NO2

d) réactions avec l'oxyde de carbone CO :

CO + OH + O2 --> CO2 + HO2
HO2 + NO --> NO2 + HO

etc...

Ces réactions radicalaires d'oxydation interviennent aussi dans la formation d'ozone (O3) cependant que par photolyse, par action du rayonnement UV de longueur d'onde inférieure à 400 nanomètres (nm), NO2 est décomposé :

NO2 --> NO + O
O + O2 --> O3

Si l'atmosphère est suffisamment concentrée en NO, l'ozone est détruit selon la réaction :

O3 + NO --> NO2 + O2

Cette réaction contribue à limiter la concentration en ozone (voir le chapitre « ozone »)

Cette énumération de réactions n'est pas limitative. Elle donne simplement un aperçu de la complexité des phénomènes atmosphériques.

Les réactions entre les différents composés présents dans l'atmosphère conduisent aussi à d'autres polluants secondaires comme le peroxy-acetyl-nitrate (le PAN) par réaction entre des composés organiques oxydés et NO2 :

CH3 CO3 + NO2 --> CH3 CO-O2-NO2

Le PAN est souvent cité comme un polluant particulièrement gênant mais les concentrations relevées en France sont toujours très faibles par rapport aux recommandations de l'OMS (300 µg par m3 pour une exposition de 1 heure et 80 microgrammes pour 8 heures)

Les réactions présentées dans ce texte montrent le rôle décisif des composés organiques volatils dans l'oxydation de NO en NO2 et dans la formation des polluants photo-oxydants.

Les émissions d'oxydes d'azote (NOx)

Pour l'ensemble de la France, elles sont de l'ordre de 1,5 millions de tonnes par an et n'ont guère varié depuis une quinzaine d'années. Les émissions d'origine naturelles sont environ le double mais celles-ci sont réparties sur l'ensemble du territoire tandis que les émissions d'origines humaines sont concentrées en des sites de surfaces restreintes et, particulièrement dans les agglomérations où les émissions sont dues aux véhicules automobiles et camions, pour 70 à 75 % et le reste dû aux combustibles pour l'industrie et le chauffage.

Normes de qualité de l'air et réglementation

L'OMS recommande pour la protection de la santé publique de ne pas dépasser les valeurs suivantes :

400 µg de NO2 par m3 pour une durée de 1 heure
150 µg de NO2 par m3 pour une période de 24 heures

La CEE (directive 85/203 du 7 mars 1985) fixe une valeur limite de 200 µg de NO2 par m3 pour le percentile 98 des moyennes horaires annuelles ; autrement dit, la moyenne de 2 % des valeurs horaires les plus élevées mesurées dans l'année ne doit pas être supérieur à 200 µg de NO2 par m3.

Les concentrations en NO2 dans l'atmosphère des villes françaises

L'évolution des concentrations en NO2 ne peut être connue sur une longue période, car ce n'est que depuis 10 à 15 ans que des mesures systématiques sont effectuées pour NO2.

A Paris, comme le montre le tableau n° 4, les concentrations moyennes annuelles en NO2 n'ont guère varié depuis une dizaine d'années.

Tableau n° 4 : Paris, Pollution par NO2.

AnnéesMoyennes annuelles
(microgrammes de NO2 par m3 d'air)
198452
198554
198648
198745
198847
198954
199048
199456

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