Dioxyde d'azote

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Dioxyde d'azote
Nitrogen-dioxide-2D-dimensions-vector.svgNitrogen-dioxide-3D-vdW.png
Stickstoffdioxid.svg
Structure du dioxyde d'azote.
Identification
Nom IUPAC dioxyde d'azote
No CAS 10102-44-0
No EINECS 233-272-6
No RTECS QW9800000
PubChem 3609161
ChEBI 33101
SMILES
InChI
Apparence gaz brun rougeatre ou liquide brun ou jaune, d'odeur âcre[1].
Propriétés chimiques
Formule brute NO2  [Isomères]
Masse molaire[3] 46,0055 ± 0,0008 g/mol
N 30,45 %, O 69,55 %,
Moment dipolaire 0,316 ± 0,010 D [2]
Propriétés physiques
fusion −11,2 °C[1]
ébullition 21,2 °C[1]
Solubilité dans l'eau : réaction[1]
Masse volumique 1,45 g·cm-3 (liquide)[1]
Pression de vapeur saturante à 20 °C : 96 kPa[1]
Point critique 157,85 °C, 20,17 MPa [4]
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation 9,586 ± 0,002 eV (gaz)[5]
Précautions
Directive 67/548/EEC
Très toxique
T+



Transport
265
   1067   
SIMDUT[6]
A : Gaz compriméC : Matière comburanteD1A : Matière très toxique ayant des effets immédiats gravesE : Matière corrosive
A, C, D1A, D2B, E,
SGH[7]
SGH04 : GazSGH05 : CorrosifSGH06 : Toxique
Danger
H314, H330,
Inhalation Mortel, apparition d'acide nitrique dans les poumons par réaction avec l'eau
Écotoxicologie
Seuil de l’odorat bas : 0,05 ppm
haut : 0,14 ppm[8]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le dioxyde d'azote est un composé chimique de formule NO2. Il s'agit d'un gaz brun-rouge toxique suffocant à l'odeur âcre et piquante caractéristique. C'est un précurseur de la production industrielle de l'acide nitrique HNO3 et un polluant majeur de l'atmosphère terrestre produit par les moteurs à combustion interne et les centrales thermiques ; il est responsable à ce titre du caractère eutrophisant des pluies acides non soufrées (le NO2 combiné à l'Ozone troposphérique anthropique forme des nitrates très solubles dans l'eau). Il est aussi responsable de la présence d'acide nitrique (où ce dernier se forme par hydratation du NO2) et  :

3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO.

Apparence[modifier | modifier le code]

Pur, il présente une coloration brunâtre (vapeurs rutilantes) et une odeur douçâtre. C'est une des odeurs que l'on perçoit dans les rues polluées par la circulation automobile.

Dioxyde d'azote s'échappant d'un tube à essais.


Structure[modifier | modifier le code]

La structure plus correcte de NO2 est O-N·-O avec un angle de 134 degrés et le point représentant cet électron célibataire sur l'atome d'azote, et des tirets entre les deux N-O en plus de l'existence de la liaison "normale" N-O. Les charges formelles seraient plus élevées que celles de la structure présentée ; sa présence sur l'atome N est plus proche de la réalité, bien que tout ceci n'est qu'une question de densité de probabilité de présence de l'électron en cause. Il passe "plus de temps" sur l'azote que sur un des deux oxygènes[9].

Sa structure radicalaire le rend très réactif vis-à-vis des molécules organiques.

Équilibre monomère-dimère[modifier | modifier le code]

Ce gaz a un équilibre permanent, mais dépendant des conditions de température et de pression, avec son dimère, le peroxyde d'azote N2O4 :

2 NO2 \begin{smallmatrix}\rightleftharpoons\end{smallmatrix} N2O4 : ΔH = -57,23 kJmol-1.

Cette dimérisation, exothermique, est favorisée à basses températures. Le peroxyde d'azote N2O4, corps diamagnétique incolore peut être obtenu en un solide fondant à −11,2 °C[10]. Et il se retransforme réversiblement en NO2, le monomère paramagnétique coloré, en une réaction endothermique à plus hautes températures.

Ces deux bouteilles ont été remplies d'une même quantité de dioxyde d'azote gazeux, puis portées à des températures différentes (à droite, la température plus basse).


Le dioxyde d'azote comme polluant[modifier | modifier le code]

L'électron non-apparié du dioxyde d'azote en fait un oxydant et un poison violent : son inhalation donne une réaction instantanée avec l'eau de la muqueuse interne des poumons, conduisant à la production d'acide nitrique. C'est aussi un précurseur d'autres polluants : en se combinant à l'ozone troposphérique, autre polluant en hausse dans toute l'Europe, malgré les efforts faits[11], il produit des nitrates qui sont cause de pluies à la fois eutrophisantes et acidifiantes. Des années 1960 à 2002, les taux de NOx et d'Ozone ont suivi des courbes comparables, proches de la courbe d'augmentation du transport routier, traduisant l'inefficacité des pots catalytiques à froid, et l'augmentation du nombre de véhicules [12]. Pour ces raisons, le NO2 est l'un des facteurs (« sous-indice ») généralement pris en compte dans le calcul des indices de qualité de l'air (Indice Atmo en France par exemple). Selon le Certu (2005), « Vis à vis de la pollution chroniques le polluant qui actuellement est le moins bien maîtrisé est le dioxyde d’azote » ; « De plus la baisse du NO2 n’est pas proportionnelle à la baisse des polluants primaires »[13]. Il s'ajoute à une production naturelle de NO2, lors des incendies de forêt et dans les nuages et la moyenne troposphère en cas d'activité orageuse[14].

En tant que « polluant toxique » et parce qu'il est de plus en plus présent dans l'air (il est notamment devenu l'un des polluants majeurs à Paris[15]), le dioxyde d'azote fait l'objet d'un suivi obligatoire par les observatoires de la pollution de l'air, par des capteurs actifs ou dans le cadre de réseaux de surveillance par des échantillonneurs passifs[16] et il est réglementé par la Directive Européenne CEE no 85-203 et le décret du 25/10/1991.
En France, sa valeur limite horaire est de 200 µg/m3, fréquemment dépassée dans les grandes villes et près des grands axes routiers en l'absence de vent ou de circulation de l'air.

Le Laboratoire central de la préfecture de Paris le considère comme « un très bon indicateur de la pollution d'origine automobile, compte tenu de la part croissante des véhicules à moteur diesel dans le parc français ». Les moteurs Diesel comptent en effet parmi les premières sources d'émission de ce gaz. Les cartes satellitaires de la pollution par NO2 montrent trois foyers principaux comme sources, mais aussi que les routes des navires marchands et de guerre sont tracées par le NO2, notamment en mer Rouge et dans l'océan Indien entre la pointe sud de l’Inde et l’Indonésie. Au-dessus de la mer, le taux d'UV est augmenté et les moteurs marins n'ont pas bénéficié des progrès de l'automobile. De plus, leur fioul est souvent de mauvaise qualité (plus riche en souffre et plus lourd). Dans les grandes villes de France, selon le CERTU, toute l'année « les seuils de recommandation ne sont pratiquement jamais atteints pour le NO2 », alors que les autres polluants présentent souvent des pics saisonniers[13]. En Europe, ce polluant, très associé à la circulation automobile a lentement diminué dans l'air des années 1980 à fin 90 puis cette amélioration a cessé ou est devenue très légère. Si la circulation devait augmenter en Europe, la pollution par le NO2 pourrait à nouveau augmenter[13].

Le charbon actif adsorbe très efficacement le dioxyde d'azote, tant qu'il n'est pas saturé, mais il est inenvisageable de l'utiliser pour épurer l'air des villes. Par contre toute limitation du nombre de voitures, de la circulation ou de la vitesse sur autoroute s'accompagne d'une diminution du NO2 (ainsi que des microparticules fines PM10[14]).

L'évaluation des taux de NO2 se fait grâce à des capteurs spécifiques que l'on cherche au moins depuis les années 2000 à améliorer, dont pour mieux mesurer ce gaz dans les moteurs thermiques, et/ou dans leur pot d'échappement catalytique (pour rétroactivement adapter le fonctionnement du moteur de manière à le rendre moins polluant, ce qui nécessite des capteurs "en temps réel", plus performants, permettant une détection sélective et étant résistant aux hautes températures des gaz d'échappement[17],[18], pour in fine mieux réduire (dans le moteur) ou détruire (dans une nouvelle génération de pots catalytiques).

Autre usage[modifier | modifier le code]

Il a été utilisé au XIXe siècle pour la conservation de la viande.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d, e et f DIOXYDE D'AZOTE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, CRC,‎ 16 juin 2008, 89e éd., 2736 p. (ISBN 142006679X et 978-1420066791), p. 9-50
  3. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  4. (en) Klotz, Irving M. / Rosenberg, Robert M., Chemical Thermodynamics, Basic Concepts and Methods, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,‎ 2008, 564 p. (ISBN 0-471-78015-4), p. 98
  5. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, CRC,‎ 2008, 89e éd., 2736 p. (ISBN 978-1-4200-6679-1), p. 10-205
  6. « Dioxyde d'azote » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 23 avril 2009.
  7. Numéro index 007-002-00-0 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008).
  8. « Nitrogen dioxide », sur hazmap.nlm.nih.gov (consulté le 14 novembre 2009)
  9. Chimie Inorganique Schriver Atkins DeBoeck Université
  10. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 978-0-12-352651-9.
  11. Ba, M., & Elichegaray, C. (2003). La pollution par l’ozone: des concentrations en hausse malgré des efforts à l’échelle européenne. Les données de l’Environnement (Ifen) n, 88.
  12. L'énergie de demain, Technique, environnement économie, Sous la direction de J.L. Bobin, E Huffer et H Nifenecker (Groupe ÉNERGIE de la Société Française de Physique) Des combustibles fossiles 11. Les effets sanitaires. voir le graphique p. 271
  13. a, b et c Sampic J (2005) Rapport : "Évolution de la qualité de l'air en France" ; CERTU - Centre d’études sur les réseaux, les transports, l'urbanisme et les constructions publiques ; Collection "Pollution" ; 2005,(PDF, 2.433 Mb) voir notamment p. 23
  14. a et b Bertrand Bessagnet, Jean-Marc Brignon, Anne-Christine Le Gall, Frédérik Meleux, Simone Schucht, Laurence Rouïl (2009) Politiques combinées de gestion de la qualité de l'air et du changement climatique (partie 1): enjeux, synergies et antagonismes, PDF 91 pages, INERIS, Rapport d'étude /2009 N° DRC-09-103681-02123A, réalisé pour le MEEDDAT/DGEC voir p. 18
  15. René Alary, Jacques Donati et Henri Viellard « La pollution automobile à Paris. Influence du trafic et des conditions météorologiques », Pollution atmosphérique ], no 141, mis à jour le : 08/04/2014, résumé)
  16. Papazian Meybeck, M., & Massa, D. (2014). Étude de la distribution du dioxyde d'azote sur l'agglomération toulousaine par la méthode des échantillonneurs passifs. Été 1996-Hiver 1996/1997-Évolution sur 5 ans: 1991/92-1996/97. 2268-3798.
  17. Pinter, Z. (2002). Caractérisation de couches épaisses de semi-conducteur WO3 et WO3/TiO2 pour la réalisation de capteurs à NO2 (Doctoral dissertation, Villeurbanne, INSA).
  18. Gao, J. (2011). Étude et mise au point d'un capteur de gaz pour la détection sélective de NOx en pot d'échappement automobile (Doctoral dissertation, École nationale supérieure des mines-Saint-Étienne).