LA LETTRE NUCLEAIRE

Lettre nucléaire n° 19

Pourquoi la combustion des hydrocarbures est-elle polluante ?

Outre l’effet de serre (traité dans la lettre nucléaire n° 15), la combustion des hydrocarbures (encore appelés combustibles fossiles) dégage des gaz qui provoquent une pollution atmosphérique nuisible aux populations exposées.

Ces gaz sont principalement constitués d’oxygène (ozone), d’azote (dioxyde d’azote), de soufre (dioxyde de soufre) et de carbone (matières imbrûlées et cendres).

1- Mécanisme de production de gaz polluants

Les hydrocarbures sont des substances dont les molécules sont composées d’hydrogène et de carbone.

On les trouve sous forme gazeuse, liquide (pétroles) ou solide (charbons).

L’hydrocarbure le plus riche en hydrogène est un gaz (le méthane, encore appelé gaz de ville), le plus pauvre en hydrogène est un solide (le charbon).

Le pétrole subit avant consommation une opération de raffinage consisant à séparer par distillation ses différents dérivés :

• Essence légère et gaz (propane, butane)
• Essence lourde (carburants automobiles)
• Distillat léger (Kérosène)
• Distillat moyen (Gaz-oil, fuel-oil domestique)
• Résidu (fuel-oil lourd)

En ce qui concerne les charbons, leur teneur en carbone (traduisant leur qualité énergétique) croît avec l’ancienneté du gisement :

• Tourbe (60 %)
• Lignite (75 %)
• Houille (90 %)
• Anthracite (94 %)

Quand on brûle un hydrocarbure en présence d’air comme source d’oxygène, on obtient idéalement de l’eau et du dioxyde de carbone, gaz non polluant (bien que contributeur principal de l’effet de serre).

On obtient donc la réaction chimique suivante :

HYDROCARBURE + OXYGENE -> DIOXYDE DE CARBONE + EAU

Malheureusement, la combustion réelle est plus compliquée que la théorie et produit de nombreux polluants atmosphériques :

• Le carbone possède une chimie complexe. En pratique, la combustion d’un hydrocarbure n’est jamais parfaite et l’on obtient, en plus de l’eau et du dioxyde de carbone, des substances intermédiaires sous forme de fumées (aldéhydes, oléfines, monoxyde de carbone, suies …). Autrement dit, les fumées, toujours présentes dans la combustion des hydrocarbures, témoignent d’une combustion incomplète car elles sont principalement constituées de matières imbrûlées et de cendres.
  
  
• A haute température, une fraction de l’azote atmosphérique se combine avec l’oxygène pour former de l’oxyde d’azote qui est un gaz polluant.
  
  
• Outre leurs polluants «naturels », les hydrocarbures polluent par les substances indésirables qu’ils contiennent et qui, par réaction avec l’oxygène de l’air, produisent des gaz toxiques. L’exemple classique est le soufre, naturellement présent dans pratiquement tout gisement de charbon, pétrole ou gaz naturel et qui, dans une flamme, se transforme en dioxyde de soufre, gaz acide particulièrement agressif.

La production de ces différents polluants par les flammes dépend de la teneur en impuretés du combustible, qui est variable selon le type de combustible fossile utilisé.

Il est possible d’effectuer une épuration afin de débarrasser l’hydrocarbure de ses composants toxiques indésirables.

Cependant, l’épuration est une opération particulièrement coûteuse, notamment pour le charbon et le pétrole.

Il est donc nécessaire avant toute décision, de mesurer le rapport Coût / Bénéfice afin d’évaluer l’intérêt économique d’engager une opération d’épuration du combustible fossile pressenti eu égard au bénéfice qu’on peut en espérer sur le plan de la qualité de l’air.

A titre d’illustration, évoquons le cas de la pollution atmosphérique des zones urbanisées provoquée par le trafic automobile.

Les gaz incriminés sont principalement le dioxyde d’azote (NO2) et l’ozone (03) formé dans le cycle photolytique du dioxyde d’azote :

On déduit des réactions ci-dessus que la formation d’ozone est favorisée par un rayonnement ultraviolet intense (bon ensoleillement) et un taux élevé de dioxyde d’azote (trafic automobile dense). C’est pour cette raison qu’on atteint régulièrement les seuils de pollution en ozone (O3) ou en dioxyde d’azote (NO2) dans la région parisienne en été, lorsque le trafic est dense et l’ensoleillement important.

En revanche, les taux élevés de monoxyde d’azote (NO) diminuent la concentration d’ozone, conformément à la réaction suivante :

2- Effets toxiques constatés

Les effets toxiques constatés (études expérimentales et épidémiologiques) sont, selon certains experts, principalement une hyper-réactivité bronchique et une initiation de phénomènes inflammatoires. Plus précisément, les gaz polluants ont une action irritante sur la muqueuse des voies aériennes et obéissent à une relation dose-effet.

On a pu par exemple observer une prévalence plus élevée des crises d’asthme dans des régions de forte pollution et une augmentation de l’incidence des crises au cours de pics de pollution, surtout chez l’enfant. Par ailleurs, l’exposition continue aux polluants aériens augmente la prévalence des bronchites chroniques.

Aux fortes doses, on peut craindre une augmentation de la sensibilité aux infections respiratoires par altération du système de défense des voies aériennes mais aux doses plus classiques, les données actuelles ne permettent pas d’établir clairement le rôle des polluants atmosphériques comme facteur de risque pour les infections respiratoires.

3- Prise en compte du parc des centrales électriques françaises

Nous savons que l’électricité française est à 80 % d’origine nucléaire et que, par ailleurs, une centrale nucléaire ne dégage aucun gaz polluant (tout comme elle ne dégage aucun gaz à effet de serre).

Si le parc électronucléaire français avait été remplacé par des centrales à combustible fossile (gaz, pétrole ou charbon), la pollution aurait été sensiblement plus alarmante puisqu’une telle substitution aurait provoqué annuellement un rejet supplémentaire à l’atmosphère de 2 millions de tonnes de soufre, 1 million de tonnes de dioxyde d’azote ainsi que … 78 000 tonnes de poussières !

BWM Conseil
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Pour en savoir plus, lire l'ouvrage " l'Atome Ecologique " de Bernard Wiesenfeld. 1998, Editions EDP Sciences ( customers@edpsciences.com ).

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