NOx

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NO_x, de N symbole de l'azote, O celui de l'oxygène et x représentant une stœchiométrie inconnue est une abréviation utilisée dans le domaine de la chimie, de la pollution et de la qualité de l'air, qui regroupe les oxydes d'azote, principalement le NO et le NO₂, deux gaz odorants et toxiques à faible dose ; l'irritation des muqueuses commence dès que leur teneur (en volume) dépasse 0,0013 %.

Les NO_x sont :

• le monoxyde d'azote (NO),
• le dioxyde d'azote (NO₂).

On y ajoute ;

• le protoxyde d'azote (N₂O), puissant gaz à effet de serre ; le quatrième plus important après la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄). Son pouvoir réchauffant est de 296 fois celui du CO₂.
• le tétraoxyde de diazote (N₂O₄),
• le trioxyde d'azote (N₂O₃).

Les composés analysés par les réseaux d'alerte et de mesure de la pollution de l'air sont NO et NO₂, regroupée sous le terme générique d'oxydes d'azote (NO_x). Le seuil maximal admissible fixé par l'OMS est de 400 µg⋅m^-3 de moyenne sur 1 heure, et 150 µg⋅m^-3 de moyenne horaire sur 24 heures.

Mesure

Elle se fait généralement par chimiluminescence (méthode de référence européenne), c'est-à-dire via la mesure, par photomultiplicateur, d'un rayonnement émis par réaction entre le monoxyde d'azote et l'ozone (O₃) produit par un générateur haute tension. Le dioxyde d'azote est mesuré après l'avoir converti en monoxyde d'azote, avant introduction dans la chambre de réaction.

Sources et devenir

Généralités

La combustion des combustibles fossiles et de la biomasse dans les foyers fixes d'une part, et des combustibles gazeux et liquides dans les moteurs thermiques, d'autre part, génère des émissions d'oxydes d'azote (NOx)^[1].

Les oxydes d'azote résultent de l’oxydation passive ou catalysée de l’azote de l’air ou d'un carburant avec le dioxygène de l’air ou du carburant, à certaines conditions de température et de pression.

Les NO_x sont également produits lors de la combustion du bois. Ces oxydes d'azote ne proviennent pratiquement pas de l'oxydation de l'azote (diazote) de l'air, mais de celle de l'azote contenu dans le bois sous forme d'amines et de protéines nécessaires à la croissance de l'arbre^[2],[3].

Dans l'atmosphère, les éclairs produisent des NO_x. Avec les NO et NO₂ produits par la combustion de combustible fossile ou du bois, ils peuvent s'associer à l'eau et produire de l'acide nitrique HNO₃ ; l'un des responsables des pluies acides. Les oxydes d'azote sont également responsables de la formation de l'ozone dans les basses couches de l'atmosphère.

Dans les années 2000, les véhicules sont devenus responsables de près de 60 % des émissions de NO_x. Les centrales thermiques et les chaudières ou chauffages individuels et gazinières fournissant l'essentiel du reste. À noter que, en raison du taux d’azote contenu naturellement dans le bois, les émissions d’oxydes d’azote sont plus importantes pour des installations de combustion de la biomasse que pour des chaudières au fioul ou au gaz^[4],[5].

Réduction des émissions de NOx des moteurs des véhicules automobiles

Le pot catalytique a diminué les émissions des voitures (depuis 1993 en France), mais avec un impact atténué par une forte croissance du trafic, du nombre de véhicules, et par la durée de renouvellement du parc de véhicules. Les pots et filtres catalytiques sont efficaces mais consomment des métaux précieux éventuellement toxiques (dont métaux du groupe du platine), et en perdent dans l'environnement. De plus, en Europe, où pour des raisons fiscales le taux de moteurs Diesel (non catalysés) est très élevé, ce type de véhicules produisent l'essentiel du NO_x. Une étude de l'UE a conclu en 1990, que 15 % des émissions de NO_x étaient dues au transport maritime. À ce rythme elles représenteront 23 % des émissions en 2010^[6].

Réduction des émissions de NOx des installations de combustion

Généralités

Deux types de techniques existent : les techniques dites primaires (action sur la combustion) et les techniques dites secondaires (action sur l'effluent gazeux).
Les techniques primaires
Elles limitent les émissions en intervenant sur la combustion. On citera les brûleurs « bas-NOx »^[7], la recirculation des gaz de combustion, l'injection étagée du combustible et/ou de l'air de combustion^[8]. L'efficacité de ces techniques s'échelonne entre 20 et 60% (dans le cas où l'on combinerait plusieurs techniques primaires).
Les techniques secondaires
Elles permettent d'obtenir des taux de réduction beaucoup plus importants. Les deux procédés qui se sont réellement imposés sur le marché sont :
- la technologie SNCR (Selective Non Catalytic Reduction), réduction non catalytique des NOx, qui permet un abattement d’au moins 50 % du flux de polluant, par l’injection d’urée ou d'ammoniac en une zone ciblée des fumées,
- la technologie SCR (Selective Catalytic Reduction), réduction catalytique des NOx, qui permet un abattement d’au moins 80 % du flux de polluant, par une réaction chimique catalytique, le catalyseur étant régénéré périodiquement^[9],[10].

Cas du bois énergie

La combustion du bois dans des installations de chauffage ordinaire (sans filtres coûteux) produit des polluants atmosphériques locaux, surtout des particules fines et des oxydes d’azote. Pour que le développement du bois-énergie ne se traduise pas par un accroissement des émissions de ces polluants, il faut recourir à des technologies évoluées, qui opèrent avec des filtres de première qualité. Ceci rend les chaudières à bois plus chères et favorise des grandes installations^[11].

Le bois énergie étant plus émetteur de NOx que les combustibles fossiles de type gaz naturel et fioul^[4],[5], son développement, dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables, jouera donc un rôle important dans l’évolution des émissions de NOx.

France

La combustion de la biomasse a un impact sur la pollution atmosphérique, qui doit être réduite conformément aux engagements nationaux d’amélioration de la qualité de l’air. Une étude, réalisée pour le compte de l’ADEME par le CITEPA et « Énergies Demain »^[12], évalue les conditions techniques et économiques d’un développement maîtrisé de la biomasse énergie permettant de respecter conjointement les engagements pris pour atténuer le réchauffement climatique et améliorer la qualité de l’air. Sur la vingtaine de polluants atmosphériques étudiés, les NOx sont les seuls polluants pour lesquels une augmentation des émissions à l’horizon 2020 est observée dans les résultats des simulations^[13]. Le texte suivant est extrait de cette étude :

« La problématique des émissions de NOx reste à surveiller attentivement et à contrôler, même si la biomasse ne représente en 2005 que 2% des émissions nationales. Non seulement la France ne respecte pas certaines concentrations limites dans l’environnement mais de plus elle a beaucoup de difficultés en ce qui concerne le respect de son plafond d’émissions de NOx (que ce soit celui de 2010 ou celui en préparation pour 2020). La rénovation du parc d’appareils domestiques conduit à des émissions de NOx supérieures par rapport à la situation existante. Le bois étant plus émetteur de NOx que les combustibles fossiles de type gaz naturel et fioul, la mise en place de « de-NOx »^[14] sur des installations de puissances importantes pourrait être étudiée au cas par cas afin de limiter les émissions de NOx. Selon les scénarios considérés, le surcoût annuel d’investissement pour équiper toutes les nouvelles chaufferies biomasse de système de traitement des NOx est évalué entre 52 millions d’euros (système non catalytique ou SNCR, permettant une réduction de 2 à 6% des émissions entre 2005 et 2020) et 280 millions d’euros (système catalytique ou SCR, permettant une réduction de 6 à 11% des émissions entre 2005 et 2020). »^[15].

Comparaison du facteur d'émission de NOx du chauffage au bois^[16] avec ceux du chauffage au fioul domestique,
au gaz naturel et au charbon - année 2005 (secteur domestique - synthèse 2009)^[17]

	Bois énergie	Fioul domestique	Gaz naturel	Houille
NOx (g/GJ sortant)	126	60	58	72

Les facteurs d’émission des appareils sont exprimés en g/GJ (masse de NOx émise par unité d’énergie sortante (gigajoule (GJ)).

Impacts sanitaires

Ces molécules pénètrent facilement les bronchioles et affectent la respiration, provoquant une hyperréactivité des bronches chez les asthmatiques, ainsi qu'une vulnérabilité accrue des bronches aux microbes, au moins chez les enfants.

Effet du dioxyde de titane (TiO₂)

À Dinan, en France, 2 500 m² de chaussée ont été construits en incorporant à un enrobé poreux classique un « coulis à base de ciment » contenant du dioxyde de titane, traité chimiquement, qui aide à détruire les NO_x, mais cela revient à tripler le coût total.

Voir aussi

• Azote, Acide nitrique, Nitrate
• Pollution de l'air, Qualité de l'air
• Dioxyde d'azote
• Protocole de Göteborg
• Pot catalytique

Notes et références

1. ↑ Combustion et Emissions de NOx Journée d'études annuelle du CITEPA (2004).
2. ↑ (pdf) Épuration des polluants issus de la combustion domestique du bois document du CSTB (extrait de 11 pages) - page 218.
3. ↑ (pdf) Etude éco-bilan sur l’installation d’un réseau de chaleur à bois CRTE (Luxembourg) - pp. 15, 16, 17 et 39 (vignettes 16, 17, 18 et 40).
4. ↑ ^{a et b} Energie-bois : se chauffer sainement, Medieco (Ingénierie et édition d'écologie médicale), cf. la section « Réduire les émissions des polluants ».
5. ↑ ^{a et b} Chaudière - pompe à chaleur (cf. la section « Bois (chargement automatique) »), sur la page Choisir un mode de chauffage - Services cantonaux suisses de l'énergie et de l'environnement.
6. ↑ Bulletin ADIT Juillet 2007
7. ↑ Les émissions de NOx de ces brûleurs sont inférieures à la réglementation la plus sévère du moment ; cette limite évolue régulièrement.
8. ↑ Réduction des NOx - traitement primaire : adapter la combustion (Energie Plus).
9. ↑ (pdf) Étude Émissions : Chaudières Biomasse, DRIRE d'Île-de-France - Cf. les pages 23 à 31 et la conclusion pages 39, 40. Pour ce qui concerne plus spécialement les technologies de réduction des NOx, voir pages 22, 23 et l'Annexe 5 page 51 (extraits de la page web : Techniques de réduction des émissions de NOx du CITEPA).
10. ↑ Réduction des NOx - traitement des fumées : réduction sélective non catalytique ou catalytique (Energie Plus).
11. ↑ Le bois – un agent énergétique multiforme (version html de l'article Le point sur l'énergie No 16 de l'Institut Paul Scherrer).
12. ↑ Énergies Demain.
13. ↑ Source : (pdf) Synthèse des émissions nationales de polluants atmosphériques - Secteur biomasse énergie ; ce dossier est téléchargeable sur le site de l'ADEME : Evaluation prospective 2020-2050 de la contribution du secteur biomasse énergie aux émissions nationales de polluants atmosphériques.
14. ↑ de-NOx, ou DeNOx : systèmes de réduction des oxydes d'azote.
15. ↑ Des extraits de cette étude sont disponibles sur la page web : Chauffage automatique au bois - (Nord-Picardie Bois).
16. ↑ Tout type d’appareil confondu : foyers ouverts et fermés, poêles, cuisinières et chaudières (appareils anciens et récents).
17. ↑ Source : (pdf) Le Bois énergie et la qualité de l’air (synthèse 2009), page 11 (Ministère de l’écologie).