Introduction aux émissions des véhicules

Les véhicules sont très utiles. En plus de nous emmener du point A au point B, ils nous permettent de transporter d’autres personnes ou des choses, et de nous déplacer plus rapidement qu’à pied. Mais ils ont aussi des aspects nuisibles, comme leur contribution au smog et au changement climatique.

Si tu as déjà été coincé(e) dans la circulation derrière un camion lourd, tu as sans doute senti les gaz nauséabonds qui s’en échappent. Or, même lorsqu’on ne sent rien, les véhicules émettent toutes sortes de produits nocifs pour les humains et la planète.

Comment fonctionne un moteur à combustion interne?

Nous savons tous que la plupart des automobiles et des camions consomment du carburant. Certains véhicules fonctionnent maintenant aussi à l’électricité, mais la plupart sont généralement alimentés aux combustibles fossiles, par exemple de l’essence ou du diesel qui brûle à l’intérieur d’un moteur. C’est pourquoi on dit que ces véhicules sont équipés d’un moteur à combustion interne. Le terme combustion signifie que le carburant brûle.

Dans un moteur à combustion interne, le carburant est d’abord mélangé à l’air avant d’être poussé dans un cylindre. Dans le cylindre, un gros piston comprime le mélange carburant-air dans un espace plus petit. Ensuite, une petite étincelle met le feu au mélange, et le mélange carburant-air subit une combustion, ce qui veut dire qu’il est brûlé. La combustion produit des gaz. Ces gaz poussent sur un piston différent qui transfère l’énergie au vilebrequin. Le vilebrequin est un mécanisme qui convertit le déplacement des pistons vers le haut et vers le bas en un mouvement de rotation qui actionne les roues. Comme la réaction de combustion se produit des centaines de fois par minute, elle produit assez d’énergie pour faire avancer ou reculer une voiture.

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Tu vois ci-dessus un GIF animé qui reproduit ce qui se passe à l’intérieur d’un moteur à combustion interne.

Dans le coin inférieur gauche, les chiffres 1, 2, 3 et 4 apparaissent à tour de rôle en boucle.

En haut à gauche, une substance jaune coule dans un tuyau. À la base du tuyau, un bouchon gris fixé à une tige mobile se déplace de bas en haut. En montant, le bouchon bloque le liquide jaune; en descendant, il laisse passer le liquide dans la chambre en dessous.
Quand la chambre est remplie de liquide jaune, une bougie verte encastrée dans le plafond de la chambre produit une étincelle, et la chambre devient rouge. La chambre passe très rapidement du rouge au gris.

Quand la chambre est grise, c’est au tour du bouchon fixé en haut à droite de la chambre de descendre puis de monter. En descendant, le bouchon permet à la substance grise de sortir de la chambre pour passer dans le tuyau gris. L’autre bout de ce tuyau crache des vapeurs grises, comme le tuyau d’échappement d’un véhicule automobile.

Dans la partie inférieure de la chambre, un objet gris plus large que long se déplace de bas en haut à un rythme régulier. Il descend quand la chambre devient jaune, remonte jusqu’à l’étincelle, puis redescend quand la chambre redevient grise.

Un gros objet vert orné d’un cercle gris et coiffé d’un triangle pointu est suspendu par une charnière au bas de l’objet gris décrit au paragraphe précédent. Derrière, un objet gris en forme de demi-cercle tourne doucement dans une chambre vide.

Les gaz sont acheminés vers l’extérieur du moteur par le tuyau d’échappement et le silencieux de l’automobile. Les émissions des véhicules peuvent nuire à la qualité de l’air près de la surface de la Terre, où nous vivons et respirons, ainsi que dans la haute atmosphère. La qualité de l’air est une mesure de la quantité de polluants présents dans l’air.

Qu’est-ce que le smog?

Le smog est un type de pollution atmosphérique, localisée et de courte durée, qui se produit près du niveau du sol. On peut reconnaître une journée de smog intense par la brume en suspension dans l’air. Historiquement, le terme « smog » était utilisé pour désigner l’épaisse brume grisâtre observée lorsque la fumée et le brouillard se mélangent. Il est employé de nos jours pour désigner un type de pollution atmosphérique attribuable à la combinaison de certains types de gaz et de particules que nous pouvons observer l’été ou l’hiver.

Lors des périodes de smog, il peut être difficile de voir aussi loin que tu le pourrais un jour plus clair. Tu pourrais également trouver qu’il est un peu plus difficile de respirer. L’air pourrait aussi avoir une certaine odeur. Le smog est principalement composé de matières particulaires et d’ozone troposphérique (O₃).

Comment les émissions des véhicules contribuent-elles au smog?

Les émissions des véhicules sont l’une des principales causes du smog. La combustion des carburants émet une poussière de suie appelée « matière particulaire »; c’est le résidu noir que tu as peut-être déjà vu s’accumuler sur la neige en hiver.

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Photographie couleur d’une personne qui couvre son nez et sa bouche avec son T-shirt.

La personne est debout sur le bord d’un trottoir, à côté d’une rue remplie d’autos. L’air qui entoure la personne a l’apparence d’une brume légère. La personne porte un T-shirt noir, et elle tire d’une main sur le tissu de son T-shirt pour le monter jusqu’en haut de son nez.

Les matières particulaires proviennent principalement de la combustion incomplète du carburant dans les moteurs, mais aussi de la combustion du charbon et du bois.

Une combustion incomplète émet du monoxyde de carbone (CO) ainsi que du carburant imbrûlé, qui peuvent faire partie du smog.

Par exemple, l’équation chimique équilibrée pour la combustion complète du méthane (CH₄) nous donne :

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Dans cette réaction, les seuls produits sont du dioxyde de carbone (CO₂) et de l’eau (H₂O).

Mais si la combustion du méthane (CH₄) est incomplète, l’équation chimique équilibrée donne plutôt ceci :

4CH₄ + 5O₂ → 2CO + 8H₂O + 2C

Dans cette réaction, les produits sont du monoxyde de carbone (CO), de l’eau et du carbone (C).

Jusqu’ici, nous avons parlé des produits directs de la combustion. Mais il y a aussi des produits indirects.

Les produits indirects de la combustion se produisent quand l’azote et l’oxygène de l’air se combinent sous l’effet de la chaleur libérée pendant la combustion. Ces produits comprennent le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO₂). Ces deux produits font partie d’un groupe appelé oxydes nitreux (NOx). Les oxydes d’azote sont des molécules qui contiennent de l’azote et de l’oxygène.

Le savais-tu?

L’oxyde nitreux (N₂O) est un gaz incolore couramment utilisé par les dentistes pour soulager la douleur. Il est également connu sous le nom de « gaz hilarant ».

Parmi les autres produits indirects de la combustion, mentionnons les composés organiques volatils (COV) comme le benzène et le formaldéhyde. Ces composés se trouvent naturellement dans le pétrole brut et l’essence. Le dioxyde de soufre (SO₂) est un produit indirect de la combustion du carburant diesel.

Qu’est-ce que l’ozone troposphérique?

L’ozone troposphérique est l’autre composant important du smog. Tu as sans doute entendu parler de l’ozone comme un gaz présent dans la haute atmosphère. L’ozone atmosphérique joue un rôle très important en nous protégeant contre les rayons ultraviolets (UV). Malheureusement, ce « bon » ozone s’appauvrit graduellement sous l’effet des substances chimiques créées par les êtres humains.

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Schéma en couleurs illustrant le processus qui forme l’ozone.

La section supérieure de l’image est intitulée « Étape 1 ». On peut lire «La lumière UV du soleil décompose l'oxygène gazeux en 2 atomes d'oxygène».Sur la ligne suivante, un dessin du Soleil est appelé « Lumière du Soleil ». Ensuite, une flèche orange pointe vers la droite, où deux cercles bleus marqués de la lettre O sont reliés par un bâtonnet gris. Ce dessin est intitulé « Gaz oxygène (O2) ». Ensuite, une flèche bleue pointe encore vers la droite, où les deux cercles bleus sont séparés et appelés « Atomes d’oxygène (O) ».

La section inférieure de l’image est intitulée « Étape 2 ». Sur la ligne suivante, on voit d’abord un atome d’oxygène qui est seul. À sa droite, un rectangle bleu tracé en pointillé. À l’intérieur du rectangle, on voit un deuxième atome d’oxygène qui est seul, un signe plus et deux atomes d’oxygène reliés par un bâtonnet. Sous le rectangle, on peut lire : « Un atome d’oxygène se combine avec une molécule d’oxygène gazeux pour former de l’ozone. » Une flèche bleue partant du rectangle pointe vers la droite. Le dernier dessin montre trois atomes d’oxygène reliés par deux bâtonnets gris. Elle est intitulée « Molécule d’ozone (O3) ».

Sur le côté droit de l’image, un rectangle rouge indique « Réaction globale ». En dessous, on peut lire « 3O2 --> 2O3 ».

Contrairement à l’ozone atmosphérique, l’ozone troposphérique n’est pas un « bon » ozone. Il se forme lorsque le NOx et les COV réagissent ensemble en présence de la lumière du Soleil lorsque l’air est immobile. C’est pourquoi le smog se forme généralement pendant les journées chaudes d’été; mais on peut aussi l’observer en hiver, particulièrement lorsqu’il y a beaucoup d’émissions de véhicules.

Quelles sont les conséquences du smog?

Les jours de smog, on a parfois l’impression qu’il est beaucoup plus difficile de bien respirer. Ce n’est pas l’effet de ton imagination – les spécialistes ont établi un lien entre le smog et des milliers de décès prématurés chaque année au Canada, sans oublier l’augmentation du nombre de visites à l’hôpital attribuables à une diminution de la fonction pulmonaire, à une aggravation de l’asthme et à d’autres maladies respiratoires. Les enfants et les aînés sont les plus susceptibles de subir les effets du smog sur leur santé.

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Illustration en couleurs montrant trois adultes et deux enfants portant un masque dans une ville grise et polluée.

Tous les personnages ont l’air inquiets. Leurs mains sont près de leur visage comme s’ils toussaient ou avaient de la difficulté à respirer. Un enfant tient la main d’un adulte. Un autre adulte tend la main vers l’enfant qui se trouve à sa gauche.

Tout ce qui est à l’arrière-plan est dessiné dans des tons de gris et de beige. Des voitures sont alignées sur une rangée derrière les personnages. Des gratte-ciel se dressent derrière les voitures. Au-dessus, il y a des nuages dans le ciel.

La nature n’est pas à l’abri non plus. En réagissant avec l’eau présente dans l’atmosphère, le NOx et le SO₂ forment des précipitations acides sous forme de pluie ou de neige. Les pluies acides peuvent nuire à la productivité des végétaux, provoquer l’acidification des lacs et des cours d’eau, tuer certaines espèces ou empêcher leur reproduction, et perturber par le fait même des écosystèmes entiers.