Suja

La suja (suèja) es un agregat polluent de compausas quimics gaireben totes rics en carbòni, se presentent coma una substéncia d'aspècte negrenca, solhanta e d'odor acra resultant de la combustion incomplèta de matèrias carbonadas. Los « grans » de suja an l'aparéncia enganaira de minusculs grans redonds e d'un negre mat (matèria opticament fòrça absorbosa), que'n realitat, observats al microscòpi electronic sno d'agregats complèxes de particulas plan mai pichonas, organizadas dins de configuracions decrichas per Jullien e Botet en 1987 e dins de morfologias enseguida descrichas per Köylü et al. (en 1995)^[1] ; Sorensen & Feke (1996)^[2] e Brasil et al. (en 2000)^[3].

Segon los contèxtes e los tipes de sujas, lo depaus pòt se presentar coma una polvera prima o una pasta quitranosa e odoranta o formar de crostas solidas (suls monuments, al contacte de la pèire per exemple). Los depauses de quitrans e sujas dins los conduchs de fum son inflamables e constituisson un risc d'incendi.

Las fums eissuidas de la combustion de matèria organica ,e contenon una partida (que pòt se pausar dins los conduchs de cheminèias ont la fum passa). Las sujas constituisson una bona parida de las poscas finas^[4] e de l'aerosòl urban, de la pollucion de l'aire e de la pollucion rotièra en particular. Son subretot produchas pels veïculs motorizats foncionant al diesèl e a l'esséncia, per las cheminièas de fogal dobèrt o tapats e de las caudièras de caufatge de fuèl e/o de fusta. Totas las combustions incomplètas de combustibles fossiles e de la biomassa produson de sujas que contribuisson a la pollucion de l'aire per de particulas finas e a d'efièches mai visibles, coma l'esmòg. La combustion d'unes idrocarburs es fòrça emetritz de sujas^[5]; es le cas del benzèn.

Se creguèt longtemps que l'impacte de la suja sus la composicion atmosferica e lo climat èra feble mas « fòrça estudis recents mostrèron que la suja es une espècia mai polluenta que previst », tocant la reactivitat^[6],[7] e la composicion quimica de l’atmosfèra et tanben son « bilanç radiatiu terrèstre »^[8] e « la recerca de la preséncia de suja dins l'estratosfèra fa pas que començar », amb d'instruments sota ballons, embarcas per d'avions e amb de donadas satellitalas (GOMOS-Envisat).

Una suja es caracterizada per diferents paramètres

• la massa, o puslèu la « massa volumica effective », que l'agregat que constituís una « suja » vei sa massa volumica demenir quand la talha de l'agregat aumenta (a causa de l'estructura dels agregats); los epecialistas calculan aquesta « massa volumica effectiva » a partir del diamètre de mobilitat electric (Dm), qu'es ligat al diamètre de giracion Dg dels agregats^[9]
• sa morfologia;
• l'estructura de cada element constituissent l'agregat;
• sa talha (nanometrologia);
• sa composicion fisicoquimica;

e eventualament:

• l'evolucion de la massa dels agregats en foncion de lor diamètre;
• sas proprietats opticas (importanta per sas interaccions amb los infraroge, l'albedo e lo climat)^[10] ;
• sa radioactivitat (de carbons, o de fusta contaminadas pòdon conténer de radionucleids eventuelament trobats dins las sujas o machafèrres^[11].

D'entre los polluents de l'aire an las classa entre autre de particulas primàrias^[12], per oposicion a las particulas segondàrias que son eissidas de la recombinason de particulas primàrias o de precursors mes en suspension dins l'aire.

La suja conten dos grands tipes de compausants primaris:

• de carbòni elementari (CE, negre mat),
• de desenas a de centenas de compausats organics (mesurats coma carbòni organic o « organic carbon » (OC),
• d'eventuals autres elements adsorbits sus la suja pendent son procediment de formacion, de refregiment o pendent de son percors dins l'aire o l'aiga.

La composicion d'una suja varia segon la natura du combustible que'n ven, e segon las condicions de la combustion d'aqueste combustible. Globalament mai i a d'oxigèn a disposicion de la flama al moment de la combustion, mens i a de suja.

Las sujas son de mesclas complèxas de particulas contenent de carbòni de suja, encara nomenatcarbòni negre, subretot compausat de carbòni grafitic de color negre, e dels compausats organics (Idrocarbur Aromatic Policiclic, oxids, compausats organics condensables, etc.) nomenats Total oganic carbon (TOC) (« carbòni organic total »). Lo carbòni organic e lo carbòni suja son largats de conjunt mas dins una proporcion diferenta segon las fonts e las condicions de combustion. Las sujas contenon tanben de sals inorganics e de metals e metaloids^[13].

Una partida de las sujas pòdon èsser oxidada quitament abans de refregir, e alara veire lors proprietats cambiar (per exemple dins un motor de combustion^[14]).

En sortisa de cheminièa, la suja pòt se combinar a d'acid sulfuric que condensa (per ex après la combustion d'un fuòl pesuc o d'un carbon ric en sofre^[15]). Se cerca a modelizar aqueste tipe d'interaccions.

Lo bistre es un nom de color e un pigment autrescòp realizat amb de suja destrempada. Èra utilizat pel dessenh a la pluma e lo lavat, e tanben per tintar en massa de papièr a dessenh. La color bistre s'obten ara per una mescla d'oxids de fèrre.

Produchs industrialament, de biais a èsser constituits exclusivament de carbòni, lo negre de carbòni o negre de fum son pas mai considerats coma de sujas.

L'acumulacion de la suja e de quitrans dins los conduchs constituí un risc d'incendi qu'impausa lo ramonatge, es a dire le netejatge de conduchs.

Le procediment de la formacion de las particulas e lors modificacions e cinetica dins la combustion dins los motors es encore incompletament comprés.

La formulacion dels carburants, la circulacion dels gases dins la cambra de combustion, lo temps de combustion contribuisson a lor formacion. Aquestes factors son fòrça estudiats, per exemple per cercar a reduire lor formacion. Una autra branca d'engenheriá a per objectiu a los prene dins los tubs d'escapament, via de filtres o un netjatge de fum per pas mai las largar dins l'atmosfèra.

La combustion dins de regions d'una flama paures en oxigèn produch d'idrocarburs aromatics policiclics (IAP) puèi de sujas.

Las sujas son subretot constituidas de carbòni. Tanben contunhan

• d'idrogèn,
• de rèstes d'idrocarburs que foguèron a l'origina de lor formacion e de lor creissença; subretot l'acetilèn format dins la combustion.

Geometricament son d'aglomerats de particulas gaireben esferics d'unes nanomètres a unas disenas de nanomètres de diamètre. Lors tusts dins la flama conduch a la formacion de clusters de forma aleatòria, podent comportar unas disenas de particulas^[16].

Lo caractèr cancerigèn de la suja es conegut dempuèi la descobèrta del Carcinòma du ramonaire; en 1775, lo cirurgian anglés Percevalon Pott mestrèt que lo càncer de l'scrotum, càncer plan rare dins la populacion generala, mas pro frequent pels ramonaires londonians (« sootwart ») èra dins l'escasença degut als frejaments de la còrda solhada per la suja utilizada pels enfants-ramonaires per davalar dins las cheminièas per las ramonar. Aqueste cas de càncer foguèt le primièr càncer professional reconegut, fa près de 250 ans^[17].

En tèrmes de talha, la suja es un polluent del grop dels PM10, cancerigèn.

Coma los sulfats, la quantitat de sujas emesas dins l'aire urban demenisèt fòrça amb la reculada del caufatge al carbon e al fuèl. Mas la flota mas lo nombre creissent de veïculs, d'avions e de naus, e tanben de motors termics industrials fixes a en partida negativament compensat aquestes progresses. Dins los païses en desvelopament, lo carbon e la fusta demoran encara de fonts grevas de pollucion urbana e de l'aire interior.

Existís una grografia de la pollucion per las sujas: atal en Soïssa las mesuras fachas pel periòde 2008-2014 dins l'aire monstran qu'en mitan rural luènh de las carrièras, las concentracions mejanas annalas dins l'aire son compresas entre 0,5 e 1 μg/m3, alara que dins las aglomeracions s'auçan a unes 1-2 μg/m3 e que passan 3 μg/m3 a proximitat del trafec rotièr.

Lo carbòni suja, o carbòni negre, es producha per las combustions incomplètas de combustibles fossiles e de la biomassa. Es constituit de carbòni (C) que la color negra absorbís la radiacion solara. I a d'aqueste fach un poder de escaufament de l'atmosfèra, pòt èsser transportat a longa distància e se pausar sus las espandidas glaciàrias demenissent lor poder de rebat (albedo). Son depaus creis la fonda de la neu e del glaç. Mai que d’autras regions, l’Arctica, tot coma las regions alpinas, poiriá prene avantatge de la reduccion de las emissions de carbòni negre.

Las fonts màger de carbòni suja son los motors de combustion (diesèl subretot), la combustion residenciala de fusta e de carbon, las centralas electricas, l’utilizacion del fuèl pesuc o del carbon, la combustion dels degalhs agricòlss, e los encendis de bòscs. Aparten a las particulas finas PM_2,5 (diamètre inferior a 2,5 micromètres), mas se trapa subretot dins la partida mai pichona d'aquestas, las PM₁, que lo diamètre es egal o inferior a 1 micromètre. Per aquestas doas caracteristicas, quimica e fisica, lo carbòni suja permet de comprene melhor los comportaments de la pollucion de particulas ligada a las fonts de combustion^[19].

Lo « caròni negre (suja) » es, amb lo metan e l’ozòn troposferic, un dels màger polluents climatics de corta durada de vida dins l’atmosfèra (d'unes jorns a unas decennias, una a doas setmanas pel carbòni negre). Aqueste polluents influisson fòrça l'escaufament del climat, son los mai importants contributors a l'efièch de sèrra d’origina umana après lo CO₂. Sin tanben de polluents atmosferics dangieroses, qu'an fòrça impactes nefasts sus la santat umana, l'agriculturea e los ecosistèmas^[20].

A partir de 2020, los pichons aparelhs de caufatge domestic produiràn gaireben la mitat de las emissions totalas de carbòni negre. Aquesta tendéncia poiriá èsser acentuada pel desvelopament de la combustion de la biomassa coma mesura de proteccion del climat. L’utilizacion de fornets e caudièras modèrnas de granulats de fusta, per exemple, poiriá sensiblament reduire las emissions de carbòni negre dugudas a la combustion de la biomassa^[21].

De sujas de talha pichonas son emesas de biais cronic a bassa, mejana e nauta altitud per d'avions de léser, comercilas e militars, subretot l'envòl^[22].

En 1995, de mesuras fachas in situ per l'avion ER-2 en nauta troposfèra e bassa estratosfèra mostrèron la preséncia d'aglomerats de suja, puèi d'autres vòls foguèron tanben trobats a de latituds de 90 ° N a 45 ° S a gaireben 21 km d’altitud, venent benlèu dels querosèns d'avion. Aquestas sujas pòdon enseguida èsser emportadas a d'altituds mai nautas e circular dins l'estratosfèra^[23],[24]. Segon los modèls fisics e climatics existissent las sujas d'altitud vendrián subretot dels encendis de bòscs e autres fuòc de biomassa, e de volcans.

En 2000, Pueschel et al. trapan que 50 % de las particulas de sujas largadas pel trafec aerian dins lo nòrd-èst de l'ocean Atlantic pòdon èssser transportadas a de mai nautas altituds per efièch de gravitofotoforèsa^[25]. En 2004, Baumgardner et al. mostrèron que la suja poiriá èsser la principala populacion d'aerosols dins la bassa estratosfèra d'entre las particulas avent una talha superiora a 0,3 μm, dins las latituds de l’Artic^[26]. Murphy & al. en 2007 mòstran que las sujas de mens de 0,3 μm pòdon demorar de meses dins l'atmosfèra^[27]. L'instrument GOMOS embarcat sul satellit Envisat trapa dins l'estratofèra (fins a 30km d’altitud) de particulas de feble dependéncia espectrala que semblan poder èsser pas que de sujas^[28].

Los aerosols solids (amb la sujas) tendrián a migrar cap a las regions polaras via la circulacion generala de l'atmosfèra per tornar mai tard davalar dins la bassa estratosfèra polara.

Las naus de transpòrt fluvial, de pèsca, de merças, de torisme e guèrra largan tanben de quantitats considerablas respectivament suls canals e en mar, tot coma pels encendis de bòsc e del procediment de produccion petrolièrs.

Las sujas son classificadas dins lo grop dels cancerigèns averats per l'òme (grop 1) pel Centre internacional de recerca sul càncer.

Los mecanismes precises e complets de formacion de las sujas son fòrça complèxes, e varian segon fòrça paramètres. Son donc encara de mostrar, alara que pren una importança segura ligada al fach que las sujas compòrtan diferents idrocarburs aromatics policiclics (IAP) toxics, veire cancerigèns, e aquò mai, qu'adsorbisson sus de finas particulas metallicas, çò qu'aumenta encora la toxicitat. En França metropolitana, la combustion de la fusta dins lo sector residencial contribuís d'una biais larg majoritari a las emissions d'IAP dins l'atmosfèra (77 % de las emissions nacionalas en 2005)^[29].

L'exposicion e de sujas es reconegut coma factor de risc (pròvas umanas sufisentas) pel càncer de palmon^[30], subretot dins lo cas de l'exposicion professionala du ramonaire, amb: pròvas umanas sufisentas pel càncer de la pèl (càncer del scrotum) e del palmon e de las « pròvas umanas limitadas pel càncer de la vessiga ».

Ne resulta de nòrmas sempre mai sevèras, impausant d'emissions mendres de sujas e una filtracion melhora dels gases polluits, per exemple pels motors termics, fogals tampats e grandas caudièras.

Es possible de demenir lo taus de formacion de las sujas dins los motors termics, utilizant d'idrocarburs mens pesucs, utilizant un catalizaire d'oxidacion, apondent als motors diesèl un filtre de particulas, en apondent un idrocarbur mai ric en oxigèn dins lo carburant (etanòl per exemple).

Las particulas de suja, que lo nociu es ara conegut, son un objècte d'estudi dempuèi de temps.

Al sègle XIX, Michael Faraday n'estudia las proprietats opticas e nota l'importança d'aquesta per la luminositat d'una flama: mai una flama es escura e roge iranjat, mai forma de sujas. Las flamas blavas ne forman pauc o de talha pichona.

Lor emission es dominanta dins la radiacion, amb un espèctre pròche del còrs negre. Hoyt Hotel ne fa d'imatges al microscòpi electronic dins las annada 1960.

Roger Millikan analisèt la modificacion de sa composicion quand la nautor d'una flama varia.

Las sujas foguèron enseguida fòrça estudiadas coma polluent.

La morfologia fractala e l'irregularitat de forma de las sujas las fan tròp complèxas per èsser modelizadas via la teoria de Mie.

Fòrça dispositius foguèron desvelopat pels cercaires per produire de sujas de biais contrarotlat, per estudiar lor formacion, lors transformacions, lor cinetica, lor composicion, etc. ; per exemple amb:

• lo microscòpi electronic^[31],
• l'espectrometria de massa de flamas^[32],
• L'espectromètre termoforetic circular^[33] (per mesurar la termoforèsa e estudiar melhor los agregats de sujas de morfologia fractala),
• lo lidar per l'estudi dels polluents de la colona d'aire^[34],
• lo radiomètre (que pòt èsser transportat en altitud per un ballon estratosfrric)^[35].

La suja pausada al plafond d'unas baumas es plan sovent un dels signes d'una ocupacion umana, possiblament preïstorica (o antica o medievala; lo foguèt a vegada utilizat per fracturar de ròcas en peirièras sosterranhas): l'estudi de son estratificacion rensenha sus la durada e continuitat d'aquesta ocupacion.

• Ouf F.X & Vendel J. (2006) 2.6 Physique et métrologie des agrégats. sur les accidents, 111.
• Shaddix C, Williams T (2007), La Suie, piège... et source de lumière, Pour la Science, octobre , p. 62-67.
• Francis, M. (2011). Contribution à la caractérisation des propriétés optiques des sables et des suies atmosphériques avec les instruments PROGRA2 (Doctoral dissertation, Université d'Orléans)|PDF, 179 pages.