Les oxydes dazote NOX

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Les oxydes dazote (NOX)
MAPR2806 Traitement des efflents gazeux
ARNOULD SébastienDUFOUR PhilippeLEROY
MAThias Novembre 2006
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Les oxydes dazote NOx

• Gaz polluants oxydants NO et NO2
• Emissions avec transports et industries
• Menace pour lenvironnement et
• pour notre santé
• Législations pour contrôler les émissions

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Plan de la présentation

• Propriétés du NO et NO2
• Sources
• Mesures et dosage des oxydes dazote
• Effets
• Normes
• Traitements
• Conclusion et perspectives

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Caractéristiques du NO et NO2

• Monoxyde dazote NO
• Gaz incolore et inodore
• Instable
• Court temps de demi-vie
• Se combine avec loxygène NO2
• Rôles importants pour le fonctionnement
  physiologique
• Pas de normes légales

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Caractéristiques du NO et NO2

• Monoxyde dazote NO
• Quelques propriétés
• Masse molaire 30.0 g/Mol
• Temp de fusion 109 K (-164 C)
• Temp d'ébullition 121 K (-152 C)
• Densité 1.3 103 kg/m3 (liquide)
• Solubilité 0.0056 g dans 100 g d'eau
• ?fH0gaz 90 kJ/Mol
• ?fH0liquide 87.7 kJ/Mol
• S0gaz, 1 bar 211 J/MolK

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Caractéristiques du NO et NO2

• Dioxyde dazote NO2
• Gaz rouge-brun
• Irritant
• Nocif
• Grande quantité p/r au NO
• Normes strictes

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Sources

• Naturelles
• Eruptions volcaniques
• Foudre
• Porcheries
• Feux de forêt

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Sources

• Anthropiques
• consommation de carburants et de combustibles à
  des températures élevées
• Transports
• Moteurs à explosion (diesel, essence)
• Industries
• Centrales électriques thermiques

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Sources

• Anthropiques
• Usages ménagers
• Cuisinière au gaz
• Fours au gaz
• Tabagisme
• Emissions en 2004 à Genève

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Sources
Evolution de la qualité de lair à Genève en
2004
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Sources
Au Canada, en 2000, les émissions totales de NOx
ont été évaluées à plus de 2 500 000 tonnes
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Sources
Les valeurs moyenne du NO2
troposphérique au cours de 2004
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Sources
Profil de monoxyde et dioxyde
d'azote à Nantes (1994 et 1995)
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Sources
Pollution de lair des pays de lOECD 1
émissions d'oxyde de soufre en kilogrammes par
habitant 2 émissions d'oxyde d'azote en
kilogrammes par habitant 3 émissions de CO2
dus à la consommation d'énergie, rapporté au PIB
4 émissions de CO2 dus à la consommation
d'énergie, rapporté au nombre d'habitants
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Mesures et dosage des NOX
Colorimétrie Spectrométrie InfraRouge Chimilumi
nescence Autres
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Mesures et dosage des NOX

• Colorimétrie
• Barbotage
• Piégeage des oxydes dazote
• Coloration prop à la concentration
• Méthode comparative

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Mesures et dosage des NOX

• Spectrométrie InfraRouge
• Absorption de la lumière
• Spectre avec ? en fct de molécules organiques
• Grâce à I, on trouve C
• Infos quantitatives et qualitatives

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Mesures et dosage des NOX

• Chimiluminescence
• État excité, émission de lumière
• Réaction chimique avec lozone
• 2(NO) 2(O3)(g) ? 2(NO2)(g) 2(O2)(g) 2hv
• Photodétecteur ? NO
• ? NO2 NOx NO

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Effets
Sur lenvironnement Sur la santé Autres
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Effets

• Sur lenvironnement
• NO et NO2 polluants dans lair ambiant.
• Génération de polluants secondaires
• Acide nitrique HNO3
• Photo-oxydant (Ozone)
• Particules en suspension PM10 et PM2,5
• Nitrates

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Effets

• Sur lenvironnement
• Génération dozone troposphérique
• COV et NOx grande source dozone
• NO2 O2 -gt NO O3
• Besoin de chaleur
• Grande concentration dozone autours des villes
  en canicule

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Effets

• Sur lenvironnement
• Dépôts acides
• Transformation
• Acide nitrique HNO3
• Scission de molécules d'Ozone
• O3 -gt O2 O
• Formation du catalyseur de réaction
• H2O O -gt OH
• Formation de l'acide nitrique
• NO2 OH -gt HNO3
• NO H2O -gt NO2 OH -gt HNO3

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Effets

• Sur lenvironnement
• Dépôts acides
• Voie humide
• Pluies, neiges, grêles acides
• Voie sèche
• Déposition sur des surface et absorption de
  cendres volantes, de nitrates et de gaz.
• Transformation en acides au contact de leau.

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Effets

• Sur lenvironnement
• Smog
• Brume jaunâtre
• Particules fines et d'ozone.
• Condensation de l'eau sur des poussières en
  suspension
• Présence d'ozone dans la troposphère.
• Formation secondaire des particules fines.

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Effets

• Sur la santé
• Général (NOx)
• Gaz irritant
• Pénétration dans les voies respiratoires
  profondes
• Plus grande sensibilité des enfants, des
  asthmatiques et des bronchitiques
• Nombreux effets sur la santé
• Crises d'asthme
• Capacités réduites à l'effort physique
• Maux de tête
• Résistance réduite aux infections
• Symptômes de maladies chroniques
• Endommagement des tissus pulmonaires

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Effets

• Sur la santé
• En particulier
• Toxicité chronique (effets à longs termes)
• NO
• Effets respiratoires
• Action toxique au niveau des plaquettes
• Formation dhémoglobines
• NO2
• Différences entre jeunes enfants, enfants
  scolarisés, hommes et femmes selon les études.
• Symptômes généraux toux, bronchites...

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Effets

• Sur la santé
• En particulier
• Toxicité aiguë (dommage biologique grave ou
  mortel après une exposition unique)
• Trois phases (pour les NOx)
• Irritation des muqueuses oculaires et
  respiratoires (larmes, toux et nausées possibles)
• Période de rémission de 6 à 24 heures
• dème pulmonaire, toux, difficulté respiratoire
  et fièvre
• par un effort très léger

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Effets

• Sur la santé
• En particulier
• Toxicité aiguë (dommage biologique grave ou
  mortel après une exposition unique)
• Trois possibilités
• Fatal (600 000 µg/m3)
• Guérison totale
• Apparition d'une bronchiolite oblitérante
  (inflammation des bronchioles)

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Effets

• Sur la santé
• Rôle biologique du NO
• Vasodilatateur
• Dilatation des vaisseaux sanguins
• Augmentation du débit sanguin
• Diminution de lagrégation des plaquettes
• Neurotransmetteur
• Petites molécules
• Neurones non interconnectées par des synapses
• Rôle dans la mémorisation à long terme

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Effets

• Sur la santé
• Rôle biologique du NO
• Relaxant des muscles lisses
• Plusieurs organes du tube digestif
• Capacité de lestomac à stocker des liquides
• Microbicide
• Production des macrophages
• Élimination de bactéries
• Régulateur de lapoptose (suicide cellulaire)
• Effet antiapoptotique
• Effet apoptotique

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Effets

• Sur la santé
• Utilisation thérapeutique du NO
• Vasodilatateur inhalé
• de manière sélective
• Traitements cardio-vasculaires
• Propriétés biologiques importantes du NO !

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Effets

• Autres
• Végétation endommagée
• Dégâts visibles sur les feuilles de diverses
  plantes
• Réduction importante de la croissance
• Feuilles plus petites
• Chute prématurée des feuilles
• Le protoxyte d'azote (N2O)
• Gaz hilarant
• Participe à l'effet de serre (6)
• Pouvoir réchauffant 296 fois celui du CO2

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Normes

• Monoxyde dazote
• Pas de normes légales à respecter car beaucoup
  moins toxique que son produit d'oxydation, le
  dioxyde d'azote
• Dioxyde dazote
• OPair (L'Ordonnance fédérale sur la protection de
  l'air)

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Normes

• Dioxyde dazote
• Les directives Européennes

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Normes
Dioxyde dazote
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Normes

• Dioxyde dazote

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Normes

• Dioxyde dazote
• Les directives Européennes  Euro IV et Euro V
• 1er octobre 2006 Prohibition des nouveaux poids
  lourds diesel (gt16t) si leurs émissions de gaz ne
  respectent pas  
• NOx lt 3,5g/kWh au lieu de 5,0g/kWh jusquà
  présent
• 1er octobre 2009 Euro V
• NOx lt 2,0g/kWh

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Réduction des NOx

• Mesures primaires
• modifier des paramètres de la combustion
  réduction jusquà 60 des émissions
• SCR (selective catalytic reduction)
• NH3 NOx ? N2 H2O
• La technologie SNCR
• Introduction de lammoniac lors de la combustion
• La catalyse dans le milieu automobile
• Traitement par plasma froid

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Mesures primaires

• Diminution de la Tmax dans la chambre de
  combustion
• étalement de la combustion
• réduction de lavance à lallumage ou à
  linjection
• EGR injection dun gaz déchappement à
  ladmission
• Ralenti la combustion
• Inconvénient Pénalise le rendement de la
  combustion

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SCR (selective catalytic reduction)

• Le lit catalytique est chauffé (/- 340 ºC)
• Injection dammoniac dans le courant gazeux
• Absorption de lammoniac sur le catalyseur
• Réaction sur le catalyseur en présence doxygène
• 4NO 4NH3 O2 ? 4N2 6H2O
• 2NO2 4NH3 O2 ? 3N2 6H2O
• Ajustement du flux dammoniac pour réduire les
  NOx

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SCR
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La catalyse dans le milieu automobile

• Technologie SCR
• Addition de NH3 ou NH2-CO-NH2
• Elimine 70 à 80 des NOx
• Problème de stockage
• Solution avec stockage par piège à NOx

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Solution avec stockage par piège à NOx

• Platine, Rhodium ? catalyse
• Baryum ? stockage des NOx
• Deux Etapes
• Phase de stockage
• Formation de NO2 grâce au platine NO ½ O2 ?
  ?? NO2
• Puis stockage grâce au baryum 2NO2 Ba ?
  Ba(NO3)
• Phase de déstockage
• Déstockage Ba(NO3)2 ? NOx Ba
• Réduction
• NOx réducteurs(HC, CO, H2) ?N2 (H2O, CO2, )

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Solution avec stockage par piège à NOx

• Points faibles
• Fenêtre de T réduite ? nécessite une connaissance
  exacte des NOx
• Soufre
• empoisonne le catalyseur
• Régénération à haute température (600ºC)
• Vieillissement thermique rapide

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Traitement par plasma froid

• Nouvelle technologie pour les catalyseurs des
  voitures
• Milieu gazeux, haute densité
• Décharges électriques
• ? Ionisation du gaz à très haute température
• Permet datteindre léquilibre thermodynamique
• Agitation électronique importante
• ? Augmente la réactivité des molécules

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Traitement par plasma froid

• Plasma froid
• à décharges couronnes
• à décharges à barrières diélectrique
• 3 fonctions principales
• Permet le fonctionnement à T ambiante

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Circulation des NOx

• Source ? Réservoir ? Transport ? Puit
• Réservoir Océan,
• atmosphère
• Transport vent
• Puit pluie acide,
• smog, dépôt acide

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Conclusion

• Sources
• Naturelles
• Anthropiques
• Effets
• Santé
• Environnement
• Normes
• Importance des traitements