reperer et mesurer la pollution domestique

Terminale spécialité_Thème 1_LES MATERIAUX
RPS & synthèse
REPERER ET MESURER LA POLLUTION DOMESTIQUE
L’usage de matériaux de plus en plus diversifiées issus de la pétrochimie pose la question de la pollution
domestique de l’air. La détection des composés chimiques résiduels, parfois toxiques à faible dose, a requis
l’élaboration de capteurs de grande sensibilité. Certains de ces capteurs mettent en œuvre des dispositifs
nanostructurés.
En utilisant les documents suivants, rédigez une synthèse expliquant le fonctionnement du capteur
nanostructuré. Vous expliquerez pourquoi le formaldéhyde doit être repéré et sa concentration évaluée.
Vous expliquerez aussi, en utilisant vos connaissances de chimie, le principe de fonctionnement du dispositif.
Document 1 :
Généralités sur le formaldéhyde
Le formaldéhyde est couramment utilisé dans l’industrie.
Il est impliqué dans l’élaboration de panneaux aggloméré de bois
et de contreplaqué, de mousses isolantes urée-formol, de
moquettes, de charpentes de bois lamellé collé, de vernis pour
parquets
H
Formule développée du formaldéhyde :
Document 2 :
C=O
H
Au sein du capteur
Des molécules de fluoral P, insérées dans les nanopores du capteur, réagissent avec le formaldéhyde dont la
petite taille lui permet de s’y insérer. Plus l’aldéhyde est présent dans l’atmosphère, plus la couleur adoptée par le
capteur est intense ce qui se repère à l’œil ou avec un dispositif optique.
Fluoral P
3,5-diacétyl-1,4dihydrolutidine
Figure 1 :
Capteurs dans différentes
conditions de mesure
Figure 2 :
Spectres UV-visible du Fluoral P et de
la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine
Document 3 :
Polymères
Les polymères sont des molécules non volatiles et non toxiques, dont la longue chaîne a été obtenue par
réaction de molécules appelées monomères, à courte chaîne carbonée, souvent volatiles et parfois toxiques. Le
danger d’un matériau provient de la petite part des monomères qui n’ont pas réagi et qui sont toujours présents
dans le polymère. A l’usage, le polymère relargue le monomère dans l’atmosphère, ce qui lui donne une légère
odeur et qui explique sa toxicité.
M.Meyniel
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CORRECTION :
RPS & synthèse
Repérer et mesurer la pollution domestique
Le formaldéhyde, ou méthanal dans son nom conventionnel, est une espèce
chimique que l’on retrouve dans la fabrication de divers matériaux d’une maison ou d’un établissement
général : parquets, moquettes, mousses isolantes, contreplaqué de meubles …
Cette espèce n’est pas inerte chimiquement et présente donc plusieurs risques : il est
toxique, et corrosif d’après les pictogrammes associés à cette espèce chimique voire cancérigène. Il
convient donc d’éviter son contact qui peut provoquer des allergies et surtout se révéler toxique,
notamment si le contact tend à se prolonger et si la concentration de l’espèce est grande.
Dans le cas de polymères fabriqués dans l’industrie impliquant cet aldéhyde, il peut s’avérer que certaines
molécules se retrouvent emprisonnées dans les longues chaînes polymériques ou encore inclus
directement dans les monomères. Or, avec le temps et l’usage, le polymère se dégrade et l’aldéhyde se
retrouve alors relarguer dans l’air environnant ce qui entraine les dangers liés à sa toxicité.
Savoir s’il reste des traces résiduelles de cet élément dans les produits élaborés que l’on retrouve dans une
maison et connaître sa concentration pour respecter les normes de sécurité afin d’éviter tous ces risques
apparaît donc indispensable. Le formaldéhyde doit donc être repéré et sa concentration évaluée.
Pour détecter le méthanal, on utilise des capteurs possédant des trous à peine plus
grands que la taille de la molécule c’est-à-dire de l’ordre du nanomètre.
En pénétrant dans les pores, l’aldéhyde entre en contact avec des molécules de Fluoral P et elles réagissent
ensemble pour donner la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine selon la réaction suivante :
2
+ HCHO →
+ H2O + NH3
Le spectre d’absorption UV-visible présenté dans la figure 3 nous permet de voir que la molécule de Fluoral
P n’absorbe que dans l’UV et est donc incolore. Par contre, la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine absorbe dans
le visible entre 400 et 500 nm. Elle tend donc vers une couleur rouge-orangé de plus en plus intense, plus
sa concentration est élevée.
La détection à l’œil, ou avec un autre dispositif optique, de l’aldéhyde présent dans l’atmosphère d’une
pièce devient ainsi possible :
- en son absence, le capteur reste incolore car la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine n’est pas
produite ;
- en sa présence, la réaction se déroule et la 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine produite colorera le
capteur et ce d’autant plus intensément qu’il y aura du méthanal dans l’air analysé.
Une nouvelle fois, la connaissance des propriétés d’une molécule et leur réutilisation
permet à l’Homme de mettre au point des techniques de détection pour mesurer une possible pollution et
alors de prendre les mesures nécessaires pour limiter tout risque lié à cette pollution.
Rq : La 3,5-diacétyl-1,4-dihydrolutidine présente plus de doubles liaisons C=C conjuguées que le Fluoral P ce
qui explique que le spectre d’absorption se déplace vers les grandes longueurs d’onde, de l’UV vers le visible.
M.Meyniel
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