Le monoxyde de carbone: formation, mesure, toxicité, pollution urbaine, principales causes d'intoxication oxycarbonée

Geronimi Jean-Luc

Description

Ce livre propose une synthèse sur les effets toxiques du monoxyde de carbone qui est un polluant atmosphérique. Il fournit des indications scientifiques précises et exhaustives sur ce toxique ainsi que sur les différentes sources de monoxyde de carbone dans nos environnements. Il dégage aussi des principes généraux pour permettre de prévenir le risque oxycarboné.

Le monoxyde de carbone : propriétés, formation lors des processus de combustion. La mesure du CO. La toxicologie du CO. La pollution atmosphérique oxycarbonée urbaine. La pollution intérieure des locaux par le CO : principales causes d'intoxication oxycarbonée.

Sujets

• Environnement
• Médecine
• Pollution
• Médecine légale
• EAU
• Santé publique
• Toxicologie
• Médecine du sport
• Énergie
• Sciences de la vie
• Raux

Informations

• Publié par: Tec & Doc - Editions Lavoisier
• Date de parution: 01 avril 2000
• Nombre de lectures: 155
• EAN13: 9782743005207
• Langue: Français

Extrait

Chapitre 1

LE MONOXYDE DE CARBONE : PROPRIÉTÉS – FORMATION LORS DES PROCESSUS DE COMBUSTION

Le monoxyde de carbone est l’un des polluants atmosphériques les plus répandus. Il est le résultat de phénomènes naturels et de la combustion incomplète de composés organiques carbonés imputable aux activités de l’homme ou liée à certaines de ses habi- tudes dont la plus importante est l’usage du tabac.

Les sources naturelles de monoxyde de carbone sont d’origine biologique et non biologique. Les quantités exactes de CO, qu’elles génèrent, sont actuellement mal connues, les avis des spécialistes étant très contrastés à ce sujet. La seule chose que l’on peut dire est que ces sources naturelles sont réparties uniformément à la surface du globe et en © Tec & Doc – La photocopie non autorisée est un délit

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constituent une « pollution de fond » de l’ordre de (*) 0,1 à 0,2 ppm . Leur influence sur la concentration en monoxyde de carbone des villes est donc négli- geable.

Le monoxyde de carbone d’origine biologique est dû à des sources exogènes et endogènes. On a mis en évidence la production de monoxyde de car- bone exogène lors de certains métabolismes végé- taux et animaux et celle de monoxyde de carbone endogène, chez l’homme ou l’animal, comme sous- produit du catabolisme des hèmes. Parmi ces sources, il faut citer la production de CO par des méduses hydrozoaires marines (siphonophores), la formation de CO lors de la germination et la croissance de lit é jeunes pousses et sous l’action de micro-organismes sur les flavones des végétaux. La présence de CO e est un d é dans certaines algues brunes (varech) est aussi à signaler.

Quant au monoxyde de carbone d’origine non biologique, parmi les sources responsables des (*). 1 ppm = 1 partie par million en volume. La photocopie non autoris – Pour CO : à 20 °C et 1 013 hPa 3 1 ppm= 1,16 mg/m 3 1 mg/m = 0,86 ppm © Tec & Doc

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émissions, on peut retenir : certains phénomènes naturels tels que les orages, les éruptions volcaniques, les feux de forêts, certaines réactions de dégrada- tions photochimiques, la photodissociation du dioxyde de carbone à très haute altitude, une lente oxydation du charbon dans l’atmosphère des mines.

Les sources technologiques de monoxyde de car- bone sont dues aux activités de l’homme et à ce titre généralement concentrées dans les zones urbaines et industrielles où le monoxyde de carbone résulte de combustions imparfaites de produits carbonés dans les systèmes de chauffage, les véhicules à moteurs et les processus industriels.

lit é Toutes sources anthropiques confondues, la pro- duction mondiale annuelle de monoxyde de carbone e est un d serait comprise entre 350 et 600 millions de tonnes. é Pour la France, l’estimation des émissions globales de monoxyde de carbone pour l’année 1998 était d’environ 8 millions de tonnes, dont 3,7 millions imputables aux transports routiers. La photocopie non autoris – La stabilité du niveau ambiant en CO (pollution de fond) prouve qu’il existe des mécanismes d’élimination naturelle (oxydation atmosphérique, © Tec & Doc

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absorption par le sol, la végétation, les eaux douces intérieures).

Le monoxyde de carbone est un précurseur de la pollution photo-oxydante et de l’ozone.

1.

Propriétés du monoxyde de carbone

1.1. Propriétés physiques À la température ambiante, le monoxyde de car- bone (CO) est un gaz incolore, inodore, sans goût. Sous la pression atmosphérique normale, il bout à – 191 °C et se liquéfie à – 207 °C. Il est très peu soluble dans l’eau : un litre d’eau lit 3 3 é en dissout 35 cm à 0 °C et 1 013 hPa, (21 cm à 25 °C et 1 013 hPa). e est un d é Sa masse volumique est de 1,25 g/litre à 0 °C et 1 013 hPa, (1,15 g/litre à 25 °C et 1 013 hPa). Son poids moléculaire est de 28,01 g. Sa densité par rapport à l’air est 0,97, ce qui explique sa rapide – diffusion à partir du moment où il est émis. La photocopie non autoris

Le monoxyde de carbone est un gaz inflammable. Les proportions limites des mélanges combustibles © Tec & Doc

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Le monoxyde de carbone : propriétés

qu’il forme avec l’air ou plus précisément les limites inférieure et supérieure d’inflammabilité ou d’explo- sivité sont 12,5 et 74,2 (% en volume).

Le CO possède un spectre d’absorption dans l’infrarouge. On note trois bandes d’absorption prin- cipales se situant vers 2,2 – 4,5 et 4,6 µm.

La molécule CO est isoélectronique avec celle d’azote : dans les deux cas la liaison est assurée par trois doublets (une liaison
et deux liaisons  ).

1.2. Propriétés chimiques 1.2.1. Stabilité thermique Le monoxyde de carbone est stable au-dessus de lit 1 000 °C. Au-dessous de cette température, il peut é se décomposer selon l’équilibre réversible de e est un d é Boudouard :

2 CO+ 163 kJC + CO 2 Ce système comporte deux constituants indépen- dants et deux phases, il est donc divariant. La figure 1 représente, à la pression atmosphérique, la La photocopie non autoris – proportion de CO dans la phase gazeuse en fonction de la température. En accord avec les lois sur les équilibres, la proportion de CO diminue lorsque la © Tec & Doc

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température s’abaisse. À des températures inférieures à 400 °C, le CO est totalement dissocié. En fait, cette décomposition à basse température n’a lieu qu’en présence de catalyseurs (Fe, Ni…) et il s’ensuit que le CO peut exister à température ambiante à l’état métastable (faux équilibre).

CO % 100

80

60

40

20

lit é 0 400 600 800 1 000 Température en°C e est un d é Figure 1 – La courbe de dissociation thermique du CO.

1.2.2. Oxydation 1.2.2.1. Oxydation par l’oxygène de l’air La photocopie non autoris – La combustion du monoxyde de carbone dans l’air ou dans l’oxygène se fait avec une flamme bleue et en libérant une grande quantité de chaleur : © Tec & Doc

lit é

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Le monoxyde de carbone : propriétés

2 CO + O  281 kJCO + 2 2 Il en résulte que le monoxyde de carbone est un combustible et un réducteur. À température ordi- naire, la vitesse de cette réaction est négligeable. Ce n’est qu’aux environs de 1 000 °C et à des tempéra- tures supérieures que le monoxyde de carbone brûle dans l’air ou dans l’oxygène. Cette réaction peut être réalisée en faisant passer le monoxyde de carbone à l’intérieur d’un tube de quartz porté au rouge vif.

1.2.2.2. Oxydation au moyen d’un réactif oxydant L’oxydation du monoxyde de carbone est cataly- sée par de nombreux oxydes seuls ou en mélange. Elle peut aussi se faire au contact de sels à caractère oxydant.

Parmi les oxydes, on peut citer MnO, Co O , e est un d 2 3 é NiO, Cu O, CuO, ZnO, Fe O , Cr O , V O , ThO , 2 2 3 2 3 2 5 2 HgO, Ag O, I O . 2 2 5

Parmi les sels à caractère oxydant, retenons, le permanganate d’argent, les sels palladeux, les com- plexes du palladium et les sels d’or ou d’argent. La photocopie non autoris –

D’ailleurs, les principales réactions utilisables pour le dosage ou la détection du monoxyde de car- © Tec & Doc

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bone se ramènent à la réaction générale d’oxydo- réduction suivante :

CO + Ox  CO + Red + QkJ 2 où Ox et Red représentent le corps oxydant sous ses formes oxydante et réduite. Examinons quelques-unes de ces réactions : – CO + CuO  CO + Cu 2 l’oxyde de cuivre est utilisé à 285 °C, tempé- rature à laquelle l’hydrogène de l’air est oxydé, mais le méthane non. – CO + HgO  CO + Hg 2 l’oxyde de mercure peut exister sous deux formes jaune et rouge ; la réaction est plus lit é sensible avec la variété jaune (qui catalyse à température ordinaire) qu’avec la rouge, mais e est un d c’est avec cette dernière qu’elle est la plus é reproductible. – Les oxydes d’argent, de cobalt, de cuivre et de manganèse peuvent être utilisés en mélanges qu’on désigne sous le nom d’hopcalites. La photocopie non autoris – Ces mélanges ont été mis au point lors de la guerre de 1914-1918 et utilisés dans les masques à gaz pour servir de protection contre le monoxyde de © Tec & Doc

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Le monoxyde de carbone : propriétés

carbone, celui-ci n’étant pas absorbé par le charbon actif présent dans les masques à gaz classiques.

La composition généralement adoptée est la suivante : MnO (50 %), CuO (30 %), Co O 2 2 3 (15 %), Ag O (5 %). L’activité de l’hopcalite dimi- 2 nue toutefois en présence d’humidité, de sorte qu’il est nécessaire de dessécher l’échantillon renfermant le monoxyde de carbone avant son passage sur le catalyseur.

– lit é – e est un d é

5 CO + I O  5 CO + I 2 5 2 2 cette réaction peut s’effectuer soit à chaud, à 150 °C, en phase gazeuse, soit à la tempéra- ture ambiante, mais en présence d’oléum. 2 CO + PdCl  [PdCl (CO) ] 2 2 2 le chlorure de palladium oxyde le monoxyde de carbone à la température ambiante et le corps obtenu est décomposable par l’eau en palladium, anhydride carbonique et acide chlorhydrique. Certains complexes du palla- dium, notamment le sulfite palladopotassique La photocopie non autoris et le complexe avec l’acide silico-molybdique peuvent aussi être utilisés pour cette réaction d’oxydation.

– © Tec & Doc

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1.2.3. Réduction Citons principalement l’action de l’hydrogène qui donne des composés différents selon le cataly- seur employé. Ainsi, en présence de nickel réduit et à 250 °C, le monoxyde de carbone peut être trans- formé en méthane : CO + 3H  CH + H O 2 4 2 Nous verrons plus loin que cette réaction permet d’appliquer la chromatographie en phase gazeuse au dosage du monoxyde de carbone. 1.2.4. Réactions dans l’atmosphère Parmi les réactions possibles, notons : • CO + 3H  H OCH + 2 4 2 é dans la naturecette réaction peut s’accomplir lit en présence de certaines bactéries. e est un d • CO + O  CO + O é 23 2 compte tenu des faibles concentrations d’ozone, cette réaction n’intervient pratique- ment pas dans la conversion du CO en CO . 2 • • • CO + OH  CO H 2 c’est une réaction particulièrement rapide, La photocopie non autoris – intervenant dans la transformation du NO en NO au cours de l’apparition du brouillard 2 photochimique oxydant selon le processus : © Tec & Doc