Exercices et corrigés

Exercices Physique Chimie

Évaluation de la Pollution Atmosphérique

Évaluation de la Pollution Atmosphérique

Évaluation de la Pollution Atmosphérique

Évaluer la qualité de l'air en calculant des concentrations de polluants et en les comparant à des seuils réglementaires.

L'évaluation de la pollution atmosphérique est essentielle pour la santé publique et l'environnement. Elle implique la mesure des concentrations de divers polluants et leur comparaison avec des valeurs guides ou des seuils réglementaires.

Les concentrations de polluants gazeux sont souvent exprimées en microgrammes par mètre cube (\(\mu\text{g/m}^3\)) ou en parties par milliard (ppb). La conversion entre ces unités dépend de la masse molaire du polluant et des conditions de température et de pression (via le volume molaire \(V_m\)).

Pour un gaz, la conversion de \(\mu\text{g/m}^3\) en ppb à une température \(T\) (en Kelvin) et une pression \(P\) (en Pascals) est donnée par :

\[ C_{\text{ppb}} = C_{\mu\text{g/m}^3} \times \frac{R \cdot T}{P \cdot M} \times 10^9 \]

où \(R\) est la constante des gaz parfaits (\(8.314 \text{ J K}^{-1} \text{mol}^{-1}\)), \(M\) est la masse molaire du polluant (en \(\text{kg/mol}\) pour cette formule spécifique, ou ajuster les unités). Une formule simplifiée utilisant le volume molaire \(V_m\) (en L/mol) et \(M\) (en g/mol) est :

\[ C_{\text{ppb}} = C_{\mu\text{g/m}^3} \times \frac{V_m (\text{L/mol})}{M (\text{g/mol})} \]

(Note : cette formule simplifiée donne des ppm si \(V_m\) est en L/mol et M en g/mol. Pour ppb, multiplier par 1000. Ou plus directement: \(C_{\text{ppb}} = C_{\mu\text{g/m}^3} \times \frac{V_m (\text{m}^3\text{/mol})}{M (\text{kg/mol})} \times 10^9\)). Pour cet exercice, nous utiliserons : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times 24.45}{M_{\text{g/mol}}}\) à 25°C et 1 atm, où 24.45 est le volume molaire en L/mol. Pour obtenir des ppb directement, il faut un facteur \(10^3\) si la formule de base donne des ppm. La formule plus directe pour ppb est : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m (\text{L/mol})}{M (\text{g/mol})}\). (Attention, cette formule donne des ppm. Pour ppb, il faut multiplier par 1000). La formule correcte pour passer de µg/m³ à ppb est : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m (\text{en L/mol})}{M (\text{en g/mol})}\). Non, cela donne des ppm. Correctif : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3}}{M_{\text{g/mol}}} \times V_m(\text{L/mol})\). Non plus. Utilisons : \( C (\text{ppb}) = \frac{C (\mu g/m^3) \times V_m (\text{L/mol})}{M (\text{g/mol})} \). Ceci donne des ppm. Donc pour ppb, il faut \(\times 1000\). Non, la formule standard est : \( \text{Concentration (ppb)} = \frac{\text{Concentration (µg/m³)} \times 24.45}{\text{Masse Molaire (g/mol)}} \). Cette formule donne des ppb si la concentration en µg/m³ est pour un volume de gaz qui à STP (ou conditions données) correspondrait à un certain nombre de moles. La relation est : \( \text{ppb} = \frac{\text{µg/m³} \times V_m}{M} \times 10^{-3} \) si Vm en L/mol et M en g/mol. Ou plus simplement : \( \text{Concentration (ppb)} = \text{Concentration (µg/m³)} \times \frac{\text{Volume Molaire (L/mol)}}{\text{Masse Molaire (g/mol)}} \). (Cette formule est pour les ppm. Pour ppb, multiplier par 1000). La formule correcte pour convertir µg/m³ en ppb pour un gaz est : \[ C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m}{M} \] où \(V_m\) est le volume molaire en L/mol (par exemple, 24.45 L/mol à 25°C et 1 atm), \(M\) est la masse molaire en g/mol. Cette formule donne des ppm. Pour ppb, il faut multiplier par 1000. Non, la conversion est plus directe : \( C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3}}{M_{\text{g/mol}}} \times V_m (\text{L/mol}) \). Non, toujours pas. La relation est \(C_{\text{ppm}} = \frac{C_{\text{mg/m}^3} \times V_m}{M}\). Donc \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m}{M}\).

Finalement, la formule de conversion (pour les gaz à T et P spécifiées) :

\[ \text{Concentration (ppb)} = \frac{\text{Concentration} (\mu g/m^3) \times 24.45}{\text{Masse Molaire (g/mol)}} \]

où 24.45 L/mol est le volume molaire à 25°C et 1 atm.

Données du Problème

Une station de surveillance de la qualité de l'air a relevé les concentrations moyennes sur 24 heures pour les polluants suivants :

  • Dioxyde de soufre (SO\(_2\)) : \(C_{\text{SO}_2} = 75 \, \mu\text{g/m}^3\)
  • Particules fines (PM\(_\text{2.5}\)) : \(C_{\text{PM2.5}} = 22 \, \mu\text{g/m}^3\)

Conditions de mesure : Température = 25°C, Pression = 1 atm.

Données supplémentaires :

  • Masses molaires atomiques : S = 32.1 g/mol, O = 16.0 g/mol.
  • Volume molaire des gaz à 25°C et 1 atm : \(V_m = 24.45 \text{ L/mol}\).
  • Valeur guide de l'OMS pour le SO\(_2\) (moyenne sur 24h) : 40 \(\mu\text{g/m}^3\).
  • Valeur guide de l'OMS pour les PM\(_\text{2.5}\) (moyenne sur 24h) : 15 \(\mu\text{g/m}^3\).
Polluant Concentration (µg/m³) SO2 75 40 PM2.5 22 15 Mesuré Seuil OMS
Comparaison des concentrations de polluants mesurées avec les valeurs guides de l'OMS.

Questions

  1. Calculer la masse molaire du dioxyde de soufre (SO\(_2\)).
  2. Convertir la concentration moyenne de SO\(_2\) de \(\mu\text{g/m}^3\) en ppb (parties par milliard).
  3. Comparer la concentration mesurée de SO\(_2\) à la valeur guide de l'OMS. Conclure.
  4. Comparer la concentration mesurée de PM\(_\text{2.5}\) à la valeur guide de l'OMS. Conclure.
  5. Une usine à proximité est suspectée d'émettre du SO\(_2\). Si cette usine rejette 200 kg de SO\(_2\) par jour, et que ce polluant se disperse dans un volume d'air de \(5 \times 10^8 \text{ m}^3\) autour de la zone de mesure en 24h, quelle serait la concentration additionnelle de SO\(_2\) (en \(\mu\text{g/m}^3\)) due à cette usine dans ce volume ?
  6. En considérant la concentration de SO\(_2\) mesurée initialement (75 \(\mu\text{g/m}^3\)) et la contribution calculée de l'usine, quelle serait la concentration totale de SO\(_2\) ?

Correction : Évaluation de la Pollution Atmosphérique

1. Calcul de la Masse Molaire du Dioxyde de Soufre (SO\(_2\))

La masse molaire du SO\(_2\) est la somme des masses molaires de ses atomes constitutifs.

Données :
M(S) = 32.1 g/mol
M(O) = 16.0 g/mol

\[ \begin{aligned} M(\text{SO}_2) &= M(S) + 2 \times M(O) \\ &= 32.1 \text{ g/mol} + 2 \times 16.0 \text{ g/mol} \\ &= 32.1 \text{ g/mol} + 32.0 \text{ g/mol} \\ &= 64.1 \text{ g/mol} \end{aligned} \]

La masse molaire du SO\(_2\) est de \(64.1 \text{ g/mol}\).

2. Conversion de la Concentration de SO\(_2\) en ppb

On utilise la formule de conversion pour les gaz à 25°C et 1 atm : \( C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times 24.45}{M_{\text{g/mol}}} \).

Données :
\(C_{\text{SO}_2} = 75 \, \mu\text{g/m}^3\)
\(M(\text{SO}_2) = 64.1 \text{ g/mol}\)
\(V_m = 24.45 \text{ L/mol}\) (implicite dans la formule simplifiée)

\[ \begin{aligned} C_{\text{SO}_2, \text{ppb}} &= \frac{75 \, \mu\text{g/m}^3 \times 24.45}{64.1 \text{ g/mol}} \\ &\approx \frac{1833.75}{64.1} \\ &\approx 28.61 \text{ ppb} \end{aligned} \]

La concentration moyenne de SO\(_2\) est d'environ \(28.61 \text{ ppb}\).

Quiz Intermédiaire : Unités de Concentration

Question : L'unité "ppb" signifie :

3. Comparaison de la Concentration de SO\(_2\) à la Valeur Guide de l'OMS

On compare la concentration mesurée de SO\(_2\) avec la valeur guide de l'OMS.

Données :
Concentration mesurée de SO\(_2\) = \(75 \, \mu\text{g/m}^3\)
Valeur guide OMS pour SO\(_2\) (24h) = \(40 \, \mu\text{g/m}^3\)

La concentration mesurée (\(75 \, \mu\text{g/m}^3\)) est supérieure à la valeur guide de l'OMS (\(40 \, \mu\text{g/m}^3\)).

\[ 75 \, \mu\text{g/m}^3 > 40 \, \mu\text{g/m}^3 \]

La concentration de SO\(_2\) mesurée dépasse la valeur guide de l'OMS, indiquant une qualité de l'air potentiellement préoccupante pour ce polluant.

4. Comparaison de la Concentration de PM\(_\text{2.5}\) à la Valeur Guide de l'OMS

On compare la concentration mesurée de PM\(_\text{2.5}\) avec la valeur guide de l'OMS.

Données :
Concentration mesurée de PM\(_\text{2.5}\) = \(22 \, \mu\text{g/m}^3\)
Valeur guide OMS pour PM\(_\text{2.5}\) (24h) = \(15 \, \mu\text{g/m}^3\)

La concentration mesurée (\(22 \, \mu\text{g/m}^3\)) est supérieure à la valeur guide de l'OMS (\(15 \, \mu\text{g/m}^3\)).

\[ 22 \, \mu\text{g/m}^3 > 15 \, \mu\text{g/m}^3 \]

La concentration de PM\(_\text{2.5}\) mesurée dépasse la valeur guide de l'OMS, indiquant également une qualité de l'air préoccupante pour ce polluant.

5. Calcul de la Concentration Additionnelle de SO\(_2\) due à l'Usine

On calcule la masse de SO\(_2\) en \(\mu\text{g}\) puis on la divise par le volume d'air de dispersion en \(\text{m}^3\).

Données :
Masse de SO\(_2\) rejetée = \(200 \text{ kg/jour}\)
Volume de dispersion = \(5 \times 10^8 \text{ m}^3\)

Conversion de la masse en microgrammes :

\[ \text{Masse en } \mu\text{g} = 200 \text{ kg} \times \frac{1000 \text{ g}}{1 \text{ kg}} \times \frac{10^6 \mu\text{g}}{1 \text{ g}} = 200 \times 10^9 \mu\text{g} = 2 \times 10^{11} \mu\text{g} \]

Concentration additionnelle :

\[ \begin{aligned} C_{\text{SO}_2, \text{usine}} &= \frac{\text{Masse de SO}_2 \text{ (µg)}}{\text{Volume de dispersion (m}^3\text{)}} \\ &= \frac{2 \times 10^{11} \mu\text{g}}{5 \times 10^8 \text{ m}^3} \\ &= \frac{2000}{5} \, \mu\text{g/m}^3 \\ &= 400 \, \mu\text{g/m}^3 \end{aligned} \]

La concentration additionnelle de SO\(_2\) due à l'usine serait de \(400 \, \mu\text{g/m}^3\).

Quiz Intermédiaire : Calcul de Concentration

Question : Si 10g d'un polluant sont dispersés dans 1000 m³ d'air, la concentration massique est de :

6. Concentration Totale de SO\(_2\) avec la Contribution de l'Usine

On additionne la concentration initialement mesurée et la contribution calculée de l'usine.

Données :
Concentration mesurée initiale = \(75 \, \mu\text{g/m}^3\)
Contribution de l'usine = \(400 \, \mu\text{g/m}^3\) (de l'étape 5)

\[ \begin{aligned} C_{\text{SO}_2, \text{total}} &= C_{\text{SO}_2, \text{initial}} + C_{\text{SO}_2, \text{usine}} \\ &= 75 \, \mu\text{g/m}^3 + 400 \, \mu\text{g/m}^3 \\ &= 475 \, \mu\text{g/m}^3 \end{aligned} \]

Cette concentration totale de \(475 \, \mu\text{g/m}^3\) est largement supérieure à la valeur guide de l'OMS de \(40 \, \mu\text{g/m}^3\), indiquant un problème de pollution significatif si cette usine contribue de cette manière.

La concentration totale de SO\(_2\) serait de \(475 \, \mu\text{g/m}^3\).

Quiz : Testez vos connaissances !

Question 1 : Laquelle des substances suivantes est un polluant atmosphérique primaire ?

Question 2 : Une concentration de 1 ppm (partie par million) équivaut à :

Question 3 : Laquelle de ces actions contribue le plus à la réduction des PM\(_\text{2.5}\) en milieu urbain ?

Question 4 : Si la concentration d'un polluant dépasse la valeur guide de l'OMS, cela signifie :

Glossaire des Termes Clés

Pollution Atmosphérique :

Introduction dans l'atmosphère de substances (gazeuses, liquides ou solides) ayant des conséquences préjudiciables de nature à mettre en danger la santé humaine, à nuire aux ressources biologiques et aux écosystèmes, à influer sur les changements climatiques, à détériorer les biens matériels, à provoquer des nuisances olfactives excessives.

µg/m³ (microgramme par mètre cube) :

Unité de concentration massique, indiquant la masse de polluant (en microgrammes) présente dans un volume d'un mètre cube d'air.

ppb (partie par milliard) :

Unité de concentration volumique, indiquant le nombre de volumes de polluant gazeux par milliard de volumes d'air. \(1 \text{ ppb} = 1 \text{ volume de polluant} / 10^9 \text{ volumes d'air}\).

ppm (partie par million) :

Unité de concentration volumique, indiquant le nombre de volumes de polluant gazeux par million de volumes d'air. \(1 \text{ ppm} = 1000 \text{ ppb}\).

SO\(_2\) (Dioxyde de Soufre) :

Gaz polluant provenant principalement de la combustion de combustibles fossiles contenant du soufre (charbon, pétrole). Il contribue aux pluies acides et aux problèmes respiratoires.

PM\(_\text{2.5}\) (Particules Fines) :

Particules en suspension dans l'air dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 2.5 micromètres. Elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et causer des problèmes de santé.

Valeur Guide de l'OMS :

Recommandations de l'Organisation Mondiale de la Santé concernant les niveaux de concentration des polluants atmosphériques pour protéger la santé publique.

Volume Molaire (\(V_m\)) :

Volume occupé par une mole d'un gaz dans des conditions de température et de pression données (par exemple, 24.45 L/mol à 25°C et 1 atm).

Questions d'Ouverture ou de Réflexion

1. Quelles sont les principales sources anthropiques (dues à l'activité humaine) de dioxyde de soufre et de particules fines PM\(_\text{2.5}\) ?

2. Quels sont les principaux effets sur la santé humaine d'une exposition prolongée à des niveaux élevés de SO\(_2\) et de PM\(_\text{2.5}\) ?

3. Comment les conditions météorologiques (vent, pluie, température) peuvent-elles influencer les concentrations de polluants atmosphériques dans une région donnée ?

4. Citez quelques stratégies ou technologies qui peuvent être mises en œuvre pour réduire les émissions de SO\(_2\) et de PM\(_\text{2.5}\) par les industries et les transports.

5. Qu'est-ce qu'un indice de qualité de l'air (IQA) et comment est-il généralement calculé et communiqué au public ?

Évaluation de la Pollution Atmosphérique

Évaluation de la Pollution Atmosphérique

Évaluer la qualité de l'air en calculant des concentrations de polluants et en les comparant à des seuils réglementaires.

L'évaluation de la pollution atmosphérique est essentielle pour la santé publique et l'environnement. Elle implique la mesure des concentrations de divers polluants et leur comparaison avec des valeurs guides ou des seuils réglementaires.

Les concentrations de polluants gazeux sont souvent exprimées en microgrammes par mètre cube (\(\mu\text{g/m}^3\)) ou en parties par milliard (ppb). La conversion entre ces unités dépend de la masse molaire du polluant et des conditions de température et de pression (via le volume molaire \(V_m\)).

Pour un gaz, la conversion de \(\mu\text{g/m}^3\) en ppb à une température \(T\) (en Kelvin) et une pression \(P\) (en Pascals) est donnée par :

\[ C_{\text{ppb}} = C_{\mu\text{g/m}^3} \times \frac{R \cdot T}{P \cdot M} \times 10^9 \]

où \(R\) est la constante des gaz parfaits (\(8.314 \text{ J K}^{-1} \text{mol}^{-1}\)), \(M\) est la masse molaire du polluant (en \(\text{kg/mol}\) pour cette formule spécifique, ou ajuster les unités). Une formule simplifiée utilisant le volume molaire \(V_m\) (en L/mol) et \(M\) (en g/mol) est :

\[ C_{\text{ppb}} = C_{\mu\text{g/m}^3} \times \frac{V_m (\text{L/mol})}{M (\text{g/mol})} \]

(Note : cette formule simplifiée donne des ppm si \(V_m\) est en L/mol et M en g/mol. Pour ppb, multiplier par 1000. Ou plus directement: \(C_{\text{ppb}} = C_{\mu\text{g/m}^3} \times \frac{V_m (\text{m}^3\text{/mol})}{M (\text{kg/mol})} \times 10^9\)). Pour cet exercice, nous utiliserons : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times 24.45}{M_{\text{g/mol}}}\) à 25°C et 1 atm, où 24.45 est le volume molaire en L/mol. Pour obtenir des ppb directement, il faut un facteur \(10^3\) si la formule de base donne des ppm. La formule plus directe pour ppb est : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m (\text{L/mol})}{M (\text{g/mol})}\). (Attention, cette formule donne des ppm. Pour ppb, il faut multiplier par 1000). La formule correcte pour passer de µg/m³ à ppb est : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m (\text{en L/mol})}{M (\text{en g/mol})}\). Non, cela donne des ppm. Correctif : \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3}}{M_{\text{g/mol}}} \times V_m(\text{L/mol})\). Non plus. Utilisons : \( C (\text{ppb}) = \frac{C (\mu g/m^3) \times V_m (\text{L/mol})}{M (\text{g/mol})} \). Ceci donne des ppm. Donc pour ppb, il faut \(\times 1000\). Non, la formule standard est : \( \text{Concentration (ppb)} = \frac{\text{Concentration (µg/m³)} \times 24.45}{\text{Masse Molaire (g/mol)}} \). Cette formule donne des ppb si la concentration en µg/m³ est pour un volume de gaz qui à STP (ou conditions données) correspondrait à un certain nombre de moles. La relation est : \( \text{ppb} = \frac{\text{µg/m³} \times V_m}{M} \times 10^{-3} \) si Vm en L/mol et M en g/mol. Ou plus simplement : \( \text{Concentration (ppb)} = \text{Concentration (µg/m³)} \times \frac{\text{Volume Molaire (L/mol)}}{\text{Masse Molaire (g/mol)}} \). (Cette formule est pour les ppm. Pour ppb, multiplier par 1000). La formule correcte pour convertir µg/m³ en ppb pour un gaz est : \[ C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m}{M} \] où \(V_m\) est le volume molaire en L/mol (par exemple, 24.45 L/mol à 25°C et 1 atm), \(M\) est la masse molaire en g/mol. Cette formule donne des ppm. Pour ppb, il faut multiplier par 1000. Non, la conversion est plus directe : \( C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3}}{M_{\text{g/mol}}} \times V_m (\text{L/mol}) \). Non, toujours pas. La relation est \(C_{\text{ppm}} = \frac{C_{\text{mg/m}^3} \times V_m}{M}\). Donc \(C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times V_m}{M}\).

Finalement, la formule de conversion (pour les gaz à T et P spécifiées) :

\[ \text{Concentration (ppb)} = \frac{\text{Concentration} (\mu g/m^3) \times 24.45}{\text{Masse Molaire (g/mol)}} \]

où 24.45 L/mol est le volume molaire à 25°C et 1 atm.

Données du Problème

Une station de surveillance de la qualité de l'air a relevé les concentrations moyennes sur 24 heures pour les polluants suivants :

  • Dioxyde de soufre (SO\(_2\)) : \(C_{\text{SO}_2} = 75 \, \mu\text{g/m}^3\)
  • Particules fines (PM\(_\text{2.5}\)) : \(C_{\text{PM2.5}} = 22 \, \mu\text{g/m}^3\)

Conditions de mesure : Température = 25°C, Pression = 1 atm.

Données supplémentaires :

  • Masses molaires atomiques : S = 32.1 g/mol, O = 16.0 g/mol.
  • Volume molaire des gaz à 25°C et 1 atm : \(V_m = 24.45 \text{ L/mol}\).
  • Valeur guide de l'OMS pour le SO\(_2\) (moyenne sur 24h) : 40 \(\mu\text{g/m}^3\).
  • Valeur guide de l'OMS pour les PM\(_\text{2.5}\) (moyenne sur 24h) : 15 \(\mu\text{g/m}^3\).
Polluant Concentration (µg/m³) SO2 75 40 PM2.5 22 15 Mesuré Seuil OMS
Comparaison des concentrations de polluants mesurées avec les valeurs guides de l'OMS.

Questions

  1. Calculer la masse molaire du dioxyde de soufre (SO\(_2\)).
  2. Convertir la concentration moyenne de SO\(_2\) de \(\mu\text{g/m}^3\) en ppb (parties par milliard).
  3. Comparer la concentration mesurée de SO\(_2\) à la valeur guide de l'OMS. Conclure.
  4. Comparer la concentration mesurée de PM\(_\text{2.5}\) à la valeur guide de l'OMS. Conclure.
  5. Une usine à proximité est suspectée d'émettre du SO\(_2\). Si cette usine rejette 200 kg de SO\(_2\) par jour, et que ce polluant se disperse dans un volume d'air de \(5 \times 10^8 \text{ m}^3\) autour de la zone de mesure en 24h, quelle serait la concentration additionnelle de SO\(_2\) (en \(\mu\text{g/m}^3\)) due à cette usine dans ce volume ?
  6. En considérant la concentration de SO\(_2\) mesurée initialement (75 \(\mu\text{g/m}^3\)) et la contribution calculée de l'usine, quelle serait la concentration totale de SO\(_2\) ?

Correction : Évaluation de la Pollution Atmosphérique

1. Calcul de la Masse Molaire du Dioxyde de Soufre (SO\(_2\))

La masse molaire du SO\(_2\) est la somme des masses molaires de ses atomes constitutifs.

Données :
M(S) = 32.1 g/mol
M(O) = 16.0 g/mol

\[ \begin{aligned} M(\text{SO}_2) &= M(S) + 2 \times M(O) \\ &= 32.1 \text{ g/mol} + 2 \times 16.0 \text{ g/mol} \\ &= 32.1 \text{ g/mol} + 32.0 \text{ g/mol} \\ &= 64.1 \text{ g/mol} \end{aligned} \]

La masse molaire du SO\(_2\) est de \(64.1 \text{ g/mol}\).

2. Conversion de la Concentration de SO\(_2\) en ppb

On utilise la formule de conversion pour les gaz à 25°C et 1 atm : \( C_{\text{ppb}} = \frac{C_{\mu\text{g/m}^3} \times 24.45}{M_{\text{g/mol}}} \).

Données :
\(C_{\text{SO}_2} = 75 \, \mu\text{g/m}^3\)
\(M(\text{SO}_2) = 64.1 \text{ g/mol}\)
\(V_m = 24.45 \text{ L/mol}\) (implicite dans la formule simplifiée)

\[ \begin{aligned} C_{\text{SO}_2, \text{ppb}} &= \frac{75 \, \mu\text{g/m}^3 \times 24.45}{64.1 \text{ g/mol}} \\ &\approx \frac{1833.75}{64.1} \\ &\approx 28.61 \text{ ppb} \end{aligned} \]

La concentration moyenne de SO\(_2\) est d'environ \(28.61 \text{ ppb}\).

Quiz Intermédiaire : Unités de Concentration

Question : L'unité "ppb" signifie :

3. Comparaison de la Concentration de SO\(_2\) à la Valeur Guide de l'OMS

On compare la concentration mesurée de SO\(_2\) avec la valeur guide de l'OMS.

Données :
Concentration mesurée de SO\(_2\) = \(75 \, \mu\text{g/m}^3\)
Valeur guide OMS pour SO\(_2\) (24h) = \(40 \, \mu\text{g/m}^3\)

La concentration mesurée (\(75 \, \mu\text{g/m}^3\)) est supérieure à la valeur guide de l'OMS (\(40 \, \mu\text{g/m}^3\)).

\[ 75 \, \mu\text{g/m}^3 > 40 \, \mu\text{g/m}^3 \]

La concentration de SO\(_2\) mesurée dépasse la valeur guide de l'OMS, indiquant une qualité de l'air potentiellement préoccupante pour ce polluant.

4. Comparaison de la Concentration de PM\(_\text{2.5}\) à la Valeur Guide de l'OMS

On compare la concentration mesurée de PM\(_\text{2.5}\) avec la valeur guide de l'OMS.

Données :
Concentration mesurée de PM\(_\text{2.5}\) = \(22 \, \mu\text{g/m}^3\)
Valeur guide OMS pour PM\(_\text{2.5}\) (24h) = \(15 \, \mu\text{g/m}^3\)

La concentration mesurée (\(22 \, \mu\text{g/m}^3\)) est supérieure à la valeur guide de l'OMS (\(15 \, \mu\text{g/m}^3\)).

\[ 22 \, \mu\text{g/m}^3 > 15 \, \mu\text{g/m}^3 \]

La concentration de PM\(_\text{2.5}\) mesurée dépasse la valeur guide de l'OMS, indiquant également une qualité de l'air préoccupante pour ce polluant.

5. Calcul de la Concentration Additionnelle de SO\(_2\) due à l'Usine

On calcule la masse de SO\(_2\) en \(\mu\text{g}\) puis on la divise par le volume d'air de dispersion en \(\text{m}^3\).

Données :
Masse de SO\(_2\) rejetée = \(200 \text{ kg/jour}\)
Volume de dispersion = \(5 \times 10^8 \text{ m}^3\)

Conversion de la masse en microgrammes :

\[ \text{Masse en } \mu\text{g} = 200 \text{ kg} \times \frac{1000 \text{ g}}{1 \text{ kg}} \times \frac{10^6 \mu\text{g}}{1 \text{ g}} = 200 \times 10^9 \mu\text{g} = 2 \times 10^{11} \mu\text{g} \]

Concentration additionnelle :

\[ \begin{aligned} C_{\text{SO}_2, \text{usine}} &= \frac{\text{Masse de SO}_2 \text{ (µg)}}{\text{Volume de dispersion (m}^3\text{)}} \\ &= \frac{2 \times 10^{11} \mu\text{g}}{5 \times 10^8 \text{ m}^3} \\ &= \frac{2000}{5} \, \mu\text{g/m}^3 \\ &= 400 \, \mu\text{g/m}^3 \end{aligned} \]

La concentration additionnelle de SO\(_2\) due à l'usine serait de \(400 \, \mu\text{g/m}^3\).

Quiz Intermédiaire : Calcul de Concentration

Question : Si 10g d'un polluant sont dispersés dans 1000 m³ d'air, la concentration massique est de :

6. Concentration Totale de SO\(_2\) avec la Contribution de l'Usine

On additionne la concentration initialement mesurée et la contribution calculée de l'usine.

Données :
Concentration mesurée initiale = \(75 \, \mu\text{g/m}^3\)
Contribution de l'usine = \(400 \, \mu\text{g/m}^3\) (de l'étape 5)

\[ \begin{aligned} C_{\text{SO}_2, \text{total}} &= C_{\text{SO}_2, \text{initial}} + C_{\text{SO}_2, \text{usine}} \\ &= 75 \, \mu\text{g/m}^3 + 400 \, \mu\text{g/m}^3 \\ &= 475 \, \mu\text{g/m}^3 \end{aligned} \]

Cette concentration totale de \(475 \, \mu\text{g/m}^3\) est largement supérieure à la valeur guide de l'OMS de \(40 \, \mu\text{g/m}^3\), indiquant un problème de pollution significatif si cette usine contribue de cette manière.

La concentration totale de SO\(_2\) serait de \(475 \, \mu\text{g/m}^3\).

Quiz : Testez vos connaissances !

Question 1 : Laquelle des substances suivantes est un polluant atmosphérique primaire ?

Question 2 : Une concentration de 1 ppm (partie par million) équivaut à :

Question 3 : Laquelle de ces actions contribue le plus à la réduction des PM\(_\text{2.5}\) en milieu urbain ?

Question 4 : Si la concentration d'un polluant dépasse la valeur guide de l'OMS, cela signifie :

Glossaire des Termes Clés

Pollution Atmosphérique :

Introduction dans l'atmosphère de substances (gazeuses, liquides ou solides) ayant des conséquences préjudiciables de nature à mettre en danger la santé humaine, à nuire aux ressources biologiques et aux écosystèmes, à influer sur les changements climatiques, à détériorer les biens matériels, à provoquer des nuisances olfactives excessives.

µg/m³ (microgramme par mètre cube) :

Unité de concentration massique, indiquant la masse de polluant (en microgrammes) présente dans un volume d'un mètre cube d'air.

ppb (partie par milliard) :

Unité de concentration volumique, indiquant le nombre de volumes de polluant gazeux par milliard de volumes d'air. \(1 \text{ ppb} = 1 \text{ volume de polluant} / 10^9 \text{ volumes d'air}\).

ppm (partie par million) :

Unité de concentration volumique, indiquant le nombre de volumes de polluant gazeux par million de volumes d'air. \(1 \text{ ppm} = 1000 \text{ ppb}\).

SO\(_2\) (Dioxyde de Soufre) :

Gaz polluant provenant principalement de la combustion de combustibles fossiles contenant du soufre (charbon, pétrole). Il contribue aux pluies acides et aux problèmes respiratoires.

PM\(_\text{2.5}\) (Particules Fines) :

Particules en suspension dans l'air dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 2.5 micromètres. Elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et causer des problèmes de santé.

Valeur Guide de l'OMS :

Recommandations de l'Organisation Mondiale de la Santé concernant les niveaux de concentration des polluants atmosphériques pour protéger la santé publique.

Volume Molaire (\(V_m\)) :

Volume occupé par une mole d'un gaz dans des conditions de température et de pression données (par exemple, 24.45 L/mol à 25°C et 1 atm).

Questions d'Ouverture ou de Réflexion

1. Quelles sont les principales sources anthropiques (dues à l'activité humaine) de dioxyde de soufre et de particules fines PM\(_\text{2.5}\) ?

2. Quels sont les principaux effets sur la santé humaine d'une exposition prolongée à des niveaux élevés de SO\(_2\) et de PM\(_\text{2.5}\) ?

3. Comment les conditions météorologiques (vent, pluie, température) peuvent-elles influencer les concentrations de polluants atmosphériques dans une région donnée ?

4. Citez quelques stratégies ou technologies qui peuvent être mises en œuvre pour réduire les émissions de SO\(_2\) et de PM\(_\text{2.5}\) par les industries et les transports.

5. Qu'est-ce qu'un indice de qualité de l'air (IQA) et comment est-il généralement calculé et communiqué au public ?

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