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P ollution at rnospher ique
Probleme 5.4 (Evolution des particules ultrafines it petite echelle)
Les reglementations sur les emissions des voitures ont not amment conduit a
un e fort e diminution des emissions de suie (de diam etre relativement eleve, de
l'ordre de quelqu es dizain es de nanometres), du fait de l'u tili sation de catalyse
d 'oxyd ation et de filtr es a particules, ainsi que de la diminution du conte nu en
soufre des carburants . Les effets peuvent neanmoins et re pervers, comm e on va
essayer de l'illu st rer avec ce probl erne.
1. Rappeler brievernent quels sont les processus de production et de croissance des ae rosols dan s l'atrn osphere. A quels pro cessus peut participer
l' acid e sulfur ique H 2 S0 4 (un gaz t res peu volatil , de pr ession de vap eur
saturante qu asi null e), produit de l'oxydation par OH du S02 emis ?
2. Pour simplifier, on ne considere dan s la figure 5.23 que deux pies par
distribution d 'aero sol : un pr emier pic cent re a 10 nm, un second pic a
100 nm. Comment a evolue entre les deux motorisat ions present ees Ie
nomb re de particules ? Et la masse ?
3. Qu el pro cessus va et re favori se par une diminution des aerosols de fort e
t aille ? Comment er a pr esent la figure 5.23.
Reponse :
1. Les pro cessu s de croissa nce qui par ti cip en t au viei llisse ment atmos pherique des
aerosols sont esse nt ielleme nt la nucl eation , notamment sur la base du melange
binaire H 20-H2S04 , et la conde nsation . H 2S0 4 par ticip e it la fois it la nucl eation et it la condensation . Ces deux pro cessu s peuven t done etre vu s com me
concur re nts pour l'acid e sulfur ique disponible en ph ase gazeuse.
2. Le ratio de la masse d 'une par t icul e (supposee spherlque ) de diamet re d; sur
celle d 'une particul e de diametre dp/ IO est de 1000 (m = Jrd~ /6 x PP avec PP la
densit e des par ti cul es supposee constante) . Une par ti cul e de diam etre 100 nm
a done un e m asse 1000 fois plu s elevee qu 'une part icul e de diam et re 10 nm.
Le profil qui correspond it l'ancienne mo to risation presente des par ticul es decalees vers les plus grosses et done un e plus grande m asse. Le profil qu i correspond
it la nouvelle motorisation presente un e plu s faibl e masse, mais un plus grand
nombre de part icul es fines.
3. L'emi ssion primair e de suies fournit des sur faces de conde nsation pour H 2S0 4 •
La diminution de la sur face de conde nsation a cond uit, pour la nou velle motorisation , it rendre plus de H 2S04 disponible pour la nucl eation , done a favorise
la creat ion de petites par ti cul es. La diminution de la masse emise a cond uit
indirect em ent it un e augme ntation du nombre de particul es forrn ees dan s l'atmosphere (figure 5.24) !
Pour en savoir plus ([74)) :
D . Kittelson , J . Johnson , W . Wat t s, Q. Wei, M. Dr ayton, D . Paul sen , N. Bukowiecki .
Diesel aerosol sa m pling in t he atmosphere. Techn ical pap er series 2000-01-2212 , SAE
(Society of Automative E ngi neers ), 2000
P ollution at rnospher ique
Probleme 5.4 (Evolution des particules ultrafines it petite echelle)
Les reglementations sur les emissions des voitures ont not amment conduit a
un e fort e diminution des emissions de suie (de diam etre relativement eleve, de
l'ordre de quelqu es dizain es de nanometres), du fait de l'u tili sation de catalyse
d 'oxyd ation et de filtr es a particules, ainsi que de la diminution du conte nu en
soufre des carburants . Les effets peuvent neanmoins et re pervers, comm e on va
essayer de l'illu st rer avec ce probl erne.
1. Rappeler brievernent quels sont les processus de production et de croissance des ae rosols dan s l'atrn osphere. A quels pro cessus peut participer
l' acid e sulfur ique H 2 S0 4 (un gaz t res peu volatil , de pr ession de vap eur
saturante qu asi null e), produit de l'oxydation par OH du S02 emis ?
2. Pour simplifier, on ne considere dan s la figure 5.23 que deux pies par
distribution d 'aero sol : un pr emier pic cent re a 10 nm, un second pic a
100 nm. Comment a evolue entre les deux motorisat ions present ees Ie
nomb re de particules ? Et la masse ?
3. Qu el pro cessus va et re favori se par une diminution des aerosols de fort e
t aille ? Comment er a pr esent la figure 5.23.
Reponse :
1. Les pro cessu s de croissa nce qui par ti cip en t au viei llisse ment atmos pherique des
aerosols sont esse nt ielleme nt la nucl eation , notamment sur la base du melange
binaire H 20-H2S04 , et la conde nsation . H 2S0 4 par ticip e it la fois it la nucl eation et it la condensation . Ces deux pro cessu s peuven t done etre vu s com me
concur re nts pour l'acid e sulfur ique disponible en ph ase gazeuse.
2. Le ratio de la masse d 'une par t icul e (supposee spherlque ) de diamet re d; sur
celle d 'une particul e de diametre dp/ IO est de 1000 (m = Jrd~ /6 x PP avec PP la
densit e des par ti cul es supposee constante) . Une par ti cul e de diam etre 100 nm
a done un e m asse 1000 fois plu s elevee qu 'une part icul e de diam et re 10 nm.
Le profil qui correspond it l'ancienne mo to risation presente des par ticul es decalees vers les plus grosses et done un e plus grande m asse. Le profil qu i correspond
it la nouvelle motorisation presente un e plu s faibl e masse, mais un plus grand
nombre de part icul es fines.
3. L'emi ssion primair e de suies fournit des sur faces de conde nsation pour H 2S0 4 •
La diminution de la sur face de conde nsation a cond uit, pour la nou velle motorisation , it rendre plus de H 2S04 disponible pour la nucl eation , done a favorise
la creat ion de petites par ti cul es. La diminution de la masse emise a cond uit
indirect em ent it un e augme ntation du nombre de particul es forrn ees dan s l'atmosphere (figure 5.24) !
Pour en savoir plus ([74)) :
D . Kittelson , J . Johnson , W . Wat t s, Q. Wei, M. Dr ayton, D . Paul sen , N. Bukowiecki .
Diesel aerosol sa m pling in t he atmosphere. Techn ical pap er series 2000-01-2212 , SAE
(Society of Automative E ngi neers ), 2000