Qualité de l'Air : À la Chasse aux Polluants !
Respirons-nous un air pur ? Mesurons et analysons !
L'air que nous respirons est essentiel à notre vie, mais il peut parfois contenir des substances nocives appelées polluants. La qualité de l'air dépend de la quantité de ces polluants. On mesure leur concentration, c'est-à-dire la quantité de polluant présente dans un certain volume d'air. Dans cet exercice, nous allons analyser des données sur la qualité de l'air d'une ville et calculer la masse d'un polluant dans une pièce. 🌬️🏭🚗
Surveillance de la Pollution en Ville
Schéma : Pollution de l'Air en Ville et Mesure
Sources de pollution et mesure de la qualité de l'air.
Questions à traiter
- Qu'est-ce que la pollution de l'air ? Qu'est-ce que la concentration d'un polluant et en quelle unité est-elle souvent exprimée pour les polluants atmosphériques ?
- Analyse des données de \(\text{NO}_2\) :
- La concentration mesurée de \(60 \text{ µg/m}^3\) dépasse-t-elle le seuil d'information et de recommandation horaire ?
- Si cette concentration de \(60 \text{ µg/m}^3\) était la moyenne sur toute l'année, dépasserait-elle la valeur limite annuelle pour la protection de la santé ?
- Calcul de la masse de \(\text{NO}_2\) dans la salle de classe :
- Convertis la concentration \(C_1 = 60 \text{ µg/m}^3\) en grammes par mètre cube (\(\text{g/m}^3\)).
- Calcule la masse totale de dioxyde d'azote (\(m_{\text{NO}_2}\)) présente dans la salle de classe de \(V_{\text{pièce}} = 50 \text{ m}^3\). Donne le résultat en grammes. (Rappel : masse = concentration massique × volume).
- Si la concentration de \(\text{NO}_2\) dans la salle de classe atteignait le seuil d'alerte horaire de \(200 \text{ µg/m}^3\), quelle masse de \(\text{NO}_2\) serait alors présente dans la pièce ?
- Un purificateur d'air est installé dans la salle. Après \(1\) heure de fonctionnement, la concentration de \(\text{NO}_2\) est réduite de \(75\%\) par rapport à la concentration initiale de \(60 \text{ µg/m}^3\).
- Calcule la nouvelle concentration de \(\text{NO}_2\) dans la pièce en \(\text{µg/m}^3\).
- Quelle masse de \(\text{NO}_2\) a été éliminée par le purificateur d'air dans cette pièce ?
Correction : À la Chasse aux Polluants !
Question 1 : Pollution de l'air et concentration
Réponse :
La pollution de l'air est la contamination de l'atmosphère par des substances (gazeuses, liquides ou solides) qui sont nuisibles à la santé humaine, aux autres êtres vivants, ou qui endommagent l'environnement ou les matériaux.
La concentration d'un polluant indique la quantité de ce polluant présente dans un volume donné d'air. Pour les polluants atmosphériques, elle est souvent exprimée en microgrammes par mètre cube (\(\text{µg/m}^3\)) ou parfois en milligrammes par mètre cube (\(\text{mg/m}^3\)).
Question 2 : Analyse des données de \(\text{NO}_2\)
Réponse a) Comparaison au seuil d'information horaire :
Concentration mesurée \(C_1 = 60 \text{ µg/m}^3\).
Seuil d'information et de recommandation horaire = \(200 \text{ µg/m}^3\).
Comme \(60 \text{ µg/m}^3 < 200 \text{ µg/m}^3\), la concentration mesurée ne dépasse pas le seuil d'information et de recommandation horaire.
Réponse b) Comparaison à la valeur limite annuelle :
Concentration mesurée (si elle était une moyenne annuelle) = \(60 \text{ µg/m}^3\).
Valeur limite annuelle pour la protection de la santé = \(40 \text{ µg/m}^3\).
Comme \(60 \text{ µg/m}^3 > 40 \text{ µg/m}^3\), si cette concentration était la moyenne sur l'année, elle dépasserait la valeur limite annuelle pour la protection de la santé.
Question 3 : Masse de \(\text{NO}_2\) dans la salle de classe
Réponse a) Conversion de la concentration en \(\text{g/m}^3\) :
Concentration \(C_1 = 60 \text{ µg/m}^3\).
On sait que \(1 \text{ g} = 1\,000\,000 \text{ µg}\), donc \(1 \text{ µg} = 0,000001 \text{ g} = 10^{-6} \text{ g}\).
La concentration est de \(0,00006 \text{ g/m}^3\).
Réponse b) Masse de \(\text{NO}_2\) dans la pièce :
Concentration \(C_1 = 0,00006 \text{ g/m}^3\), Volume de la pièce \(V_{\text{pièce}} = 50 \text{ m}^3\).
Masse = Concentration massique \(\times\) Volume.
Il y a \(0,003 \text{ g}\) (soit \(3 \text{ milligrammes}\)) de dioxyde d'azote dans la salle de classe.
Question 4 : Masse de \(\text{NO}_2\) au seuil d'alerte
Réponse :
Seuil d'alerte horaire = \(200 \text{ µg/m}^3\).
Convertissons d'abord cette concentration en \(\text{g/m}^3\) :
Volume de la pièce \(V_{\text{pièce}} = 50 \text{ m}^3\).
Si la concentration atteignait le seuil d'alerte, il y aurait \(0,01 \text{ g}\) (soit \(10 \text{ milligrammes}\)) de \(\text{NO}_2\) dans la pièce.
Quiz Intermédiaire 1 : L'unité µg/m³ signifie :
Question 5 : Action du purificateur d'air
Réponse a) Nouvelle concentration de \(\text{NO}_2\) :
Concentration initiale \(C_1 = 60 \text{ µg/m}^3\).
Réduction de \(75\%\).
Montant de la réduction : \(60 \text{ µg/m}^3 \times \frac{75}{100} = 60 \times 0,75 = 45 \text{ µg/m}^3\).
La nouvelle concentration de \(\text{NO}_2\) est de \(15 \text{ µg/m}^3\).
Réponse b) Masse de \(\text{NO}_2\) éliminée :
La concentration a été réduite de \(45 \text{ µg/m}^3\).
Volume de la pièce \(V_{\text{pièce}} = 50 \text{ m}^3\).
Convertissons la réduction de concentration en \(\text{g/m}^3\) : \(45 \text{ µg/m}^3 = 0,000045 \text{ g/m}^3\).
Le purificateur a éliminé \(0,00225 \text{ g}\) (soit \(2,25 \text{ milligrammes}\)) de \(\text{NO}_2\).
Quiz Intermédiaire 2 : Le dioxyde d'azote (\(\text{NO}_2\)) est principalement un polluant issu :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Une concentration de \(50\,000 \text{ µg/m}^3\) est égale à :
2. Si la concentration d'un polluant est de \(0,002 \text{ g/m}^3\) dans une pièce de \(100 \text{ m}^3\), la masse totale de ce polluant dans la pièce est de :
3. Le dioxyde d'azote (\(\text{NO}_2\)) est un polluant principalement associé :
Glossaire de la Qualité de l'Air
- Pollution de l'air
- Présence dans l'atmosphère de substances (polluants) ayant des conséquences préjudiciables sur la santé humaine, les écosystèmes ou les matériaux.
- Polluant atmosphérique
- Substance présente dans l'air qui, au-delà d'une certaine concentration, peut avoir des effets nocifs. Exemples : dioxyde d'azote (\(\text{NO}_2\)), particules fines (PM2.5), ozone (\(\text{O}_3\)), dioxyde de soufre (\(\text{SO}_2\)).
- Concentration (massique)
- Masse d'un polluant présente dans un volume donné d'air. S'exprime souvent en microgrammes par mètre cube (\(\text{µg/m}^3\)) ou milligrammes par mètre cube (\(\text{mg/m}^3\)).
- Microgramme (\(\text{µg}\))
- Unité de masse. \(1 \text{ µg} = 0,000001 \text{ g} = 10^{-6} \text{ g}\). \(1 \text{ g} = 1\,000\,000 \text{ µg}\).
- Mètre cube (\(\text{m}^3\))
- Unité de volume. C'est le volume d'un cube d'un mètre de côté.
- Dioxyde d'azote (\(\text{NO}_2\))
- Gaz brun-rougeâtre, irritant pour les voies respiratoires. Il provient principalement de la combustion des carburants à haute température (moteurs de voitures, certaines industries).
- Seuil d'information et de recommandation
- Niveau de concentration d'un polluant dans l'atmosphère au-delà duquel une exposition de courte durée présente un risque pour la santé humaine de groupes particulièrement sensibles au sein de la population et qui rend nécessaire l'émission d'informations immédiates et adéquates à destination de ces groupes et des recommandations pour réduire certaines activités.
- Valeur limite
- Niveau de concentration d'un polluant à ne pas dépasser sur une période donnée (ex: annuelle, journalière, horaire) afin de protéger la santé humaine ou l'environnement.
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