mardi 10 novembre 2015

COP2/PARIS 2015/MEDITATION N°7 :: La physique infra rouge des gaz à effet de serre

  Ce sont les propos tenus hier soir à l’une de nos grandes chaines nationales qui ont motivé mon billet d’aujourd’hui : je m’aperçois que  certains  journalistes ne connaissent pas le rôle exact du CO2 !
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 Il est essentiel de revenir à un peu de Physique  pour comprendre les reproches que l’on fait au CO2   et peut être certains journalistes  confondent  ses effets chimiques et  ses effets physiques …..Quant au grand public  on ne peut exiger de lui un niveau de culture de DEUG  DE SCIENCES  PHYSIQUES
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Beaucoup de gens n’ignorent pas   grosso modo les rôles des oxydes de carbone   mais ils confondent le monoxyde CO   aux propriétés chimiques réductrices  et le dioxyde CO2   plus stable chimiquement
1) CO : Il est  impliqué de façon majeure dans les effets délétères de la pollution atmosphérique.Il est émis en grande quantité par les feux de forêts, et de manière plus diffuse par les chaudières et moteurs thermiques.
L’intoxication par le monoxyde de carbone représente en France 6 000 à 8 000 cas  par an   et ne croyez pas en être à l’abri car  l’Agence française de sécurité sanitaire de l'environnement et du travail a publié en 2007 des "valeurs guides de qualité d’air intérieur" qui sont faibles : 30 mg·m-3, pour une exposition d’1 h et 100 mg·m-3, pour une exposition de 15 min …  ce qui explique la facilité des  suicides  en garages avec échappement voiture  confiné …….
Ce que le public ne connait que superficiellement  c’est le fait que  l’'énergie  absorbée ou échappée d'une molécule peut être considérée comme provenant de   quatre sources: l'énergie de la translation, l'énergie de la rotation, l'énergie de la vibration et l'énergie électronique.  Il se trouve que par les lois de la mécanique quantique , l’absorption de la lumière par des groupements d’atomes se produit dans des régions plus ou moins étendues du domaine spectral ultra-violet-visible-infrarouge   …..Comme pour les atomes qui les constituent, les molécules ont des états d'énergie quantifiés: les énergies ne peuvent prendre que certaines valeurs que l'on peut calculer par l'équation de Schrödinger. La molécule comme l'atome émet ou absorbe donc des radiations dont les fréquences obéissent à la relation de Bohr-Planck…..Lorsque  les  éléments chimiques  d’une molécule  ou d’un groupement fonctionnel  XY  constituent un   dipôle électrostatique  (   un ensemble de deux charges de valeurs différentes )    , l’énergie infrarouge  reçue fait varier   les caractéristiques   de la liaison de X et de Y   et l’énergie reçue par exemple  se traduit par des niveaux de vibration   excités visibles par spectrographie  dans l’ infrarouge    lointain ( spectres dits de « rotation pure »   )  soit dans l infrarouge moyen  (  spectres dits de « rotation-vibration » )   
  Par exemple pour  CO    il ne présente qu’ un dipôle  ( un mode vibratoire et rotatoire sur la triple liaison ) , pour CO2  il y a les deux dipoles CO  ( deux modes vibratoires PRINCIPAUX  )  la rotation et la vibration pouvant se coupler …. ,  
 Je vous présente ci-après le spectre du CO    gazeux  , assez simple
Capture.PNG spectre  co.PNG
2) CO2 :  Le grand public connait mieux ses effets chimiques   , c’est pourquoi je me limite à  la valeur d’alarme de l’ANSES ; la valeur limite d'exposition est de 3 % sur une durée de quinze minutes……
 Compte tenu des indications  ci-dessus vous comprendrez facilement la plus grande complexité du spectre IR  de  CO2 ci après …… Puisqu'il absorbe   dans l  I.R , il  tend à bloquer la réémission vers l'espace de l'énergie thermique reçue au sol sous l'effet du rayonnement solaire ; il serait responsable de 26 % de l'effet de serre à l'œuvre dans notre atmosphère (la vapeur d'eau en assurant 60 %) et j’en profite pour vous montrer aussi le spectre plus complexe de  H2O ……
Capture.PNG spectres co2+h2o.PNG
les bandes de H2O  sont a droite et a gauche  , celles de  CO2  vers 2400 cm-1
 Je vous présente aussi les variations des moments dipolaires et les mouvements produits entre les 3 atomes : CO2 est une molécule linéaire    de groupe de symétrie plus simple ..car H2O  n est pas linéaire 
Capture.PNG spectres co2 et mouvements.PNG
 Bien entendu  l’absorption infrarouge dépend de  la pression du gaz   présent  et sa sensibilité spécifique sur une « raie » donnée  peut être  parfois si importante qu’elle « sature »  déjà à basse pression

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