Rechercher, extraire, organiser des informations utiles
télécharger 34.47 Kb.
|
Extrait du BOEN
Compétences transversales et attitudes
Type de ressource
Résumé du contenu de la ressource
Pré-requis : Écrire l’équation d’une réaction chimique avec les nombres stœchiométriques corrects. Positionnement dans le programme : Cette activité peut être proposée en tout début d’année pour une première approche des enjeux de la chimie face au développement durable. PROBLÉMATIQUE : Comment l’industrie automobile peut-elle utiliser la chimie pour apporter des réponses aux préoccupations environnementales ? Après avoir répondu aux questions des différents documents, vous répondrez à la problématique en quelques lignes argumentées. Document 1 : Le smog Le smog est une brume épaisse provenant d'un mélange de polluants atmosphériques. Il est essentiellement constitué de particules fines et d'ozone. Sous l’effet de la lumière solaire, les oxydes d’azote NOx, les hydrocarbures et le dioxygène de l’air réagissent pour former de puissants oxydants tels que l’ozone O3 et le nitrate de peroxyacétyle (PAN). Dans les zones urbaines, les véhiculent produisent jusqu’à 75% des polluants à l’origine de l’ozone. Le smog irrite les yeux, le nez et la gorge. À des niveaux élevés, il provoque des crises d’asthme, bronchites, toux, douleurs dans la poitrine. Les récoltes, arbres et végétaux sont également affectés. Des niveaux dangereux d’ozone sont favorisés par un temps chaud et ensoleillé, et un air stagnant.  Document A : Pékin un jour après la pluie Document B : Pékin un jour ensoleillé Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Smog  Document C : profils de O3 et NOx au cours d'une journée à Mexico City Source : lpas.epfl.ch/documents/3_.pdfPages similaires
Document 2 : La pollution automobile Les moteurs des automobiles à essence ou diesel utilisent la combustion d’hydrocarbures issus de la pétrochimie comme source d’énergie. En théorie, la réaction de combustion complète forme du dioxyde de carbone et de l’eau. En pratique, cette réaction est incomplète et entraîne la formation, entre autres, de monoxyde de carbone (gaz toxique), d’hydrocarbures imbrûlés (notés HC) et d’oxydes d’azote tels que N2O, NO, NO2 (notés NOx) qui concourent à la formation de pluies acides et d’ozone O3. Les chimistes ont étudié les réactions de combustion et ont modifié les moteurs pour réduire la quantité de polluants émis. Des pots catalytiques ont été installés sur les véhicules pour convertir les polluants en produits moins nocifs.  Document D : évolution de l’émission des polluants issus du transport routier en France Remarque : L’échelle en ordonnée est relative : elle est ramenée à la valeur 100 pour l’année 1990) Source : centre interprofessionnel technique d'études de la pollution atmosphérique http://www.senat.fr/rap/r01-113/r01-1131.html
Document 3 : les pots catalytiques Le pot catalytique est un système de dépollution, inventé en 1974 par l’entreprise américaine General Motors. Il est constitué d’un support en céramique, qui résiste aux très hautes températures, dont la structure en "nid d'abeille" contient de très fines particules de métaux tels que le rhodium, le platine et le palladium. Ces métaux précieux jouent le rôle de catalyseurs dans les réactions d’oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone, de réduction des dioxydes d'azote en diazote, et dans l'oxydation des hydrocarbures non brûlés en dioxyde de carbone et en eau. La structure en « nid d'abeille » permet un excellent contact entre les gaz d’échappement et les métaux catalyseurs ; si cette surface était déployée, elle avoisinerait 4500 m², soit presque l'équivalent d'un terrain de football. Les pots catalytiques sont obligatoires en France sur toutes les voitures neuves depuis 1993. La présence de plomb dans l’essence, utilisé notamment pour améliorer la combustion, entraînait un encrassement des alvéoles ce qui limitait l’efficacité des pots catalytiques. Grâce aux progrès du raffinage du pétrole, le plomb a pu être interdit depuis le 1er janvier 2000 en Europe. La combustion d’essence produit encore d’autres polluants tels que le soufre, naturellement présent dans le pétrole et responsable des pluies acides, qui n’est pas traité par les pots catalytiques. Autres inconvénients : les métaux précieux sont rares et chers, les pots ont une durée de vie limitée et inférieure à la durée de vie des automobiles, la catalyse n’est possible qu’à haute température et ne démarre donc pas immédiatement au démarrage du véhicule. Source : http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-chimie-societe-autresdocs-  Document E : Structure en « nid d’abeilles » d’un pot catalytique Source : http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-chimie-societe-autresdocs-DiaporamaPotCatalytiq1.html
C2H6 + 7/2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O 2 CO + O2 → 2 CO2 2 NO + 2 CO → N2 + 2 CO2
Document 4 : les nouveaux biocarburants Le développement de la filière biocarburant a débuté avec la fabrication d’éthanol et biodiesel à partir de cultures telles que le colza, le blé, et la betterave. Une deuxième génération de biocarburants, disponible en très grande quantité et n’entrant pas en compétition avec la filière alimentaire, utilise la lignocellulose (constituant essentiel des plantes, arbres, pailles). Deux voies sont possibles pour transformer la lignocellulose :
Le développement de ces biocarburants est actuellement limité par leur coût de production. Source : http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-synthese-biosynthese-article-Carbone_Renouvelable_INRA.html
Document 5 : la voiture à hydrogène Pour limiter la pollution automobile liée à l’utilisation du pétrole, des prototypes de voitures propulsées à l’hydrogène sont à l’essai. Les moteurs de ces véhicules sont équipés d’une pile à combustible qui crée de l’électricité et de l’eau à partir de dihydrogène et de dioxygène. Le dihydrogène (réducteur) s’oxyde au contact d’un catalyseur en platine en libérant des électrons et des protons captés par le dioxygène (oxydant).  Document F : schéma de fonctionnement d’une pile à combustible Le dihydrogène étant un gaz hautement inflammable, son stockage doit être réalisé de manière non-gazeuse. Il peut être comprimé dans des bouteilles, liquéfié ou combiné chimiquement sous forme de méthanol ou de méthane qui seront ensuite transformés pour libérer le dihydrogène. La majeure partie du dihydrogène est fabriquée à l’échelle industrielle par la décomposition du méthane (issu de la pétrochimie) en présence de vapeur d’eau très chaude. Des recherches s’orientent actuellement vers l’utilisation de micro-algues pour la synthèse de dihydrogène par photosynthèse. En 2010, des chercheurs américains et allemands ont proposé d’intégrer dans le catalyseur des atomes de cuivre pour construire des nanocoquilles de platine afin augmenter le rendement de la pile et diminuer son coût.
Bibliographie : http://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_%C3%A0_combustible Pour la Science n°69 / octobre-décembre 2010 |
