A) Origine des polluants

La pollution altère notre environnement et notre santé.  
Dans le cas de la voiture, nous retrouvons deux types d'émissions polluantes. D'un coté, ceux qui impactent notre environnement. Et d'un autre, ceux qui sont nocifs pour notre santé.
Mais d'où viennent ces polluants et quelles sont leurs effets?

Nous avons fait ce graphique à partir des chiffres de 2016 de l'International Energy Agency .

24.4% des rejets en CO2 dans le monde proviennent des transports. Parmi tous les moyens de transports, la voiture est la plus polluante. En effet, d'après le document ci-dessous la voiture solo pollue le plus en oxydes d’azote (NOx/km), en dioxyde de carbone (CO₂/km) et en particules fines (PM2.5/km).

D'après le document ci-dessous, une voiture émet 0.018 grammes de PM2,5. Cette pollution est issue de l’abrasion des pneus et des freins, ainsi que de la combustion incomplète du carburant. Elle dégage également 0.213 kilogrammes de dioxyde de carbone équivalent.

Les émissions de CO₂ équivalent (en kg), de NO_x et de PM2,5 (en g) pour le transport d’un voyageur sur un kilomètre (d'après AjBD)

Pour avoir une idée plus claire, nous allons appliquer nos valeurs au périphérique de Paris. Ce dernier a une longueur de 35 km avec 1.2 millions de véhicules l'empruntant chaque jour.
On a (par voiture):
0.018 gPM2,5/km
0.213 kgCO₂eq/km

Cela nous fait:
35*0.018*1.2*10⁶ = 756 000 g = 756 kgPM2,5/jour
35*0.213*1.2*10⁶ = 8 946 000 kg = 8 946 tonnesCO2eq/jour

Chaque jour, nous rejetons donc environ 750 kg de PM2,5 et 8900 tonnes de CO2 le long du périphérique.

Nous allons maintenant voir quels polluants sont émis par la voiture.

Pour comprendre d'où vient le CO₂, nous allons modéliser la réaction chimique de l'essence.
L'essence, étant un mélange d'hydrocarbures, nous le modélisons par son constituant principal, l'octane: C₈H₁₈
Lors de sa combustion avec le dioxygène de l'air, la réaction est la suivante:

2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O

On sait que:
ρ(essence)=750g/L
On calcule:
M(C₈H₁₈)= 8*12+18=114g/mol
M(CO₂)=12+2*16=44g/mol
n=m/M soit n=750/114=6.58 mol
1 L d'essence contient 6.58 mol d'octane
Au cours de la réaction, une molécule d'octane produit 8 molécules de dioxyde de carbone.
La réaction dégage donc 6.58*8=52.64 mol de CO₂
m=n*M soit m=52.64*44=2316 g CO₂

Nous pouvons en conclure que 1 Litre d'essence dégage 2.3 kg de CO₂
Ce résultat ne prend pas en compte l’énergie ni les émissions du raffinage des hydrocarbures.

En France, l'émission des COV d'origine humaine est de 1.8 millions de tonnes par an. Environ la moitié est due aux transports, principalement aux véhicules à essence. Les COV sont définis comme étant toujours composés d'atome de carbone ainsi que d'autres éléments comme l'hydrogène, oxygène...

Parmi les COV, nous retrouvons le benzène, le butane, le propane, l'éthanol, le monoxyde de carbone...
Nous allons prendre ce dernier comme exemple: le monoxyde de carbone CO.
Ce dernier est produit suite a la combustion de matières carbonées tels que le charbon, bois ou hydrocarbures. Il se forme lorsque la combustion est incomplète. Lorsque c'est le cas, uniquement le monoxyde de carbone est formé, suivi de son oxydation qui résulte en CO2 (si la température est supérieure à 1000 degrés et s'il y a suffisamment d'oxygène).

L'organisation mondiale de la santé indique que 9 personnes sur 10 respirent un air pollué. L'OMS estime que 7 millions de personnes meurent chaque année à cause de l'exposition aux particules fines.

Le secteur des transports n'est pas le seul émetteur de particules fines mais il joue un rôle majeur, tout particulièrement dans les zones fortement urbanisées. Même s'il est vrai que la combustion incomplète du diesel émet des particules, tous les véhicules génèrent ce polluant.

Quelle que soit la technologie de propulsion du véhicule, ce dernier émet des particules à travers l'usure de la route, des pneumatiques et des freins.
Ces derniers représentent 41% du total des émissions liées au transport routier.

Graphique fait à partir des données de l'Agence Européenne pour l'Environnement.
Nous représentons seulement les PM2.5 car ce sont les plus nocifs.

La quantité d'émissions dépend de nombreux facteurs: conditions météorologiques (température, pluie, neige,...), caractéristiques du véhicules (masse, pression de pneus, ...), la route et son revêtement (pente, sinuosité...) et le style de conduite (intensité des freinages et accélérations)

En 2017, le transport était le premier émetteur de plomb à 51% de la production totale. Les industries émettent beaucoup de cadmium, mercure ou nickel ainsi que d'arsenic. Ce dernier est également rejeté par les voitures.
Grace à de nombreux progrès, ces émissions ont toutes baissé depuis l'année 2000.
Les émissions de plomb par exemple ont chuté de 66% entre 2000 et 2017 suite à l'interdiction du plomb tétraéthyle dans les essences.

Graphique des émissions francaise de certains métaux lourds
Source: le ministère de la transition écologique

Les oxydes d'azote NOx

Lors des combustions, la chaleur combine l'oxygène et l'azote dans l'air. Ceci forme du monoxyde d'azote.
Au contact de l'air, NO s'oxyde en NO2.
2NO+O₂→ 2NO₂
La concentration de monoxyde d'azote doit cependant etre élevée. C'est ainsi qu'à la sortie du tuyau d'échappement du moteur d'un vehicule, 10% du NO est oxydé.
La France émet 1.5 millions de tonnes de NOx par an.

Dioxyde de soufre SO2

Les émissions de dioxyde de soufre sont dues aux combustibles soufrés comme le pétrole. Le transport rejette seulement 7.6% des émissions totales en France.

Graphique des différentes sources de dioxyde de soufre

Pour conclure, le transport tient un rôle important dans la pollution. Parmi les polluants de la voiture thermique, nous retrouvons le dioxyde de carbone, les microparticules, les oxydes d'azote, les COV et le dioxyde de soufre.

Ces polluants ne sont malheureusement pas sans effets:
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