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COV dans la formation de l'ozone troposphérique

1950
  • Arie Jan Haagen-Smit
Analyse en laboratoire des composés organiques volatils dans le cadre de la chimie atmosphérique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Les COV sont des précurseurs essentiels à la formation de l'ozone troposphérique (au niveau du sol), un composant principal de smog photochimique. En présence de lumière solaire ([latex]h\nu[/latex]) et d'oxydes d'azote (NOx), les COV sont oxydés par les radicaux hydroxyles ([latex]\bullet OH[/latex]). Ce processus génère des radicaux peroxy ([latex]RO_2\bullet[/latex]) qui convertissent l'oxyde nitrique (NO) en dioxyde d'azote ([latex]NO_2[/latex]), qui se photolyse ensuite pour produire les atomes d'oxygène nécessaires à la formation d'ozone ([latex]O_3[/latex]).

La formation de l'ozone troposphérique est un cycle photochimique complexe qui ne peut se produire sans COV. Le cycle commence par la photolyse du dioxyde d'azote : [latex]NO_2 + h\nu \rightarrow NO + O(^3P)[/latex]. L'atome d'oxygène à l'état fondamental qui en résulte réagit rapidement avec l'oxygène moléculaire pour former de l'ozone : [latex]O(^3P) + O_2 \rightarrow O_3[/latex]. Dans une atmosphère propre, cet ozone serait rapidement titré par l'oxyde nitrique produit lors de la première étape : [latex]O_3 + NO \rightarrow NO_2 + O_2[/latex], ce qui n'entraînerait aucune accumulation nette d'ozone.

This is where VOCs play their critical role. The oxidation of a generic VOC (represented as RH) by a hydroxyl radical creates an alkyl radical, which rapidly reacts with oxygen to form a peroxy radical: [latex]RH + \bullet OH \rightarrow R\bullet + H_2O[/latex], followed by [latex]R\bullet + O_2 \rightarrow RO_2\bullet[/latex]. This peroxy radical provides an alternative pathway to oxidize NO to [latex]NO_2[/latex] without consuming an ozone molecule: [latex]RO_2\bullet + NO \rightarrow RO\bullet + NO_2[/latex]. By regenerating [latex]NO_2[/latex] from NO, VOCs effectively ‘short-circuit’ the ozone titration step, allowing ozone concentrations to build up to harmful levels. This discovery, pioneered by Arie Haagen-Smit in the 1950s by analyzing Los Angeles smog, fundamentally changed our understanding of air pollution and led to regulations targeting both NOx and VOC emissions.

UNESCO Nomenclature: 2501
- Sciences de l'atmosphère

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte de l'ozone
  • compréhension de la photochimie de base et des réactions radicalaires
  • identification des oxydes d'azote comme polluants issus de la combustion
  • techniques de spectrométrie de masse pour l'identification de composés dans des échantillons d'air
  • observations d'épisodes de smog sévères dans des villes comme Los Angeles

Applications

  • réglementations sur la qualité de l'air (par exemple, la loi sur l'air pur)
  • convertisseurs catalytiques dans les véhicules
  • développement de produits de consommation à faible teneur en COV
  • modèles de prévision du smog
  • technologies de contrôle des émissions industrielles

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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En rapport avec : ozone troposphérique, smog photochimique, oxydes d'azote, NOx, radical hydroxyle, radical peroxy, COV, chimie atmosphérique, pollution atmosphérique, Haagen-Smit.

Contexte historique

COV dans la formation de l'ozone troposphérique

1940
1940
1946
1950
1960
1970
1970
1912
1940
1940
1950
1950
1960
1970
1975

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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