Produits Gazeux et ionisation

Atmospheric Environment Vol. 16, No. 5, pp. 959 968, 1982 0004-6981/82/050959 10 $03.00/0

Printed in Great Britain. © 1982 Pergamon Press Ltd.

Produits GAZEUX CREES PAR LES DECHARGES

ELECTRIQUES DANS L'ATMOSPHERE

ET NOYAUX DE CONDENSATION

RESULTANT DES REACTIONS EN PHASE GAZEUSE

R. PEYROus et R M. LAPEYRE

L.U.R.S., Faculté des Sciences, Laboratoire d'Electricité Avenue Philippon 64000 PAU, France

(First received 24 March 1980)

SOMMAIRE .

Notre étude a un double but. Premièrement, étudier la production de NO, NOx, O₃ et noyaux de condensation par des décharges électriques. Deuxièmement, essayer de faire une évaluation de la production normale de ces produits, par des décharges atmosphériques, pour la terre entière .

Nous traitons premièrement les décharges électriques atmosphériques qui sont simulées dans une enceinte de décharge pointe-plan dans laquelle nous pouvons faire varier le courant moyen, la polarité de la pointe et l'humidité relative (R. H). Nous avons employé l'air normal ou mis en bouteille, ou l'azote mis en bouteille, avec un débit constant de gaz de 55 l.h^-1. Nous avons noté que la production de 0₃ a lieu principalement pendant les régimes de prédécharge, tandis que les décharges d'étincelle produisent principalement NO et NO_x. Les noyaux de condensation (C.N.) sembler être produits par des réactions en phase gazeuse entre les NO_x et O₃ et dépendre de R.H.

Deuxièmement, nous calculons la production globale de ces espèces par des décharges électriques atmosphériques. Pour le NOx, nous tenons compte de nos résultats expérimentaux et de l'hypothèse employée ailleurs par Chameides et al. (1977) et pour l'hypothèse d'O₃ (Griffing 1977) aussi bien que pour les statistiques d'orages données par Schonland (1953). Notre évaluation pour le NO_X, est de 25 Tg an^-1 et pour O₃ nos calculs donnent une limite inférieure d'environ 90Tg an^-1` qui semble indiquer que la production d'O₃ par des décharges électriques atmosphériques (corona ou décharges de pointe et foudre) est plus importante qu'habituellement supposée . Dans l'état actuel des mesures, il semble peu raisonnable d'essayer de donner une évaluation de la production de C.N. Les expériences complémentaires avec de l'azote mis en bouteille semblent indiquer que l'oxygène atomique et les radicaux de OH ne manifestent pas de rôle initial dans la création de C.N..

Nos résultats nous conduisent à croire que ces C.N. peuvent être des produits de HNO₃ .

4. DISCUSSION DES RESULTATS ET CONCLUSION GENERALE

Des résultats présentés ici les faits suivants sembler se dégager :

La production des oxydes d'azote par des décharges électriques a lieu principalement pendant les régimes d'étincelle (décharges chaudes) et croît avec l'intensité moyenne du courant de décharge

ainsi que lors de l'accroissement de la R.H.. La production de l'ozone a lieu principalement pendant les régimes de prédécharge (décharges froides) et croît avec l'intensité moyenne du courant . Elle dépend également de la R.H. dont l'effet change avec la polarité de la décharge .

La production des particules ou des noyaux de condensation est probablement le résultat d'une réaction en phase gazeuse entre l'ozone et les oxydes d'azote pendant les régimes de prédécharge .

Ce dernier point semble être confirmé par le fait que la production des noyaux de condensation se produit presque exclusivement en régimes de décharge qui produisent des quantités considérables d'ozone tandis que des radicaux OH et l'oxygène atomique sont produits dans tous les types de décharges. En outre, avec de l'azote mis en bouteille, qui n'a pas apporté de noyaux, les décharges, en présence de l'eau, produisent des radicaux OH, de l'oxygène atomique et des oxydes d'azote (mais pas d'ozone) (Shahin, 1966-1969; Crutzen, 1971).

Cependant, il est possible que ces produits puissent se comporter en tant que troisième corps pour accroître des réactions en phase gazeuse comme ce peut également être le cas avec des composés métastables (Hartmann et Gallimberti, 1975). La nature chimique des particules produites reste à déterminer. Les particules pourraient être ou contenir de l'acide nitrique, car l'oxydation de NO₂ par l'ozone permet la création des oxydes d'azote d'ordre supérieur qui réagissent avec de l'eau, pour former l'acide nitrique (Wu et al, 1973; Morris et Niki, 1973).

NO₂ + O₃à NO₃ + O₂

NO₂+ NO₃+ M à N₂O₅ 2 NO₂ + O₃ à N₂O₅+ O₂,

N₂O₅ + H₂O à 2 HNO₃

Les seules circonstances dans lesquelles nous avons obtenu des noyaux de condensation en l'absence d'ozone se produit pour de fortes R.H.(³ 90 %) pendant les régimes d'étincelle, en présence de NO et NOx. Ensuite, les réactions suivantes peuvent se produire (Cadle et Johnston, 1952):

NO₂ + NO + H₂O à 2 HNO₂

2 NO₂ + H₂O à HNO₃ + HNO₂

3 NO₂ + H₂O à 2HNO₃ + NO

En conséquence, dans ce cas également, la probabilité de produire de l'acide nitrique est grande. Nos résultats sont donc conformes aux études de Muller et Spicer (1975) et Spicer et Muller (1976) sur "l'équilibre d'azote dans la chambre à brouillard enfumé étudiée ", et

de Spicer (1977) qui ont prouvé que " dans des états de chambre à brouillard, et pendant de courts intervalles de temps, les produits initiaux principaux des réactions de l'oxyde d'azote sont PAN et acide nitrique. " Nos résultats sont conformes également à ceux de Spencer et al. (1976) sur certains points.

Dans l'atmosphère, pendant les décharges électriques, l'ozone, les oxydes d'azote et la vapeur d'eau sont présents. La création des noyaux de condensation de taille > 10^-2 micromètres, qui peut être aussi efficace que celle des noyaux des gouttelettes des nuages nés directement en phase gaseuse, est donc possible (Twomey, 1977). Ces particules peuvent être HNO₃. Si tel est le cas ce serait alors une des sources du HNO₃ atmosphérique (Lazrus et Gandrud, 1974) et des nitrates contenus dans l'eau de pluie . Ces nitrates peuvent également être actifs en tant que processus additif de séparation des charge dans les nuages orageux (Reiter, 1970).

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