CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA POLLUTION PAR LES GAZ D ...

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE NORMALE SUPERIEURE

DEPARTEMENT FORMATION INITIALE SCIENTIFIQUE

CENTRE D’ETUDE ET DE RECHERCHE

PHYSIQUE-CHIMIE

N° d’ordre : -CAPEN/PC

MEMOIRE DE FIN D’ETUDE POUR L’OBTENTION DU CERTIFIC AT

D’APTITUDES PEDAGOGIQUES DE L’ECOLE NORMALE

(C.A.P.E.N)

Présenté par :

RAKOTOARIMANGA Célestin Gersoma

Membres du Jury

Président : Madame RAZAFIMBELO Judith

Professeur titulaire

Juges : - Madame RAHARIJAONA Solomalala Parsonnette

Maître Assistant

-Monsieur ANDRIANARIMANANA Jean Claude Omer

Professeur

Rapporteur : Monsieur RAZANAMPARANY Bruno Richard

Professeur

Date de soutenance : 27 Juin 2008

Année universitaire 2007-2008

CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA POLLUTION PAR LES GAZ

D’ECHAPPEMENT D’AUTOMOBILE ET SES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX

2

REMERCIEMENT

Nous tenons à remercier de tout cœur et à exprimer notre profonde gratitude à tous ceux

qui, de près ou de loin, par leur sollicitude, nous ont offert leur soutien et leur gentillesse et ont

permis de mener à bien ce travail.

D’abord, nous rendons la gloire à notre Seigneur Jésus Christ de nous avoir donné la foi en

Lui pendant toutes les étapes.

Ensuite, nous adressons une gratitude spéciale à Madame RAZAFIMBELO Judith qui,

malgré ses nombreuses autres occupations a témoigné sa disponibilité en acceptant de présider le

jury de soutenance.

Nos vifs remerciements sont aussi adressés à Madame RAHARIJAONA Solomalala

Parsonnette et à Monsieur ANDRIANARIMANANA Jean Claude Omer qui ont accepté

généreusement de faire partie des membres du jury.

Nos très hautes considérations avec gratitude particulière sont réservées à notre Rapporteur,

Monsieur RAZANAMPARANY Bruno Richard, qui a consacré ses précieux temps dans

l’encadrement et la réalisation du présent document.

Nos remerciements s’adressent également à tous les enseignants, personnel administratif et

technique de l’Ecole Normale Supérieure : notamment au corps enseignant du C.E.R Physique-

Chimie.

Par la foi en Jésus Christ, nous exprimons la profonde et particulière gratitude à mes frères

et sœurs dans la communion du Saint Esprit, qui sont toujours avec nous par la grâce du Grand

Seigneur.

Finalement, nous remercions de tout cœur, tous les amis et toute la famille qui nous ont

beaucoup aidé matériellement, moralement et spirituellement.

« Que la grâce du Seigneur Jésus Christ, l’amour de Dieu et la communion du Saint Esprit

soient avec vous tous » (II.CORINTHIENS 13 :13).

3

SOMMAIRE

INTRODUCTION…………………………………………………………………………………...1

Ière PARTIE : GENERALITE SUR LE PETROLE, L’ESSENCE ET LE GAZOLE…… …………2

I-Le pétrole……………………………………………………………………………...................2

A-Historique du pétrole (Usage du pétrole en tant que source d’énergie)……………………….2

B-Formation du pétrole…………………………………………………………………………..2

1-Théories organiques………………………………………………………………………….2

2-Théories inorganiques………………………………………………………………………..4

C-Le brut pétrolier………………………………………………………………………………..4

1-Nature chimique et propriétés physico-chimiques des hydrocarbures……………………….4

2-La manutention du brut pétrolier……………………………………………………………..6

D-Le pétrole à Madagascar : l’exploration pétrolière à Madagascar…………………………….8

II-La préparation industrielle de l’essence et du gazole………...……………………………….....9

A-Choix du brut pour distillation………………………………………………………………...9

B- Le fractionnement industriel du brut ………………………………………………………..10

C- Les différents procédés de transformation chimique des coupes pétrolières………………..13

III-Les principales caractéristiques de l’essence et du gazole…………………………………….16

CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE…………………………………………………...19

IIème PARTIE : LES CARBURANTS : AGENTS RESPONSABLES DE LA POLLUTION

ATMOSPHERIQUE ET DE LA DESTRUCTION DES ROUTES BITUMEES………………… 20

I-L’atmosphère…………………………………………………………………………………....20

II-Mécanisme de la genèse des polluants dans un moteur automobile…………………………...23

A-Les moteurs à essence………………………………………………………………………..23

B-Les moteurs diesel…………………………………………………………………………....27

C-Propriétés des principaux polluants………………………………………………………….30

D-La genèse de ces polluants dans un moteur automobile……………………………………..34

E-L’« additif » plomb tétraéthyle (PTE)………………………………………………………..37

III-Destruction des routes bitumées par les carburants…………………………………………...52

A-La construction des routes…………………………………………………………………...52

B-La destruction des routes………………………………………………………….................55

CONCLUSION DE LA DEUXIEME PARTIE………………………………………………....59

III ème PARTIE : LUTTE CONTRE LA POLLUTION ET INTERET PEDAGOGIQUE................60

I-Lutte contre la pollution par les gaz d’échappement……………………………………………60

4

A-Lois sur les émissions de fumées relatives aux gaz d’échappement………………………....60

B-Mesure administrative : La DGSR et le MIKOJA…………………………………………...63

C-Les carburants de remplacement……………………………………………………………..78

1-L’éthanol …………………………………………………………………………………...79

2-Le diester…………………………………………………………………………………....80

D-Suggestion de lutte ……………………………………………………………….................80

1-Maintenance du moteur……………………………………………………………………..80

2-Règlementaton de la circulation…………………………………………………………….81

3-Révision et application des textes…………………………………………………………..81

II-Intérêt pédagogique…………………………………………………………………………….82

CONCLUSION DE LA TROISIEME PARTIE ………………………………………………..105

CONCLUSION GENERALE……………………………………………………………………..106

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

5

LISTE DE COURBES

1- Diagramme du cycle théorique d’un moteur à essence…………………………………….25

2- Diagramme du cycle réel d’un moteur à essence…………………………………………..26

3- Diagramme du cycle théorique d’un moteur diesel………………………………………...29

4- Diagramme du cycle réel d’un moteur diesel………………………………………............30

6

LISTE DE FIGURES

1- Tour de distillation industrielle du pétrole brut……………………………………………..11

2- Fonctionnement d’un moteur : Principe du cycle à quatre temps…………………………..24

3- Opacimètre………………………………………………………………………………….66

4- Sonde………………………………………………………………………………………..67

5- Saisie des résultats à l’opacimètre…………………………………………………………..67

6- Mise en place de la sonde à l’échappement………………………………………………....68

7

LISTE DE TABLEAUX

1- Les entreprises qui exploitent du pétrole à Madagascar…………………………………..09

2- Bilan de reforming d’une même essence lourde…………………………………………..15

3- Composition en volume de l’air sec dans l’homosphère………………………………….21

4- Dégradation du bitume par l’essence……………………………………………………...56

5- Norme sur les mesures à l’opacimètre pour tous les véhicules diesel…………………….62

6- Norme sur les mesures par analyseur de gaz pour tous les véhicules à essence…………62

7- Statistique des résultats des contrôles effectués lors de notre stage (Mai 2006) …………66

8- Statistique des véhicules aptes et inaptes à la visite technique (Année 2006)…………....72

9- Résultats des contrôles inopinés des fumées effectués sur les automobiles des zones

périphériques de la ville en 2003………………………………………………………...73

10- Statistiques des contrôles de pollution durant les trois dernières années………………...73

11- Statistique des résultats en 2003, 2004 et 2005 au centre de visites techniques annexe

NANISANA……………………………………………………………………………..74

12- Récapitulation des résultats nationaux de visites techniques en 2003, 2004 et 2005……74

13- Résultats des contrôles systématiques de fumées de véhicules automobiles au centre

(Unité d’OMVAVET/Nanisana) Antananarivo- Année 2004…………………………..75

14- Résultats des contrôles systématiques de fumées des véhicules automobiles au centre

(Unité d’OMVAVET/Nanisana) Antananarivo – Année 2005........……………………76

15- Résultats des contrôles systématiques de fumées émises par les véhicules automobiles

effectués au centre de sécurité routière Alarobia/ Antananarivo – Année 2005…..……..76

16- Analyse des pannes en fonction des fumées à l’échappement - Cas de fumée noire

ou grise ………………………………………………………………………………….77

17- Fiche pédagogique (I) des travaux pratiques…………………………………….………84

18- Fiche pédagogique (II) des travaux pratiques…………………………………….……...92

19- Fiche pédagogique (III) des travaux pratiques…………………………………….……100

8

LEXIQUE

TERMINOLOGIE PETROLIERE

1- DELAIS D’INJECTION : C’est un temps très court qui sépare la sortie des combustibles hors

de la pompe et le début de l’injection du combustible dans la pompe.

2- DELAI D’ALLUMAGE : C’est un temps très court qui sépare le début de l’injection et celui de

l’inflammation du combustible.

3- DISTILLAT : produit liquide ou gazeux résultant de la séparation des constituants d'un solide

4- DISTILLATS POUR MOTEURS : distillat qui n’est pas forcement raffiné ; à la différence

d’un distillat qui est un produit de la distillation (raffiné). Il se différencie du naphte par son

intervalle d’ébullition très large.

5- ESSENCE : distillat pétrolier, liquide plus léger que le gazole, à odeur caractéristique, utilisée

comme carburant pour les moteurs à combustion interne à cause de leur volatilité assez grande. Elle

est distillée entre 40°C et 220°C.

6- FUEL-OIL : tous les produits pétroliers liquides ou liquéfiables utilisés dans les chaudières, les

fours et pour les moteurs.

7- GAZOLE (ou Gas-oil) : distillat pétrolier, de couleur jaune clair et de viscosité intermédiaire à

celles du lampant et de l’huile de graissage. Il est utilisé comme carburant et combustible.

8- GRAISSE PETROLIERE : graisse obtenue par mélange solide ou semi solide d’un produit

pétrolier et d’un savon (ou d’un mélange de savon).

9- HOUILLE DE SCHISTE BRUTE : houille non naturelle. Elle est le produit d’une distillation

de structure issue des schistes bitumineux.

10- KEROGENE : couche de sédiment riche en matière organique ; à l’origine du pétrole.

9

11- NAPHTE : liquide inflammable résultant d’une décomposition à très haute température des

matières organiques.

12- NAPHTES DE PETROLE : terme générique qui désigne les produits pétroliers raffinés ou

partiellement raffinés et les produits liquides du gaz naturel.

13- PETROLE BRUT : pétrole qui n’a pas encore subi de transformation. C’est un produit liquide

d’extraction terrestre et un mélange complexe et naturel d’hydrocarbures qui peut aussi avoir des

dérivés sulfurés, azotés, ou oxygénés.

14- PETROLE LAMPANT : distillat pétrolier utilisé pour les lampes à mèche des anciennes

civilisations ; utilisé encore actuellement à Madagascar surtout dans les zones non électrifiée. Il a

un point d’éclair minimum de 23°C.

15- PIPE-LINE : c’est une canalisation à longue distance, utilisée depuis le début de l’exploration

du pétrole aux usines de transformation.

16- POINT FINAL : température maximale atteinte lors d’une distillation de l’essence, du naphte,

du pétrole lampant, etc.… ou de l’essence de gaz en utilisant la méthode A.S.T.M.

17- SHISTE BITUMINEUX : roche sédimentaire ou métamorphique qui se présente souvent sous

forme des feuillets. Un schiste bitumeux est donc une roche caractérisée par une forte concentration

en kérogène. À partir d’un schiste bitumineux, on peut extraire une huile semblable au pétrole.

18- SCHISTE HUILEUX : roche sédimentaire compacte caractérisée par une forte concentration

en cendre (33%) et des matières organiques. Il donne de l’huile par distillation destructive.

19- TANKERS : c’est un grand navire, utilisé actuellement pour le transport des hydrocarbures en

mer. Il joue le rôle de première importance en ce qui concerne le transport maritime des

hydrocarbures. Un tanker moderne peut transporter une charge de plusieurs milliers de tonnes

d’hydrocarbures.

20-WHITE SPIRIT : distillat pétrolier de point d’éclair minimum de 21°C en utilisant l’appareil

TAG fermé.

1

INTRODUCTION

La construction des automobiles de source d’énergie pétrolière, augmente incessamment

les besoins de consommation d’essence et de gazole. Or, la combustion de tels types de carburants

dans les moteurs engendre un phénomène inattendu : la pollution, plus précisément la pollution par

les gaz d’échappement.

Tout d’abord, la pollution peut se définir comme étant la dégradation d’un milieu naturel

par des substances chimiques, des déchets industriels ou ménagers. On peut aussi la définir comme

étant la présence en grandes quantités de produits chimiques dangereux, généralement créés par

l’homme lui-même dans son environnement, dont les effets nuisibles se font sentir durant une

longue période sur toute la planète. En d’autres termes, la pollution est la contamination de l’air, de

l’eau, du sol et du sous-sol par des substances qui altèrent la santé de l’homme, la qualité de la vie

ou le fonctionnement naturel de l’écosystème.

Elle existait déjà depuis longtemps, mais, c’est à partir de l’ère industrielle, qu’elle est

devenue de plus en plus ressentie par l’homme. En 1872, des pluies à pH inférieur à 5,6 étaient

tombées à Manchester. Et en 1984, des pluies acides étaient reconnues dans les régions non

industrialisées. De 1900 à 1980, d’après les mesures faites par des géologues américains, la

température moyenne de la Terre a augmenté de 0,5°C. Entre 1980 et 2000, on a enregistré une

même augmentation de 0,5°C. Depuis 1979, un déficit important apparaît dans la couche d’ozone

de l’hémisphère sud au début du printemps austral. Des animaux et des végétaux disparaissaient au

cours des années. L’homme devient de plus en plus fragile. Tels sont les indices de la pollution dont

les causes ne sont d’autres que les activités de l’homme. La situation devient de plus en plus

angoissante au fur et à mesure que la technologie avance. Et le véhicule automobile est considéré

comme un très grand pollueur surtout dans les grandes villes comme Antananarivo.

Conscient de cette situation, l’homme cherche des moyens permettant d’y remédier. Ainsi,

des mesures internationales et nationales ont été prises. Malgré tout, le problème reste encore à

résoudre ; il devient de plus en plus préoccupant. Et c’est la raison de notre participation par le biais

du présent travail de recherche ayant comme intitulé : « Contribution à l’étude de la pollution par

les gaz d’échappement et ses impacts environnementaux » et ce, dans le but de mettre en évidence

les solutions efficaces, durables et opérationnelles.

Après avoir présenté généralement le pétrole, l’essence et le gazole, nous préciserons que

ces carburants sont à l’origine de la pollution atmosphérique ainsi que de la destruction des routes

bitumées. Enfin, nous envisagerons les moyens pour lutter contre ce fléau et son intérêt

pédagogique, nous étudierons dans une troisième partie ses effets environnementaux.

2

Première partie

GENERALITES SUR LE GAZOLE ET L’ESSENCE

L’essence et le gazole, utilisés en tant que carburants pour automobile, sont des produits

de la distillation du pétrole. De ce fait, parler du gazole et de l’essence conduit également à parler

du pétrole. Il est donc préférable de parler de l’historique du pétrole, de son origine, de sa

prospection et de son forage, de sa préparation industrielle et, de l’utilisation de ses dérivés.

I-LE PETROLE

A- HISTORIQUE DU PETROLE (Usage du pétrole en tant que source d’énergie)

Le pétrole était connu depuis l’Antiquité pour ses vertus médicinales et d’autres fins.

Autrefois, il y avait de pétrole qui suinte à la surface du sol. C’est pour cette raison que les hommes

de l’ancienne civilisation ont pu l’utiliser. Les Mésopotamiens l’ont utilisé pour rendre étanche des

citernes d’eau ou des tuyaux. Il y a 200 ans avant Jésus Christ, Les chinois ont pu forer le pétrole à

l’aide de tube de bambou.

L’exploration du pétrole en qualité de combustible commençait au XIXe siècle. Elle était

née du forage historique d’Edwin L.Drake dans la région de Titus Ville aux Etats-Unis. A cette

époque, le pétrole était raffiné et distillé pour l’éclairage. Quelques années plus tard, le moteur à

combustion de Philippe Lebon était né. C’est un moteur alimenté au gaz de houille. Beau de Rochas

a exploité cette idée de Philippe Lebon pour imaginer le moteur à 4 temps en 1862, dont la mise au

point était établie par l’allemand Nicolas Otto, en 1876.

La première voiture à pétrole a vu le jour en 1885 grâce à l’ingénieur allemand Daimler et

son compatriote W.Maybach. Suite à cette grande découverte, la naissance des industries

automobiles et l’augmentation de la consommation du pétrole en tant que source d’énergie s’étaient

développées. En 1955, le pétrole représentait le quart de la consommation mondiale en énergie.

Dans les années 70, il l’était d’environ 60%. Et, actuellement, bien que la recherche et l’exploitation

des autres sources d’énergie de remplacement prennent des initiatives fructueuses et motivantes, le

pétrole joue toujours un rôle de premier rang inévitable dans les différentes sources d’énergie

mondiale, en particulier dans le domaine de l’automobile. (DERCOURT, J. et col., 1992)

B-LA FORMATION DU PETROLE

Comme toute matière, le pétrole a certainement son origine. Deux théories ont été

avancées sur son origine: les théories organiques et les théories inorganiques.

3

1-LES THEORIES ORGANIQUES

Les théories organiques de l’origine du pétrole sont basées sur le fait que le pétrole

provient des matières organiques en décomposition dans les roches sédimentaires. Sa composition

chimique, à base de carbone et d’hydrogène avec une faible proportion de l’azote, du soufre et de

l’oxygène et sa propriété optique font preuves de son origine organique. La fossilisation de ces

matières organiques se divise en 5 étapes avant la formation définitive de pétrole brut, des gaz

naturels, de bitume, et par défaut, de roche réservoir du pétrole. (DERCOURT, J. et col., 1992)

1ère étape : La formation du Kérogène

Une partie d’un organisme mort, emprisonnée par hasard dans une roche sédimentaire, se

décompose par les bactéries : la fraction organique se transforme en un composé solide du nom de

Kérogène. Et la partie minérale qui contient du kérogène s’appelle « roche mère » (1).

2ème étape : La formation de l’eau

La roche mère contenant du kérogène est amenée en profondeur du sol par le mouvement

de tectonique de plaque. Sa température augmente et produit la pyrolyse du kérogène si bien que de

l’eau et du gaz carbonique vont être expulsés de la roche mère (1).

3èmeétape : Le début de formation des hydrocarbures

La roche mère continue son déplacement vers la profondeur du sol. Ainsi, elle devient de

plus en plus chaude pour transformer le kérogène en un mélange d’eau, d’hydrocarbures liquides,

de gaz et d’un résidu fortement solide. Cette formation du gaz termine le phénomène de pyrolyse du

kérogène (1).

4ème étape : La migration primaire

Si la température augmente progressivement, les hydrocarbures liquides et gazeux seront

expulsés de la roche mère. Cette expulsion est appelée « migration primaire ». A ce stade, l’âge de

la roche mère est d’environ 100 millions d’années (1).

5ème étape : La migration secondaire

Ensuite, à leur sortie de la roche mère, les hydrocarbures se déplacent immédiatement dans

une couche juste au-dessus de cette roche. S’ils sont enfermés dans certaines roches imperméables,

________________________________________________________________________________ (1) (http://www.manicor.com/, consulté le 17/03/2007)

4

ils y restent emprisonnés pour former du pétrole. La migration secondaire est donc le déplacement

des hydrocarbures ainsi formés vers la surface sous l’effet de la pression des couches de sédiment.

A ce stade, le pétrole ainsi formé s’appelle « pétrole conventionnel », et la roche qui le contient

s’appelle « roche réservoir ». Si cette roche se trouve entraînée vers la profondeur par le

mouvement tectonique, le pétrole subit une nouvelle pyrolyse. Par la suite, le pétrole se transforme

en gaz naturel et en une variété particulière de bitume (1).

2- LES THEORIES INORGANIQUES

Par contre, certains chercheurs défendent les théories inorganiques de la formation du

pétrole. Ces théories débutent par un mémoire publié par Berthelot en 1866, et qui sera suivi des

hypothèses émises par Dimitri Mendeleïev et Moissan. De même, N.V. Sokolov estimait que les

hydrocarbures étaient d’origine cosmique et peuvent être formés dès la période de consolidation de

la planète : la présence d’hydrocarbures dans les météorites, les laves et les émanations volcaniques

en fait la preuve.

Hangar affirmait que le pétrole peut être d’origine organique ou inorganique. Les pétroles

de Pennsylvanie, de composition chimique : CnH2n+2 serait d’après lui, d’origine organique, tandis

que celui de Bakou, de composition chimique CnH2n serait d’origine éruptive, donc inorganique.

Malgré tout, ces théories d’identification d’origine organique ou non manquent des preuves

déterminantes car elles devenaient caduques. (CAMPION, G. et col., 1982)

C- LE BRUT PETROLIER

Il s’agit du pétrole non raffiné c’est-à-dire qui n’a subi aucune transformation après son

extraction de la terre.

Malgré leurs diversité, ils ont des compositions chimiques communes et donc de

propriétés communes.

1-NATURE CHIMIQUE ET PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES

HYDROCARBURES

a- Natures chimiques

Les huiles et les gaz sont en général composés de :

• Hydrocarbures paraffiniques ou saturés et non cycliques, de formule CnH2n+2 ;

________________________________________________________________________________ (1) (http://www.manicor.com/, consulté le 17/03/2007)

5

• Hydrocarbures naphténiques ou cycliques qui sont aussi des hydrocarbures saturés mais de

formule CnH2n ;

• Hydrocarbures aromatiques ou benzéniques, formés de :

� Composés oxygénés (de proportion 1% à4%) ;

� Composés azotés (de proportion ,1% en générale) ;

� Composés soufrés ;

� Produits organiques spéciaux (à l’état de trace)

� Trace de métaux (platine, nickel,…) (BOULAND, A. et col., 1997/ DERCOURT, J.

et col., 2001)

b- Propriétés physico-chimiques des hydrocarbures

A l’état naturel, les hydrocarbures se trouvent sous les trois différents états physiques de le

la matière : solide, liquide et gaz.

• Les hydrocarbures solides sont constitués par les asphaltes ou oxybitumes et les paraffines.

Ils ont une teinte noire, jaune ou brune verdâtre. Ils fondent entre 63°C et 85°C.

• Les hydrocarbures liquides sont les huiles brutes appelées pétrole. Elles sont caractérisées

par :

� Leur densité : elle décroît avec la profondeur du gisement. Elle varie de 0,83 à 0,96

sauf exception (0,75 et 1) ;

� leur viscosité : elle dépend de la quantité de gaz dissous dans l’huile et de la

température ;

� leur point de congélation : il correspond à la température à laquelle une huile a cessé

de pouvoir s’écouler. Il est fonction de la teneur en paraffinés : il est de 32°C pour

les huile riches en paraffine et de 25°C pour le plus pauvres en paraffine;

� leur point d’ébullition: C’est la température minimale à laquelle les huiles

commencent à bouillir. Ce point se situe généralement en dessous de 200°C ;

• Les hydrocarbures gazeux se subdivisent en gaz sec et gaz humide. Les gaz sec ne sont pas

liquéfiables, tandis que les gaz humides sont liquéfiables.

Tous les hydrocarbures solides, liquides et gazeux sont solubles dans le chloroforme et le

tétrachlorure de carbone en donnant une coloration brune. (ARNAUD, P., 1996/DERCOURT, J. et

col., 1992/LOPINET, V., 1990)

6

2-LA MANUTENTION DU BRUT PETROLIER

Les travaux de manutention comprennent la prospection, le forage, le transport et le stockage.

a- La prospection de champ de pétrole

La prospection des champs de pétrole consiste en une détection du bassin sédimentaire

pouvant être un champ de pétrole afin d’implanter un forage d’exploration. Seul, le forage

d’exploration est capable de donner une information exacte de la présence ou non du pétrole. La

prospection d’un champ de pétrole comprend 5 stades :

• Recherche d’un milieu géographique ancien favorable à la naissance du pétrole ;

• Recherche des roches réservoirs, imperméables ;

• Recherche de structures tectoniques conduisant au piégeage du pétrole ;

• Reconnaissance lithostratigraphique afin de tester les horizons supposés pétrolifères ;

• Forage d’exploration (lorsque les 4 premiers stades donnent du succès)

Plusieurs méthodes sont utilisées pour rechercher un champ de pétrole :

� Le magnétisme : C’est une méthode basée sur la détermination du champ

magnétique terrestre des différents lieux étudiés. La variation du champ magnétique

entre différents lieux permet d’avoir des idées sur la structure et la composition des

couches terrestres et de la présence ou non de pétrole.

� La sismique réfraction : La sismique réfraction est une méthode qui utilise l’analyse

des ondes réfléchies par différentes couches terrestres pour déterminer le degré de

fissuration des roches. En fait, la vitesse de propagation d’ondes élastiques par un choc

ou une explosion varie avec le degré de fissuration des roches.

� La méthode électrique : La mesure de résistivité des couches permet d’en déterminer

la nature.

� La gravimétrie : Cette méthode consiste à déterminer la variation de l’intensité de la

pesanteur entre différents lieux par répartition non homogène du sous-sol afin de

déterminer la nature et la profondeur des couches puis, de la coupe du terrain.

� La télédétection : L’enregistrement à distance et le traitement des rayonnements de

toute nature émis par la surface terrestre permettent de tirer des images du terrain

(coupe, structure des couches,…) (CAMPION,G. et col.,1982/MARCEL, G.,

1982/SOCOLOV, V., 1983/SPENCE, M., 1994)

7

b- Le forage pétrolier

Par définition, le forage pétrolier est un ensemble des techniques permettant de creuser un

puits. Il sert à étudier l’écorce et les couches terrestres. Il sert aussi à l’exploration des produits du

sous-sol : le pétrole, le gaz naturel, les mines,… . Il est utilisé dans le but d’extraire le pétrole de la

terre. Il est pratiqué à l’aide d’outils en aciers très durs, appelés trépans, fixés à l’extrémité d’un

train de tige de 9 mètres de long environ chacun et vissés bout à bout. Les outils et les tiges sont

soutenus par un tour de forage appelé « derrick ». Dans le cas de trépan mu à distance, il n’y a plus

d’intermédiaire métallique. (CAMPION, G., 1982/MARCEL, G., 1982/SOCOLOV, V., 1983)

c- Le transport des hydrocarbures

En général, les gisements pétroliers se situent dans des zones inhospitalières (dans les

déserts, en pleine mer, ….) et très loin des lieux de consommation massive telle que usine de

transformation. Le transport des bruts est donc impératif. Heureusement, le pétrole est un fluide.

Son transport est facile grâce aux pipe-lines et tankers. (CAMPION, G., 1982/MARCEL, G.,

1982/SOCOLOV, V., 1983)

d- Le stockage

On sait que les aspects physiques du pétrole dépendent de la température et de la pression

ou de leurs conditions de conservation. Les techniques de stockage adaptées sont celles qui

permettent d’emmagasiner de manière la plus économiquement possible toutes sortes de produits :

• A l’état liquide avec ou sans tension de vapeur à température ambiante ou réchauffée (fuel

lourd).

• A l’état gazeux ou liquéfié aux températures normales ou cryogéniques.

Le stockage du pétrole doit être reparti en divers lieux et est lié à des objectifs bien précis

pour ne pas dépenser trop d’argent :

� Sur les champs pétroliers : Le stockage sur les champs pétroliers a pour but de conserver un

volant d’expédition, d’assurer la collecte des produits et de pallier les incidents de

production.

� Aux extrémités des oléoducs : Aux extrémités les oléoducs, on stocke les pétroles afin de

mieux gérer la capacité optimale de chargement et de déchargement des oléoducs, imposant

la prévention des stockages importants. En plus, la séparation des pétroles aux bruts est

8

indispensable pour différencier les origines.

� Dans les raffineries et à proximité des lieux de consommation : C’est le stockage pratique

permettant d’assurer la pérennité d’approvisionnement et la sécurité de mise en marche des

usines. (CAMPION, G., 1982/MARCEL, G., 1982/SOCOLOV, V., 1983)

D- LE PETROLE A MADAGASCAR : L’EXPLORATION PETROLIE RE A

MADAGASCAR

L’exploration de pétrole à Madagascar commençait depuis très longtemps. Pendant la

colonisation, en 1900, il y avait déjà exploration mais sans succès. Depuis 1948, deux gisements ont

été déjà connus à Madagascar : ceux de Bemolanga et de Tsimiroro. Tous les deux se trouvent dans

la région ouest de Madagascar.

Le pétrole de Bemolanga est du gré bitumeux, tandis que celui de Tsimiroro est de l’huile

lourde. La firme américaine Ammocco a repris en 1980 les travaux déjà entamés en 1900. En 1980,

Exxon Mobile, le roi mondial du pétrole a effectué ses recherches en surface (on shore) à

Morondava. Mais, les études réalisées ont montré que l’exploitation n’était pas financièrement

rentable à cette époque : la dépense d’exploitation n’est pas bénéfique à la consommation par

rapport à la réserve mondiale du stock largement suffisant de produit.

Depuis1997, les grandes compagnies étrangères d’investissement pétrolier se sont

davantage intéressées sur les « offshore » malgaches : les recherches pétrolières en mer.

Maintenant, la hausse de prix mondial du pétrole sur le marché à environ 140 dollars le baril et la

rupture des stocks des pays producteurs d’ici 50 ans favorisent la recherche et l’exploration de

pétrole à Madagascar. D’où les partenariats d’exploitation correspondants (1). Actuellement, à

Madagascar, il y a au total 122 blocs « offshore » et 10 « on shore ». 11 pays sont déjà venus à

Madagascar pour la recherche du pétrole. Parmi eux, il y a ceux qui s’intéressent à l’exploration en

terre et ceux qui s’intéressent à l’exploration en mer.

Le tableau suivant donne la liste des entreprises qui exploitent (ou qui vont exploiter) du

pétrole à Madagascar, avec leur pays d’origine, le type et le lieu d’exploration:

________________________________________________________________________________ (1) QUOTIDIEN TARATRA n°0762 du 22/08/2006

9

Entreprise Pays d’origine Exploitation Lieu

Exxon Mobil

Corporation

Etats Unis Offshore -Cap St André

-Mahajanga (avec

British gaz, SK

Corporation)

-Sterling Energy Plc

-Vanco Energie Cie

Angleterre Offshore -Ambilobe

-Ampasindava

Madagascar Oil Ltd Bermudes

(département anglais)

On shore -Tsimiroro

-Bemolanga

-Morondava

-Manandaza

-Manambolo

-Mahajanga

-Aminex Plc

-Mocoh Ressource

-Irlande

-Suisse

On shore Manja (avec Tullow

Oil Plc)

Tullow Oil Plc Ireland On shore Mandabe

-Madagascar

Petroleum Inter

-Madagascar Energy

Iter

Chine On shore -Bekodoka

-Sakaraha

Tableau 1: Les entreprises qui exploitent du pétrole à Madagascar (1)

II- LA PREPARATION INDUSTRIELLE DE L’ESSENCE ET DU GAZOLE

La préparation des carburants à partir du brut détermine une chaîne successive de plusieurs

opérations commençant par l’analyse préliminaire de distillations du brut, puis son fractionnement

et finalement ses traitements aux fins de sa mise en consommation.

A- LE CHOIX DU BRUT POUR DISTILLATION

Le brut à raffiner doit être soumis à une analyse de laboratoire permettant de savoir à quelle

proportion plus avantageuse des dérivés doit-on le découper pour guider l’opération de

raffinage. Donc, il s’agit ici de la colonne des traitements au laboratoire de raffinage du pétrole.

________________________________________________________________________________

(1) QUOTIDIEN TARATRA n°0762 du 22/08/2006

10

Pour cela, on le chauffe dans un ballon et on recueille des dérivés à volumes égaux des

distillats issus de la condensation au fur et à mesure. Pour chaque dérivé, on note, à l’aide d’un

thermomètre placé à la tête de la colonne, la température du début et de la fin de passage de la

vapeur condensée. Et on fait la moyenne appelée « True Boilling Point » (ou TBP).

Une fraction de traitement, qui distille entre 117°C et 123°C par exemple, a une TBP égale

à 120°C ([117°C+ 123°C] /2=120°C) : Chaque constituant de cette fraction a une température

d’ébullition voisine de 120°C. La température TBP, la densité, l’indice d’octane ou de cétane

déterminent la nature de chaque coupe de distillation. (DURANDEAU, J.P. et col., 1997)

B- LE FRACTIONNEMENT INDUSTRIEL DU BRUT

La distillation industrielle du pétrole brut est un fractionnement d’un mélange complexe.

Le brut provenant des stockages est porté à une température d’environ 350°C dans un four avant

d’être introduit dans la colonne principale.

11

Figure1 : Tour de distillation industrielle du pétrole brut (BAUTRAND, R., JAUBERT, A.,

1982)

12

Dans la colonne de fractionnement, la pression est de 1 atmosphère et la température,

70°C en tête de colonne et 300°C au fond de celle-ci. Les hydrocarbures légers se trouvent donc à

l’état gazeux en tête de colonne (C1 à C6). Leur séparation est encore impossible. Par contre, les

hydrocarbures intermédiaires (C7 à C20) sont bien séparés (leurs températures d’ébullition sont

comprises entre 70°C et 300°C). Ils vont donner des coupes intermédiaires tels que des essences

lourdes, kérosène et gas-oil). Les hydrocarbures lourds forment le « résidu de distillation

atmosphérique ». Ils sont à l’état liquide à 300°C. Théoriquement, on peut former le fractionnement

complet du brut en prolongeant la colonne avec en tête les gaz C1 à C4 qui bouillent en dessous de

0°C et au fond de celle-ci le fuel lourd, de température d’ébullition à 500°C. Mais, dans la pratique,

c’est impossible car il y a rupture des structures des hydrocarbures avec dépôt carbonisé au-dessus

de 350°C. (BOULAND, A. et col., 1997/DURUPTHY, A. et col., 2001/GUERNET, M. et col.,

1990)

En outre, une réfrigération en dessous de 250°C nécessite des appareils spéciaux. C’est la

raison pour laquelle on pratique un fractionnement partiel. Les fonctions issues du premier tri sont

entraînées à des distillations complémentaires. Les hydrocarbures légers C1 à C6 sont envoyés dans

une colonne de distillation qui fonctionne sous 5 atmosphères. A cette pression, les vapeurs en tête

de colonne sont constituées uniquement par des hydrocarbures C1 à C4. Les hydrocarbures C5 et C6

sont récupérées au fond de la colonne : c’est l’essence légère. (BOULAND, A. et col.,

1997/DURUPTHY, A. et col., 2001/GUERNET, M. et col., 1990)

Le mélange gazeux est rectifié dans une colonne sous pression de 18 atmosphères : le

butane est ainsi isolé des autres constituants, plus légers. Ces derniers sont fractionnés sous pression

de 30 atmosphères. Cette séparation d’hydrocarbures légers se fait dans des colonnes successives

sous une pression constante. L’extraction de l’éthane en dernière colonne est possible en opérant à

une température inférieure à sa température critique 32 °C. Par contre, le résidu ne peut être

fractionné que sous vide après avoir été réchauffé. Le vide est obtenu par une aspiration du gaz à

l’aide des injecteurs à vapeurs qu’on met au sommet de la tour. La pression va diminuer jusqu’à 0,1

à 0,005 atmosphère. On en obtient les fuels légers et moyens. Les résidus sous vide au fond de la

colonne sont des fuels lourds. Les distillats intermédiaires obtenus lors de la première distillation

doivent être, une fois de plus, distillés pour éliminer les produits trop volatils. Cette opération est

une revaporisation ou stripping. (BOULAND, A. et col., 1997/DURUPTHY, A. et col.,

2001/GUERNET, M. et col., 1990)

Le soutirage avec une colonne annexe se fait dans des petites colonnes latérales. Au

distillat, on injecte de la vapeur d’eau surchauffée pour faire diminuer la pression partielle des

hydrocarbures. Les coupes légères vont être donc vaporisées. L’élimination des coupes légères

13

diminue la température d’inflammation qui est le « point d’éclair ». Pour améliorer la qualité des

fuels ainsi obtenus, il faut aussi réaliser un « stripping » au fond de la colonne. Il se peut arriver que

certaines coupes de distillation ne soient pas encore utilisables à cause de leur qualité. La solution à

prendre est de procéder à un alliage des bruts de différentes sources ou par d’autres principes de

procédé. (BOULAND, A. et col., 1997/DURUPTHY, A. et col.,, 2001/GUERNET, M. et col.,

1990).

Exemples :

• La teneur en soufre des coupes légères est trop élevée et nécessite un abaissement par la

méthode de désulfuration ;

• La valeur du nombre d’octane (N.O) ou indice d’octane de toutes les essences demeure trop

faible et nécessite une augmentation.

• En outre, si on veut avoir de l’essence en grande quantité, on devra « craquer » les produits

lourds.

C- LES DIFFERENTS PROCEDES DE TRANSFORMATION CHIMIQUE DES COUPES

PETROLIERES

Les coupes obtenues par distillation ne sont pas entièrement convenables à leur destination

(carburant pour moteur, par exemple). Il faut les soumettre à des traitements spécifiques pour avoir

des coupes prêtes à l’usage. Le principal but des tels traitements est d’améliorer le rendement et la

qualité des différentes coupes. De ce fait, nous allons voir successivement dans les paragraphes ci-

après les différents procédés comme le cracking ou craquage, le reforming ou reformage,

l’isomérisation, la synthèse et l’hydrodésulfuration.

1- LES PROCEDES DE CRACKING

Les cracking ou craquages sont des procédés chimiques qui ont pour but de produire de

l’essence à partir des fractions d’hydrocarbures à point d’ébullition élevé (hydrocarbures lourds).

On distingue trois procédés de cracking :

- le craquage thermique ;

- le craquage catalytique ;

- l’hydrocraquage.

a- Le craquage thermique

En craquage thermique, la transformation se fait par simple chauffage de la charge au

14

dessus de 500°C dans un four divisé en deux parties dont la première est destinée à une simple

opération de mise en haute température voulue et la deuxième, le réacteur proprement dit.

(DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

b- Le craquage catalytique

En craquage catalytique, la transformation se fait sous pression de 1 atmosphère et à une

température de 450 °C. Cette transformation fait intervenir un catalyseur dont le silico-aluminate

naturel ou synthétique. Un tel catalyseur favorise et déclenche le craquage des liaisons « carbone-

carbone », surtout celles qui se trouvent au centre de la chaîne carbonée. Le procédé de craquage

catalytique donne le même rendement d’essence dont la qualité est plus améliorée. (DOMINIQUE,

F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

c- L’hydrocraquage

L’hydrocraquage est un procédé catalytique évitant la production de coke et permettant

d’empêcher l’accumulation d’oléfine par l’hydrogénation. L’opération se fait sous une haute

pression de100 atmosphères environ. Le catalyseur utilisé est à base d’un acide fort : acide

fluorhydrique associé à un catalyseur d’hydrogénation tel que le nickel (tous les deux déposés sur

un support d’alumine). Ce procédé ne donne ni formation de coke ni formation de fuel lourd. Plutôt,

on a une formation d’essence lourde, de gazole, ou de kérosène. La coupe produite ne présente que

très peu d’hydrocarbures insaturées et d’hydrocarbures aromatiques. (DOMINIQUE, F. et col.,

1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

2- LES PROCEDES DE REFORMING (REFORMAGE)

Le rôle de procédés de reforming est d’améliorer l’indice d’octane (N.O) de l’essence. On

utilise donc de l’essence lourd C7 à C20. Ces procédés utilisent les mêmes principes que ceux de

cracking avec des charges à proportions et à natures différentes. Le premier procédé de reforming

utilisé était un reforming thermique de synthèse qui utilise l’augmentation de pression à 40

atmosphères à une température de 500°C. (DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col.,

2001)

15

Thermique Catalytique

Température (en °C) 500 520

Pression (en atm) 40 30

Pourcentage volumique du

rendement d’essence 90% 100%

Nombre d’octane 74 94

Tableau 2 : Bilan de reforming d’une même essence lourde. (DOMINIQUE, F. et col.,

1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

Pour améliorer l’indice d’octane de l’essence ainsi obtenue, on procède à un reforming

catalytique qui donne des hydrocarbures aromatiques et d’isoparaffines (des hydrocarbures

ramifiées). Le catalyseur utilisé est du platine déposé sur un support d’alumine : c’est un catalyseur

de déshydrogénation. Ce procédé conduit à la formation des hydrocarbures aromatiques à partir

des naphtènes. Toutes les paraffines sont transformées en isoparaffines ou naphtènes puis en

hydrocarbures aromatiques. C’est une réaction de déshydrocyclisation. Grâce à une telle méthode,

on pourra obtenir de l’essence de 100 d’indice d’octane environ, qui empêche la formation de coke

à une pression élevée de 20 à 40 atmosphères. Cette opération dure plusieurs mois. De ce fait, le

catalyseur peut être affaibli. Donc on procède à une augmentation de température de 480°C à 520°C

et à une régénération du catalyseur. (DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et co., 2001)

3- LES PROCEDES D’ISOMERISATION

Car un hydrocarbure ramifié nécessite une pression élevée avant de s’enflammer,

l’isomérisation a pour but de préparer des hydrocarbures ramifiés à partir des hydrocarbures

linéaires car cette mesure permet de faire augmenter la performance d’un moteur. La qualité d’une

essence est comparée à celle du n-heptane d’indice d’octane zéro et du 2, 2,4-triméthylpentane

d’indice 100. Cette isomérisation augmente le pourcentage d’alcanes ramifiés dans l’essence et

améliore la qualité du carburant dans les moteurs des voitures. (DOMINIQUE, F., MICHELE, F.,

1998/DURUPTHY, A., DURUPTHY, O., 2001)

Le catalyseur utilisé est le chlorure ou le bromure d’aluminium plus une petite quantité

d’halogénure d’alkyle ou d’alcènes plus de l’hydracide halogéné pour l’ionisation du catalyseur (en

carbénium). Le procédé le plus classique utilisé est l’« Isomate ». La réaction se fait à 150 °C et

sous pression de 50 atmosphères. (DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

4- LES PROCEDES DE SYNTHESE

Par le procédé de craquage, il y a formation simultanée d’essence et de gaz dont la

16

quantité peut être probablement en excès. De ce fait, il faut récupérer ce gaz pour le synthétiser aux

fins d’une essence riche. Plusieurs réactions sont possibles telles que polymérisation et alcoylation.

Les essences de synthèse sont en général destinées pour le carburant des avions à cause de la

supériorité de leur qualité. (DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

5- LES PROCEDES DE DESULFURATION

Rappelons que le brut contient du soufre sous forme d’hydrogène sulfuré (H2S), de

mercaptans (RSH), de sulfure (RSR) parfois inclus dans les molécules lourdes.

L’hydrodésulfuration est la méthode la plus utilisée pour les désulfurations. Il s’agit d’un

hydrocraquage utilisant le cobalt et le molybdène sur alumine comme catalyseur. La réaction se fait

entre 250 °C et 350 °C, sous une pression de 30 atmosphères d’hydrogène. Ce procédé conduit à

une rupture des liaisons « carbone-soufre » sans rupture des liaisons « carbone-carbone » ni

d’hydrogénation des hydrocarbures aromatiques présentes. Le soufre libéré est hydrogéné grâce à

l’hydrogénation. La désulfuration se fait avec des coupes légères et moyennes. (DOMINIQUE, F. et

col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

III- LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE L’ESSENCE ET DU

GAZOLE

A- L’ESSENCE TOURISME

C’est un carburant pour moteur d’automobile composé d’hydrocarbures appartenant à la

coupe C4-C10 (Butane-Décane), de points d’ébullition compris entre 0°C et 200°C. L’étude des

spécifications de l’essence tourisme a pour but de caractériser le couple « carburant-moteur » dans

ses performances, c'est-à-dire, d’analyser l’incidence des diverses caractéristiques portant

essentiellement sur :

• La qualité de son utilisation: consommations, démarrage, reprise, puissance, encrassement

du moteur en rapport à la volatilité du produit ;

• L’aptitude à une combustion sans cliquetis du moteur en allumage commandé en rapport

avec l’indice d’octane du produit.

A Madagascar, selon l’arrêté n°9894/95 du 30 novembre 1995, est dénommée « Essence

tourisme », le mélange d’hydrocarbures d’origine minérale ou de synthèse, destiné notamment à

l’alimentation des moteurs thermiques à allumage commandé, répondant aux spécifications

suivantes :

17

a- Couleur : rouge.

b- Corrosion lame de cuivre : cotation 1b au maximum pour un essai de corrosion à la

lame de cuivre d’une durée de trois heures à 50°C.

c- Masse volumique : comprise entre 0,700 et 0,750kg/L à 15°C.

d- Distillation : - volume de distillat (pertes comprises) évaporé à 100°C comprise entre

40% et 70% (v/v).

N.B : v/v veut dire qu’il s’agit d’un pourcentage volumique)

- Point final de distillation inférieur ou égal à 20°C.

- Résidu de distillation inférieur ou égal à 2% (v/v).

e- Composés sulfurés : absence de réaction à l’essai au plombite de sodium dit « Doctor

test ».

f- Teneur en gommes actuelles : inférieure ou égale à 4mg/100cm3.

g- Indice d’Octane : (Méthode recherche) : compris entre 87 et 90.

h- Teneur en plomb tétraéthyle : inférieure ou égale à 0,3 mL/L. (0,3mL de plomb

tétraéthyle par litre d’essence)

i- Pression de vapeur « REID » : inférieure ou égale à 0,800 bar à 37,8°C.

j- Teneur en soufre totale : inférieure ou égale à 0,200% (m/m).

N.B : m/m veut dire qu’il s’agit d’un pourcentage en masse

k- Additifs : l’Essence tourisme ne peut être additionnée de faibles quantités de produits

destinés à en améliorer la qualité qu’avec l’agrément du Ministre chargé de l’Energie.

B- LE SUPERCARBURANT

Le supercarburant est un carburant pour moteur d’automobile, composé d’hydrocarbures

appartenant à la même coupe pétrolière que l’Essence Tourisme, dont il diffère cependant par

quelques spécifications, telles que :

La couleur ;

La masse volumique ;

L’indice d’octane

La teneur en plomb tétraéthyle

A Madagascar, d’après l’arrêté n°9894/95 du 30 novembre 1995, est dénommé

« Supercarburant », le mélange d’Hydrocarbures d’origine minérale ou de synthèse, répondant aux

spécifications suivantes :

a- Couleur : verte claire.

b- Corrosion à la lame de cuivre : cotation 1b au maximum pour un essai de corrosion à

18

la lame de cuivre d’une durée de trois heures à 50°C.

c- Masse volumique : comprise entre 0,720 et 0,770 kg/L à 15°C

d- Distillation : - volume de distillat (pertes comprises) évaporé à 100°C : compris entre

50% et 60% (v/v).

- Point final de distillation inférieur à 205°C

- Résidu de distillation inférieure ou égale à 0,6 mL/ L.

e- Composes sulfures : absence de réaction à l’essai au plombite de sodium dit

« DOCTOR TEST ».

f- Teneur en gommes actuelles : inférieure ou égale à 4 mg/100cm3.

g- Indice d’octane (méthode recherche) : compris entre 95 et 97.

h- Teneur en plomb tétraéthyle : inférieure ou égale à 0,6 mL/L.

i- Tension de vapeur « reid » : inférieure ou égale à 0,800 bar à 37,8°C

j- Teneur en soufre totale : inférieure ou égale à 0,20 (m/m).

k- Additifs : le Supercarburant ne peut être additionné de faibles quantités de produits

destinés à améliorer la qualité qu’avec l’agrément du Ministre chargé de l’Energie.

C- LE GAS-OIL

Sous cette appellation, on entend par gas-oil (ou gazole), un carburant utilisé dans des

moteurs dits « diesel » dotés à certaines voitures de transport assez d’importance (les camions et

cars). Toutefois, les qualités suivantes sont à recommander pour le gas-oil :

-propreté ;

-combustion ;

-fluidité ;

-volatilité.

L’arrêté n°9897/85 nous donne les caractéristiques du « Gas-oil » utilisé à Madagascar :

Est dénommé « Gas-oil », le mélange d’hydrocarbures d’origine minérale ou de synthèse

destiné notamment à l’alimentation des moteurs à combustion interne ou à la production de chaleur

dans les installations de combustion et répondant aux spécifications suivantes :

a – Couleur : coloration inférieure ou égale à 3

b – Masse volumique : comprise entre 0.810 et 0.890 kg/L à 15°C.

c – Distillation : - volume de distillation (pertes comprises) supérieur ou égal à 80% (a/V)

à 350°C

- Point final inférieur ou égal à385°C

d – Acidité forte : nulle

19

e – Acidité totale : inférieure ou égale à 0.5mg de KOH/g.

f –Teneur en cendres : moins de 0.001% (m/M).

g –Teneur en eau : inférieure ou égale à0.05% (a/V).

h –Indice de cétane : au moins égal à 50.

i –Indice Diesel : au moins égal à 53.

j –Point d’éclair en vase clos : supérieur ou égal à 55°C.

k –Point d’écoulement : inférieure ou égale à -1°C.

l –Teneur en sédiments : moins de 0.01% (m/M).

m –Teneur en soufre : inférieur ou égal à 1% (m/M).

n –Viscosité : comprise entre 1.6 cst et 5.5cst à 100°C.

o –Résidu « Conradson » : inférieur ou égal à 0.15% (m/M).

CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE

Dans cette première partie, nous avons parlé de l’identité de l’essence et du gazole en tant

que carburants pour automobile. En fait, l’essence et le gazole sont des dérivés du pétrole,

d’origine organique et qui sont formés d’une variété de molécules d’hydrocarbures et dont les

propriétés physico-chimiques en dépendent. Ce pétrole est d’abord extrait de la Terre puis distillé et

traité dans les industries chimiques avant d’être mis en vente dans les stations. Sur ce point,

Madagascar entre actuellement dans la phase de prospection de champ de pétrole. A la fin de cette

première partie, nous avons vu que le Gouvernement impose les normes sur la qualité des

carburants utilisables à Madagascar. Dans la deuxième partie nous verrons que ces carburants

polluent et détruisent la chaussée.

20

Deuxième partie

LES CARBURANTS : AGENTS RESPONSABLES DE LA POLLUTIO N

ATMOSPHERIQUE ET DE LA DESTRUCTION DES ROUTES BITUM EES

I- L’ATMOSPHERE

A- GENERALITES

L’atmosphère est une couche essentiellement gazeuse qui enveloppe la Terre et d’autres

corps célestes.

L’atmosphère de la Terre a une masse d’environ un cinquième de la masse de la Terre

(5130 millions de tonne). La densité et la pression de l’air sont inversement proportionnelles à

l’altitude : elles décroissent rapidement quand on s’éloigne de la surface de la Terre. La moitié de

cette masse est concentrée dans les 5,5 premiers kilomètres ; 99% dans les premiers kilomètres.

L’étude de l’atmosphère a déjà commencé depuis très longtemps, mais c’est à partir du

XIX è siècle, grâce au progrès de l’aviation et de la radio, qu’on a remarqué une amélioration

considérable de la connaissance de l’atmosphère. (Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

B- LA STRUCTURE THERMIQUE DE L’ATMOSPHERE

En considérant la répartition verticale des températures, l’atmosphère terrestre comprend 4

couches différentes, à savoir la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, et la thermosphère.

1- LA TROPOSPHERE

La troposphère est la première couche de l’atmosphère à partir de la surface terrestre

jusqu’à une altitude de 8km (dans les régions polaires) à 17km (dans les régions équatoriales). C’est

dans cette couche qu’évoluent les phénomènes météorologiques à l’origine des temps. La

température y décroît de 6°C tous les 1000m jusqu’à son sommet appelé «tropopause » où la

température atteint -80°C au-dessus des pôles. (Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

2-LA STRATOSPHERE

La stratosphère est la couche qui succède à la troposphère. Elle s’étend jusqu’à 50Km

d’altitude à partir de la tropopause. Dans les 20 premiers kilomètres d’altitude, la température y est

presque constante. La température varie ensuite jusqu'à son niveau supérieur appelé « stratopause »

21

où la température est de 0°C à 20°C. C’est dans cette couche que se trouve la couche d’ozone.

(Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

3- LA MESOSPHERE

La mésosphère est la troisième couche, après la stratosphère. Elle s’étend jusqu’à environ

35km à partir de la stratopause. On trouve peu d’air dans cette couche. La température y diminue

très rapidement jusqu’à atteindre une valeur moyenne d’environ -90°C à sa limite supérieure

appelée « mésopause ». (Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

4- LA THERMOSPHERE

La thermosphère est la dernière couche de l’atmosphère selon la répartition verticale de

l’atmosphère. Son épaisseur est de 80 à 300km. L’air y est très rare mais la température peut

s’élever jusqu’à 1000°C à cause de l’absorption des rayons solaires par les gaz. (Sélection du

READERSS DIGUEST, 1993)

C- LA COMPOSITION DE L’ATMOSPHERE

Si on découpe l’atmosphère, selon la composition des mélanges gazeux qui la constituent,

on distingue 3 couches différentes:

- Homosphère

- Hétérosphère

- Exosphère

1- L’HOMOSPHERE

L’homosphère se trouve entre la surface de la Terre et une altitude d’environ 90 à 100km.

La répartition volumétrique des principaux constituants gazeux de l’air sec reste quasi-constante.

GAZ POURCENTAGE VOLUMIQUE (en%)

Azote (N2) 78,09

Oxygène (O2) 20,95

Argon (Ar) 0,93

Dioxyde de carbone (CO2) 0,03

Néon (Ne) 1,8.10-3

Hélium (He) 5,2.10-4

22

Krypton (Kr) 1,0.10-4

Hydrogène (H) 5,0.10-5

GAZ POURCENTAGE VOLUMIQUE (en%)

Xénon (Xe) 8,0.10-6

Ozone (O3) 1,0.10-6

Radon (Rn) 6,0.10-8

Tableau3 : Composition en volume de l’air sec dans l’homosphère (BELTRANDO, G.,

CHEMERIE, L., 1995)

Sous l’influence des émissions gazeuses d’origine anthropique, les quantités des gaz CO2

et O3 varient dans le temps et dans l’espace. Cette variation pourrait jouer un rôle important dans un

éventuel changement climatique.

En plus de ces gaz, l’homosphère contient aussi des corps solides sous forme de très fines

particules et de l’eau dans des proportions variant de 0,1% du volume d’air (dans les régions sèches

et froides) à 4% (au-dessus des régions maritimes équatoriales), le tout, venant de la surface

terrestre. (BELTRANDO, G. et col., 1995/DOMINIQUE, F. et col., 1998/Sélection du READERSS

DIGUEST, 1993)

2- L’HETEROSPHERE

L’hétérosphère débute à une altitude de 90 à 100Km à partir d’une couche de transition

appelée « homopause ». La composition de l’air y est significativement différente. Les oxygènes

moléculaires (O2) sont transformés en oxygènes atomiques sous l’effet de la photodissociation par

le rayonnement ultraviolet (UV) du soleil. A130Km d’altitude, les deux tiers des oxygènes

moléculaires sont brisés en atomes. Les gaz les plus lourds se concentrent dans la partie inférieure

de l’hétérosphère ; les légers au-dessus. Cette couche porte aussi le nom de « Ionosphère » car c’est

le lieu d’ionisation des gaz par les rayonnements X et UV. (BELTRANDO, G. et col.,

1995/DOMINIQUE, F. et col., 1998/Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

3- L’EXOSPHERE

L’exosphère est la troisième couche de l’atmosphère, après l’hétérosphère. Sa limite

inférieure commence donc à partir de 750Km d’altitude. Le vide interplanétaire y est

progressivement atteint et que les lois physiques des gaz ne s’appliquent plus. Certaines molécules

des gaz hélium et hydrogène parviennent à s’échapper vers l’espace. (BELTRANDO, G. et col.,

1995/DOMINIQUE, F. et col., 1998/Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

23

II- LE MECANISME DE LA GENESE DES POLLUANTS DANS UN

MOTEUR AUTOMOBILE

A- LES MOTEURS A ESSENCE

Le moteur à essence de l’Ingénieur Américain Brayton en 1872 (moteur à allumage

commandé) utilise le cycle thermodynamique à deux ou à quatre temps (Admission, Compression,

Combustion et Echappement) de Beau de Rochas (Ingénieur Français de 1815 à 1893).

Comme tous les moteurs à allumage commandé, il fonctionne par une inflammation du

mélange air- essence, effectuée par une étincelle d’une bougie d’allumage. (DOMINIQUE, F. et

col., 1998)

1- DEFINITION

Le moteur à essence est un moteur à combustion interne et à allumage commandé utilisant

l’essence comme combustible.

2- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Le mélange air-carburant est d’abord aspiré dans la chambre de combustion (le cylindre)

par le mouvement de descente du piston. Ensuite, le piston remonte et comprime ce mélange. A ce

stade, ce dernier s’échauffe. Enfin, l’étincelle de la bougie d’allumage enflamme le mélange déjà

chauffé. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

La plupart des moteurs à allumage commandé sont basés sur un cycle à deux ou à quatre

temps. Mais, la majorité des moteurs à essence sont à quatre temps : l’admission (ou l’aspiration), la

compression, l’explosion et l’échappement. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT,

1989)

24

Figure 2 : Fonctionnement d’un moteur- Principe du cycle à quatre temps (REGIE

NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

a- Pour un cycle théorique

� L’admission ou l’aspiration

La soupape d’admission est ouverte. A ce moment-là, la soupape d’échappement est

encore fermée. Le piston descend (Point mort bas ou PMB), favorisant l’aspiration du mélange air-

carburant se trouvant dans la chambre de combustion. (REGIE NATIONALE DES USINES

RENAULT, 1989)

� La compression

Les deux soupapes sont fermées. Le piston remonte au point mort haut (PMH) et

comprime le mélange gazeux aspiré dans le cylindre : le volume diminue, la pression augmente et le

mélange gazeux s’échauffe à cause de la compression. C’est la première compression du mélange

25

gazeux. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

� La combustion ou l’explosion

La compression recommence une fois. Le volume du mélange devient minimal ; la

bougie d’allumage produit une étincelle. A ce moment, le mélange s’explose et se dilate en exerçant

une force d’expulsion sur le piston qui va se refouler : c’est la combustion (le piston se déplace vers

le bas, d’où une détente). (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

� L’échappement

La soupape d’échappement s’ouvre et le piston remonte en chassant les gaz brûlés de la

chambre de combustion. Le piston, arrivant sur son niveau supérieur (PMH), est prêt pour

recommencer un autre cycle de quatre temps. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT,

1989)

Courbe 1 : Diagramme du cycle théorique pour un moteur à essence (REGIE NATIONALE

DES USINES RENAULT, 1989)

26

b- Pour un cycle réel

En réalité, le vrai cycle d’un moteur à essence n’est pas conforme au cycle théorique car le

processus de combustion des carburants dans la chambre de combustion doit faire intervenir les

facteurs relatifs aux gaz, à savoir la pression, l’inertie et l’avance à l’injection ainsi que le délai de

l’injection et de l’inflammation. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

On note :

A.A : Avance à l’allumage

A.O.A : Avance à l’ouverture de l’admission

R.F.A : Retard à la fermeture de l’admission

A.O.E : Avance à l’ouverture de l’échappement

R.F.E : Retard à la fermeture de l’échappement

P.M.B : Point mort bas

P.M.H : Pont mort haut

Courbe 2 : Diagramme du cycle réel pour un moteur à essence (REGIE NATIONALE DES

USINES RENAULT, 1989)

27

B- LES MOTEURS DIESEL

1- BREVE HISTOIRE DU DIESEL

Le moteur diesel est l’œuvre de l’Ingénieur Allemand Rudolf Diesel. Son invention fut

publiée en 1895. C’est un moteur à allumage par compression. Au point de vue consommation, il

est plus économique que le moteur à essence.

Le moteur diesel a un problème. Son système d’injection ne lui permet pas d’avoir une

vitesse de rotation satisfaisante demandée pour une mise en marche effective. Une amélioration fut

apportée en 1922 par l’Allemand Robert Bosch en fabriquant un système d’injection plus

développé : c’est le mécanisme de la pompe à injection. Les premières pompes à injections furent

sorties d’usine en 1927. Cette mise au point a contribué au succès commercial du moteur de Rudolf

Diesel. (DOMINIQUE, F. et col., 1998)

2- LE MOTEUR DIESEL

a- Définition :

Le moteur diesel est un moteur à combustion interne, à allumage par compression utilisant

des carburants lourds tels que le gazole et le fuel.

b- Principe de fonctionnement

Une certaine quantité de carburant est injectée dans le cylindre contenant de l’air chauffé

et s’enflamme spontanément : c’est le principe d’un moteur à injection. L’injection peut être directe

ou indirecte. Pour un moteur à injection directe, le carburant est injecté directement dans le

cylindre. Par contre, pour un moteur à injection indirecte, le combustible est injecté dans une

préchambre de combustion où l’air tourne à grande vitesse, favorisant la combustion. Un moteur

diesel peut être à deux ou à quatre temps. Mais en général, il est basé sur un cycle à quatre temps, à

savoir, l’admission, la compression, l’inflammation détente et l’échappement. (DOMINIQUE, F. et

col., 1998/REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

� Pour un cycle théorique : les étapes sont :

-Admission : La soupape d’admission est ouverte, le piston descend et le cylindre se

remplit d’air pur à la pression atmosphérique.

Quand le cylindre se trouve au point mort bas (PMB), la soupape d’admission se ferme.

28

On obtient une courbe isobare (courbe de transformation à pression constante) à la pression P0 : 1

bar (courbe AB). (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

-Compression : Les deux soupapes sont encore fermées. Le piston remonte (vers position

PMH) et comprime le mélange de combustible : air ajouté de gaz de carburant. (REGIE

NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

P.V = n.R.T (en considérant l’air comme un gaz parfait).

P : pression du gaz (l’air)

V: volume du gaz

n : nombre de mol des gaz parfaits

R : constante des gaz parfaits

T : température du système.

Pendant la compression, la température de l’air peut atteindre 600°C (transformation BC)

- Combustion : Pendant la combustion, les deux soupapes restent toujours fermées. Le

piston se trouve au point mort haut (PMH). Le combustible est injecté et s’enflamme au contact de

l’air chaud du cylindre. On a une compression isochore (droit CD) suite à une compression

adiabatique BC (compression à chaleur constante). La température et la pression du mélange vont

augmenter. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

La combustion s’effectue à pression constante au début de la détente (courbe isobare DE à

la pression p2). Le volume augmente mais la pression ne varie pas : Il y a expansion du gaz.

-Détente : Le gaz chaud subit une détente suivant l’adiabatique EF. La pression diminue

(P3 supérieur à P0). Le volume revient à V0.

-Echappement : Le piston bascule au PMH mais la pression diminue rapidement au cours

de la brusque ouverture de la soupape d’échappement.

On obtient donc l’isochore BF. La température revient à T1. L’isobare BA ramène le

système moteur à son état initial. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)

Le diagramme du cycle théorique est donné dans la courbe 3

v= volume de la chambre de combustion

V= Volume engendré par le mouvement du piston

P0= pression atmosphérique

29

Courbe 3 : Diagramme du cycle théorique d’un moteur diesel (REGIE NATIONALE DES


� Pour un cycle réel

En réalité, comme le moteur à essence, le vrai cycle d’un moteur diesel n’est pas vraiment

conforme au cycle théorique car le processus de combustion des combustibles dans la chambre de

combustion doit faire intervenir les facteurs relatifs aux gaz, à savoir la pression, l’inertie et

l’avance à l’injection ainsi que le délai de l’injection et de l’inflammation. REGIE NATIONALE

DES USINES RENAULT, 1989)

Diagramme du cycle réel

On note :

P : Pression

V : Volume

30

A.O.A : Avance à l’ouverture de l’admission

A.O.E : Avance à l’ouverture de l’échappement

R.F.E : Retard à la fermeture de l’échappement

P.M.B : Point mort bas

P.M.H : Point mort haut

Courbe 4 : Diagramme du cycle réel d’un moteur diesel (REGIE NATIONALE DES


C- LES PROPRIETES DES PRINCIPAUX POLLUANTS

Les substances issues des gaz d’échappement qualifiées polluants atmosphériques sont :

� les oxydes de carbone

� les composés azotés

31

� les composés soufrés

� les composés organiques volatiles irritants ou odorants

� les particuliers

(MOUVIER, G., 1994)

1 – LES OXYDES DE CARBONE

Les oxydes de carbone comprennent le monoxyde et le dioxyde de carbone.

a) Le monoxyde de carbone (CO)

Le monoxyde de carbone est un gaz très toxique, incolore, inodore et plus léger que l’air

(sa densité est égale à 0,98) ; de formule chimique CO. Etant toxique, même à une proportion de un

millième de un pour cent, il empoisonne tous les animaux à sang chaud (cas de l’anoxie). Et à une

proportion de un cinquième de un pour cent, il peut être fatal à moins de 30 minutes (cas de

l’asphyxie) (1).

b) Le dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone est un gaz incolore, d’odeur piquante, plus stable que le CO, de

formule chimique CO2. Il est aussi plus dense que l’air (densité par rapport à l’air =1,5) qu’on peut

le transvaser comme on le ferait avec un liquide. En plus, le CO2 n’est ni combustible (ne brûle

pas), ni comburant (ne permet pas à un corps de brûler) ; c’est pourquoi certains extincteurs

d’incendie contiennent des mélanges générateurs de grande quantité de CO2. Puisque la respiration

est analogue à une combustion, un animal ne peut vivre dans une atmosphère de gaz carbonique. La

mort se produit par asphyxie (manque d’oxygène) et non par empoisonnement car le gaz carbonique

n’est pas un gaz toxique comme le monoxyde de carbone CO. De plus, il est un important gaz à

effet de serre (1).

2- LES COMPOSES AZOTES

Les composés azotés comprennent les oxydes d’azote (monoxyde et dioxyde d’azote, le

protoxyde d’azote), l’acide nitrique, et l’ammoniac.

a – Les oxydes d’azotes (NO et NO2)

Le monoxyde d’azote, le dioxyde d’azote et le protoxyde d’azote forment les oxydes

d’azote.

__________________________________________________ (1) http://www.respir.com/doc/adonne/base/Environnementcv.asp, consulté le 14 /04/2007

32

� Le monoxyde d’azote.

Le monoxyde d’azote (oxyde azotique ou oxyde nitrique) est un gaz dans les conditions

normales de température et de pression (CNTP). Il est incolore et de formule chimique NO. Ce gaz

à l’état

dissout peut franchir les membranes biologiques. Il est aussi un composé radicalaire et très réactif:

A cet effet, il s’oxyde facilement en dioxyde d’azote en présence de l’oxygène de l’air.

L’inhalation de poussière contenant de NO est très dangereuse car elle est mortelle. D’ailleurs, le

NO est un gaz irritant pour la peau et les yeux. D’autre part, l’inhalation de NO mélangé à l’air est

une des causes de vasodilatation et d’une augmentation du débit sanguin au niveau pulmonaire (1).

� Le dioxyde d’azote :

Le dioxyde d’azote est un gaz, de formule chimique NO2. Il présente une coloration

brunâtre et une odeur douceâtre (odeur que l’on perçoit dans les rues polluées par la circulation

automobile). C’est aussi un gaz très réactif et s’associe parfois à une autre molécule de NO2 pour

former un peroxyde d’azote N2O4. De plus, il est extrêmement irritant et nocif (1). Puisque le NO2

est un radical (présence d’un électron non apparié), il est un oxydant et un poison assez violent. Son

inhalation donne une réaction instantanée avec de l’eau de poumon, conduisant à la formation

d’acide nitrique HNO3. D’ailleurs, le NO2 est un puissant gaz à effet de serre ayant un pouvoir de

réchauffement global (PRG) sur 100 ans de 310 fois plus élevés qu’une masse équivalente de

dioxyde de carbone (1).

� Le protoxyde d’azote (N2O)

Le N2O est un gaz plus stable que les oxydes d’azote car sa durée de vie est d’environ

125 ans. L’azote contenu dans les combustibles favorise sa formation. Le N2O est aussi très

toxique et peut favoriser la pluie acide (1).

b – L’acide nitrique (HNO3)

L’acide nitrique est un acide fort, liquide incolore, très corrosif. Il est un oxydant très

puissant. Il est un agent responsable de l’acidification de la précipitation et des eaux (1).

__________________________________________________ (1) http://www.respir.com/doc/adonne/base/Environnementcv.asp, consulté le 14 /04/2007

33

c- L’ammoniac

L’ammoniac est un gaz incolore, d’odeur forte, de formule NH3. Il est moins dense que

l’air (sa densité est de 0,68 à son point d’ébullition ; c’est-à-dire, à –33,4°C, et sous une pression de

105 Pascal). Il est très soluble dans l’eau et donne, en présence de cette dernière un acide :

3 – LES COMPOSES SOUFRES

Les composés soufrés sont formés par le dioxyde et le trioxyde, et l’acide sulfurique.

a) Le dioxyde de soufre

Il est partiellement à l’origine des pluies acides (contenant de l’acide sulfurique) qui

provoque une dégradation des monuments construits avec les pierres calcaires et entraîne la mort

prématurée des végétaux. Le dioxyde de soufre peut provoquer également des troubles respiratoires

humaines (1).

b) Les trioxydes de soufre

Le trioxyde de soufre est un gaz, de formule chimique SO3. La réaction de ce gaz avec

l’eau donne de l’acide sulfurique, l’un des principaux agents responsables de pluies acides (1).

c) l’acide sulfurique

L’acide sulfurique est un liquide incolore, inodore, visqueux, et corrosif, de formule

chimique H2SO4. Il est très avide d’eau. Au contact de la peau et des yeux, il provoque

respectivement la brûlure et la cécité. En plus, il est l’un des agents responsable de l’acidification

des précipitations. Ainsi, il corrode activement les pierres calcaires (1).

4- LES COMPOSES ORGANIQUES VOLATILES (COV)

Les composés organiques volatiles regroupent les alcanes, les alcènes, les hydrocarbures

aromatiques mono et polycyclique et les composés oxygénés ou chlorés émis à l’échappement après

combustion des carburants ou par évaporation de ce dernier.

________________________________________________________________________________ (1) http://www.respir.com/doc/adonne/base/Environnementcv.asp, consulté le 14 /04/2007

34

Etant donné que les COV sont composés d’une grande variété des composés organiques,

leurs effets sont très divers, allant de la gêne respiratoire à l’augmentation du risque cancérigène

pour le benzène et l’amiante. Leurs effets cancérigènes n’ont pas pu être vérifiés qu’à des taux

supérieurs à ceux qui résultent de la circulation automobile (1).

5- LES PARTICULES

Les particules sont formées essentiellement des particules organiques, des suies et des

composés métalliques.

a – Les particules organiques

Ils proviennent de la combustion incomplète des carburants. Pour les moteurs diesel, les

particules émises sont de faible taille d’environ 0,3µ, favorisant leur pénétration profonde dans le

système respiratoire (1).

b- Les suies

Une suie est un ensemble de composé chimique résultant de la combustion incomplète de

combustible tel que l’essence et le gazole. Elle est une substance solide et parfois, goudronneuse, de

couleur noirâtre et très riche en carbone. Les suies sont constituées de composées carbonées sous

forme de particule de taille d’une vingtaine de nanomètre. Comme les suies sont composées

d’hydrocarbures aromatiques polycycliques, elles sont toxiques et parfois, cancérigènes d’autant

plus qu’elles s’adsorbent sur les fines particules métalliques (1), (2).

c- Les composés métalliques

Parmi les composés métalliques, le plomb est le plus important. Il est un métal gris

bleuâtre, de numéro atomique Z=82. Introduit dans le corps par inhalation de poussière et des

fumées, il provoque une intoxication chronique qui se manifeste par une anémie, une constipation,

une colique et une paralysie.

De plus, dans le cas d’une intoxication aiguë, il entraîne un vomissement, une anorexie et

une convulsion résultant d’une augmentation de la pression intracrânienne, voire maladie

permanente du cerveau (1).

________________________________________________________________________________ (1) http://www.respir.com/doc/adonne/base/Environnementcv.asp, consulté le 14/04/2007. (2) http://fr.wikipedia.org/wiki/suie, consulté le17/03/2007)

35

D- LA GENESE DE CES POLLUANTS DANS UN MOTEUR D’AUT OMOBILE

1- LA FORMATION DES OXYDES DE CARBONE

Les oxydes de carbone regroupent le monoxyde et le dioxyde de carbone.

a- La formation de monoxyde de carbone

Le monoxyde de carbone ou CO est l’un des résultats de la combustion incomplète des

combustibles. La formation de CO provient donc du manque d’oxygène dans la chambre de

combustion, ou de l’insuffisance de température dans cette chambre, soit l’inflammation précoce

des combustibles (1).

b- Le dioxyde de carbone

Deux raisons conduisent à la formation du dioxyde de carbone :

- Combustion complète des carburants

- Oxydation de monoxyde de carbone formé par combustion incomplète.

2 - LA FORMATION DES COMPOSES AZOTES

a- La formation d’oxyde d’azote

Ce sont les azotes provenant de l’air aspiré lors de l’admission qui sont la source d’oxyde

d’azote.

� La formation de monoxyde d’azote (NO)

La source de NO est la combustion des carburants dans la chambre de combustion des

moteurs à explosion (une des raisons de l’utilisation des pots d’échappement est de minimiser ou

d’empêcher la formation de NO à l’échappement) (1).

O + N2 NO + N

N + O2 NO + O

N + OH NO +H

________________________________________________________________________________ (1) http://www.respir.com/doc/adonne/base/Environnementcv.asp, consulté le 14/04/2007.

36

Conditions de formation :

- la température : Une haute température est favorable pour la formation de NO

-La concentration en oxygène : Les réactions précédentes montrent que la présence d’oxygène

N2+ O2 2NO

favorise la formation de NO.

Lors de la compression qui précède l’allumage, la température du mélange air-combustible

augmente et atteint sa valeur maximale : d’où le temps de l’allumage spontané. A ce moment, la

formation de NO s’effectue et le gaz ainsi brûlé sort de l’échappement pour polluer l’air ambiant en

quantité non négligeable d’oxydes d’azote (1).

� La formation de dioxyde d’azote (NO2)

Il se forme à cause de l’oxydation rapide de monoxyde d’azote (NO) par l’oxygène de

l’air. Ainsi, la généralisation des pots catalytiques sur les voitures augmente le taux d’émission de

NO2 par les automobiles. La réaction suivante traduit la formation de NO2 à partir de NO et en

présence d’oxygène (1) :

2NO + O2 2NO2

De plus, le NO formé lors de la combustion de combustible se transforme rapidement en NO2 sous

l’action de l’eau (1) :

NO + H2O NO2 + H2

� La formation de protoxyde d’azote (N2O)

Il peut être formé à partir des NH ou du NCO en présence de NO (transformation de NO

en N2O) (1):

NH + NO N2O +H

NCO +NO N2O + CO

b- La formation d’acide nitrique

En général, l’acide nitrique est formé à partir d’une oxydation puis une hydratation du

monoxyde d’azote (1):

4NO + 3O2 + 2H2O 4HNO3


37

c- La formation de l’ammoniac

L’automobile émet de l’ammoniac si le système catalytique de réduction d’oxyde d’azote

est déréglé. Dans ce cas, la réaction traduisant sa formation est de la forme (1):

N2 + 3H2 2NH2 + Chaleur

3- LA FORMATION DES OXYDES DE SOUFRE

Les composés soufrés des combustibles fossiles (en particulier le pétrole sous forme

d’essence et de diesel) sont à l’origine des dioxydes de soufre.

a- Le formation de dioxyde de soufre

Le dioxyde de soufre est formé à partir de la combustion des composés soufrés résiduels

contenus dans les carburants (1).

� la présence d’oxygène.

� La formation des particules de HC favorisée par les zones de mélange pauvre, les

températures inférieures à la limite d’inflammabilité, les couches d’hydrocarbures sur les

parois du bol et le carburant gouttant aux injecteurs.

Les hydrocarbures imbrûlés se forment pendant la combustion des carburants.

Si la température du carburant est inférieure à la limite inférieure d’inflammabilité, il ne pourra ni

s’auto-enflammer ni enflammer.

La formation de suie est liée au mode de combustion des carburants dans les moteurs. En

effet, sa formation dépend du pourcentage d’air ou d’oxygène ainsi que la nature du combustible

(type d’hydrocarbure).

Le plomb de l’essence est rejeté avec les gaz d’échappement sous forme de très fines

particules d’halogénures de plomb tel que PbBr2, PbCl2 et PbBrCl. Dans les zones de très grandes

circulations, la concentration en particule de plomb est très élevée (1).

E- L’ADDITIF PLOMB TETRAETHYLE

1- LE PLOMB TETRAETHYLE (PTE)

Le plomb tétraéthyle ou PTE est un liquide incolore et toxique, de densité 1,66 et de

formule chimique (C2H5)4 Pb. Le PTE fut découvert par l’Ingénieur américain Thomas Midgley le


38

09 Décembre 1921 et fut commercialisé par General Motor le 02 Février 1923.

L’ajout de PTE augmente l’indice d’octane de l’essence. Puisqu’un bon rendement du moteur

s’améliore avec son indice d’octane, l’ajout de PTE à raison de 0,6 à 1 pour mille empêche le

phénomène de cognement dans le moteur et donne au moteur un bon rendement (le PTE a la vertu

d’inhiber la formation des oxydes et de retarder la détonation de ce carburant). Malgré cela, ce

liquide est extrêmement toxique. (BOUGERRA, M.L., 1995/BOULAND, A. et col.,

1997/DOMINIQUE, F. et col., 1998)

2- DOSAGES DU PLOMB DANS LES ESSENCES POUR AUTOMOBILE

Nous avons déjà vu que le plomb sert d’un additif anti-détonant dans une essence

automobile.

Le but des dosages est de déterminer la teneur en plomb dans l’essence ordinaire et aussi

de vérifier si l’essence super sans plomb est vraiment à zéro plomb.

Il existe plusieurs méthodes permettant de déterminer la teneur en plomb d’une essence.

Lors de nos travaux de recherche, nous avons choisi la méthode au monochlorure d’iode car elle

nous semble meilleure. Le monochlorure d’iode sert à rompre les liaisons C-Pb (carbone- plomb)

dans le carburant plombé.

Des essais ont été faits sur des essences ordinaires et des essences super sans plomb (les

essences utilisées à Madagascar). Les résultats sont présentés dans le paragraphe «g-»

a-Domaine d’application

Cette méthode de détermination de la teneur en plomb de l’essence contenant des alkyles

de plomb est applicable seulement dans les cas de concentration comprise entre 0,026 g et 1,300 g

de plomb par litre. Elle ne l’est pas aux essences contenant des additifs manganiques antidétonants.

b- Principe

Un volume connu de l’échantillon est dilué dans un distillat lourd et mélangé avec du

monochlorure d’iode en solution aqueuse. Il y a donc réaction entre les composés tétra alkyles de

plomb présente dans l’essence et le monochlorure d’iode : la présence de chlore entraîne une

rupture des liaisons carbone – plomb (C-Pb). Ils sont extraits de la phase aqueuse sous forme des

composés dialkyles de plomb.

La phase aqueuse est évaporée presque jusqu’à cécité après séparation de l’essence pour

décomposer le monochlorure d’iode libre. Une oxydation à l’acide nitrique permet d’éliminer

toutes matières organiques présentes. Les composés dialkyles de plomb sont convertis en composés

39

de plomb inorganiques. Le résidu est dissout dans l’eau et ramené à pH = 5 à l’aide d’une solution

tampon acétique d’acétate de sodium. Un titrage avec une solution de Na2EDTA en présence de

xylénol organe permet de déterminer la teneur en plomb de l’essence à étudier. Le xylénol orange

sert d’indicateur coloré.

c- Réactifs

- Acide nitrique concentré : 69% (m/m) à 70,5% (m/m)

- Acide chlorhydrique concentré : 35,4%(m/m)

- Acide chlorhydrique, solution (1/1) : mélanger un volume d’une solution d’acide

chlorhydrique identique à la précédente avec un volume d’eau.

- Hydroxyde d’ammonium, solution (1/1) : Mélanger un volume de solution concentrée

d’hydroxyde d’ammonium (35% m/m) avec un volume d’eau.

- Distillat lourd : C’est un distillat pétrolier de distillation directe ayant un indice maximal

de dibrome -1,5 dont environ 10% distillent à 205°C et 90% à 240% . Ce distillat doit être exempt

de plomb.

- Tampon acétate / acide acétique (pH 5) : Dissoudre 23,0 g d’acétate de sodium anhydre

(CH3COONa) dans environ 500mL d’eau. Ajouter 7,2mL d’acide acétique cristallisable. Diluer ce

volume avec de l’eau, dans une fiole jaugée de 100 mL et agiter pour le bien mélanger.

- Monochlorure d’iode 1M : Dissoudre 111,0g d’iodure de potassium KI dans environ

400ml d’eau. Ajouter 445mL d’acide chlorhydrique concentré (identique à la précédente) et laisser

refroidir à la température ambiante. Ajouter 75,0g d’iodate de potassium KIO3 lentement et en

agitant jusqu’à ce que tout l’iode libre préalablement formé soit juste dissout afin d’obtenir une

solution transparente rouge orangée. Laisser refroidir à la température ambiante et diluer à 100 ml

avec de l’eau. Conserver dans un flacon fermé avec un bouchon en verre.

Précaution : Le monochlorure d’iode réagit avec les ions ammonium dans certaines

conditions. Il est donc nécessaire de faire entrer ce réactif en contact avec de l’hydroxyde

d’ammonium ou des sels d’ammonium. Il faut éviter l’utilisation des bouchons en caoutchouc pour

fermer des récipients contenant des solutions de monochlorure d’iode. Il est à noter que les

quantités de KI et de KIO3 sont calculées afin de laisser un léger excès d’iodate. Si l’excès est plus

important, cela risque de provoquer une précipitation du plomb et des points finals non précis au

cours du titrage avec la solution Na2EDTA.

-Nitrate de plomb 0,005mol/L : Peser avec 0,001g près 1,7g environ de nitrate de plomb

40

[Pb(NO3)2] préalablement séché à 105°C et refroidi dans un dessiccateur. Dissoudre ce produit dans

de l’eau et ajouter 10mL de l’acide nitrique concentré. Diluer ce volume avec de l’eau, dans une

fiole jaugée de 1000mL, et agiter fortement pour les homogénéiser. L’équation définissant la

concentration Co en moles par litre de nitrate de plomb est :

Or:

On a :

Avec:

V=1L et,

D’où:

331,23o

mC =

Avec m : la masse (en gramme) de Pb (NO3)2 dissoute.

-Disodium–dihydrogène éthylène diamine tétracétique

[CH3N (CH2COOH) CH2COONa] 2,2H2O (Na2EDTA); solution titrée à 0,005 mol/L.

On dissout environ 3,75g de Na2EDTA dans 2 000ml d’eau.

Etalonnage : On introduit 25,0 mL de la solution étalon de nitrate de plomb dans une fiole

conique de 250 ml

On dilue à environ 75 mL avec de l’eau et on y ajoute plusieurs gouttes de la solution

indicatrice de bleue de bromothymol. On titre avec la solution d’hydroxyde d’ammonium jusqu’à

ce que la couleur de la solution commence à virer du jaune au bleu, puis ajouter 10 ml de la

solution tampon acétique d’acétate de sodium et 5 gouttes de la solution de xylénol orange.

NB : -En présence de plomb, la solution prend une teinte rouge orange.

On titre à la solution de Na2EDTA. La couleur vire à l’orange à proximité du point final,

ce dernier étant indiqué par un brusque virage de l’orange à un jaune citron vif persistant. On note

le volume utilisé et on calcule la concentration de Na2EDTA. L’addition d’un excès de solution de

Na2EDTA ne provoque aucun autre changement de couleur au point final.

41

Calcul : La concentration C1 de la solution de Na2EDTA. est :

C1.V1=C0.V0 qui peut aussi s’écrire : C1.V= 25.C0 car V0=25mL

D’où :

01

25CC

V=

C0 étant la concentration en mol /L de la solution étalon de nitrate de plomb

V est le volume, en ml de la solution de Na2EDTA utilisé pour l’étalonnage

Xylénol orange (solution indicatrice)

On dissout 0,2 g de xylénol orange, sel de sodium, de 100mL d’eau et on y ajoute 1 goutte

de la solution 1+1 d’acide chlorhydrique

On prépare une nouvelle solution chaque semaine

Bleu de bromothymol (solution indicatrice)

On dissout 0,1g de BBT dans 80ml d’éthanol à 95% (V/V) et diluer à 100mL avec de

l’eau.

d- Matériels

-Burette de 25mL

-Eprouvette

-Pipette de 25mL

-Fioles jaugées

-Fioles coniques à col large, en verre, borosilicaté de 250 ml ou 500 mL.

-Réservoir de mesure de 100 mL et 500 mL

-Ampoule à décanter de 250mL, en verre borosilicaté avec un bouchon en verre.

-Verre de montre, en verre borosilicaté, d’une graduation suffisante pour couvrir

l’ouverture de la fiole conique de 500mL

NB : Les verres de montre nervurés sont recommandés car ils réduisent notablement le

temps nécessaire à l’évaporation des phases aqueuses contenant de plomb extrait.

-Thermomètre d’un usage général, d’échelle de 0°C à 50 °C ou 0°C à 100 °C

-Balance mono ou double plateau pesant à 0,001 g près

-Dessiccateur en verre d’une capacité suffisante avec desséchant.

e- Echantillonnage

Les échantillons d’essence ayant une pression de vapeur Reid supérieure à 50 kPa doivent

être refroidis dans un récipient à environ 10°C avant d’en extraire la prise d’essai pour analyse. Le

mode opératoire utilisé pour l’échantillonnage doit être noté dans le rapport d’essai.

42

f- Mode opératoire

(f1) : Séparation des composés dialkyles de plomb de la phase d’essence

Remarque : Aucun produit ne doit être aspiré avec la bouche. Laisser s’évaporer la pression régnant

dans l’ampoule à décanter pendant l’agitation.

43

(f2) : Décomposition du monochlorure d’iode libre et élimination de toutes matières organiques

(f3) : Dissolution du résidu blanc

NOTES :

• Le résidu peut être rapidement dissout en réchauffant la solution. Si la solution a été

chauffée, il faut la refroidir avant le titrage. Ajouter plusieurs gouttes de BBT et titrer avec

la solution d’hydroxyde d’ammonium jusqu’à ce que la couleur commence à virer du jaune

paille au bleue, puis ajouter 10ml de la solution tampon acétique d’acétate de sodium et 5

gouttes de xylénol orange.

• Après addition de xylénol orange, en présence de plomb, la solution a une couleur rouge

brune. A des hautes teneurs en plomb, une solution de xylénol orange à 1% (m/m) peut

donner une meilleure indication de la couleur.

44

(f4) : Titrage complexométrique à l’E.D.T.A

NOTES :

• Noter le volume de la solution de Na2EDTA utilisé pour virer de l’orange à un jaune citron

vif la couleur de la solution dosée.

• L’addition d’un excès de Na2EDTA ne provoque aucun autre changement de la couleur au

point final.

(f5) : Détermination à blanc

Effectuer une détermination à blanc selon le mode opératoire donné ci-dessus (f1 jusqu’à f4, en

omettant la prise d’essai et noter le volume V0 en millilitre (ml) de la solution de Na2EDTA utilisé

g- Résultats et calculs

� Pour l’essence tourisme (Ordinaire)

Le volume de la solution d’EDTA utilise lors de l’étalonnage indiqué en réactif est de :

VEDTA=V=24,15mL.

La concentration C1 de la solution d’EDTA est donc :

45

C1= V

C025 avec C0= 3 11,7

5,13.10 .331,23 331,23

mmol L− −= =

� C1= 15,24

10.13,5.25 3−

C1= 5,31.10-3mol.L-1

Le volume de la solution d’acide nitrique versé pour avoir un résidu blanc (b- du mode

opératoire) était 10mL.

Le titrage à l’hydroxyde d’ammonium est arrêté (apparition d’une couleur bleue) quand le

volume versé était 19,5mL (V = 19,5mL).

Au moment du prélèvement de l’échantillon, la température de l’essence était 19°C (t=

19°C).

Le volume de la solution d’EDTA utilisé pour l’essai à blanc était de 13,3ml. Pour le

titrage de la prise d’essai, le volume utilisé était 19,9mL.

Déterminons la teneur en plomb CPb, en g/l à 15°C.

L’équation suivante donne la valeur de CPb :

CPb= 8,288 (V1- V0) C1 [1+0,0012(t-15)]

V0=Volume en ml de EDTANa2 utilisé pour l’essai à blanc.

V0= 13,3mL

V1= Volume en mL de la solution titrée de EDTANa2 , utilisé pour le titrage de la prise

d’essai.

V1= 19,9mL

C1= La concentration, en Mol/l de la solution titrée de EDTANa2

C1= 5,31.10-3mol.L-1

t= la température en (°C) de l’essence lors de la prix d’essai

t= 19°C

8,288= Constante permettant la conversion du EDTANa2 en g/L de Plomb

0,0012= Coefficient correspondant à la dilation des essences pour 1°C au niveau de 15°C,

représentant un intermédiaire entre celle des essences moteur et aviation.

On a donc :

CPb= 8,288 (19,9- 13,3). 5,13.10-3 [1+0,0012 (19-15)]

46

CPb= 8,288 (6,6). 5,13.10-3 [1+0,0012(4)]

CPb=8,288.6, 6. 5,13.10-3. (1+0,0048)

CPb=8,288.6, 6. 5,13.10-3.1, 0048

CPb=0,282g/L

� Pour l’essence super sans plomb.

On a trouvé les mêmes valeurs à celles de l’essence tourisme mais les deux volumes V0 et

V1 ont mêmes valeurs.

Donc, on a trouvé : CPb= 0g/L

h- Interprétation des résultats.

Dans une essence, il y a présence de plomb que ce soit sous forme de PTE soit sous une

autre forme.

La formation complexe PbEDTA est impossible tant que le plomb se présente sous une

forme dérivée organique. D’où la nécessité de la transformer en composé inorganique par ajout

d’acide nitrique.

L’évaporation sert pour éliminer la phase d’essence et décomposer le monochlorure

d’iode.

Le dépôt blanc est du composé de plomb inorganique.

L’ajout d’une solution d’hydroxyde d’ammonium par dosage réduit le pH de la solution

qui était acide à cause de l’acide nitrique.

L’ajout de la solution tampon acétique a pour rôle de stabiliser le pH de la solution pour le

dosage compléxométrique à l’EDTA.

La réaction qui a lieu entre le plomb et l’EDTA lors du dosage est donnée par l’équation :

(Pb2+,Ind)+Y4- PbY2- +Ind

Ind.= L’indicateur coloré xylénol orange ;

Y4-= ions EDTA.

L’apparition d’une couleur jaune citron vif persistant marque l’épuisement des ions Pb2+

dans la solution : ils sont tous transformés en complexe PbEDTA.

La teneur en plomb de l’essence tourisme est comprise entre les valeurs seuils exigées par

la norme (entre 0,026/L et 1,300 g/L).

47

Avec l’essence sans plomb, on n’a rien obtenu :

CPb=0g/mol.

Cette valeur n’est pas très étrange car en réalité, la teneur en plomb dans une essence super

sans plomb ne doit pas dépasser la valeur 5ml/L, valeur inférieure à la limite inférieure exigée par la

présente norme.

Remarque :

La méthode de spectrométrie d’absorption atomique permet de déterminer la faible teneur

en plomb de l’essence. Mais vu le coût de la réalisation de cette expérience, nous n’avons pas pu le

faire.

i- Conclusion

Toutes les essences contiennent du plomb mais à des proportions différentes.

L’empoisonnement au plomb est donc inévitable tant qu’on utilise (consomme) du

carburant.

Réduire à la plus faible la quantité de plomb dans les carburants est la solution.

3- DOSAGE DU PLOMB DANS LA POUSSIERE D’UNE CHAUSSEE

En 1996, des équipes de la I.N.S.T.N ont mené des recherches sur la pollution de l’air

dans la capitale. Ils ont montré que l’atmosphère de la ville d’Antananarivo est trois fois plus

polluée que la ville de Grenoble (la ville la plus polluée en France)

Le principal pollueur est le gaz d’échappement des véhicules automobiles.

L’endroit le plus pollué de Madagascar est le tunnel d’Ambohidahy. Dans ce tunnel,

pendant l’embouteillage, l’air est presque irrespirable à cause des gaz émis par les véhicules de

circulation qui y sont restés bloqués.

Un filtre était mis dans un endroit dans le tunnel d’Ambohidahy pour mesurer l’effet des

fumées émises par ces véhicules. A peine 20 minutes le filtre est devenu noir.

Rappelons que le plomb est l’un des principaux éléments polluants de l’atmosphère.

Il est rejeté avec les gaz d’échappement et s’accroche à des particules qui flottent dans

l’air.

La pénétration de ces particules dans l’organisme dépend de leur taille :

Des particules de dimension 10µ (les PM10) sont capables de pénétration jusqu’aux

alvéoles (poumon) après inhalation de la poussière.

Les PM2,5 (diamètre inférieur à 2,5µ peut attaquer directement le sang après avoir traversé

les alvéoles.

48

a – Matériels et produits

Becher de 50 mL

Erlens de 250 mL

Montage pour dosage volumétrique

Baguette de verre

2g d’acide tartrique

Acide nitrique 0,1 M

Tampon ammoniacal (pH 10)

Soude 0,1 M

Méthylorange

Solution d’EDTA à 0,001 M

Echantillon de poussière

Remarques

Tampon ammoniacal (pH 10) : 120 mL d’ammoniaque concentrée sont ajoutés à 14 g de

chlorure d’ammonium et dilués à 200 mL.

Indicateur noir d’ériochrome T : à 200 mg d ériochrome, on ajoute 4 ml du tampon

ammoniacal et on dilue à 100 mL.

Solution d’EDTA à 0,001 M : dissoudre 372 mg d’EDTA (disodique dihydraté) dans 1l

d’eau

Echantillon de poussière : L’échantillon de poussière était ramassé au bord d’une route à

grande circulation (dans le tunnel d’Ambohidahy)

b- Manipulation

(b1) : Dissolution du plomb dans l’échantillon de poussière

PNOTE : Le plomb est soluble dans l’acide nitrique

49

(b2) : Décantation et récupération du liquide surnageant

(b3) : Lavage de la poussière non dissoute restante à l’acide nitrique

(b4) : Ajout de solution de soude

NOT

E : L’ajout de la soude diminue l’acidité de la solution.

50

(b5) : Ajustage du pH à un pH=10

(b6) : Titrage complexométrique à l’E.D.T.A

c- Résultat et calcul

D’abord, le volume de soude versé (cf. mode opératoire-b4) est de 2,1mL. Alors, le pH de

la solution devient 3,75.

Note: La zone de virage du méthylorange est de : 3,1≤ pH ≤ 4,4

Ensuite, à la fin du dosage, le volume d’EDTA versé est de 3,64mL.

Maintenant, déterminons la masse de plomb contenue dans l’échantillon de poussière.

On a:

mPb=nPb.MPb

mPb : masse de plomb dans l’échantillon, en gramme (g)

nPb : nombre de mol de plomb dans l’échantillon, en mol

MPb : masse molaire de plomb, en gramme par mol (g.mol-1)

A l’équivalence :

nPb= nEDTA

nEDTA : nombre de mol de E.D.T.A dans la solution de E.D.T.A versée, en mol

51

En plus : nEDTA= VEDTA.MolaritéEDTA

VEDTA : volume de la solution d’E.D.T.A versée, en litre

MolaritéEDTA : molarité de la solution d’E.D.T.A, en mol par litre (mol.L-1).

Si on veut exprimer le volume en millilitre, on a :

nEDTA= VEDTA.0, 001.Molarité EDTA

D’où :

Résultats :

VEDTA= 3,64mL

MolaritéEDTA= 0,001mol.L-1

mPb= 3,64.0, 001.0.001.207,23

mPb=7,46.10-4g

Calculons maintenant la concentration de plomb en partie par million (ppm).

Concentration du Pb (ppm) = 610)('

)(x

gpoussièredenechantilloldemasse

gPbdemasse

Résultats :

Masse de Pb (g)= mPb= 7,46.10-4g Masse de l’échantillon de poussière (g)= 1g

d- Interprétation

Chaque jour, une multitude de véhicules à moteur passent dans le tunnel d’Ambohidahy.

Ceux qui utilisent l’essence plombée éjectent dans l’air des particules de plomb emportées par le

gaz d’échappement. Une partie de ces particules de plomb se mélange avec les poussières de la

chaussée. Pour doser ces particules de plomb, on les sépare de la poussière par lavage à l’acide

nitrique. Puisque son dosage compléxométrique à l’EDTA exige un pH égal à 10, le pH de la

solution est emmené à cette valeur par ajout de la solution de soude et d’un tampon ammoniacal de

pH égal à 10. Les ions Pb2+ forment avec l’EDTA un complexe PbEDTA, de couleur vert olive. La

réaction est traduite par l’équation suivante :

Pb2+ + H2EDTA PbEDTA + 2H+

52

e- Conclusion

Tant qu’on utilise des essences plombées, il y a toujours des particules de plomb dans

l’atmosphère qui sont par la suite déposées partout. L’inhalation de poussière et la consommation

des plantes ou des aliments se trouvant au bord des routes de grandes circulations automobiles

présentent donc un grand risque pour la santé.

III- DESTRUCTION DES ROUTES BITUMEES PAR LES

CARBURANTS

A- LA CONSTRUCTION DES ROUTES

On distingue deux types de routes : les routes revêtues et les routes non revêtues. A leur

tour, les routes revêtues sont de deux sortes, à savoir, les chaussées souples dont la couche de

roulement est en matériaux hydrocarbonés et les chaussées rigides ayant la couche de roulement en

béton.

Dans ce présent travail de recherche, nous étudierons uniquement les chaussées souples

qui sont les plus utilisées dans les pays en voie de développement, d’autant plus que c’est le seul

type de routes revêtues utilisées à Madagascar.

Les opérations de construction des routes comprennent 6 étapes:

� Les études préliminaires et détaillées

� L’implantation

� Les terrassements

� Le compactage

� Les travaux de carrière

� La stabilisation des sols

� Les revêtements

(COMMISION ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR L’AFRIQUE, 1982)

1- LES ETUDES PRELIMINAIRES

Ce travail consiste à définir le tracé le plus satisfaisant pour la route. On étudie la nature

du sol dans le but de connaître la possibilité de trouver à proximité du tracé les matériaux

nécessaires à la construction. (COMMISION ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR

L’AFRIQUE, 1982)

53

2- LE TERRASSEMENT ET TRANSPORT

Il s’agit de régler le niveau du terrain en utilisant les engins suivants : excavatrices,

tractopelles, bulldozers et scrapers. (COMMISION ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR

L’AFRIQUE, 1982)

3- LE PROFILAGE

C’est la régulation de surface de la chaussée afin qu’elle soit bien réglée et qu ‘elle ait une

meilleure qualité de roulement ainsi qu’une route bien profilée pour éviter tous risques et dépenses

éventuels. Dans ce cas, les niveleuses motrices entrent en jeu tandis que la finition se fait à la main.

4- LE COMPACTAGE

Le compactage consiste à une élimination des vides dans les couches pour accroître le

compactage ultérieur sous l’action de la circulation. Il s’agit donc de faire rapprocher les particules

de terre en expulsant l’air emprisonné dans la couche. Les matériels utilisés sont des rouleaux lisses,

rouleaux à peaux, rouleaux vibrants, rouleaux à pied de mouton. (COMMISSION ECONOMIQUE

DES NATIONS UNIS POUR L’AFRIQUE, 1982)

5- LES TRAVAUX DE CARRIERE

Les travaux de carrière connaissent quatre phases : carrière, forage, dynamitage et

concassage.

La carrière proprement dite consiste à fournir les qualités de pierres nécessaires à la

construction.

Le forage se fait par perforatrice à air comprimé ou, si c’est possible, par perforatrice

utilisant des pointes de fleur en carbure de tungstène parfaitement aiguisée ou par dynamitage par

détonateurs à micro retard.

Le concassage : après avoir dynamité les pierres, on les réduit en fragments relativement

gros, et par la suite, on départage les granulats suivant leurs dimensions requises.

Il est à signaler qu’il faut éviter la contamination des granulats par des boues ou poussières car une

moindre quantité peut contrarier l’adhésivité entre granulat et liant. (COMMISSION

ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR L’AFRIQUE, 1982)

6- LE SOLS STABILISES

Il comprend trois stades :

54

1er stade : épandage et mélange des sols

Les couches de base en gravier ou sols matériels de faible plasticité sont stabilisées par des

petites quantités de ciment ou de chaux. L’opération se fait en deux temps :

1er temps : épandage du stabilisant sur les matériaux à stabiliser.

2eme temps : mélange du produit stabilisant au sol

2ème stade : épandage et dosage du stabilisant

On répand uniformément le ciment ou la chaux sur les couches. Le dosage est de 11

kg/km2 pour une couche de base de 15 cm d’épaisseur.

3eme stade : mélange en place du stabilisant et du sol

Epandage et mélange des matériaux pour revêtement hydrocarboné

Il existe plusieurs variétés de matériaux pour revêtement hydrocarboné. Le point commun

est qu’ils sont tous composés d’agrégats liés ensemble par du bitume ou du goudron. On distingue

deux sortes de traitement :

� L’épandage superficiel

� Exécution d’un tapis en matériaux hydrocarbonés

a- L’épandage superficiel

L’opération peut être faite manuellement ou par machine. D’abord, on épand la couche de

liant puis on la gravillonne le plus tôt possible et enfin, on la cylindre pour assurer le contact entre

liant et gravillons. Le cylindrage se fait en utilisant des rouleaux lisses ou à pneus. (COMMISSION

ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR L’AFRIQUE, 1982)

b- Exécution d’un tapis en matériaux hydrocarbonés

Un enrobé est un mélange « agrégat (ou granulats)- liant bitumé ».

Les enrobés sont fabriquées en centrale. Des agrégats de plusieurs dimensions sont mélangés avec

l’enrobé pour avoir une granulométrie convenable. Les opérations sont faites dans un appareil

appelé poste d’enrobage. Les matériaux sont ensuite rependus sur la route et compactés à chaud.

(COMMISSION ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR L’AFRIQUE, 1982)

� Les agrégats ou granulats:

Les agrégats sont caractérisés par leur adhésivité. Des échantillons des granulats pour la

construction des routes doivent être analysés auprès du LNTPB (Laboratoire Nationale des Travaux

55

Publiques et des Bâtiments) pour déterminer leur adhésivité. Adhésivité : aptitude à fixer le liant.

Un granulat de grande adhésivité est un granulat de qualité meilleure pour une construction de

route. (COMMISSION ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR L’AFRIQUE, 1982)

� Les liants bitumés :

Un liant bitumé c’est du bitume utilisé comme liant dans la construction de route.

- Chaque bitume est caractérisé par les paramètres suivants :

- Densité à 25°C

- Perte à la chaleur : pourcentage de bitume lors d’une calcination

- Pénétration DOW : profondeur d’enfoncement d’une aiguille d’un appareil appelé

« pénétromètre » dans un échantillon de bitume maintenu à une température de 25°C. Elle définit la

dureté du bitume.

Point de ramollissement Bille-Anneau : température à laquelle un produit bitumineux atteint un

certain degré de ramollissement dans des conditions normalisées. Il définit la résistance aux

variations de chaleur. (COMMISSION ECONOMIQUE DES NATIONS UNIS POUR

L’AFRIQUE, 1982)

B- DESTRUCTION DES ROUTES

Malgré la qualité des études préliminaires, des matériaux et des travaux proprement dits,

une route n’est jamais à l’abri d’une destruction tant que le carburant, quelle que soit la quantité, la

catégorie ou la forme, entre en contact direct avec le bitume. Un tel contact peut se traduire en une

attaque : des petits trous apparaissent, au début. Notamment, les expériences suivantes mettent en

évidence ce phénomène.

1èreEXPERIENCE: dégradation du bitume par la présence de l’essence et du gazole

Le but de cette manipulation c’est de mettre en évidence le caractère solvant de l’essence

et du gazole vis à vis du bitume.

On prend des blocs de bitume de masse connue et de dimensions voisines que l’on verse

dans des échantillons d’essence et de gazole pour vérifier la nature « solvant » de ces carburants vis

à vis du bitume. Pour cela, on plonge un bloc de bitume dans chaque échantillon. On pèse le bloc

restant toutes les 5 minutes pour mesurer la vitesse de l’attaque de ces hydrocarbures.

Matériel et produit :

-Béchers

56

-Echantillon d’essence et de gazole

-Balance

-Chronomètre

-Bitumes.

Manipulation:

Résultats et calculs :

Le tableau 5 donne les résultats de l’expérience :

Temps

(en minute)

Masse de bitume dans chaque solution (en gramme)

essence gazole

Masse (g) %résiduel Masse (g) %résiduel

0 mi=2.7010 mi=2.4900

5 2.3772 88,012 2.4518 98,466

10 1.9026 70,441 2.3918 96,056

15 1.4386 53,262 2.3780 95,502

20 1.1304 48,851 2.3499 94,373

25 0.8196 30,344 2.3151 92,976

30 0.5241 19,404 2.2935 92,108

35 0.3820 14,143 2.2499 90,357

40 0.2544 9,419 2.2209 89,193

45 0.1370 5,072 2.1971 88,237

57

50 0.0618 2,288 2.1655 86,968

55 0.0142 4,228 2.1275 85,442

60 0 0,000 2.0843 83,707

mi : masse initiale (ou masse au début de l’expérience) de l’échantillon de bitume

% résiduel : pourcentage de masse restante

Tableau 4 : dégradation du bitume par l’essence et le gazole

Calculons la vitesse moyenne de dégradation du bitume dans chaque solution.

V : vitesse moyenne de dégradation du bitume dans chaque solution, exprimée en gramme par

minute [g.min-1]

dm : variation de masse du bitume (masse finale moins masse initiale), exprimée en gramme [g]

dt : durée de l’expérience, exprimée en minute [min]. On a :

dt=60min

Les résultats sont les suivants :

� Vitesse de dégradation du bitume dans l’essence

On a :

D’où :

� Vitesse de dégradation du bitume dans le gazole

On a :

D’où

58

Interprétation :

Ce tableau de résultats montre la vitesse de dégradation du bitume dans l’essence et le

gazole. On voit que la masse du bitume correspondant à la dégradation par l’essence décroît plus

vite que celle du gazole. On peut donc dire que l’attaque de l’essence est très vite.

Conclusion :

L’essence dégrade plus vite le bitume que le gazole.

2èmeEXPERIENCE: action de l’essence et du gazole sur les enrobés

Comme il est dommageable de détruire une route, nous nous contentons d’expérimenter

indirectement sur les enrobés.

Le but de cette manipulation est de vérifier que les carburants (l’essence et le gazole) sont

capables de détruire une chaussée, en travaillant sur les enrobés.

Un enrobé est un mélange de granulat et de liant bitumineux. Donc, on plonge un

échantillon d’enrobé dans des échantillons de carburants pour que ces derniers attaquent le bitume.

Matériels et produits :

Béchers

Echantillon de bitume

Echantillon de carburant (essence et de gazole)

Manipulation :

Manipulation

59

Résultats :

Dès le premier contact avec les carburants, les granulats commencent à se débarrasser

de leur liant. Au bout de 5 à 10 minutes seulement, ils deviennent complètement lavés. Pourtant, la

réaction est beaucoup plus rapide dans l’essence.

Interprétation et conclusion :

Cette deuxième expérience confirme la première expérience : les carburants, c’est-à-dire

l’essence et le gazole sont des solvants pour le bitume. Les carburants détruisent donc les chaussées.

CONCLUSION DE LA DEUXIEME PARTIE

Les carburants restent les principales sources d’énergie. Mais tout au long de cette

deuxième partie, ces précieuses matières ont subi des revers, car ni la nature, comme l’atmosphère,

ni l’œuvre artificielle, à savoir la route bitumée, voire les êtres vivants sont les victimes de leur

usage, quoi qu’il en soit.

Tout d’abord, l’essence et le gazole, par leur innombrable gaz polluent la fragile

enveloppe naturelle de la Terre qu’est l’atmosphère. Par la suite, cette pollution est à l’origine des

maladies graves chez les hommes.

En outre, les routes bitumées, malgré leur qualité de chaussée, ne sont pas à l’abri des

attaques corrosives des carburants tombés sur elles, sous forme de goutte.

Le danger est présentement partout et mérite une lutte particulièrement urgente, efficace et

durable pour sauvegarder l’environnement tout entier

60

Troisième partie

LUTTE CONTRE LA POLLUTION ET INTERET PEDAGOGIQUE

I- LUTTE CONTRE LA POLLUTION PAR LES GAZ

D’ECHAPPEMENT

La pollution par les gaz d’échappement inquiète l’humanité. D’où la nécessité d’une

solution, d’une part, immédiate, efficace et durable et d’autre part, nationale et internationale. En

d’autres termes, il faut la lutter à tout prix car, bien évidemment, nul pays n’est à l’abri de ce fléau.

Alors, des conventions ont été adoptées. Notamment, Madagascar préconise, par le biais de la

Direction Générale de la Sécurité Routière et ses centres de visites techniques, le contrôle des

fumées émises par les automobiles comme un moyen de lutte. Par ailleurs, la course aux

biocarburants commence à avoir son sort. D’autres moyens de lutte tels que la maintenance du

système moteur, la réglementation de la circulation et la révision et application des textes seront

aussi avancés en paragraphe D.

A- LOIS SUR LES EMISSIONS DE FUMEES RELATIVES AUX G AZ D’ECHAPPEMENT

L’arrêté interministériel N° 6941/ 2000 du 06 juillet 2000 fixe les normes sur les

émissions de fumées relatives aux gaz d’échappement des véhicules automobiles et abroge les

dispositions prévues par l’arrêté N° 1186 du 26 Mars 1971.

Voici le contenu de cet arrêté :

Article premier :

Le présent arrêté a pour objet de réglementer les émissions de fumées relatives aux gaz

d’échappement des véhicules. A cet effet, il en fixe les limites d’émissions admissibles.

Article 2 :

Les moteurs des véhicules automobiles doivent être conçus, construit, réglés, entretenus et

conduits de façon à ne pas provoquer des émissions de fumées incommodantes.

Article 3 :

Les véhicules en stationnement doivent avoir leur moteur arrêté.

61

Article 4 :

Aucun véhicule en service ne doit émettre, pendant la marche ou à l’arrêt, des fumées

nettement opaques. Les émissions fugitives au moment des changements de régime du moteur sont

toutefois admises.

Article 5 :

Indépendamment des sanctions qu’il encourt lorsque son véhicule est en infraction aux

dispositions de l’article 4 ci-dessus et de l’article 7 ci-dessous, le propriétaire ou conducteur sera en

outre prescrit de présenter ledit véhicule au service de contrôle local de sa mise en conformité avec

les dispositions ou réglages effectués en vue de sa mise en conformité avec les dispositions du

présent arrêté.

A cet effet, la carte de visite technique lui sera retirée par les agents dudit service, et ne lui

sera restituée qu’après le contrôle susmentionné.

Article 6 :

Les véhicules neufs équipés d’un moteur à combustion interne présentés à la réception par

type ou titre isolé pourront faire l’objet d’une mesure de l’opacité de la fumée (pour les moteurs

diesels) ou d’un analyseur des gaz d’échappement (pour les moteurs à essence) dans les conditions

fixées par l’article 7 ci-dessous.

Article 7 :

Selon le mode de carburation du moteur (diesel, essence) la mesure de l’émission sera

faite au moyen d’un opacimètre ou d’un analyseur de gaz d’un modèle agrée par l’Etat. L’appareil

devra être étalonné avant chaque série de mesures.

Conformément aux conditions spécifiques par les protocoles opératoires, les mesures se

devront à excéder les valeurs indiquées ci-après pour les véhicules de toutes les catégories

concernées :

62

Véhicules Diesel

CATEGORIE MOYENNE ARITHMETIQUE DE

COEFFICIENTS D’ABSORPTION

(m-1)

Voitures particulières ≤ 2,50

Autobus et autocars ≤ 2,50

Véhicules industriels et commerciaux ≤ 2,50

Véhicules et tracteurs agricoles ≤ 2,50

Véhicules spéciaux de travaux publics ≤ 2,50

Tableau 5 : Norme sur les mesures à l’opacimètre pour tous véhicules diesel

Types de gaz émis Limites

inférieures

Limites

supérieures

Unités

HC (Hydrocarbures imbrûlés) 0 2 000 ppm volume

CO (Monoxyde de carbone) 0 15 % volume

CO (dioxyde de carbone) 0 20 % volume

O2 (Oxygène) 0 4 % volume

λ : Coefficient lambda (essence plombée) 0,8 1,2 Adimensionnel

Tableau 6 : Norme sur les mesures par analyseur de gaz pour tous les véhicules à essence

La fiche de contrôle établie, selon le modèle joint en annexe, devra accompagner les

documents inhérents à la voiture au même titre que la carte grise et autres.

Article 8 :

Les contrôles volants des gaz d’échappement pourront être effectués suivant les méthodes

mentionnées à l’article 7.

63

Article 9 :

Les contrôles seront effectués lors des visites techniques des véhicules exigées par les

articles R.123 et R.124 du code de la route.

Article 10 :

Les mesures prescrites dans l’article 7 du présent arrêté seront effectuées par un organisme

agrée par l’Etat.

Article 11 :

Sont abrogées toutes dispositions antérieures contraires au présent arrêté, et notamment

celle de l’arrêter N° 1186 du 26 mars 1971 relatif aux fumées produits par les véhicules

automobiles.

Article 12 :

Le présent arrêté sera publié au journal officiel de la République.

B- MESURE ADMINISTRATIVES : La D.G.S.R et le MIKOJA

Le Centre de Visite Technique MIKOJA est une branche de la Direction Générale de la

Sécurité Routière (DGSR) qui contribue à la lutte contre la pollution par le biais des visites

techniques des véhicules automobiles. Des enquêtes et des essais ont été menés au centre MIKOJA

pour servir de support à la réalisation du présent mémoire.

1- PRESENTATION DE LA DIRECTION GENERALE DE LA SECURITE ROUTIERE

(DGSR)

a- Textes de base de la DGSR

Le décret 76/283 du 09/09/76 confie à la Gendarmerie Nationale la responsabilité des CSR

(Centres de Sécurité Routière) en matière de visite Technique.

Le décret 88/ 426 du 03/11/88 confie les opérations de réception technique au MIN/DEF (Ministère de la Défense).

Le décret 89080 du 24/03/89 et le décret 2001/780 du 05/09/01 portant réorganisation des

CSR : les CSR sont érigés en DGSR qui est placée sous la tutelle de la MIN/DEF pour compter du

01/01/89

Le décret 2003/856 du 19/08/03 portant statut de la DGSR

Le décret 2003/982 du 30/09/03 portant constatation des véhicules utilitaires importés (de

64

poids supérieur ou égal à 3,500 tonnes)

b- Rôle de la DGSR à la lutte contre la pollution

Parmi ses missions, la DGSR assure la sécurité de la circulation routière à l’aide des

vérifications de l’état des véhicules automobiles et remorqués. Pour ce faire, elle recourt aux

procédés suivants :

-1er procédé : La réception des véhicules à moteur importés neufs ou d’occasion, ayant subi des

aménagements, des transformations ou des modifications ;

-2ème procédé : La visite technique périodique des automobiles (chaque année pour les véhicules de

plus de cinq ans et tous les six mois pour les véhicules de transport de marchandises) ;

-3ème procédé : La constatation de l’état technique des véhicules utilitaires importés plus de 3,500

tonnes ;

-4ème procédé : Le contrôle inopiné des véhicules pour la bonne surveillance de leur état technique

(de ces véhicules).

Remarque : La visite technique permet, entre autre, l’émission de fumées et de gaz.

c- Les moyens

Pour assurer le contrôle des émissions de fumées, la DGSR dispose de 02 opacimétries, 02

analyseurs de gaz, 10 régloscopes, 03 décéléromètres, 05 pèse-essieuse et 01 ligne de contrôle

technique.

d- Les problèmes

Les principaux problèmes de la DGSR sont :

L’insuffisance de personnel technique

L’insuffisance de moyen pour la mise en œuvre des matériels pour la lutte contre la

pollution.

Le manque de moyen permettant d’élargir les centres et de multiplier leur nombre (créer

des nouveaux centres).

65

2- RESULTATS DES ENQUETES ET DES ESSAIS MENES AU CENTRE MIKOJA

Au mois de Mai, année 2006, nous avons fait des enquêtes et des essais au centre de visite

technique MIKOJA à Nanisana (Antananarivo). Notre objectif était d’abord de vérifier l’importance

de la visite technique ; ensuite, de collecter des données statistiques relatives à l’émission de fumées

et enfin, d’apprendre comment résout-on le problème d’émission de fumées excessives. Nous

verrons donc dans ce paragraphe, les résultats des essais que nous avons faits et quelques exemples

de fiches résultats, des tableaux statistiques donnés par la DGSR et quelques exemples de

diagnostiques faits sur les véhicules.

a- Statistique des résultats des essais menés au MIKOJA

Le centre de visite technique MIKOJA n’a pas d’analyseur des gaz. Il fait seulement le

contrôle de fumée des véhicules diesels à l’aide d’un opacimètre.

Un opacimètre mesure l’opacité des fumées émises par les véhicules automobiles à moteur

diesel.

L’opacité des gaz d’échappement est fonction du flux des gaz : elle diminue quand le flux

des gaz augmente.

G étant le flux nominal des gaz pour les moteurs à aspiration naturelle ou suralimentée. Il

est exprimé en litre par seconde (l/s)

On démontre que :

- pour un moteur à 2 temps : .

60

V nG =

- pour un moteur à 4 temps : .

120

V nG =

V : cylindrée du moteur (en litre)

n : régime de rotation (en tour par minute), relevé à l’occasion de la mesure de K

K : le coefficient d’absorption lumineux (en m-1) d’une courte colonne de gaz

d’échappement à la pression atmosphérique et à une température de 70 °C.

Les mesures à l’opacimètre sont faites pour les régimes suivants :

- 45 % du régime de rotation maximale de régulation

- 1 000tr/ mn

66

Les résultats des contrôles effectués au MIKOJA à raison de 18 véhicules par jours nous

ont donnés des informations utiles à propos de la nécessité de la réception et de contrôle des

véhicules notamment sur l’émission excessive de fumées. A chaque véhicule contrôlé, l’opacimètre

donne la saisie des résultats du contrôle. Le tableau 7 donne la statistique des résultats de notre

« Stage » au centre de visite technique MIKOJA à Ampasampito :

DATE

Nombre de véhicules

contrôlés

Nombre de véhicules

inaptes

Pourcentage de

véhicules inaptes

Moins de

3,500T

Plus de

3,500 T

Moins de

3,500T

Plus de

3,500 T

Moins de

3,500T

Plus de

3,500 T

16/05/06 0 21 0 4 0% 19,05 %

17/05/06 0 18 0 3 0% 16,66%

18/05/06 0 20 0 4 0% 20,00%

19/05/06 0 15 0 2 0% 13,33%

TOTAL 0 74 0 13 0% 17,57%

MOYENNE 0% 17,26%

Tableau 7 : Statistique des résultats des contrôles effectués lors de notre stage (Mai2006)

Figure 3 : Opacimètre

67

Figure 4 : Sonde

Figure 5: Saisie des résultats à l’opacimètre

68

Figure 6: Mise en place de la sonde à l’échappement

b- Quelques exemples des fiches résultats sur l’opacimètre

A chaque véhicule contrôlé, l’opacimètre donne la saisie des résultats du contrôle. En

voici quelques exemples de « fiche résultat » lors de notre stage :

69

Appareil type PL

Contrôle de l’opacité

Mesurage conforme à la norme NF R 10-025

MOTEUR CHAUD T ≥ 80°C

Température d’huile estimée

Valeurs relevées

Mesure Coefficient Température Régime moteur

d’absorption moteur (°C) (tour/ min)

C1 2,48 Chaud

C2 2,95 Chaud

C3 2,08 Chaud

C4 2,08 Chaud

C5 1,51 Chaud

C6 1,92 Chaud

Constructeur :

RESULTAT ACCEPTABLE

Limite pour véhicule moteur atm :

Coefficient d’absorption ≤ 2,50 m-1

Observation : APTE

Merci de votre visite !

CONTROLE DIESEL

Opacimètre FACOM XR 743 NF 16/05/06 07h 52

Marque : MERCEDES BENZ

Type : 309 DCU 1985

Numero : 5113 TAB

Km : 521207

CENTRE DE SECURITE ROUTIERE AMPASAMPITO

FACOM

70

Appareil type PL





Valeurs relevées :

Mesure Coefficient Température moteur Régime moteur

d’absorption m-1 °C tour/ min

C1 < = 0,5 Chaud

C2 0,51 Chaud

Constructeur

RESULTAT ACCEPTABLE


Coefficient d’absorption ≤ 2,50 m-1

Observation : APTE

Merci de votre visite

CONTROLE DIESEL


Marque : RENAULT

Type : T4Y 200

Numero: 7873TAC

Km: 452 316


FACOM

71

Appareil type PL





Valeurs relevées :

Mesure Coefficient Température moteur Régime moteur

d’absorption (m-1) °C tour/ min

C1 2,40 Chaud

C2 2,62 Chaud

C3 3,17 Chaud

C4 3 ,68 Chaud

C5 3,04 Chaud

Résultat retenu : 1,48 m-1

Constructeur

RESULTAT INACCEPTABLE


Coefficient d’absorption ≤ = 2,50 m-1

Observation : INAPT E

Merci de votre visite

CONTROLE DIESEL


Marque : MERCEDES BENZ

Type : 307 D CU 1986

Numéro: 1927 TAD

Km: 420 005


FACOM

72

c- Les statistiques données par MIKOJA à propos de la pollution par les gaz

d’échappement des véhicules diesels.

En plus des mesures que nous avons faites à l’Opacimètre pendant notre stage au centre de

visite technique MIKOJA, nous avons aussi l’occasion d’avoir des données statistiques

concernant les émissions de fumées par les véhicules diesels.

Ces résultats nous ont permis d’observer l’évolution de la situation à propos de la

pollution par les gaz d’échappement des automobiles.

Nous avons donc le plaisir de vous présenter les tableaux suivants :

Aptes avec 0<<<<km-1

≤≤≤≤2,5 Aptes avec

2,5<<<<km-1≤≤≤≤5,99

Aptes avec

6,00<<<<km-1≤≤≤≤9,99

CU 100 23 32

CSUB 27 07 17

CAM 31 07 06

TBR 66 06 13

TOTAL 224 43 67

Pourcentage 67,1% 12,9% 20%

CU : Car urbain

CSUB : Car suburbain

CAM : Camion et camionnette plus de 3,5 t

TBR : Taxi-brousse

Tableau8 : Statistique des véhicules aptes et inaptes à la visite technique (Année 2006)

73

Nombre de

véhicules

contrôlés

Nombre de

véhicules inaptes

Pourcentage de

véhicules inaptes

Date Moins de

3,500T

Plus de

3,500T

Moins de

3,500T

Plus de

3,500T

Moins de

3,500T

Plus de 3,500T

30 janvier 5 0 1 0 20,00% 0,00%

6 février 5 6 4 4 80,00% 66,67%

12 février 2 7 1 1 50,00% 14,29%

7 mars 6 2 0 0 0,00% 0,00%

20 mars 5 6 3 0 60,00% 0,00%

8 mai 4 5 3 3 75,00% 60,00%

16 sept 5 3 1 3 20 00% 10,00%

18sept 2 0 0 0 0,00% 00,67%

19 sept 8 3 4 2 50,00% 66,67%

17 oct. 16 10 5 4 31,25% 40,00%

TOTAL 58 42 22 17 37,93% 40,48%

MOYENNE 38,62% 34,76%

Tableau 9 : Résultats des contrôles inopinés des fumées effectuées sur les automobiles

des zones périphériques de la ville en 2003

Nombre de véhicules moins de

3,500tonnes

Nombre de véhicules plus de 3,500

tonnes

2004 659 167 25,34% 237 94 39,66%

2005

1504 588 39,10% 583 259 44,43%

2006 1237 528 42,68% 618 352 52,58%

Tableau 10 : Statistiques des contrôles de pollution durant les trois dernières années

74

Année 2003 Année 2004 Année 2005

Véhicules

visites

Inaptes Véhicules

visites

Inaptes Véhicules

visites

Inaptes

JANVIER 2 973 654 2856 1691 2814 713

FEVRIER 2 594 601 2 849 1 045 2 760 746

MARS 3 181 809 3 790 687 3 156 672

AVRIL 3 148 724 3 331 737 3 367 907

MAI 2 805 603 2 880 660 3 219 932

JUIN 2 807 572 3 188 765 3 116 973

JUILLET 3 845 863 3 888 1 169 3 290 937

AOUT 3 015 702 2 775 771 3 313 947

SEPTEMBRE 3 066 793 3 186 954 3 397 1 009

OCTOBRE 3 466 788 3 109 800 3 395 954

NOVEMBRE 2 682 1 269 3 313 902 3 098 778

DECEMBRE 3 102 1 546 3 097 902 3 098 778

TOTAL 36 684 9 924 38 262 11 005 38 601 10 520

Pourcentage

Inapte

27,05 28,89 27,25

Variation 2005-2004 : + 339

Variation 2004-2003 : + 1 578

Tableau 11 : Statistique des résultats en 2003, 2004 et 2005 au centre de visites techniques

annexe Nanisana

Année 2003 Année 2004 Année 2005

Véhicules

visites

Inaptes Véhicules

visites

Inaptes Véhicules

visites

Inaptes

ANTANANARIVO 100 912 22 345 107 078 30 778 109 114 30 310

ANTSIRANANA 9 739 2 350 10 605 2 396 10 710 2 044

ANTSIRABE 10 846 2 615 11 566 2 086 9 847 2 777

FIANARANTSOA 6 856 1 459 8 712 2 132 6 902 3 499

MAHAJANGA 8 208 2 508 8919 1 380 11 471 1 755

TOAMASINA 12 970 2 547 13 873 4 393 13 969 2 980

75

TOLIARA 6 433 1 122 7 143 1 765 6 621 2 424

TAOLAGNARO 1 666 215 1 253 243 1 585 233

AMBATONDRAZAKA 2 970 656 3 413 778 3 879 919

MORONDAVA 1 675 339 1 977 446 2 100 580

SAMBAVA 6 854 2 493 6 453 2 261 6 350 2 532

MANAKARA 2 541 233 2 610 398 2 807 463

MORAMANGA 671 187 1 555 350

IHOSY 48 1 333 252

TOTAL

Pourcentage Inaptes 22,65% 26,71% 27,16%

Tableau 12 : Récapitulation des résultats nationaux de visites techniques en 2003, 2004 et 2005

Nombre de

véhicules contrôlés

Nombre de véhicules inaptes Pourcentage de véhicules inaptes

DATE

Moins

de

3,500T

Plus de

3,500T

Moins de

3,500T

Pins de

3,500T

Moins de

3,500T

Plus de 3,500T

Janvier 133 45 41 14 30,83% 31.11%

Février 136 45 70 25 51,47% 55.56%

Mars 175 44 103 26 58.86% 59.09%

Avril 116 44 47 24 40.52% 54.55%

Mai 115 67 38 23 33.04% 34.33%

Juin 142 59 32 21 22,54% 35.59%

Juillet 166 35 82 19 49,40% 45,71%

Août 123 72 43 31 34,96% 43.06%

Septembre 142 69 28 29 10,72% 42.03%

Octobre 0 0 0 0 0% 0%

Novembre 118 46 53 24 44.92% 52.17%

Décembre 136 96 48 37 35.29% 38.54%!

TOTAL 1502 622 585 270 38.95% 43.41%

MOYENNE 38.32% 44.70%

Tableau 13 : Résultats des contrôles systématiques de fumes de véhicules automobiles au centre

(unité d’OMAVET/Nanisana) Antananarivo – Année 2004

76

Nombre de

véhicules contrôlés

Nombre de véhicules inaptes Pourcentage de véhicules

inaptes

DATE

Moins

de

3,500T

Plus de

3,500T

Moins de

3,500T

Pins de

3,500T

Moins de

3,500T

Plus de 3,500T

Janvier 146 54 53 27 36,30% 50,00%

Février 124 65 57 40 45,97% 61,54%

Mars 139 60 70 35 50,36% 58,33%

Avril 124 65 55 34 44,35% 52,31%

Mai 119 81 59 36 49,58% 44,44%

Juin 135 53 45 26 33,33% 49,06%

Juillet 134 66 58 38 43,28% 57,58%]

Août 154 66 66 38 42,86% 57,58%

Septembre 136 78 55 38 40,44% 48,72%

Octobre 26 30 10 13 38,46% 43,33%

Novembre - - - - - -

Décembre 86 59 34 33 39,53% 55,93%

TOTAL 1 323 677 562 358 42,48% 52,88%

MOYENNE 42,23% 52,62%

Tableau 14 : résultats des contrôles systématiques de fumes de véhicules automobiles au centre

(unité d’OMVAVET/Nanisana) Antananarivo – Année 2005

Date

Nombre des

véhicules contrôles

Fumées excessives

Pourcentage d’Inaptes

pour fumées excessives

Janvier 7 751 284 3,66%

Février 8 475 1 060 12,51%

Mars 10 096 1 312 13,00%

Avril 9 594 1 051 10,95%

Mai 9 108 1 120 12,30%

Juin 9 265 1 034 11,16%

Juillet 9 903 985 9,95%

Août 11 012 1 101 10,00%

Septembre 10 036 1 086 10,82%

77

Octobre 10 113 875 8,65%

Novembre 10 831 881 8,13%

Décembre 11 327 875 7,72%

TOTAL 117 511 11 664 9,93%

Tableau 15 : Résultats des contrôles systématiques de fumées émises par les véhicules

automobiles effectues au centre de sécurité routière Alarobia/ Antananarivo – Année 2005

d- Analyses des pannes techniques en fonction des fumées à l’échappement

La panne technique d’une automobile est détectable à partir de l’analyse des ses fumées.

On fait les constatations des véhicules automobiles ayant un problème sur l’émission des

fumées ; c’est-à-dire les automobiles contrôlées « INAPTES » et on étudie les causes possibles afin

de pouvoir trouver le remède.

Exemple : Fumée noire ou gris foncé

Constatation Causes possibles Remède

A pleine charge à grande

vitesse : le contrôleur type

de pression tourne plus

lentement que la normale.

Le diffuseur de venture du

régulateur est partiellement

bouché par du carbone.

Il faut détacher le

carbone

Une fumée tendant vers le

bleu ou le blanc est émise

presque à toutes les vitesses,

même à froid et au départ.

Les jets de l’injecteur

heurtent la culasse à cause

d’un montage anormal de

l’injecteur dans la culasse.

Vérifier si le nombre

de rondelles entre

l’injecteur et la culasse

n’est pas normale. Il

doit être un en général.

Aux charges et aux vitesses

élevées, et même si la

vitesse n’est pas maximale.

La levée d’aiguille de

l’injecteur est trop forte, à

cause de rectifications

répétées de l’aiguille ou du

siège sans correction de la

levée.

Il faut la corriger à

l’aide d’équipement

normal.

78

- A toutes charges, à des

vitesses élevées ou basses ;

parfois à toutes les vitesses.

- A toutes les vitesses et aux

charges élevées, surtout aux

vitesses basses et moyennes.

Ce cas est accompagné

souvent d’une mise en

marche difficile.

- Un défaut d’étanchéité

entraîne une perte de

compression dans les

cylindres ;

- Le segment de proton est

gommé ou il y a des jeux

excessifs ou ovalisation des

cylindres.

- Les soupapes sont mal

grippées ou mal réglées.

Il faut les réviser.

A pleine charge, aux basses

vitesses ou seulement aux

vitesses élevées, ou à toutes

les vitesses dans certains

cas.

Le type d’injecteur utilisé ne

convient pas au système

moteur ou plusieurs types

d’injecteur sont montés.

Reconditionner les

injecteurs : mentionner

les délais exactes du

type de moteur et du

genre d’application.

A pleine charge et surtout

aux vitesses moyennes et

aux vitesses élevées ; et

s’accompagne, dans la

plupart des cas, d’une perte

de puissance.

La longueur ou le diamètre

des tubes sont incorrects.

Par exemple, les extrémités

des tubes ont des coudes

trop faibles.

- Il ne faut pas utiliser

des tubes qui ne sont

pas conformes à ceux

indiqués par les

constructeurs.

- Il faut vérifier les

extrémités et le rayon

des coudes

A pleine charge et à vitesse

élevée. Le moteur tourne

plus vite que la normale.

Le régulateur est réglé à un

réglage supérieur au

maximum indiqué par le

constructeur de moteur.

Réduire le réglage du

régulateur et sceller les

butées.

Tableau 16 : Analyses des pannes en fonction des fumées à l’échappement - Cas de fumée noire

ou grise

C- LES CARBURANTS DE REMPLACEMENT

Vu la flambée incessante des cours du pétrole et le souci d’une protection

environnementale, le monde entier s’engage dans une course aux carburants de remplacement. Pour

79

ce faire, les pays qui manquent du pétrole recourent aux biocarburants comme l’éthanol et le

diester.

1- L’ETHANOL CARBURANT

L’éthanol est un alcool primaire de formule semi-développée CH3-CH2-OH ; c’est l’alcool

des boissons alcooliques (alcool éthylique).

a- Propriétés physico-chimiques de l’éthanol

L’éthanol est un liquide incolore à odeur caractéristique. Il est soluble dans la plupart des

composés organiques.

Température de fusion : -114°C

Température d’ébullition : 78,3°C

Densité : 0,789 à 20°C

(BOULAND, A. et col., 1997/DOMINIQUE, F. et col, 1998)

b- Préparation

La préparation naturelle de l’éthanol se fait par fermentation des jus sucrés. Mais on peut

aussi l’obtenir par hydrolyse d’amidon ou de cellulose (dans les fruits et les céréales) :

2C6H12O6 2C5H3OH + 2CO2

On le prépare industriellement à partir de la synthèse de l’éthanal (ou acétaldéhyde) ou de

l’éthylène issu du pétrole.

(BOULAND, A. et col., 1997/DOMINIQUE, F. et col., 1998)

c- Utilisation

L’éthanol est utilisé comme solvant.

L’éthanol est un intermédiaire de synthèse. Il permet d’obtenir de nombreux produits

chimiques (Ex. le butadiène et le chlorure d’éthylène).

L’éthanol est aussi utilisé comme carburant dans les voitures.

(BOULAND, A. et col., 1997/DOMINIQUE, F. et col., 1998)

d- L’utilisation de l’éthanol comme carburant

L’éthanol ou alcool éthylique est un produit liquide. Il est ajouté à l’essence pour avoir un

carburant beaucoup moins polluant.

L’éthanol carburant est adaptable dans presque tous les véhicules à essence fabriqués après 1980,

80

mais à des proportions bien déterminées selon le type de moteur. La plupart des véhicules à essence

marche sans problème avec de l’essence contenant de l’éthanol jusqu’à 10% : c’est le carburant E-

10.Ce type de carburant est déjà distribué dans plus de 1000 stations services partout au Canada.

Moyennant de quelques adaptations au moteur, un carburant qui contient de l’éthanol jusqu’à 85%

(carburant E-85) alimente certains véhicules. Ce pourcentage d’essence est indispensable pour le

démarrage du moteur car l’éthanol pur ne s’enflamme pas facilement par temps froid. (BOULAND,

A. et col., 1997/DOMINIQUE, F. et col., 1998)

2- LE DIESTER

� Le diester

Par définition, le diester est le carburant formé d’esters élaborés à partir des oléagineuxs

(principalement, du Colza). Il est destiné uniquement aux véhicules diesel (bio diesel). Il est un

produit non toxique et biodégradable à 98%. Le diester a des caractéristiques physico-chimiques

voisine de celle du gazole. A cet effet, on peut le mélanger sans problème avec le gazole. De plus,

l’utilisation du diester ne nécessite aucune modification au niveau de la motorisation des véhicules

diesel jusqu’ à un taux d’incorporation de 30% dans le gazole. Cela concerne toutes les catégories

des véhicules diesel

Les esters sont obtenus par réaction des huiles obtenues à partir des plantes avec de

l’alcool (1):

D- LES SUGGESTIONS DE LUTTE

Puisque nous ne pouvons pas arrêter l’utilisation des véhicules à essence ou diesel, il est

impossible d’éviter complètement la pollution par le gaz d’échappement. Les mesures que nous

proposons pour lutter contre la pollution et leurs effets sont d’abord techniques, c’est-à-dire la

maintenance du système moteur, ensuite d’ordre administratif, à savoir, la réglementation- de la

circulation et enfin d’ordre légale dont la révision et application des textes.

1- MAINTENANCE DU SYSTEME MOTEUR

La maintenance du système moteur est un moyen permettant de minimiser la pollution par

les gaz d’échappement car le moteur est le lieu de combustion des combustibles et que le rejet des

________________________________________________________________________________(1) http://www.partenaires-diester.fr/catalogue/diester/1/, consulté le 17/03/2007

81

fumées est lié à la combustion de ces derniers. Les opérations de maintenance consistent à :

- faire l’entretien régulier du moteur ;

- nettoyer régulièrement le moteur et le réservoir ;

- procéder au réglage des pompes, du moteur ;

- utiliser des pièces qui conviennent au moteur. De préférence, ce sont des pièces neuves ;

- éviter le moteur sur régime (Exemple : l’arrêt et redémarrage)

2- REGLEMENTATION DE LA CIRCULATION

Comme la pollution est plus accentuée lors d’un embouteillage, éviter l’embouteillage est

donc un moyen permettant de lutter contre la pollution atmosphérique. Pour réglementer la

circulation, il faut :

� élargir les chaussées,

� séparer les routes pour charrettes de celles des automobiles, des bicyclettes et des

piétons,

� renforcer la surveillance de la circulation,

� multiplier le nombre de parcs automobiles,

� sanctionner les stationnements illicites, surtout dans les lieux de grandes circulations.

3- REVISION ET APPLICATION DES TEXTES

a- Révision des textes

A notre avis, il est nécessaire de réviser les textes relatifs aux émissions des gaz

d’échappement des véhicules, car Antananarivo est une ville de grandes circulations. De plus,

même si les véhicules qui circulent dans la capitale sont des véhicules « aptes » lors des visites

techniques, la situation actuelle est très menaçante. Alors, il faut vérifier les normes sur les mesures

à l’opacimètre et à l’analyseur de gaz. De plus, l’Etat doit disposer des appareils neufs pour la visite

technique pour éviter la circulation des véhicules trop pollueurs.

b- Application des textes

Bien que l’Etat dispose de la Direction Générale de la Sécurité Routière et de la Police de

la route pour assurer la surveillance de la circulation et de l’émission des fumées, la violation de la

loi gagne toujours du terrain. Ce qu’il nous faut donc faire, c’est d’abord d’éduquer les citoyens, en

particulier les automobilistes, pour qu’ils puissent être informés et sensibilisés à propos du danger

82

de la pollution par les gaz d’échappement et prendre leurs responsabilités dans la lutte. Ensuite, il

faut faire connaître ou rappeler les lois relatives à l’émission de fumées par les gaz d’échappement.

Enfin, il faut renforcer l’application des textes en utilisant des appareils fonctionnels et en

sanctionnant toutes irrégularités.

II- INTERET PEDAGOGIQUE : FICHE PEDAGOGIQUE DES

TRAVAUX PRATIQUES

A- L’IMPORTANCE DES TRAVAUX PRATIQUES

La chimie est une science expérimentale. Pour cela, l’expérience est indispensable pour un

cours de chimie car elle lui constitue du support.

D’ailleurs, les travaux pratiques sont très riches car ils développent à la fois, chez l’enfant,

la connaissance, le savoir faire et le savoir être. C’est aussi un moyen permettant de rendre les

élèves intéressés à la matière, avoir confiance à l’exactitude des contenus du cours, de comprendre

l’importance de la chimie, de faire participer activement les élèves et de développer chez eux

l’esprit scientifique

B- LES OBJECTIFS GENERAUX DES TRAVAUX PRATIQUES

Les travaux pratiques ont pour objectifs généraux de (d’) :

� Introduire et faire développer chez les élèves le savoir faire expérimental, les attitudes qu’il

faut avoir au cours d’un travail expérimental ;

� Développer chez les élèves la curiosité, l’esprit critique et le goût de la recherche ;

� Apprendre aux élèves le savoir communiquer et les informations scientifiques ;

� Donner aux élèves le sens de la responsabilité ;

� Développer chez les élèves les facultés d’observation, d’analyse et de synthèse ;

� Concrétiser et illustrer le cours ;

� Faire connaître et apprendre à utiliser les matériels et produits aux laboratoires.

C- L’EXPLOITATION DE LA FICHE TP

Il est à signaler que les travaux pratiques que nous allons proposer seront faits après les

cours sur la combustion des alcanes plus quelques exercices d’application.

La fiche TP comprend :

Une zone d’identification de la fiche qui contient le numéro d’ordre de la fiche, la classe

où l’on va exploiter la fiche, la date, la durée d’exploitation, …

83

Les objectifs spécifiques ;

Les pré- requis

Les supports didactiques

Une zone des étapes de la séance de TP, représentée par un tableau à trois colonnes dont :

La première colonne est réservée au timing qui indique la gestion de temps de réalisation

de la séance de TP

La deuxième colonne contient le contenu de la séance

La troisième colonne est destinée aux méthodes et techniques utilisées pour le bon

déroulement et le succès de la séance. C’est dans cette colonne qu’on signale les différentes

activités à faire et les procédés à suivre pendant la séance.

D- LA FICHE PEDAGOGIQUE DE TRAVAUX PRATIQUES

Convention : - (A) : Activité de l’enseignant

- (C) : Consigne donné aux élèves

- (E) : Activités demandées aux élèves

- (Q) : Question posée aux élèves

- (R) : Réponse attendue

84

Fiche n°1 Classe : PREMIERE S

Discipline : CHIMIE Durée : 2heures

Titre : Mise en évidence du monoxyde et du dioxyde de carbone.

Objectifs spécifiques :

Les élèves doivent être capable de (d’) :

• Définir la combustion ;

• Ecrire l’équation des réactions de combustion des alcanes ;

• Identifier les produits d’une réaction de combustion

• Interpréter les résultats de la combustion du butane et du gazole ;

• Tester la présence de carbone dans une matière ;

• Tester la présence du gaz dioxyde de carbone ;

Prérequis :

- Alcanes

- Oxydation des alcanes

- Caractérisation du gaz dioxyde de carbone (CO2)

TIMING CONTENUS STRATEGIE

7 min.

MISE EN EVIDENCE DU MONOXYDE ET DU

DIOXYDE DE CARBONE

1- Généralité sur le butane et le gazole

Note : Nous aurions dû travailler sur l'essence et le

gazole car nous voulons montrer que ces deux types

de carburants sont des sources de gaz monoxyde et

dioxyde de carbone. Pourtant, l’essence est un

produit très inflammable. Pour cela, nous avons

choisi de remplacer l’essence par du butane.

Le butane est un hydrocarbure saturé (alcane) de

formule brute C4H10. C’est un gaz à pression

atmosphérique.

Le gazole est un distillat pétrolier formé

essentiellement d’hydrocarbures saturés ou alcanes,

de formule générale CnH2n+2 dont le nombre d’atome

(A): Dicter le contenu ;

(A) : Désigner un élève

pour écrire au tableau la

formule générale des

85

4 min.

4 min.

de carbone varie de 7 à 20 (de C7 à C20). La

combustion du butane dégage de l’énergie sous

forme de chaleur utilisée pour le chauffage tandis

que la combustion du gazole dans un moteur

automobile fournit de l’énergie susceptible de faire

marcher ce dernier.

2- Rappel : Combustion des alcanes

a- Combustion complète

Les alcanes brûlent en présence du dioxygène en

donnant du gaz carbonique et de l’eau suivant la

réaction d’équation bilan :

(BAUTRAND, R. et col. 1982/ CAVAYE, B., 2001/

GRAND DICTIONNAIRE ENCYCLOPEDIQUE

LAROUSSE)

b- Combustion incomplète

Une combustion est incomplète par défaut

d’oxygène. Le produit de la réaction dépend de la

quantité d’oxygène introduite dans la réaction :

(BAUTRAND, R. et col. 1982/ CAVAYE, B., 2001/

GRAND DICTIONNAIRE ENCYCLOPEDIQUE

LAROUSSE)

3- But de la manipulation

Le but de cette manipulation est de mettre en

évidence la présence de monoxyde et de dioxyde de

carbone lors d’une réaction de combustion du butane

alcanes et la formule

chimique du butane.

(A) : -Désigner un élève

pour écrire au tableau

l’équation de la

combustion complète des

alcanes ;

-Dicter le contenu.

(A) : -Désigner 3 élèves

our écrire au tableau les 3

équations de la combustion

incomplète des alcanes ;

-Dicter le contenu.

86

5 min.

10 min.

et du gazole.

4- Matériels et produits

- Verre à pied

- Bécher

- Cuillère

- Flamme d’allumette

- Echantillon de butane et de gazole

- Eau de chaux

- Bouteille à gaz butane

5- Précaution à prendre

Le gazole est un produit volatile, et peut dégager des

produits très dangereux comme le benzène. Donc :

- Il faut travailler sous la hotte ou dans un local bien

aéré ;

- Bien enfermer le gazole après chaque usage ;

- Eviter l’inhalation d’un excès d’air aux environs de

ces produits ;

Le butane et le gazole sont des produits

inflammables. Donc :

- Il faut tenir les bouteilles de butane et de gazole

éloignées des flammes, des étincelles et des sources

de chaleur ;

- Utiliser une petite quantité (juste suffisante) pour

chaque expérience de combustion (la prise d’essai

est faite par le professeur);

- Travailler loin des objets qui prennent feu

facilement.

- Un échantillon de gazole dans une petite bouteille

suffit pour la séance de TP.

(A) : Présenter un à un aux

élèves les matériels et les

produits chimiques.

Montrer comment on les

manIpule.

(Q) : Nous sommes en train

de manipuler le butane et le

gazole. Quelles précautions

doit-on à prendre ?

(R) : Cf. contenu.

(A) : Dicter en tenant

compte des réponses des

élèves.

.

87

5 min.

20 min.

6- Manipulations

a- Principe des manipulations

La flamme du bec Bunsen traduit la combustion du

butane dans l’air.

Par contre, pour brûler le gazole, on prend un

échantillon de gazole dans une cuillère. On le met en

contact d’une flamme. Il s’échauffe et s’enflamme.

Un test visuel plus un test à l’eau de chaux suffisent

pour identifier les produits des réactions de

combustion. Une apparition de gouttelette d’eau sur

les parois du verre à pied, par exemple confirme que

la réaction produit de l’eau.

b- Mode opératoire

Combustion du butane

Combustion du gazole

(A) : Partager les élèves en

groupe de 10 au maximum

pour que chaque élève

participe activement à la

séance de TP. Chaque

groupe fait la même

expérience.

(C) : - Bien lire les notes

sur les « précautions à

prendre » et le mode

opératoire avant de

manipuler

- Bien suivre le

déroulement de

l’expérience et noter à

chaque fois les

informations que vous

observez (tous les

changements observés) sur

88

5 min.

c- Observation des résultats

Combustion du butane

Combustion du gazole

le milieu réactionnel.

(E) : Réaliser les

expériences.

(A) : Surveiller les élèves.

Donner-leur de l’aide s’ils

ont besoin.

(Q) : Qu’est ce que vous

observer ? (un représentant

de chaque groupe répond)

(R) : Cf. contenu (tenir

compte des réponses de

chaque groupe)

(A) : Faire montrer aux

élèves les résultats des

expériences et dicter le

contenu.

89

30 min.

d- Interprétation des résultats

Les gouttelettes d’eau qui apparaissent sur les parois

du verre à pied et du bécher sont des produits de la

réaction. Donc, la combustion du butane et du gazole

donne de la vapeur d’eau.

Le test à l’eau de chaux est positif (elle devient

troublée). Cela signifie que qu’il y a aussi formation

de gaz dioxyde de carbone.

La tâche noire sur la paroi du verre à pied et le dépôt

noir sur le fond de la cuillère sont du carbone.

Donc, la réaction dépose du carbone.

Ces résultats nous permettent d’affirmer que le

dioxygène utilisé pour les deux expériences de

combustion est en défaut. Pour cela, une partie de

ces combustibles n’est pas brûlée complètement.

D’où le dépôt de carbone. Puisque les combustions

sont incomplètes, nous pouvons affirmer (même si

nous ne pouvons pas l’identifier) qu’en plus de

l’eau, du dioxyde de carbone et du carbone, les

réactions produisent aussi du gaz monoxyde de

carbone.

Les combustions du butane et du gazole sont donc

(A) :-Désigner un élève

pour interpréter les

résultats

-Donner

l’interprétation en tenant

compte de la réponse de

l’élève.

90

5min.

10 min.

15 min.

la combinaison de combustion complète et de la

combustion incomplète. Les équations des réactions

de combustion sont donc :

e- Conclusion

La combustion du butane et du gazole est une

combinaison de combustion complète et incomplète

des alcanes. Elle donne de la vapeur d’eau, de CO,

de CO2 et un dépôt de carbone.

f- Remarque

Les gaz CO et CO2 sont des gaz polluants.

Le monoxyde de carbone CO est très toxique. Il est

responsable d’intoxication souvent mortelle dans les

habitations : Maux de tête, fatigue générale, nausées,

étourdissement, et syncopes sont des signes de la

contamination au monoxyde de carbone.

Le dioxyde de carbone est le principal gaz à effet de

serre. Le rejet d’un excès de ce gaz dans

l’atmosphère augmente la température moyenne du

globe terrestre.

Vu les dangers de la combustion, nous devons avoir

une cuisine bien aérée.

6- EVALUATION

� Pourquoi l’intérieur du tuyau d’échappement

des automobiles est couvert d’une couche noire ?

(Q) : Que peut-on en

conclure ? (désigner un

élève pour donner une

conclusion.

(A) : Donner la conclusion

en tenant compte de la

réponse de l’élève.

(Q) : Quels sont les effets

polluants des gaz

monoxydes et dioxydes de

carbone ?

(R) : Cf. contenu

(A) : Dicter le contenu en

tenant compte les réponses

des élèves.

(A) : -Tester les acquis des

élèves.

91

� Proposer une expérience permettant de

Mettre en évidence la présence de l’élément carbone

dans le sucre ordinaire (le saccharose)

� D’après vous, pourquoi les véhicules diesel

émettent plus de fumées noires que les véhicules à

essence ?

� Ecrire l’équation de la réaction de

combustion complète de l’heptane, l’un des éléments

constitutif du gazole.

REFLEXION PERSONNELLE

(A)- Faire une auto-

évaluation.

Tableau 17 : Fiche pédagogique (I) de travaux pratiques

92



Titre : Chaleur de combustion de la paraffine



• Savoir qu’en général, les transformations chimiques s’accompagnent d’effets thermiques ;

• Appliquer les effets thermiques des réactions à la vie quotidienne ;

• Citer les conséquences de l’énergie de combustion sur l’environnement;

• Déterminer la chaleur molaire de combustion d’un combustible ;

• Comparer la valeur expérimentale ainsi trouvée avec la valeur théorique trouvée dans les

livres;

• Identifier la nature d’une réaction chimique relative aux échanges énergétiques.

Prérequis :

- Les trois états de la matière

- La réalisation d’un bilan molaire

- La description microscopique d’un gaz

- La notion de pression, de température et de chaleur

- La notion de transfert thermique et d’énergie interne

- Le principe de conservation de l’énergie

- La paraffine

- La calorimétrie

TIMING CONTENU STRATEGIE

5min.

CHALEUR DE COMBUSTION DE LA

PARAFFINE

1- Généralités sur la paraffine

La paraffine est un solide gras blanchâtre. Elle est

formée d’hydrocarbures paraffiniques (c’est-à-dire,

hydrocarbure saturé et non cyclique, de formule

CnH2n+2), de formule brute C25H52.

(A): -Désigner un élève pour

écrire au tableau la formule

générale des hydrocarbures

paraffiniques ;

-Dicter le contenu.

93

20min.

2- Rappels

a- Chaleur molaire de combustion

• On appelle chaleur molaire de combustion

d’un corps pur, à une température donnée la chaleur

de la réaction de combustion complète, sous une

pression constante, d’une mole de ce corps à cette

température ; l’état physique des réactifs et des

produits doit être précisé.

Exemple : Combustion du méthane dans l’oxygène :

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)

Cette réaction dégage 882.103J.mol-1 d’énergie sous

forme de chaleur. ((BAUTRAND, R. et col.,

1982/GRAND DICTIONNAIRE

ENCYCLOPEDIQUE LAROUSSE)

• On appelle chaleur de réaction d’un système

siège d’une réaction chimique la chaleur transférée

entre le système et le milieu extérieur, les produits

formés étant ramenés à la température qui était celle

des réactifs avant leur destruction. (BAUTRAND,

R. et col., 1982/BRAMAND, P. et col., 1988)

• La chaleur de combustion résulte d’une

Variation d’énergie « chimique » du système.

b- Pouvoir calorifique et chaleur de combustion

• Le pouvoir calorifique P d’un combustible

ou

d’un carburant est la chaleur obtenue par la

combustion complète de 1kg de ce combustible ou

de ce carburant

• La combustion d’une masse m d’un

combustible de pouvoir calorifique P fournit une

(A) : - Tester les acquis des

élèves sur les paragraphes a, b

et c en posant des questions

relatives au contenu ;

- Dicter le contenu en

tenant compte des réponses des

élèves.

94

5min.

5min.

15min.

quantité de chaleur Q telle que :

Q =m. P

Avec :

Q : quantité de chaleur par le combustible; exprimée

en [J]

m: masse du combustible utilisé ; exprimée en [g]

P : pouvoir calorifique du combustible ; exprimée en

[J.g-1]


Le but de cette manipulation est de déterminer

expérimentalement la chaleur molaire de combustion

Qcomb de la paraffine et la comparer à la valeur

théorique donnée dans les livres.

4- Matériels et produits

- boîte métallique en aluminium (le calorimètre)

- Thermomètre

- Agitateur (baguette de verre)

- Bougie

- Verre de montre

- Bouchons en liège

- Statif

- Eau

5- Manipulation

a- Principe de la manipulation

La combustion d’une bougie dégage de la chaleur. On

utilise la chaleur dégagée par la combustion d’une

bougie pour chauffer de θ1 à θ2 un calorimètre en

aluminium de capacité calorifique µ contenant une

(A) : Designer un élève pour

donner le but de la

manipulation avant de dicter le

contenu.

(A) : Présenter un à un aux

élèves les matériels et leur

montrer comment on fait le

montage et la manipulation.

(A) : - Partager les élèves en

groupe de 4 au maximum pour

que chaque élève participe

activement.

Note : Chaque groupe fait la

95

masse m1 d’eau à la température θ1. La chaleur Q1

reçue par ce système est alors :

Q1= (m1.ceau+µ).(θ2- θ1)

Sous l’action de la chaleur, la paraffine fond, monte

dans la mèche par capillarité (phénomène d’ascension

des liquides dans les tubes), et se vaporise avant de

brûler. Soit Q2 la chaleur fournie par la combustion

d’une masse m2 de paraffine vapeur. Cette chaleur qui

est aussi la chaleur nécessaire pour vaporiser la

paraffine est utilisée pour chauffer l’ensemble

{calorimètre-eau}. Elle a pour expression :

Soit Q’ la chaleur nécessaire dans les conditions de

l’expérience, pour transformer une mole de paraffine

solide en liquide puis en vapeur. Pour une masse m2

de paraffine, la chaleur nécessaire Q 3 vaut alors :

En considérant le système {bougie-calorimètre-eau}

comme un système isolé, on a :

Q1+ Q2+ Q3=0

On a donc :

On a donc :

même expérience ;

- Expliquer aux élèves le

principe de la manipulation et

dicter le contenu.

96

20min.

b- Protocole opératoire

(E): Réaliser l’expérience.

(A): - Surveiller les élèves et

leurs manipulations ;

- Guider les élèves.

97

15min.

c- Résultats et calculs

� Lors de l’expérience, nous avons trouvé :

- masse de la boîte : mb= 14g;

- masse de l’ensemble {boîte-eau}: mc= 162,5g

�masse de l’eau : m1= mc-mb= 148,5g

- masse initiale de l’ensemble {bougie+support}: ma=

40g

- masse finale de l’ensemble {bougie+support}:

md= 39,59g

�masse de la bougie : m2= 0,41g

- température initiale de l’eau : θ= 8°C

- température finale de l’eau: θ2= 35°C

�variation de la température de l’eau lors du

chauffage : θ2-θ1= 27°C

-capacité calorifique de l’aluminium (le calorimètre) :

µ= mb.cAl avec : mb= 24g et cAl= 0,90J.g-1. °C-1

On a : µ= 14g.0,90J.g-1.°C-1= 12,6J.°C-1

(A) : -Comparer les résultats

obtenus par chaque groupe. Se

referez au résultat obtenu lors

de la préparation tout en tenant

compte des résultats trouvés

par les élèves quand on fait les

calculs.

- Faire les calculs avec

les élèves.

98

15min.

-Masse molaire de la paraffine: M= 25.12+52.1

M=352g

- Chaleur massique de l’eau : ceau= 4,18J.g-1. °C-1

Or Q’ étant égale à 5.105J.mol-1

D’après la relation (1), on a :

D’où :

� Valeur théorique de la chaleur de

combustion de la paraffine :

� Différence entre valeur théorique et valeur

expérimentale :

Qcomb(paraffine)- Qcomb= -15,3.106-(-15,18.106)

On a :


La combustion de la paraffine est une réaction

exothermique. Elle libère de l’énergie sous forme de

chaleur au milieu extérieur. Une partie de l’énergie

ainsi libérée est transférée au calorimètre qui

s’échauffe.

Ce qui entraîne une augmentation de la température

de l’eau.

L’expérience montre qu’une masse m2=0,41g de

bougie dégage 15,18.106J.mol-1 d’énergie susceptible

de faire varier la température de l’eau de 8°C à 35°C.

La différence entre la valeur expérimentale et la

(A) : -Désigner un élève pour

interpréter les résultats

- Donner l’interprétation

des résultats en tenant compte

de la réponse de l’élève

99

5min.

5min.

10min.

valeur théorique est due au fait que le système n’est

pas complètement fermé et qu’une partie de l’énergie

est perdue dans le milieu extérieur au dispositif

expérimental.

e- Conclusion

La combustion de la paraffine est une réaction très

exothermique.

La valeur expérimentale est inférieure à la valeur

théorique car il y a perte d’énergie lors de

l’expérience.

f- Remarque

La réaction de combustion est une réaction très

exothermique.

Dans les moteurs des automobiles se déroule une

réaction de combustion de carburant. Donc, en plus

de la contribution à l’effet de serre, la combustion de

carburant dans le moteur modifie la température de

l’air par perte d’énergie sous forme de chaleur : c’est

la chaleur sentie lorsqu’une automobile passe.

6- Evaluation :

Pourquoi la combustion des bois permet-il de faire

cuire le repas ?

D’après vous, pourquoi fait-il plus chaud dans les

lieux de grande circulation en automobile

qu’ailleurs ?

Qu’est ce qui nous permet d’affirmer si une réaction

chimique endo ou exothermique ?

REFLEXION PERSONNELE

(Q) : Que pet-on conclure ?

(désigner un élève pour donner

une conclusion)

(A) : Donner la conclusion en

tenant compte de la réponse de

l’élève.

(A) : - Expliquer puis dicter le

contenu.

(A) : -Tester les acquis des

élèves.

(A)- Faire une auto-

évaluation.

Tableau 18 : Fiche pédagogique (II) des travaux pratiques

100



Titre : Effets de la pollution par les gaz d’échappement d’automobile sur les plantes



• Définir la pollution atmosphérique;

• Elaborer une expérience pratique dans la vie quotidienne permettant de mettre en évidence

les inconvénients de la pollution atmosphérique;

• Prouver les inconvénients de la combustion des carburants.

Prérequis :

- Combustion des carburants ;

TIMING CONTENUS STRATEGIE

30min.

EFFETS DE LA POLLUTION PAR LES GAZ

D’ECHAPPEMENT D’AUTOMOBILE SUR

LES PLANTES

1-Généralité sur la vie des plantes

a- La nutrition des plantes

Les plantes se nourrissent en matières minérales et en

matières carbonées (matières organiques)

� Nutritions minérales

Les nutritions minérales des plantes sont à base

d’azote, de phosphate et de potassium. Parmi les

éléments nutritifs des plantes, on distingue :

- les macroéléments : azote, phosphore,

potassium, soufre, magnésium, fer et

calcium.

- les oligo-éléments : bore, cobalt, cuivre,

manganèse et molybdène.

Tous ces éléments sont puisés par les plantes dans le

sol à l’aide des racines. (DOMINIQUE, F. et col.,

1998)

(A) : Dicter le contenu

101

� Nutritions carbonées :

Les nutritions carbonées sont des matières

organiques dont les plantes ont besoin pour leur

développement ; glucide (C6H12O6), par exemple.

Pour les plantes sans chlorophylle, elles

empruntent les nutritions carbonées soit à des

corps morts (saprophytisme), soit à d’autres corps

vivants (parasitisme ou symbiose).

Par contre, les plantes à chlorophylle utilisent

l’énergie lumineuse venant du soleil pour

combiner le gaz carbonique qu’elle absorbe avec

l’hydrogène venant de l’eau pour former des

substances organiques (sucre en particulier). La

réaction dégage du gaz oxygène:

Cette synthèse, appelée photosynthèse se fait grâce à

la lumière.

La photosynthèse est l’une des raisons de l’utilité des

plantes à la lutte contre la pollution (absorption de

dioxyde de carbone.

b- La respiration

Les plantes échangent du dioxyde de carbone, gaz

oxygène et vapeur d’eau avec l’atmosphère. En

respirant, une plante absorbe de l’oxygène et rejette

de gaz carbonique. La respiration se fait pendant la

nuit. C’est la raison pour laquelle on recommande de

ne pas garder les plantes la nuit dans une chambre à

coucher.

(A) : désigner un élève

pour écrire au tableau la

formule chimique du

glucose.

(A) : Désigner un élève

pour écrire au tableau

l’équation bilan de la

réaction de

photosynthèse.

102

10min.

5min.

5min.

10min.

c- La transpiration

Lorsque la température ambiante s’élève, les plantes

luttent contre la chaleur excessive en laissant

évaporer à travers les tiges et leurs feuilles la plus

grande partie de l’eau puisée dans le sol par leurs

racines.

2- Rappel : Combustion des carburants

Les carburants essence et gazole sont formés

d’hydrocarbures saturés et de leurs dérivés

(composés soufrés, composés azotés,…). Leurs

combustions dans les moteurs des voitures dégagent

une variété de gaz tels que oxydes d’azote (NO, NO2,

N2O), oxydes de carbone (CO et CO2) et oxydes de

soufre (SO2 et SO3) plus de la chaleur. Ces gaz sont

classés comme polluants car ils sont dangereux pour

tous les êtres vivants (animaux, végétaux et homme).


Le but de cette manipulation est de mettre en

évidence les impacts de la pollution par les gaz

d’échappement sur les plantes.

4- Matériels utilisés

Deux plantes identiques en pot

5- Manipulation

a- Principe de la manipulation

On prend deux plantes en pots, de même espèce et de

même âge, initialement exposées dans des mêmes

conditions. L’une des deux plantes est placée dans un

jardin loin des zones d’émission des polluants et

l’autre est placée au voisinage d’une route de grande

(Q) : Quels sont les

produits de la

combustion des

carburants ? (désigner un

élève pour donner la

réponse)

(R) : cf. contenu.

(A) : Designer un élève

pour donner le but de la

manipulation avant de

dicter le contenu.

(A) : Il faut insister sur

le point que les plantes

sont identiques.

103

15min.

10min.

15min.

circulation en automobiles. Après 2mois, on

compare l’évolution et l’état de ces deux plantes.

b- Mode opératoire

c- Résultats obtenus


Lors de la combustion des carburants dans les

moteurs des automobiles, il se dégage une variété

de gaz avec la fumée d’échappement. Ces gaz

qualifiés de polluants endommagent la vie de tous

(A) : Partager les élèves

en groupe de 4 pour que

chaque élève participe

activement.

(A) : Faire montrer aux

élèves les résultats de

l’expérience

(A) : -Designer un élève

pour interpréter les

résultats

- Donner

104

5min.

5min.

10min.

les êtres vivants exposés à l’air pollué. La plante

cultivée près des zones très polluées est soumise à

une intoxication intense, elle est atteinte des

maladies qui attaquent ses cellules et devient

nécrosée.

De plus, comme la réaction de combustion est une

réaction exothermique, il y a aussi dégagement de

la chaleur. Pour lutter contre la chaleur, cette plante

doit fournir une importante quantité d’eau : leurs

feuilles se fanent

e- Conclusion

La pollution par les gaz d’échappement affecte les

plantes. Leurs effets sont sentis après une courte

période d’exposition à l’air pollué.

f- Remarque

Le reboisement fait partie des moyens de lutte

contre la pollution atmosphérique et le

réchauffement. De plus, elles rendent ambiante la

température du milieu dans lequel elles poussent

grâce à leur transpiration.

6- Evaluation :

� Donner une définition de la pollution

atmosphérique.

� Donner un exemple de l’effet néfaste de la

pollution atmosphérique.

� Proposer une expérience permettant de

mettre en évidence les effets de la combustion de

bois à brûler sur les plantes.

REFLEXION PERSONNELE

l’interprétation des

résultats en tenant

compte de la réponse de

l’élève.

(Q): Que peut-on en

conclure ?

(R) : cf. contenu.

(Q) : D’après vous,

pourquoi le reboisement

fait partie des moyens de

lutte contre la pollution ?

(A) : Poser des questions

pour tester les acquis des

élèves

Tableau 19 : Fiche pédagogique (III) de travaux pratiques

105

CONCLUSION DE LA TROISIEME PARTIE

Malgré les efforts palpables faits par le monde entier pour lutter contre la pollution par les

gaz d’échappement, le problème est toujours à résoudre. Franchement, vu les caractéristiques

polluantes des constituants des carburants et l’usage impératif voire incontournable de ces derniers,

nous devrions nous contenter d’un palliatif d’ordre légal et administratif (promulgation des lois

relatives à la circulation routière par le biais de la Direction Générale de la Sécurité Routière),

d’ordre technique (maintenance du système moteur) et d’ordre scientifique (recherche et utilisation

des carburants de remplacement comme l’éthanol carburant et le diester).

En outre, puisque le problème est d’ordre général, il est utile que cette lutte figure dans le

programme scolaire par le moyen des éducations environnementales, c’est-à-dire les travaux

pratiques, afin de sensibiliser les élèves.

106

CONCLUSION GENERALE

Dans ce mémoire, qui s’intitule « CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA POLLUTION

PAR LES GAZ D’ECHAPPEMENT D’AUTOMOBILE ET SES IMPACTS

ENVIRONNEMENTAUX », nous avons eu l’occasion d’étudier une précieuse matière première.

Qualifiée économiquement de l’or noir, elle détient un record imbattable, puisqu’elle est

irremplaçable. Son hégémonie va jusqu’à assombrir la planète. Aussi appelée scientifiquement

source d’énergie, elle bouge le monde. En l’occurrence, elle est à l’origine du carburant, soit de

l’essence, soit du gazole qui alimente tout moteur automobile : c’est le pétrole.

D’abord, l’étude de la généralité sur l’essence et le gazole nous a permis d’avoir une idée

sur son origine, les différentes étapes de sa préparation, ses compositions chimiques ainsi que ses

propriétés physico-chimiques. De par sa nature même, cette fameuse source d’énergie est polluante.

Puis, l’étude de la formation des polluants nous a permis de prouver que les moteurs sont

responsables de la pollution de l’air qui altère la santé de l’homme et l’environnement tout entier. Il

est à signaler que l’utilisation de l’essence plombée est déconseillée. La destruction des routes

bitumées par les gouttes d’essence et du gazole font preuve du danger des fuites de carburant.

Malgré tout, ce présent mémoire n’est pas un outil de menace. En réalité, il est un support

de sensibilisation. C’est pourquoi, nous avons avancé quelques solutions pour lutter contre la

pollution par le gaz d’échappement d’automobile. Enfin, nous avons élaboré des fiches de travaux

pratiques pour aider les professeurs à l’exécution des éducations environnementales.

En fait, les mesures énoncées dans ce présent mémoire sont loin d’être satisfaisantes car le

monde est déjà pollué. Nous savons aussi que ce travail est loin d’être parfait car notre connaissance

est encore trop limitée. En plus, le problème de moyens s’impose toujours à la réalisation des

travaux.

Il nous est donc impossible d’appliquer le fameux adage « La cause supprimée, l’effet

disparaît ». Toujours est-il que cette source d’énergie est aussi source de conflit !!! L’expression

« Le revers de la médaille » trouve sa grande part de vérité dans l’usage du pétrole qui implique

impérativement la pollution.

107

BIBLIOGRAPHIE

- ARNAUD, P. (1996) chimie organique. Paris : Dunod

- Banque Mondiale (1997) Rapport sur l’environnement cas -d’Antananarivo

- BAUTRAND, R., JAUBERT, A. (1982) Chimie 1ière S et E. Paris : Hachette

- BELTRANDO, G., CHEMERIE, L. (1995) Dictionnaire du climat. Paris : Larousse.

- BOUGERRA, M.L. (1995) Chimie et Développement. Paris : Ed. La découverte.

- BOULAND, A., CAUWET, J. (1997) Physique-chimie 2nde. Paris : Bordas.

- BRAMAND, P., FAYE, Ph., THOMASSIER, G. (1988) Physique 1ères S et E. Paris :

HACHETTE

- BRIGHT, M., .HENNO, J. (1998) Pollution et vie sauvage. Paris : Ed. Gamma- Ed héritage

- CAMPION, G., DUJON, S.IL., MALIGOT, I., MARCHAL, G. (1982) Biologie-Géologie

1ière S. Paris : Ed. Etude vivante

- CARLIER, F., PECKHAM, A. (1991) Le réchauffement terrestre. Tournai : Edition Gamma.

- CAVAYE, B., CHRISTALLER, P., LORRIN, C., PROD’HOM ME, F., TORDEUX, M-F.

(2001) Chimie première S. Rosny : Bréal.

- COMMISSION ECONOMIQUE DES NATIONS UNIES POUR L’AF RIQUE (1982)

Manuel d’entretient des routes. Paris : Imprimerie JEUVE.

- DERCOURT, J., PAQUET, J. (1992) Géologie, objets et méthodes. Paris : Dunod.

- Dictionnaire Petit Larousse 2006

- DOMINIQUE, F., MICHELE, F. (1998) Quid 99. Paris : ROBERT Laffont.

- DUCROUX, R. (2004). L’effet de serre. Paris : CNRS.

- DURANDEAU, J.P., DURUPTHY, A (1997) Physique-chimie 2nde. Paris : Hachette

- DURUPTHY, A., DURUPTHY, O., FANGUET, M., FANGUET, R., GIACINO, M.,

JAUBERT, A. (2001) Chimie 1èreS. Paris : Hachette

- Grand Dictionnaire Encyclopédique Larousse (1984)

- GUERNET, M., HAMON, M., MAHUZIER, G., PELLERIN, F. (1990) Abrégé de chimie

Analytique. Tome 2. Paris : Masson.

- LAROUSSE MEMO (2002)

- MARCEL, G. (1982) Biologie-Géologie 1ière s. Paris : Edition vivante.

- MOUVIER, G. (1994) La pollution atmosphérique. Paris : Flammarion.

- QUOTIDIEN TARATRA n°0762 du 22/08/2006

- REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT (1989) Le moteur à essence, le

108

turbocompresseur, le moteur diesel. Boulogne Bilancourt : ETAI

- RENE, G. (1993) Chimie 1ère S. Paris : Hatier

-Sélection du READERS DIGUEST (1993) Les Grands Phénomènes naturels. Paris : Imprimerie

en France

-Sélection du READERSS DIGUEST (1993) Les grands phénomènes naturels. Paris : Imprimerie

en France.

- SOKOLOV, V. (1983) Prospection détaillée de champ de pétrole et gaz. Moscou : Ed. Mir.

- SPENCE, M. (1994) Les combustibles fossiles. Paris : Ed. Gamma.

- VINTSY huitième année N°32 (2000) La pollution.

WEBOGRAPHIE

- http://www.manicor.com/, consulté le 17/03/2007

- http://www.partenaires-diester.fr/catalogue/diester/1/, consulté le 17/03/2007)

- http://fr.wikipedia.org/wiki/suie/, consulté le 17/03/2007

- http://www.respir.com/doc/adonne/base/Environnementcv.asp, consulté le 14/04/2007

- http://www.grosseron.com/, consulté le 14/04/2007

109

ANNEXES

ANNEXE 1

PRINCIPE DE TITRAGE COMPLEXOMETRIQUE

Le dosage compléxométrique consiste à faire réagir le métal à doser avec un composé

chimique appelé compléxone, contenant dans sa molécule des fonctions amines et des fonctions

acides faibles. La réaction qui a lieu entre les deux entités porte le nom de chélation. Le produit de

la réaction est un complexe plus ou moins s’able et coloré. La formation de ce complexe exige une

valeur de pH bien définie. De plus, les constantes d’équilibre déduites de la loi d’action de masse de

l’équation de la chélation interviennent.

Parfois la détection de la fin de la réaction de chélation nécessite l’utilisation d’un indicateur

coloré.

Différentes types de titrages

On distingue 4 types de titrage compléxométrique à savoir le titrage direct, le titrage par

retour, le titrage par substitution et les titrages collectifs.

a) Titrage direct

Le titrage direct est le titrage le plus simple, le titrage direct s’effectue en présence d’un

tampon susceptible de donner un complexe avec le métal M à doser. La réaction est mise en

évidence par un saut brusque du potentiel des métaux notés pM. (pM = - log[M] avec [M], la

concentration en ion du métal M

b) Titrage par retour

Le titrage par retour s’emploi soit lorsqu’il n’y a pas d’indicateur convenable pour le métal à

doser, soit lorsque cet indicateur réagit très lentement avec le métal, même si on le chauffe

légèrement. Dans ce cas, on utilise un excès d’une solution de E.D.T.A. mais de quantité connu.

L’excès sert pour doser un autre métal M’ dont le dosage est simple (ayant un indicateur

convenable)

c) Titrage par substitution

Le titrage par substitution s’applique dans le cas où les deux premiers types de titrage ne

sont pas possibles.

110

Pour cela, on traite la solution du métal à doser par un sel complexe magnésien de l’E.D.T.A

(le complexe Mg Y²-). Lors du dosage, les ions métalliques Mn+ sont remplacés les ions Mg²+ du

complexe. La réaction est de la forme.

Mn+ + Mg Y²- Mg²++ MY (n-4)+

d) Titrage collectif

Le titrage collectif consiste d’abord à doser les deux métaux M et M’. Ensuite, on masque

l’un d’eux pour estimer l’autre en utilisant un composé spécifique. Par exemple, on se sert d’un

fluorure pour masquer le calcium, le magnésium et l’aluminium. Pour masquer le plomb, on utilise

un ion sulfate, le baryum sous forme de précipité peut masquer le bismuth et le cyanure de

potassium pour le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, le cadmium et le mercure.

111

ANNEXE 2

LES FORMULES DES INDICATEURS COLORES ET QUELQUES

REACTIFS ET PRODUITS UTILISES

� Les indicateurs colorés

-Noir d’Eriochrome T (N.E.T)

� Bleu de bromothymol ou dibromothymolsulfonephtaléine

Nom systématique :

3,3’,-dibromothymolsulfonephtaléine ; 4,4’-(3H-2,1-benzoxathiol-3-ylidène) bis

[2-bromo-3-méthyl-6-(1-méthyléthyl) phénol] S, S-dioxyde

112

- Xylénol orange

Nom systématique :

Sel de 3,3’-bis [N, N- bis (carboxyméthyl) aminométhyl]-O-

crésolsulfonephtaléintétrasodium

- Méthylorange

113

� Les réactifs

-Réactif E.D.T.A

-Le (L+) acide tartrique

114

ANNEXE 3

LES PLUIES ACIDES

a) Définition :

Par définition, les pluies acides sont des hydrométéores liquides dont la composition

chimique est caractérisée par une acidité élevée. Elles désignent aussi des brouillards, des gaz, voire

des dépôts secs qui se transforment en acide par les précipitations.

b) Acidité des précipitations :

L’atmosphère contient des particules solides et des gaz différents de l’azote et de

l’oxygène. Certains d’eux se dissocient partiellement dans l’eau de pluies et acidifient légèrement

cette dernière. La présence d’ions H+ ou H3O+ en concentration plus élevée que celle dans l’eau est

la cause de l’acidification des précipitations.

En principe, une pluie d’acidité normale a un pH compris entre 7 et 5,6. Une pluie est dite

acide lorsque son pH est inférieur à 5,6.

Dès le XIXème siècle, l’acidité des pluies a augmenté.

Le pH moyen des précipitations varie entre 4,0 et 4,5 dans les zones industrielles depuis

1970. Dans certaines régions, la valeur atteint un seuil de 3,0.

c) Cause de l’acidification des précipitations :

L’évolution de l’acidité des pluies est due aux changements anthropiques de la

composition chimique de l’atmosphère. En effet, il s’agit des rejets dans l’atmosphère des

composants comme les oxydes de soufre et d’azote ou des hydrocarbures par suite de l’utilisation

des combustibles fossiles, de fluor, ou de chlore émis par les usines. Ces composants sont

susceptibles de se transformer en acide par interaction, puis, une présence d’eau dans l’atmosphère.

d) Les processus de formation des pluies acides :

L’eau contenue dans les nuages devient acide en capturant des polluants gazeux comme le

dioxyde de soufre et le dioxyde d’azote, ou des particules en suspension dans l’air comme le

trioxyde de soufre. Les mécanismes de la réaction qui traduit la transformation de ces oxydes en

acide mettent en jeu l’ozone troposphérique. Ce dernier subit une photolyse en donnant naissance

en un oxygène moléculaire et à un oxygène atomique appelé radical oxygène suivant la réaction :

115

Si les photons mis en jeu dans cette réaction de photolyse sont très énergétiques (photon à

longueur d’onde comprise entre 290nm et 310nm), l’oxygène atomique formé se trouve dans un état

excité. Il est très réactif : il réagit très rapidement avec la vapeur d’eau atmosphérique en produisant

des radicaux hydroxyles :

O°excité + H2O 2OH°

Les radicaux hydroxyles ainsi formés réagissent avec les oxydes de soufre et d’azote :

NO2 + OH° HNO3 gazeux

SO2 + 2OH° H2SO4 gazeux

Ces acides (sulfurique et nitrique) se dissocient dans l’eau des nuages :

HNO3 + H2O H3O+ aq + NO3

- aq

H2SO4 gazeux + 2H2O 2H3O+ aq + SO4

2- aq

Les ions hydroniums formés sont responsables de l’acidité des précipitations issues des

nuages.

Les pluies acides sont en général les précipitations des solutions diluées d’acide sulfurique

et d’acide nitrique.

e) Extension spatiale de l’acidification :

L’acidification des pluies est très forte dans les régions industrielles où la circulation des

automobiles est très importante. Mais les polluants les polluants responsables de ces pluies acides

sont facilement transportés par les courants atmosphériques. C’est pourquoi, les pluies acides

existent même dans les zones très loin des lieux d’émission.

A l’heure actuelle, l’acidification des pluies devient de plus en plus une pollution de

dimension planétaire. Les zones très éloignées des lieux d’émission intense des polluants portent

maintenant des traces des pollutions acides. La diminution du pH des glaces polaires en fait preuve :

l’acidité des neiges de l’Est de l’Antarctique était à un pH de 5,6, il y a 25 année pour passer de

5,23 actuellement. En 1800, il était de 5,8.

116

f) Les effets de l’acidification des précipitations :

Les effets de l’acidification des précipitations sont nombreux :

� Acidification des eaux : Après une précipitation, les composés acides qui

acidifient les pluies se propagent dans les eaux de surface (rivière, lac, mer, …) et

dans les eaux souterraines pour les acidifier.

� Acidification du sol : En arrosant le sol, les eaux des pluies acidifiées diminuent

le pH du sol.

� Contamination des végétaux : Les végétaux sont, eux aussi, contaminés. Ainsi, la

partie souterraine de ces végétaux est détériorée à cause de la contamination du sol

et, la partie aérienne des plantes est nécrosée au contact des précipitations acides.

� Perte de toutes formes de vie aquatique : La contamination des eaux de surface

entraîne la détérioration de toute forme de vie aquatique.

� Problème sanitaire chez l’homme : L’acidification peut causer des maladies

respiratoires, des affections des muqueuses ou des yeux chez les hommes.

� Dégradation des infrastructures : L’acidification des pluies attaque plus

particulièrement les matériaux de construction en calcaire (bâtiments, monuments,

…).

Malgré tout, les effets de l’acidification des pluies dépendent de la composition chimique

de l’air ainsi que les conditions du milieu.

Exemple : - Les conséquences de l’acidification sont importantes dans les régions où les

neiges s’accumulent.

-Les zones très riches en silice sont plus sensibles que les zones de substrat

calcaire.

-Les conditions climatiques, le manque d’eau, les séries d’années sèches, ainsi

que l’exploitation des forêts accentuent les effets de l’acidification.

117

CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA POLLUTION PAR LES GAZ

D’ECHAPPEMENT D’AUTOMOBILE ET SES IMPACTS

ENVIRONNEMENTAUX

Comme son intitulé l’indique, ce présent mémoire de chimie a pour objet d’apporter des

précisions sur la cause exacte de ladite pollution afin de prendre des mesures adéquates.

D’après nos études scientifiques appuyées sur des recherches bibliographiques et

webographiques, des stages et des expériences, cette pollution d’origine pétrolière, avant d’être un

problème, était la conséquence logique de la combustion de cette matière première. Elle n’est pas

une non maîtrise d’usage.

Puisqu’elle est donc un problème relevant du domaine de la chimie, sa solution devrait l’être

aussi. Ainsi, nous proposons les moyens suivants :

- la diminution de la consommation de carburant (quantité),

- ajout de substance dans le carburant pour éviter la toxicité des fumées (qualité),

- liquéfaction des fumées (transformation)

- carburants de remplacement (recherche)

Cet ouvrage comprend 3 parties, à savoir :

- La généralité sur le pétrole, l’essence et le gazole,

- Les carburants : agents responsables de la pollution atmosphérique et de la

destruction des routes bitumées,

- La lutte contre la pollution et l’intérêt pédagogique de ce mémoire.

RAKOTOARIMANGA Célestin Gersoma

Mots clés : environnement, pollution, carburants automobiles, gaz d’échappement, effets, lutte.

Nombre de page : 106

Nombre de courbe : 4

Nombre de figure : 6

Nombre de tableau : 19

Directeur de mémoire : RAZANAMPARANY Bruno Richard

Professeur

CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA POLLUTION PAR LES GAZ D ...

Documents

Transcript of CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA POLLUTION PAR LES GAZ D ...