Chimie de l'atmosphère

• L'atmosphère primitive provenait de l'activité volcanique — son CO₂ a refroidi sous forme de vapeur et s'est condensé dans les océans ; la photosynthèse (algues, plantes) a augmenté l'oxygène et enfoui le carbone.
• Gaz à effet de serre — CO₂ et méthane — retiennent le rayonnement ; les activités humaines les augmentent et le climat global change.
• Polluants issus des combustibles — CO, SO₂, NOₓ, particules — chacun avec une source, une chimie et une conséquence.

Théories : l'atmosphère primitive ne peut être connue avec certitude — les preuves proviennent de gaz piégés dans la glace ancienne et des atmosphères planétaires actuelles. Une intense activité volcanique a dégagé des gaz : principalement du dioxyde de carbone, avec de la vapeur d'eau, de l'azote et des traces de méthane et d'ammoniac — peu ou pas d'oxygène.

La vapeur d'eau s'est condensée pour former les océans ; le CO₂ s'y est dissous et a été fixé dans les sédiments carbonatés (coquillages). Sur environ 2.7 milliard d'années, les algues et plantes ont effectué la photosynthèse, absorbant le CO₂ et libérant de l'oxygène — l'oxygène a augmenté, le CO₂ a diminué ; une grande partie du carbone a été enfouie sous forme de combustibles fossiles. L'azote, inerte, s'est accumulé pour dominer l'air actuel : environ quatre-cinquièmes N₂, un cinquième O₂, plus de l'argon et ~0.04 % de CO₂.

Gaz à effet de serre — dioxyde de carbone, méthane et vapeur d'eau — absorbent et réémettent une partie du rayonnement infrarouge à longue longueur d'onde que la Terre chaude émet vers l'espace, maintenant la surface plus chaude qu'elle ne serait autrement. L'hypothèse du changement climatique mondial stipule que l'augmentation des niveaux de gaz à effet de serre élève la température moyenne.

Causes humaines : déforestation (moins de CO₂ absorbé), combustion de combustibles fossiles (plus de CO₂), élevage bovin/riziculture et décharges (méthane). Conséquences discutées dans le programme : fonte des glaces, élévation du niveau de la mer, modification des précipitations et intempéries extrêmes. Le consensus scientifique repose sur des preuves revues par les pairs — interprétez les données fournies sur la température, le CO₂ et le méthane au fil du temps.

La combustion des combustibles libère :

• monoxyde de carbone (CO) — gaz toxique résultant d'une combustion incomplète en présence d'oxygène limité ; se lie à l'hémoglobine, réduisant le transport de l'oxygène;
• particules de carbone (suie) — également issues de la combustion incomplète ; aggravent les problèmes respiratoires et provoquent un assombrissement global;
• dioxyde de soufre (SO₂) et oxydes d'azote (NOₓ) — provenant des impuretés du carburant / de l'azote réagissant aux températures du moteur ; causent les pluies acides (endommageant les arbres, les lacs, les bâtiments) — éliminés des gaz d'échappement par neutralisation avec des alcalis (ex. : oxyde de calcium);
• NOₓ se forme aussi à haute température dans les moteurs par N₂ + O₂, et contribue au smog photochimique.

Combustion complète — en présence d'abondant d'oxygène — ne produit que CO₂ et de l'eau.

• La séquence d'évolution avec les preuves et leur incertitude ; composition actuelle en fractions.
• Mécanisme de serre selon la longueur d'onde ; quatre causes humaines ; consensus et interprétation des données.
• Pour chaque polluant : source, combustion complète vs incomplète, effet, et une solution d'atténuation.