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Smog photochimique

1950
Scène de rue urbaine illustrant les effets du smog photochimique en 1950, mettant en évidence la chimie atmosphérique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le smog photochimique est formé par une série complexe de réactions impliquant la lumière du soleil, les oxydes d'azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV). Le processus s'amorce lorsque la lumière du soleil scinde le dioxyde d'azote ([latex]NO_2[/latex]) en oxyde nitrique (NO) et en un atome d'oxygène (O). Cet atome d'oxygène libre se combine ensuite avec l'oxygène moléculaire ([latex]O_2[/latex]) pour former l'ozone troposphérique ([latex]O_3[/latex]), l'un des principaux composants du smog.

La formation du smog photochimique est un processus cyclique induit par le rayonnement solaire. Ce cycle commence aux heures de pointe du matin, lorsque les véhicules émettent de grandes quantités d'oxydes d'azote (NOx) et de composés organiques volatils (COV). ultra-violet (UV) radiation provides the energy for the initial key reaction: the photolysis of nitrogen dioxide ([latex]NO_2 \\xrightarrow{h\nu} NO + O[/latex]). The highly reactive atomic oxygen (O) then quickly combines with diatomic oxygen ([latex]O_2[/latex]) to form ozone ([latex]O_3[/latex]): [latex]O + O_2 \\rightarrow O_3[/latex]. Normally, this ozone would be destroyed by reacting with the nitric oxide (NO) produced in the first step, reforming [latex]NO_2[/latex] and [latex]O_2[/latex] in a null cycle. However, the presence of VOCs disrupts this balance.

Les COV réagissent avec les radicaux hydroxyles (OH) dans l'atmosphère pour former des radicaux peroxy ([latex]RO_2[/latex]). Ces radicaux peroxy sont très efficaces pour oxyder le NO en [latex]NO_2[/latex] sans consommer de molécule d'ozone : [latex]RO_2 + NO \rightarrow RO + NO_2[/latex]. Cette réaction régénère rapidement le [latex]NO_2[/latex], qui peut alors être photolysé à nouveau pour produire davantage d'ozone, tout en empêchant le NO d'appauvrir l'ozone existant. Il en résulte une accumulation nette d'ozone tout au long de la journée, les concentrations atteignant généralement leur maximum dans l'après-midi. Le mélange complexe comprend également d'autres polluants secondaires nocifs tels que le nitrate de peroxyacétyle (PAN), les aldéhydes et l'acide nitrique, créant ainsi l'air brumeux et irritant caractéristique connu sous le nom de smog.

UNESCO Nomenclature: 2501
- Sciences de l'atmosphère

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte de l'ozone par Christian Friedrich Schönbein
  • compréhension de la cinétique chimique et des mécanismes réactionnels
  • développement du moteur à combustion interne et utilisation généralisée des automobiles
  • identification des composés organiques volatils et des oxydes d'azote comme polluants
  • recherches d'arie jan haagen-smit sur le lien entre l'ozone et les dommages causés aux plantes à los angeles

Applications

  • formulation de peintures, de solvants et de produits de consommation à faible teneur en COV
  • normes d'émission des véhicules (par exemple, normes Euro, normes EPA américaines)
  • modèles de prévision de la qualité de l'air qui prédisent les jours de forte concentration d'ozone
  • systèmes de récupération des vapeurs dans les stations-service
  • développement de véhicules à carburant alternatif avec des émissions de NOX et de COV plus faibles

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • matériaux de construction photocatalytiques qui décomposent les NOX et les COV à leur surface
  • algorithmes de planification urbaine qui optimisent le flux de trafic pour minimiser les points chauds d'émission
  • drone swarms that release ozone-neutralizing agents during high-smog events
  • capteurs portables personnels qui fournissent des alertes en temps réel en cas d'exposition élevée à l'ozone et aux COV
  • plantes génétiquement modifiées avec une capacité accrue à absorber les COV et les NOx
  • solar-powered urban air purifiers using advanced filtration and catalytic conversion
  • Systèmes d'IA pour identifier et signaler les fuites de COV industrielles à partir d'images satellite
  • développement de procédés de fabrication sans COV utilisant le CO2 supercritique comme solvant
  • systèmes de ventilation intelligents pour les bâtiments qui ferment automatiquement les prises d'air pendant les pics de smog
  • bioréacteurs utilisant des algues pour capturer et métaboliser les composants du smog
Voir aussi : smog photochimique, ozone troposphérique, oxydes d'azote, composés organiques volatils, COV, NOX, lumière solaire, chimie atmosphérique, polluant secondaire, nitrate de peroxyacétyle.

Contexte historique

Smog photochimique

1912
1940
1940
1950
1950
1960
1970
1910
1940
1940
1946
1950
1960
1970
1970

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

10e année anniversaire

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