Suja

Un article de Wikipèdia, l'enciclopèdia liura.
Salta a la navegació Salta a la cerca
Fuòc de pneumatics, fint de sujas e autres compausats toxics

La suja (suèja) es un agregat polluent de compausas quimics gaireben totes rics en carbòni, se presentent coma una substéncia d'aspècte negrenca, solhanta e d'odor acra resultant de la combustion incomplèta de matèrias carbonadas. Los « grans » de suja an l'aparéncia enganaira de minusculs grans redonds e d'un negre mat (matèria opticament fòrça absorbosa), que'n realitat, observats al microscòpi electronic sno d'agregats complèxes de particulas plan mai pichonas, organizadas dins de configuracions decrichas per Jullien e Botet en 1987 e dins de morfologias enseguida descrichas per Köylü et al. (en 1995)[1] ; Sorensen & Feke (1996)[2] e Brasil et al. (en 2000)[3].

Segon los contèxtes e los tipes de sujas, lo depaus pòt se presentar coma una polvera prima o una pasta quitranosa e odoranta o formar de crostas solidas (suls monuments, al contacte de la pèire per exemple). Los depauses de quitrans e sujas dins los conduchs de fum son inflamables e constituisson un risc d'incendi.

Las fums eissuidas de la combustion de matèria organica ,e contenon una partida (que pòt se pausar dins los conduchs de cheminèias ont la fum passa). Las sujas constituisson una bona parida de las poscas finas[4] e de l'aerosòl urban, de la pollucion de l'aire e de la pollucion rotièra en particular. Son subretot produchas pels veïculs motorizats foncionant al diesèl e a l'esséncia, per las cheminièas de fogal dobèrt o tapats e de las caudièras de caufatge de fuèl e/o de fusta. Totas las combustions incomplètas de combustibles fossiles e de la biomassa produson de sujas que contribuisson a la pollucion de l'aire per de particulas finas e a d'efièches mai visibles, coma l'esmòg. La combustion d'unes idrocarburs es fòrça emetritz de sujas[5]; es le cas del benzèn.

Se creguèt longtemps que l'impacte de la suja sus la composicion atmosferica e lo climat èra feble mas « fòrça estudis recents mostrèron que la suja es une espècia mai polluenta que previst », tocant la reactivitat[6],[7] e la composicion quimica de l’atmosfèra et tanben son « bilanç radiatiu terrèstre »[8] e « la recerca de la preséncia de suja dins l'estratosfèra fa pas que començar », amb d'instruments sota ballons, embarcas per d'avions e amb de donadas satellitalas (GOMOS-Envisat).

Amb lo carbon puuèi los motors diesèl coma carburant las locomotivas du transpòrt ferroviari èra una font importanta de sujas. L'electrificacion de las vias limitèt lo problèma dins una partida del mond
Las naus foncionant amb de fuèls pesucs de fòrça mala qualitat son una font fòrça importanta de sujas que polluís las linhas frequentadas per aquestas naus e los pòrts (aquí Pòrt Sant Loís, Ròse)
Depauses de suja sus las bricas refractàrias d'un forn de pan.


Caracterizacion[modificar | modificar la font]

Una suja es caracterizada per diferents paramètres

  • la massa, o puslèu la « massa volumica effective », que l'agregat que constituís una « suja » vei sa massa volumica demenir quand la talha de l'agregat aumenta (a causa de l'estructura dels agregats); los epecialistas calculan aquesta « massa volumica effectiva » a partir del diamètre de mobilitat electric (Dm), qu'es ligat al diamètre de giracion Dg dels agregats[9]
  • sa morfologia;
  • l'estructura de cada element constituissent l'agregat;
  • sa talha (nanometrologia);
  • sa composicion fisicoquimica;

e eventualament:

  • l'evolucion de la massa dels agregats en foncion de lor diamètre;
  • sas proprietats opticas (importanta per sas interaccions amb los infraroge, l'albedo e lo climat)[10] ;
  • sa radioactivitat (de carbons, o de fusta contaminadas pòdon conténer de radionucleids eventuelament trobats dins las sujas o machafèrres[11].

D'entre los polluents de l'aire an las classa entre autre de particulas primàrias[12], per oposicion a las particulas segondàrias que son eissidas de la recombinason de particulas primàrias o de precursors mes en suspension dins l'aire.

Composicion generala de las sujas[modificar | modificar la font]

La suja conten dos grands tipes de compausants primaris:

  • de carbòni elementari (CE, negre mat),
  • de desenas a de centenas de compausats organics (mesurats coma carbòni organic o « organic carbon » (OC),
  • d'eventuals autres elements adsorbits sus la suja pendent son procediment de formacion, de refregiment o pendent de son percors dins l'aire o l'aiga.

La composicion d'una suja varia segon la natura du combustible que'n ven, e segon las condicions de la combustion d'aqueste combustible. Globalament mai i a d'oxigèn a disposicion de la flama al moment de la combustion, mens i a de suja.

Las sujas son de mesclas complèxas de particulas contenent de carbòni de suja, encara nomenatcarbòni negre, subretot compausat de carbòni grafitic de color negre, e dels compausats organics (Idrocarbur Aromatic Policiclic, oxids, compausats organics condensables, etc.) nomenats Total oganic carbon (TOC) (« carbòni organic total »). Lo carbòni organic e lo carbòni suja son largats de conjunt mas dins una proporcion diferenta segon las fonts e las condicions de combustion. Las sujas contenon tanben de sals inorganics e de metals e metaloids[13].

Una partida de las sujas pòdon èsser oxidada quitament abans de refregir, e alara veire lors proprietats cambiar (per exemple dins un motor de combustion[14]).

En sortisa de cheminièa, la suja pòt se combinar a d'acid sulfuric que condensa (per ex après la combustion d'un fuòl pesuc o d'un carbon ric en sofre[15]). Se cerca a modelizar aqueste tipe d'interaccions.

Valorizacon de la suja[modificar | modificar la font]

Lo bistre es un nom de color e un pigment autrescòp realizat amb de suja destrempada. Èra utilizat pel dessenh a la pluma e lo lavat, e tanben per tintar en massa de papièr a dessenh. La color bistre s'obten ara per una mescla d'oxids de fèrre.

Produchs industrialament, de biais a èsser constituits exclusivament de carbòni, lo negre de carbòni o negre de fum son pas mai considerats coma de sujas.

La suja de las cheminièas[modificar | modificar la font]

L'acumulacion de la suja e de quitrans dins los conduchs constituí un risc d'incendi qu'impausa lo ramonatge, es a dire le netejatge de conduchs.

Las sujas de motors de combustion intèrne[modificar | modificar la font]

Emissions d'un camion de motor diesèl sens filtre.

Le procediment de la formacion de las particulas e lors modificacions e cinetica dins la combustion dins los motors es encore incompletament comprés.

La formulacion dels carburants, la circulacion dels gases dins la cambra de combustion, lo temps de combustion contribuisson a lor formacion. Aquestes factors son fòrça estudiats, per exemple per cercar a reduire lor formacion. Una autra branca d'engenheriá a per objectiu a los prene dins los tubs d'escapament, via de filtres o un netjatge de fum per pas mai las largar dins l'atmosfèra.

Formacion[modificar | modificar la font]

La combustion dins de regions d'una flama paures en oxigèn produch d'idrocarburs aromatics policiclics (IAP) puèi de sujas.

Composicion[modificar | modificar la font]

Las sujas son subretot constituidas de carbòni. Tanben contunhan

  • d'idrogèn,
  • de rèstes d'idrocarburs que foguèron a l'origina de lor formacion e de lor creissença; subretot l'acetilèn format dins la combustion.

Geometricament son d'aglomerats de particulas gaireben esferics d'unes nanomètres a unas disenas de nanomètres de diamètre. Lors tusts dins la flama conduch a la formacion de clusters de forma aleatòria, podent comportar unas disenas de particulas[16].

Toxicitat[modificar | modificar la font]

Lo caractèr cancerigèn de la suja es conegut dempuèi la descobèrta del Carcinòma du ramonaire; en 1775, lo cirurgian anglés Percevalon Pott mestrèt que lo càncer de l'scrotum, càncer plan rare dins la populacion generala, mas pro frequent pels ramonaires londonians (« sootwart ») èra dins l'escasença degut als frejaments de la còrda solhada per la suja utilizada pels enfants-ramonaires per davalar dins las cheminièas per las ramonar. Aqueste cas de càncer foguèt le primièr càncer professional reconegut, fa près de 250 ans[17].

Cinetica e impactes environamentals del carbòni suja[modificar | modificar la font]

Comunament nomenada suja, lo carbòni negre largat dins l'aire quand de combustibles fossiles e de biocombustibles, coma lo carbon, la fusta[18] e lo gasòli, son brurlat. Es present dins lo mond entièr.
Depaus de suja emisa per un pòt d'escapament de veitura, pendent una avida a freg, motor mal reglat
Detalh d'una taca de suja eissida d'un pòt d'escapament

En tèrmes de talha, la suja es un polluent del grop dels PM10, cancerigèn.

Coma los sulfats, la quantitat de sujas emesas dins l'aire urban demenisèt fòrça amb la reculada del caufatge al carbon e al fuèl. Mas la flota mas lo nombre creissent de veïculs, d'avions e de naus, e tanben de motors termics industrials fixes a en partida negativament compensat aquestes progresses. Dins los païses en desvelopament, lo carbon e la fusta demoran encara de fonts grevas de pollucion urbana e de l'aire interior.

Existís una grografia de la pollucion per las sujas: atal en Soïssa las mesuras fachas pel periòde 2008-2014 dins l'aire monstran qu'en mitan rural luènh de las carrièras, las concentracions mejanas annalas dins l'aire son compresas entre 0,5 e 1 μg/m3, alara que dins las aglomeracions s'auçan a unes 1-2 μg/m3 e que passan 3 μg/m3 a proximitat del trafec rotièr.

Lo carbòni suja, o carbòni negre, es producha per las combustions incomplètas de combustibles fossiles e de la biomassa. Es constituit de carbòni (C) que la color negra absorbís la radiacion solara. I a d'aqueste fach un poder de escaufament de l'atmosfèra, pòt èsser transportat a longa distància e se pausar sus las espandidas glaciàrias demenissent lor poder de rebat (albedo). Son depaus creis la fonda de la neu e del glaç. Mai que d’autras regions, l’Arctica, tot coma las regions alpinas, poiriá prene avantatge de la reduccion de las emissions de carbòni negre.

Las fonts màger de carbòni suja son los motors de combustion (diesèl subretot), la combustion residenciala de fusta e de carbon, las centralas electricas, l’utilizacion del fuèl pesuc o del carbon, la combustion dels degalhs agricòlss, e los encendis de bòscs. Aparten a las particulas finas PM2,5 (diamètre inferior a 2,5 micromètres), mas se trapa subretot dins la partida mai pichona d'aquestas, las PM1, que lo diamètre es egal o inferior a 1 micromètre. Per aquestas doas caracteristicas, quimica e fisica, lo carbòni suja permet de comprene melhor los comportaments de la pollucion de particulas ligada a las fonts de combustion[19].

Lo « caròni negre (suja) » es, amb lo metan e l’ozòn troposferic, un dels màger polluents climatics de corta durada de vida dins l’atmosfèra (d'unes jorns a unas decennias, una a doas setmanas pel carbòni negre). Aqueste polluents influisson fòrça l'escaufament del climat, son los mai importants contributors a l'efièch de sèrra d’origina umana après lo CO2. Sin tanben de polluents atmosferics dangieroses, qu'an fòrça impactes nefasts sus la santat umana, l'agriculturea e los ecosistèmas[20].

A partir de 2020, los pichons aparelhs de caufatge domestic produiràn gaireben la mitat de las emissions totalas de carbòni negre. Aquesta tendéncia poiriá èsser acentuada pel desvelopament de la combustion de la biomassa coma mesura de proteccion del climat. L’utilizacion de fornets e caudièras modèrnas de granulats de fusta, per exemple, poiriá sensiblament reduire las emissions de carbòni negre dugudas a la combustion de la biomassa[21].

De sujas de talha pichonas son emesas de biais cronic a bassa, mejana e nauta altitud per d'avions de léser, comercilas e militars, subretot l'envòl[22].

En 1995, de mesuras fachas in situ per l'avion ER-2 en nauta troposfèra e bassa estratosfèra mostrèron la preséncia d'aglomerats de suja, puèi d'autres vòls foguèron tanben trobats a de latituds de 90 ° N a 45 ° S a gaireben 21 km d’altitud, venent benlèu dels querosèns d'avion. Aquestas sujas pòdon enseguida èsser emportadas a d'altituds mai nautas e circular dins l'estratosfèra[23],[24]. Segon los modèls fisics e climatics existissent las sujas d'altitud vendrián subretot dels encendis de bòscs e autres fuòc de biomassa, e de volcans.

En 2000, Pueschel et al. trapan que 50 % de las particulas de sujas largadas pel trafec aerian dins lo nòrd-èst de l'ocean Atlantic pòdon èssser transportadas a de mai nautas altituds per efièch de gravitofotoforèsa[25]. En 2004, Baumgardner et al. mostrèron que la suja poiriá èsser la principala populacion d'aerosols dins la bassa estratosfèra d'entre las particulas avent una talha superiora a 0,3 μm, dins las latituds de l’Artic[26]. Murphy & al. en 2007 mòstran que las sujas de mens de 0,3 μm pòdon demorar de meses dins l'atmosfèra[27]. L'instrument GOMOS embarcat sul satellit Envisat trapa dins l'estratofèra (fins a 30km d’altitud) de particulas de feble dependéncia espectrala que semblan poder èsser pas que de sujas[28].

Los aerosols solids (amb la sujas) tendrián a migrar cap a las regions polaras via la circulacion generala de l'atmosfèra per tornar mai tard davalar dins la bassa estratosfèra polara.

Las naus de transpòrt fluvial, de pèsca, de merças, de torisme e guèrra largan tanben de quantitats considerablas respectivament suls canals e en mar, tot coma pels encendis de bòsc e del procediment de produccion petrolièrs.

Toxicologia, santat al trabalh[modificar | modificar la font]

Las sujas son classificadas dins lo grop dels cancerigèns averats per l'òme (grop 1) pel Centre internacional de recerca sul càncer.

Los mecanismes precises e complets de formacion de las sujas son fòrça complèxes, e varian segon fòrça paramètres. Son donc encara de mostrar, alara que pren una importança segura ligada al fach que las sujas compòrtan diferents idrocarburs aromatics policiclics (IAP) toxics, veire cancerigèns, e aquò mai, qu'adsorbisson sus de finas particulas metallicas, çò qu'aumenta encora la toxicitat. En França metropolitana, la combustion de la fusta dins lo sector residencial contribuís d'una biais larg majoritari a las emissions d'IAP dins l'atmosfèra (77 % de las emissions nacionalas en 2005)[29].

L'exposicion e de sujas es reconegut coma factor de risc (pròvas umanas sufisentas) pel càncer de palmon[30], subretot dins lo cas de l'exposicion professionala du ramonaire, amb: pròvas umanas sufisentas pel càncer de la pèl (càncer del scrotum) e del palmon e de las « pròvas umanas limitadas pel càncer de la vessiga ».

Ne resulta de nòrmas sempre mai sevèras, impausant d'emissions mendres de sujas e una filtracion melhora dels gases polluits, per exemple pels motors termics, fogals tampats e grandas caudièras.

Es possible de demenir lo taus de formacion de las sujas dins los motors termics, utilizant d'idrocarburs mens pesucs, utilizant un catalizaire d'oxidacion, apondent als motors diesèl un filtre de particulas, en apondent un idrocarbur mai ric en oxigèn dins lo carburant (etanòl per exemple).

Estudi de las sujas[modificar | modificar la font]

Las particulas de suja, que lo nociu es ara conegut, son un objècte d'estudi dempuèi de temps.

Al sègle XIX, Michael Faraday n'estudia las proprietats opticas e nota l'importança d'aquesta per la luminositat d'una flama: mai una flama es escura e roge iranjat, mai forma de sujas. Las flamas blavas ne forman pauc o de talha pichona.

Lor emission es dominanta dins la radiacion, amb un espèctre pròche del còrs negre. Hoyt Hotel ne fa d'imatges al microscòpi electronic dins las annada 1960.

Roger Millikan analisèt la modificacion de sa composicion quand la nautor d'una flama varia.

Las sujas foguèron enseguida fòrça estudiadas coma polluent.

La morfologia fractala e l'irregularitat de forma de las sujas las fan tròp complèxas per èsser modelizadas via la teoria de Mie.

Fòrça dispositius foguèron desvelopat pels cercaires per produire de sujas de biais contrarotlat, per estudiar lor formacion, lors transformacions, lor cinetica, lor composicion, etc. ; per exemple amb:

  • lo microscòpi electronic[31],
  • l'espectrometria de massa de flamas[32],
  • L'espectromètre termoforetic circular[33] (per mesurar la termoforèsa e estudiar melhor los agregats de sujas de morfologia fractala),
  • lo lidar per l'estudi dels polluents de la colona d'aire[34],
  • lo radiomètre (que pòt èsser transportat en altitud per un ballon estratosfrric)[35].

Arqueologia[modificar | modificar la font]

La suja pausada al plafond d'unas baumas es plan sovent un dels signes d'una ocupacion umana, possiblament preïstorica (o antica o medievala; lo foguèt a vegada utilizat per fracturar de ròcas en peirièras sosterranhas): l'estudi de son estratificacion rensenha sus la durada e continuitat d'aquesta ocupacion.

Vejatz tanben[modificar | modificar la font]

Articles connèxes[modificar | modificar la font]

Bibliografia[modificar | modificar la font]

Nòtas e referéncias[modificar | modificar la font]

  1. Köylü, Ü. Ö, Faeth, G.M., Farias, T.L. and Carvalho, M.G. (1995). Fractal and projected structure properties of soot aggregates. Combust. Flame , 100 , 621-633
  2. Sorensen C.M & Feke G.D (1996) The morphology of macroscopic soot, Aerosol Sci. Technol., 25 , 328-337
  3. Brasil A.M, Farias T.L & Carvalho M.G (2000). A recipe for image characterization of fractal-like aggregates, J. Aerosol Sci., 30 , 1379-1389
  4. DETEC & OFEV (2015) Poussières fines PDF, 35 pages
  5. Prado G & Lahaye J (1973) Mécanisme de formation de particules de noir de carbone lors de la décomposition thermique de benzène-I.—Étude cinétique. Journal de Chimie Physique, 70, 1678-1683|résumé
  6. Lary D.J, D.E (1999) Shallcross, and R. Toumo, Carbonaceous aerosols and their potential role in atmospheric chemistry, Journal Geophys. Res., 104, 15,929-15,940
  7. Bekki S (1997) On the possible role of aircraft-generated soot in the middle latitude ozone depletion, J. Geophys. Res., 102, 10,751-10,758
  8. Mirvatte Francis (2011) Contribution à la caractérisation des propriétés optiques des sables et des suies atmosphériques avec les instruments PROGRA2 (Doctoral dissertation, Université d'Orléans)|PDF, 179 pages. voir page 20/179 du pdf
  9. Ouf F.X, Coursil C, Coppalle A, Vendel J & Weill M.E (2005). Comparaison de différentes méthodes de détermination des caractéristiques fractales d’agrégats de suie, 21ième Congrès Français sur les Aérosols
  10. Mirvatte Francis (2011). Contribution à la caractérisation des propriétés optiques des sables et des suies atmosphériques avec les instruments PROGRA2 (Doctoral dissertation, Université d'Orléans)|PDF, 179 pages. voir l'Introduction, page 21/179 du pdf
  11. Lemaire J, Lecourt J.P & Rivier C (2009) Correccion per la mesura de la radioactivita alfa dels aerosols atmosferics prelevats sus filtre. Radioproteccion, 44(1), 21-40.
  12. Ouf F.X, Coursil C, Coppalle A, Vendel J & Weill M.E (2005) Détermination de la masse volumique de particules primaires et de la masse volumique effective des agrégats de suie. 21ième Congrès Français sur les Aérosols | URL:http://www.irsn.fr/EN/Research/publications-documentation/Publications/DSU/SERAC/Documents/112_CFA2005OUF.pdf
  13. Poussières en suspension, sur le site du CITEPA.
  14. Marchal C (2008) Modélisation de la formation et de l'oxydation des suies dans un moteur automobile (Doctoral dissertation, Université d'Orléans).
  15. Dergaoui H, Debry E, Bessagnet B & Rouil L (2010). Modélisation de la dynamique du mélange de particules de suie avec des goutelettes d'acide sulfurique. In 25. Congrès Français sur les Aérosols (CFA 2010) (p. NC).
  16. (en) Matthew Celnik, Tim Totton, Abhijeet Raj, Sebastian Mosbach, Richard West, Markus Kraft, "Modeling Soot Formation, Rapport RTO-EN-AVT-169, 2009, [1]
  17. Melicow M.M (1975). Percivall Pott (1713–1788) 200th anniversary of first report of occupation-induced cancer of scrotum in chimney sweepers (1775). Urology, 6(6), 745-749 [2].
  18. Bogui, P., Charpin, D., de Blay, F., & Abraham, M. (2010). Le bois : nouveau polluant de la maison et de l'air extérieur. Revue des Maladies Respiratoires Actualités, 2(4), 345-348.
  19. Lo carbòni suja: enjòc present e futur, sul site de Airparif.
  20. Polluants de courte durée de vie, sur le site du Programme des Nations unies pour l'environnement.
  21. (en) [PDF] Black carbon, Conseil économique et social des Nations unies - Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance (décembre 2010), p. 2, § 4, p. 13, § 43 et 44, consulté le 18 juin 2015.
  22. Delhaye, D. (2007). Détermination expérimentale des caractéristiques physiques et chimiques de particules de suie émises par des turboréacteurs d'avion (Doctoral dissertation, Université de la Méditerranée-Aix-Marseille II)
  23. Blake D.F& K Kato (1995) Latitudinal distribution of black carbon soot in the upper troposphere and lower stratosphere. Journal Geophys. Res., 100, 7195-7202
  24. hatschek H (1996) Levitation of stratospheric and mesospheric aerosols by gravito-photophoresis, Journal Aerosol Sci., 27, 467-475
  25. Pueschel R & al; (2000) Vertical transport of anthropogenic soot aerosol into the middle atmosphere, Journal Geophys. Res., 105, 3727-3736
  26. Baumgardner S, Kok g & Raga G (2004) Warming of the Arctic lower stratosphere by light absorbing particles, Geophys. Res. Lett., 31, L0611 7, doi:10.129/2003GL0118883
  27. Murphy D.M, Cziczo D.J, Hudson PK & Thomson D.S (2007) Carbonaceous material in aerosol particles in the lower stratosphere and tro popause region, Journal Geophys. Res., 112, D04203, doi:10.1029/2006JD007297
  28. Salazar V (2010) Étude des propriétés physiques des aéro sols de la moyenne et haute atmosphère à partir d 'une nouvelle analyse des observations de GOMOS-ENVISAT pour la période 2002-2006, Université d’Orléans, France
  29. [PDF] Rapport Air et Atmosphère, p. 10, sur le site de La Documentation française, consulté le 16 juin 2015.
  30. Monographie CIRC 2007, vol. 98, in Traduction de la liste (02/12/2009) (vol 1 à 100A) du site www.iarc.fr des évaluations faites par le CIRC (groupes 1, 2A, 2B) sur les risques de cancérogénécité pour l'Homme et commentaires sur l'utilisation des agents cités. Cette liste est majorée des conclusions des monographies 100B à 100F dont les résultats des évaluations sont publiés au 02/12/2009, travail piloté par le Dr B. FONTAINE, consulté 2010 01 06
  31. ex : Park K, Kittelson D.B & McMurry P.H (2004) Structural properties of diesel exhaust particles measured by transmission electron microscopy (TEM): relationships to particle mass and mobility, Aerosol Sci. Technol. , 38 , 881-889
  32. Delfau, J. L., & Vovelle, C. (1985). Analyse par spectrométrie de masse de flammes C2H2/O2 produisant des suies. Journal de chimie physique, 82, 747-754|résumé
  33. Brugière, E. (2012). Le spectromètre thermophorétique circulaire, un nouvel instrument pour mesurer la thermophorèse: application aux agrégats de suies de morphologie fractale (Doctoral dissertation, INSA de Rouen).
  34. Rebouh, S. Etude de la détéction optique des composants atmosphériques (LIDAR).
  35. Mirvatte Francis (2011). Contribution à la caractérisation des propriétés optiques des sables et des suies atmosphériques avec les instruments PROGRA2 (Doctoral dissertation, Université d'Orléans)|PDF, 179 pages. voir page 21/179 du pdf