Pollution atmosphérique (ou pollution de l'air)

Comment la vie a pu se développer sur la planète Terre ?
Grâce à l'atmosphère de la planète Terre, la vie y est possible.

Depuis le milieu du siècle dernier, la consommation d'énergie a été multipliée par 20 pour répondre aux besoins de la population mondiale,
qui a triplé, et de la croissance de production économique, qui augmente de 2 à 4% par an. Pour obtenir cette indispensable énergie, nous brûlons de grandes quantités de combustibles fossiles (pétrole, charbon, etc.) Le fonctionnement des usines, la circulation des automobiles, la production d'électricité des centrales et le chauffage des habitations en sont les principaux facteurs : ils rejettent dans l'air du dioxyde de souffre (SO2), des oxydes d'azote (NOx), du monoxyde de carbone (CO), des particules et des métaux lourds comme le plomb, le cadmium, le vanadium et le mercure.

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C'est parti

Effet de serre

Comment préserver l'atmosphère ?
De nombreux gaz propulseurs ont été interdit car reconnus comme étant responsables de la destruction de la couche d'ozone.

Mécanisme

L'effet de serre permet à la Terre de garder sa chaleur : l'atmosphère piège le rayonnement infrarouge émis par la Terre, et limite ainsi les pertes de température. Les polluants que nous rejetons dans l'atmosphère, comme le gaz carbonique, augmentent cet effet de serre. Il est donc probable que la pollution va contribuer à élever la température de l'ensemble de la planète. Mais cela risque de faire fondre les glaces, de faire monter le niveau de la mère, de modifier les climats. Et ce problème est d'autant plus préoccupant que les gaz à effet de serre, qui ont une durée de vie très longue, s'accumulent de plus en plus dans l'atmosphère.

Les gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont des composants gazeux de l'atmosphère qui contribuent à l'effet de serre. Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), l'oxyde nitreux (ou protoxyde d'azote, de formule N2O) et l'ozone (O3).

Contributions approximatives à l'effet de serre des principaux gaz :

  • vapeur d'eau : 55 %
  • dioxyde de carbone : 39 %
  • ozone : 1 %
  • méthane : 1 %
  • oxyde nitreux : 4 %

Climatologie

Pourquoi la banquise disparaît-elle ?
Le réchauffement climatique provoque la fonte des glaciers et ainsi une augmentation du niveau des océans ce qui peut, au final, provoquer une submersion des villes proches du niveau de la mer.

La climatologie, branche de la géographie physique, est l'étude du climat, c'est-à-dire la succession des conditions météorologiques sur de longues périodes dans le temps. L'étude du temps à court terme est le domaine de la météorologie.

En règle générale, le climat ne varie pas, ou assez peu, en un endroit donné du globe, sur une durée de l'échelle du siècle. Mais sur des temps géologiques, le climat peut changer considérablement. Par exemple, la Scandinavie a connu plusieurs périodes glaciaires dans le dernier million d'années. L'étude des climats passés est la paléoclimatologie. Cette étude en fonction de l'histoire humaine s'appelle climatologie historique.

La climatologie s'appuie sur des relevés météorologiques historiques, comme sur des mesures relevées par satellite, mais aussi l'épaisseur du manteau neigeux, le recul des glaciers, l'analyse chimique de l'air emprisonné dans la glace, etc.

La connaissance de nombreux paramètres, comme la température à différentes altitudes, l'influence des gaz à effet de serre, l'humidité relative, l'évaporation océanique, est nécessaire pour produire des modèles climatiques numériques et anticiper les changements du climat que l'on peut prévoir à plus ou moins long terme (30 ans).

Si la climatologie s'intéresse essentiellement à l'étude et à la classification des climats existants sur terre, une partie de la discipline traite aussi de l'interaction entre climat et société; que ce soit l'influence du climat sur l'Homme ou de l'Homme sur le climat.

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L'Ozone dans l'atmosphère

L'ozone tire son nom de l'Allemand Ozon qui est lui même dérivé du Grec ozô signifiant exhaler une odeur. Egalement connu sous le nom de trioxygène, il se présente sous une forme triatomique formées de trois atomes d'oxygène faisant alors de l'ozone une variété allotropique de l'oxygène bien qu'elle soit nettement moins stable que le dioxygène puisque l'ozone tend de façon naturelle à se décomposer.

L'allotropie est la faculté de certains corps simples d'exister sous plusieurs formes cristallines ou moléculaires différentes. Une forme allotropique peuvent avoir des propriétés physique, comme la couleur et la dureté, et une réactivité chimique différentes même si elles sont composées d'atomes identique Les transformations d'une forme allotropique à l'autre peuvent être induites par des changements de pression et de température ou même par une réaction chimique. Certaines formes ne sont stables que sous certaines conditions définies de température et de pression

Lorsque l'ozone se liquéfie à 161,3 K, il se présente sous la forme d'un liquide bleu foncé mais prend la forme d'un solide pourpre dès 80,7 K. Lorsqu'il se trouve à température ambiance, le trioxygène prend la forme d'un gaz bleu pâle à l'odeur très caractéristique. L'instabilité de cette substance se manifeste très largement lorsqu'elle se trouve dans un état condensé. En effet, une tendance à l'explosion se présentera lorsque la concentration en ozone est suffisamment significative. De plus, l'ozone se décompose en dioxygène, de formule O2, à une vitesse variant selon de nombreux paramètres comme la température, l'humidité de l'air, la présence éventuelle de catalyseurs tels que l'hydrogène ou encore un contact ou non avec une surface solide. Alors que le dioxygène reste inodore pour le nez humain, l'ozone peut être détecté par l'Homme dès que sa concentration dépasse les 0,01 ppm. Son odeur est très caractéristique et rappelle beaucoup l'eau de Javel. Il faut néanmoins être prudent car ce gaz peut être toxique lorsqu'il est respiré en grandes quantités et provoque la toux. Bien que l'ozone soit présent de façon naturelle dans l'atmosphère terrestre, formant par ailleurs une couche entre 13 et 40 km d'altitude dans la stratosphère, permettant alors d'intercepter près de 97% des rayons UV du Soleil, l'ozone reste un gaz très polluant pour les basses couches de l'atmosphère comme la troposphère. Lorsqu'il est présent dans cette couche, il va agresser le système respiratoire de la faune et peut même provoquer des brûlures chez la partie la plus sensible de la flore. En effet, l'ozone est un oxydant qui va agir sur les cellules vivantes et provoquer une corrosion accélérée des polymères. On appelle ce phénomène le craquelage d'élastomères par l'ozone.

Protocole de Montréal en 1987

L'objectif est la réduction de moitié de leur production et de leur émission à l'horizon 2000.Quelques modifications à cet accord ont été adoptés par la suite de l' avancée de la recherche scientifique et de la meilleure compréhension du problème, le dernier a eu lieu en 1992. Un accord a été trouvé sur le contrôle de la production d'halocarbures par l'industrie jusqu'en 2030. Les principaux CFC ne sont plus produits par aucun des pays signataire après la fin de l'année 1995, excepté en quantités limitées pour des usages primordiaux comme en médecine. Les pays membres de la Communauté Economique Européenne ont même adopté des mesures encore plus fortes que celles demandées par le protocole de Montréal. Reconnaissant leurs responsabilités vis-à-vis de l'environnement et de la planète, ils se sont mis d'accord pour stopper toute production des principaux CFC au début de l'année 1995. Des délais plus courts pour mettre fin à l'utilisation d'autres substances réduisant la couche d'ozone ont également été adoptés. Les premières estimations laissent à penser que ces restrictions pourraient conduire à un retour à la normale vers 2050; l'Organisation Météorologique Mondiale estime que cela aura lieu en 2045 , mais de récents travaux suggèrent que le problème est peut-être, de plus grande échelle qu'on ne le pensait auparavant.

La décomposition de l'Ozone

L'ozone est une substance chimique qui possède une demi-vie relativement courte et cela est encore plus marquant lorsque la réaction se produit dans l'eau où il se décomposera en radicaux -OH. Cependant, et comme cela a pu être dit précédemment, différents facteurs peuvent influencer la vitesse de décomposition de l'ozone.

La demi-vie correspond au temps mis par une substance afin de perdre la moitié de son activité pharmacologique ou physiologique.

La température

La température correspond au facteur ayant le plus d'influence sur la demi-vie de l'ozone. Il peut également être intéressant de noter que l'ozone est moins soluble dans l'eau, en plus d'être moins stable, lorsque la température augmente.

Dans l'airDans l'eau à pH 7
Température (°C)Demi-vieTempérature (°C)Demi-vie
2501,5 seconde
1201 heure et 30 minutes358 minutes
203 jours3012 minutes
-258 jours2515 minutes
-3518 jours2020 minutes
- 503 mois1230 minutes

Le pH

Lorsqu'il est dissous dans l'eau, l'ozone va se décomposer de façon partielle en radicaux -OH. Ainsi, si le pH de l'eau vient à augmenter, alors la décomposition de l'ozone va s'accélérer et la formation des radicaux -OH augmentera.

Rappel

Le pH, ou encore potentiel hydrogène, correspond à une mesure de l'activité chimique de ce qu'on appelle les hydrons dans une solution. Mais vous les connaissez plus certainement sous le nom de protons ou encore ions hydrogènes. De façon plus particulière, ces protons, dans une solution aqueuse, se présent sous la forme de l'ion hydronium qui représente le plus simple des ions oxonium. Le pH est, le plus souvent, utilisé afin de mesurer l'acidité ou encore la basicité du solution. On peut alors la déterminer avec l'échelle suivant dans le cas d'un milieu aqueux à 25°C :

  • une solution de pH égal à 7 est considérée comme étant neutre ;
  • une solution de pH inférieur à 7 est considérée comme étant acide. De ce fait, plus son pH diminue, plus elle est acide ;
  • une solution de pH supérieur à 7 est considérée comme étant basique. De ce fait, plus son pH augmente, plus elle est basique.

Mais la définition que nous connaissons aujourd'hui du pH, définition de Sorensen, n'a été officiellement reconnue qu'à partir du milieu du XXe siècle par l'UICPA. Cette définition est donc celle que nous retrouvons dans les manuels scolaire et s'énonce ainsi : [ pH = - log left( a _ { text { H } } right) ] Avec aH, également noté aH+ ou [H+], qui correspond à l'activité des ions hydrogène H+. aH correspond donc à une grandeur sans dimension tout comme le pH. Néanmoins, cette définition ne nous permet pas d'obtenir des mesures directes du pH ni même des calculs. En effet, le pH dépend uniquement de l'activité des ions hydrogènes. De ce fait, le pH dépend de plusieurs autres facteurs découlant de cette activité. On peut par exemple parler de l'influence du solvant ou encore de la température. Il reste cependant possible d'obtenir des valeurs approchées du pH en utilisant ce calcul. Pour cela, il est nécessaire de faire appel à des définitions de l'activité. Cette définition formelle ne permet pas des mesures directes de pH, ni même des calculs. Le fait que le pH dépende de l’activité des ions hydrogène induit que le pH dépend de plusieurs autres facteurs, tels que l’influence du solvant. Toutefois, il est possible d’obtenir des valeurs approchées de pH par le calcul, à l’aide de définitions plus ou moins exactes de l’activité.

La concentration en solides dissous

L'ozone, lorsqu'il est dissous dans l'eau, va réagir avec une très grande variété de matière comme des composés organiques ou encore des virus et bactérie par un phénomène que l'on appelle oxydation. En effet, l'ozone va se décomposer en dioxygène. Il peut être intéressant de noter que l'ozone se décompose de façon plus rapide dans de l'eau de ville que dans de l'eau distillée.

L'environnement

L'ozone sous forme gazeux présente, de façon théorique, une demi-vie plus longue que l'ozone dissous dans l'eau. Cependant, dans la pratique, l'ozone va provoquer l'oxydation des éléments se trouvant autour de lui que ce soit des métaux, des murs ou même des cellules réduisant de ce fait sa demi-vie à quelques secondes.

Le cycle de l'eau

Comment la vie a-t-elle pu se développer sur Terre ?
L'eau est présente partout sur Terre bien qu'elle ne soit pas exploitable sous toutes ses formes. Elle est pourtant indispensable à la vie sur Terre.

Le cycle de l'eau correspond à un processus selon lequel l'eau se déplace entre différents endroits, tout en changeant de forme et d'état.

On parle de cycle puisque, en effet, il n'y a aucune perte car la quantité d'eau qui entre dans ce processus reste toujours la même, elle subit juste des modifications d'états.

C'est un cycle biogéochimique et cela signifie que, comme tous les cycles biogéochimiques, celui-ci concerne le cycle des éléments chimiques nécessaires à la manifestation et au déploiement de la vie. Dans le cas du cycle de l'eau, les éléments chimiques sont stockés dans des réservoirs qui sont :

  • L’atmosphère ;
  • L'hydrosphère et les éléments qui s'y forment ;
  • Les sols et les roches de la lithosphère ;
  • La biosphère.

Le cycle de l'eau se distingue néanmoins des autres cycles biogéochimiques par deux caractéristiques puisque la molécule d'eau ne subit aucune transformation au cours de son cycle et les êtres-vivants y interviennent très peu.

La répartition de l'eau sur le globe terrestre

L’eau est l’élément le plus répandu sur la planète mais aussi le constituant le plus important des êtres-vivants.
L'Homme est en effet lui-même constitué de 70% d'eau).

97,5% de l'eau présente sur Terre est salée. Elle constitue donc les océans et les mers de notre planète. Au niveau des hémisphères, celui du nord comporte moins d'eau que celui du sud et toutes les étendues salées de ces deux hémisphères représentent 1350 millions de km3. Ils recouvrent donc les deux tiers de la planète.

Le reste de l'eau disponible sur Terre est de l'eau douce. Parmi ces dernières, 2,59% sont immobilisées par les eaux souterraines ou sous forme de glace (eau non directement disponible pour les êtres-vivants). Les 0,1% restants représentent l'eau de surface et l'eau d'humidité du sol, ces dernières étant accessible des être-vivants.

Le plus grand réservoir d'eau douce au monde est le lac Baïkal. Il se situe en Sibérie et représente 1/5 du réservoir mondial avec une profondeur plus de 1600 mètres !

Cependant, seuls 0,007% de l'eau hydrosphérique sont utilisables par l'Homme et sont constitués de ces réservoirs :

  • Cours d'eau ;
  • Lacs ;
  • Nappes de sub-surface.

Le reste n'est pas facilement exploitable ou alors demanderait des coûts de forage trop élevés

L'eau et ses différents états

L'eau peut se trouver sous ses 3 états à la surface de la Terre. En effet, elle est liquide dans nos rivières et lorsqu'on la boit, gazeuse dans l'air que nous respirons et dans la vapeur d'eau et pour finir solide sur les glaciers ou dans les glaçons.

Les précipitations et leurs états

Toutes les précipitations que nous subissons à la surface de la Terre ne présentent pas d'états identiques. En effet, dans certains cas il s'agit de précipitations solides et dans d'autres il s'agit de précipitations liquides.

La pluie

C'est un phénomène qui se forme à partir des gouttelettes contenues dans les nuages ou des cristaux de glaces qui ne sont pas assez froids pour rester congelés lors de leur chute.
Il existe plusieurs formes de pluies : la bruine qui est caractérisée quand les gouttes d'eau mesurent moins de 1,5 mm ; la pluie verglaçante qui se forme quand les conditions de pression et température du sol sont inférieures au point de congélation alors que ce n'était pas le cas dans l'atmosphère.

La grêle

Elle est représentée par des billes de glace mesurant de 5 à 50 mm même si parfois ces billes, appelées grêlons, peuvent atteindre la taille d'une balle de tennis. Leur vitesse de chute monte jusqu'à 160 km/h, ce qui cause de nombreux dégâts.

La neige

Les conditions pour l’apparition de neige sont très particulières. De la vapeur se transforme en cristaux de glace et ces derniers doivent s'assembler rapidement pour former des flocons. Ce procédé à lieu à des températures qui permettent d'éviter la fonte du flocon durant sa chute. En moyenne, il neige entre -3°C et 3°C.

Le grésil

Il est composé de grêlons qui sont devenus liquides durant leur chute mais se remettent à geler une fois entrés dans la masse d'air froide inférieure à 0°C. Son cœur reste donc liquide et son enveloppe solide.

L'eau solide

L'eau atteint son état solide lorsque la température atteint ou descend les 0° C. Les molécules adoptent donc une structure cristalline.

L'eau liquide

On peut trouver de l'eau liquide dans les conditions climatiques habituelles de nos environnements de vie. En effet, sous pression atmosphérique normale de 1 bar et entre 0° C et 100° C, l'eau prend sa forme liquide. Elle adopte alors une structure plus désordonnée et prends moins de place. C'est pourquoi l'eau gelée occupe plus de place que l'eau liquide.

L'eau gazeuse

La majorité de l'eau gazeuse est celle que nous respirons dans l'air. A pression normale de 1 bar et une fois passé la barre des 100° C, l'eau devient gazeuse et l'on parle alors de vapeur d'eau. C'est aussi l'état de l'eau qui s'évapore (au-dessus des lacs, rivières ou océans). Les molécules d'eau sont dans leur état le plus agité lorsqu'elles sont gazeuses. L'attraction terrestre s'exerce alors moins dessus et permet au gaz de expanser.

L'impact du changement d'état sur la Terre

Les changements d'états de l'eau peuvent avoir des conséquences sur notre vie, de manière visible ou invisible.

Lorsqu'il gèle l'hiver, l'eau infiltrée un peu partout se solidifie et prend alors plus de place. C'est pour cela qu'elle fait éclater les roches ou fissurer les murs et les sols. Cela cause aussi de nombreux dégâts sur les routes.

Dans l'industrie nucléaire, les centrales nucléaires utilisent la vapeur de l'eau chauffée par les réactions nucléaires de l'uranium afin de faire tourner de grosses turbines. Sans cette eau, les centrales ne seraient plus refroidies et le cœur des réacteurs pourrait entrer en fusion.

Les changements climatiques qui interviennent au quotidien peuvent changer les états de l'eau qui nous entoure. C'est pourquoi on peut tomber malade si l'air est humide car trop chargé en vapeur d'eau.

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Joy

Freelancer et étudiante en Sciences de la Vie et de la Terre, je suis un peu une grande sœur qui épaule et aide les autres pour observer et comprendre le monde qui nous entoure et ses curieux secrets !