CHM-1005, Chimie de l'environnement

Lecture suggérée

Chroniques du ciel et de la vie, Hubert Reeves, Éditions du Seuil, 2005, ISBN 2-02-080030-6 : http://www.hubertreeves.info/livres/cielvie.html

«Quel mauvais sort semble avoir été jeté sur l'espèce humaine ? Pour quelles raisons son impact sur la nature est-il si profondement dévastateur et si difficile à transformer en action positive ?

Mais "là ou il y a danger, croît aussi ce qui sauve", écrivait le poète allemand Hölderlin. L'espoir naît aujourd'hui d'une conscience rapidement croissante de la gravité de la situation et des efforts vigoureux pour panser les blessures de la planète. Peut-être nous épargneront-ils de figurer un jour sur la liste des espèces disparues.

L'avenir de la vie sur Terre est éclairé par les connaissances que, grâce au travail des scientifiques depuis des siècles, nous avons accumulées sur notre monde. Les galaxies et les atomes nous permettent de mieux comprendre, et, peut-être, de mieux maîtriser notre destin.»

H. R.

Un mot de présentation - Dans ce livre, on trouvera une version remaniée, voire actualisée, des chroniques hebdomadaires diffusées chaque samedi sur France Culture depuis l'automne 2003. Chacune à sa façon, et sous un aspect particulier, traite de l'agression que l'humanité fait subir à la nature, menaçant par contrecoup son propre devenir. L'idée générale est d'illustrer les liens de solidarité, physiques autant que symboliques, que l'on peut établir entre la vie sur Terre et le cosmos. La nouvelle rédaction a demandé certains aménagements. Les répétitions nécessaires pour rappeler aux auditeurs, après sept jours de silence, la teneur de la chronique précédente, n'avaient plus leur place. Cependant, des retours occasionnels sur un même sujet m'ont semblé appropriés pour favoriser l'assimilation des données et leur mémorisation. Ainsi un même thème peut être repris sous des angles différents. Un tirage spécial de l'ouvrage a été réalisé pour la revue Sciences et Avenir (édition réservée aux abonnés), comportant un cahier en couleurs « Passeport universel » conçu par la Ligue Roc.

Liens utiles liés directement au contenu du cours

• 11 septembre 2001 - Le cocktail chimique de Ground Zero: Site original Cyberpresse, Copie locale
• L'origine de la vie, l'expérience de Miller
• Miller-Urey Experiment - Amino Acids & The Origins of Life on Earth
• Space.com
• 'Brane-Storm' Challenges Part of Big Bang Theory
• How the Scum of the Earth Led to Advanced Life. Dans l'encadré multimédia, cliquez sur SPACE TV: Extreme Living: On Earth and Other Worlds, et sur A black smoker on the sea floor spews scalding water cloudy with metal-sulfide minerals. A site for life?
• U.S. Bureau of the Census, Intl. Data Base:
• World population
• Total Midyear Population for the World: 1950-2050
• Le champ magnétique de la Terre : modèles et expériences

On comprend mieux aujourd'hui pourquoi le champ magnétique de la Terre est dipolaire et aligné selon son axe de rotation, en première approximation. L'avènement récent de dynamos convectives numériques a permis de clarifier les mécanismes qui contrôlent la géodynamo. Le lent refroidissement de la Terre met le noyau liquide en convection. Des mouvements se produisent donc dans cette enveloppe constituée de fer liquide qui s'étend depuis 1220 km jusqu'à 3500 km de rayon. Comme dans les océans ou l'atmosphère, les mouvements de grande échelle sont très fortement soumis à la rotation, qui tend à interdire toute variation le long de l'axe de rotation. Cette contrainte est cependant violée pour que le transfert de chaleur puisse se faire. Elle doit l'être également pour qu'un champ magnétique apparaisse. Dans ce milieu conducteur de l'électricité, les mouvements peuvent faire apparaître des courants électriques qui génèrent un champ magnétique. Toute la magie de la dynamo terrestre se situe donc dans ce subtil équilibre entre forces d'Archimède, de Coriolis et de Laplace.

Si les modèles numériques ont permis des avancées spectaculaires, nous sommes encore bien loin de disposer d'un modèle opérationnel de la dynamo. Alors que les modèles ne peuvent résoudre que les grandes échelles, on n'a encore pratiquement aucune idée de la façon dont s'organisent les plus petites échelles, non résolues. Le défi est là d'explorer et de comprendre la turbulence magnétohydrodynamique à l'œuvre dans les dynamos, en présence de rotation rapide.

Un tel défi ne peut être relevé sans recours aux expériences. Ce qui conduit à un autre défi : réaliser une dynamo expérimentale en rotation rapide. Le début du vingt-et-unième siècle a vu le succès de deux dynamos expérimentales : l'une à Riga, en Lettonie, l'autre à Karlsruhe, en Allemagne. Dans les deux cas, il a fallu mettre en mouvement plusieurs mètres cubes de sodium liquide, brassé selon un écoulement très étudié à des vitesses de plus de 10 m/s. Et l'on a pu alors assister à l'apparition spontanée d'un champ magnétique. La voie est donc ouverte pour de nouvelles expériences qui permettront d'explorer les comportements à grande et à petite échelle dans une dynamo en fonctionnement. Plusieurs équipes en France et dans le monde se sont attaquées à ce défi.

L'équipe géodynamo de Grenoble s'est quant à elle attachée à préparer une dynamo expérimentale où la rotation joue un rôle important, comme dans les noyaux des planètes. Une maquette à l'échelle 1/4 est maintenant construite, et les premières expériences vont commencer. Il ne s'agira pas encore d'une dynamo, mais il sera possible d'explorer enfin des régimes où la rotation et le champ magnétique sont à armes égales.

• Météorologie élémentaire
• Tropopause
• L'atmosphère
• Extrait de Météo France:

Profils verticaux de température et profils verticaux de pression atmosphérique

À la verticale d'un lieu donné, la température de la troposphère a tendance à décroître assez régulièrement avec l'altitude depuis le sol jusqu'à la tropopause (les chiffres moyens conventionnellement adoptés pour les zones tempérées sont ceux d'une décroissance "linéaire" de + 15 °C à - 56,5 °C entre le niveau moyen de la mer et l'altitude de 11 000 m, soit un taux de variation d'environ - 0,65 °C pour 100 m). Une explication fréquemment avancée pour interpréter la nature décroissante de ce profil thermique vertical consiste à invoquer la compression des basses couches de l'atmosphère par l'air qui les surplombe et qui exerce ainsi son poids sur elles, pareille compression devant nécessairement s'accompagner d'un réchauffement.

Cette explication, pour simple et élégante qu'elle paraisse, se heurte à des contre-exemples flagrants — les profils thermiques verticaux de la stratosphère et de la thermosphère, l'existence de couches d'inversion de température en atmosphère libre — et peut difficilement être acceptée sans examen : elle assimile implicitement le profil vertical de température d'une masse d'air à celui d'une parcelle en subsidence adiabatique au sein de cette masse d'air, et dès lors ne semble pas apporter la preuve d'une relation de cause à effet entre profils verticaux de la pression et de la température dans l'atmosphère ; cette dernière, en effet, n'est pas une parcelle d'air, mais un fluide en quasi-équilibre vertical, constitué de masses d'air réunissant toutes ces parcelles et ne se pliant pas forcément à des mouvements uniformes de subsidence adiabatique.

Plus précisément, dans le contexte physique correspondant à une pareille échelle spatio-temporelle , seules sont applicables l'hypothèse hydrostatique et l' équation d'état des gaz parfaits , dont la combinaison met simplement en évidence l'existence d'une relation entre la décroissance verticale de la pression, d'une part, et la valeur de la température, d'autre part, en sorte que les deux questions "pourquoi la température a-t-elle ce profil vertical ?" et "pourquoi est-ce de cette façon que la pression diminue verticalement ?" sont en réalité équivalentes : il peut donc exister des profils verticaux de pression qui, malgré leur caractère obligatoirement décroissant, correspondent à des profils verticaux croissants ou constants de la température.

• Structure of the Earth's Atmosphere

Above the tropopause lies the stratosphere. It gets it's name from the Greek meaning "stratified layer." The layer is stratified with the denser, cooler air below the warmer, lighter air. This leads to an increase in temperature with height. Since the stratosphere isn't turbulent this is where most planes like to fly. The temperature increases with height until it reaches about 10°C at an altitude of 48 km. The primary reason that there is a temperature increase with altitude is that most of the ozone is contained in the stratosphere. Ultraviolet light interacting with the ozone causes the temperature increase. The boundary between the stratosphere and the next layer is called the stratopause.

• Matière dangereuse: Le paragraphe 21 de l'article 1 de la Loi sur la qualité de l'environnement [MDDEP]
• Produits chimiques canadiens, investir au Canada : Production
• Bhopal Express
• Il était minuit cinq à Bhopal, Dominique Lapierre, Javier Moro. Lisez-en un extrait...

Vingt-trois heures trente. À l'usine, personne ne s'en doute, mais une bombe vient d'être amorcée. Après que l'on eut en vain essayé de purger l'eau injectée depuis trois heures dans le système, celle-ci a trouvé le chemin de la cuve 610.

Elle s'y engouffre, entraînant avec elle les débris métalliques, les cristaux de chlorure de sodium et toutes les impuretés qu'elle a décollés des parois lors du rinçage des canalisations. Cet afflux massif de contaminants provoque aussitôt la réaction exothermique tant redoutée des chimistes. En quelques minutes, les quarante-deux tonnes d'isocyanate de méthyle se désintègrent dans une explosion de chaleur qui, très vite, va transformer le liquide en un ouragan de gaz.

Alertés par les picotements qui commencent à leur brûler les yeux, les six hommes assis dans la «site canteen», à moins de quarante mètres des cuves, finissent par en convenir : leur camarade Varma avait raison. Ce n'était pas une odeur d'antimoustique qu'il avait sentie, mais bien celle de choux bouilli, caractéristique de l'isocyanate de méthyle.

• La Thalidomide
• Du langage des arômes
• Tasting beer
• Sites suggérés par les étudiants
• L'ozone stratosphérique, les substances et les secteurs, site répertorié par Caroline Bureau
• Produits chimiques industriels et résines synthétiques, 12 décembre 2002, site répertorié par Stephan St-Yves
• Produits chimiques industriels et résines synthétiques, 10 avril 2003, site répertorié par Stephan St-Yves

Ressources gouvernementales

• Environnement et Ressources Canada
• Qualité de l'air - Portrait statistique sur l'état de l'environnement au Québec

The only way to get a complete picture of air pollution around the globe is to measure it from space. This new image compiles data from 18 months of observations by the European Space Agency's Envisat satellite. It shows concentrations of nitrogen dioxide (NO₂), a mostly man-made gas that comes from power plants, heavy industry, trucks and the burning of biomass. Lightning in the air and microbial activity in soil also produce NO₂, which can cause respiratory problems. For a large view of the image, click here.

Steffen Beirle of the University of Heidelberg's Institute for Environmental Physics, responsible for the map, discussed what he sees in the image, which was released this week:

High vertical column distributions of nitrogen dioxide are associated with major cities across North America and Europe, along with other sites such as Mexico City in Central America and South African coal-fired power plants located close together in the eastern Highveld plateau of that country.

Then a very high concentration is found above north eastern China. Also across South East Asia and much of Africa can be seen nitrogen dioxide produced by biomass burning. Ship tracks are visible in some locations: look at the Red Sea and the Indian Ocean between the southern tip of India and Indonesia. The smoke stacks of ships crossing these routes send a large amount of NO2 into the troposphere.

This map is average of the data over time, which smoothes out seasonal variations in biomass burning and also those due to human activity changes due to the time of year.

• 25 ans d'assainissement des eaux usées industrielles au Québec : un bilan (Bilan 1970-1995)
• Les technologies propres / L'autre manière d'assainir les eaux usées industrielles

• Comité sur les nouvelles technologies de traitement des eaux usées
• Désinfection des eaux usées traitées / Position du ministère de l'Environnement
• Guide de présentation des demandes d'autorisation pour les systèmes de traitement des eaux usées d'origine domestique
• Guide pour l'étude des technologies conventionnelles du traitement des eaux usées d'origine domestique
• Guide de présentation des demandes d'autorisation pour les projets d'aqueduc et d'égouts

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