Caractéristiques de la pollution thermique, conséquences, exemples

La Contamination thermique se produit lorsqu'un facteur provoque un changement indésirable ou nocif dans la température ambiante. Le moyen le plus touché par cette pollution est l'eau, mais elle peut également affecter l'air et le sol.

La température moyenne de l'environnement peut être modifiée à la fois par des causes naturelles et par des actions humaines (anthropiques). Parmi les causes naturelles figurent des incendies de forêt non provoqués et des éruptions volcaniques.

Température de surface de la Terre. Source: https: // communes.Wikimedia.org / wiki / fichier: Surfacetemperature.Jpg

Parmi les causes anthropiques figurent la production d'électricité, la production de gaz à effet de serre et de processus industriels. De même, les systèmes de refroidissement par air et de conditionnement contribuent.

Le phénomène de pollution thermique le plus pertinent est le réchauffement climatique, ce qui implique l'augmentation de la température moyenne planétaire. Cela est dû à l'effet de serre ainsi.

L'activité qui génère la contamination la plus thermique est la production d'électricité à partir de la combustion de combustibles fossiles. En brûlant des dérivés de charbon ou de pétrole, la chaleur est propagée et le CO2 est produit, le gaz à effet de serre principal.

La pollution thermique provoque des changements physiques, chimiques et biologiques qui produisent un impact négatif sur la biodiversité. La propriété la plus pertinente des températures élevées est sa puissance catalytique et comprend les réactions métaboliques qui se produisent dans les organismes vivants.

Les êtres vivants nécessitent des conditions d'amplitude de la variation de la température déterminée pour survivre. C'est pourquoi toute altération d'une telle amplitude peut impliquer la diminution des populations, leur migration ou leur extinction.

D'un autre côté, la pollution thermique affecte directement la santé humaine provoquant un épuisement de chaleur, un choc thermique et aggrave les maladies cardiovasculaires. De plus, le réchauffement climatique fait que les maladies tropicales élargissent sa plage d'action géographique.

Prévenir la pollution thermique nécessite de modifier les modes de développement économique et les habitudes de la société moderne. Cela implique à son tour des technologies de mise en œuvre qui réduisent l'impact thermique sur l'environnement.

Il existe ici quelques exemples de contamination thermique comme la centrale nucléaire de Santa María de Garoña (Burgos, Espagne) qui a fonctionné entre 1970 et 2012. Ce centre a versé les eaux chaudes de son système de refroidissement à la rivière Ebro augmentant jusqu'à 10 ºC sa température naturelle.

Un autre cas caractéristique de pollution thermique est fourni par l'utilisation de dispositifs de climatisation. La prolifération de ces systèmes pour réduire la température augmente la température d'une ville comme Madrid jusqu'à 2 ° C.

Enfin, le cas positif d'une entreprise de production de margarine au Pérou qui utilise de l'eau pour réfrigérer le système et l'eau chaude résultants a été retourné en mer. Ainsi, ils ont réussi à économiser de l'énergie, à l'eau et à réduire les contributions de l'eau chaude à l'environnement.

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Caractéristiques

- Pollution chauffante et thermique

La pollution thermique est dérivée de la transformation d'autres énergies car toute l'énergie lors du déploiement génère de la chaleur. Cela consiste en l'accélération du mouvement des particules moyennes.

Par conséquent, la chaleur est un transfert d'énergie entre deux systèmes qui sont à des températures différentes.

La température

La température est une ampleur qui mesure l'énergie cinétique d'un système, c'est-à-dire le mouvement moyen de ses molécules. Ce mouvement peut être une traduction comme dans un gaz ou des vibrations comme dans un solide.

Il est mesuré par le thermomètre, dont différents types sont la dilatation et l'électronique la plus courante.

Le thermomètre de dilatation est basé sur le coefficient de dilatation de certaines substances. Ces substances lorsqu'ils sont étirés et leur ascension marque une échelle graduée.

Le thermomètre électronique est basé sur la transformation de l'énergie thermique en électrique traduit en une échelle numérique.

L'échelle la plus courante utilisée est celle proposée par Anders Celsius (ºC, degrés Celsius ou Celsius). Le 0 ºC correspond au point de congélation de l'eau et du 100 ºC au point d'ébullition.

- Thermodynamique et pollution thermique

La thermodynamique est la branche de la physique qui étudie les interactions thermiques avec d'autres formes d'énergie. La thermodynamique envisage quatre principes fondamentaux:

- Deux objets avec des températures différentes échangeront de la chaleur jusqu'à atteindre l'équilibre.

- L'énergie n'est pas créée ou détruite, elle n'est transformée que.

- Une forme d'énergie ne peut pas être complètement transformée en une autre sans perte de chaleur. Et le flux de chaleur sera le plus chaud au moins chaud, jamais au contraire.

- Il n'est pas possible d'atteindre une température égale au zéro absolu.

Ces principes appliqués à la pollution thermique déterminent que chaque processus physique génère un transfert de chaleur et produit une contamination thermique. De plus, il peut se produire en raison de l'augmentation ou de la diminution de la température du milieu.

Il est considéré que l'augmentation ou la diminution de la température est polluante lorsqu'elle sort des paramètres vitaux.

- Température vitale

La température est l'un des aspects fondamentaux de la survenue de la vie telle que nous le connaissons. L'amplitude de la variation de la température qui permet la majeure partie de la durée de vie active varie de -18 ºC à 50 ºC.

Il peut y avoir des organismes vivants dans un état latent à des températures de -200 ºC et 110 ºC, mais ce sont de rares cas.

Bactéries thermophiles

Certaines bactéries appelées thermophiles peuvent exister à des températures jusqu'à 100 ºC à condition qu'il y ait de l'eau liquide. Cette condition se produit à haute pression dans les fonds marins dans les zones de cheminées hydrothermales.

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Cela indique que la définition de la pollution thermique dans un milieu est relative et dépend des caractéristiques naturelles de l'environnement. Il est également lié aux exigences des organismes qui habitent une zone donnée.

Être humain

Chez l'homme, la température corporelle normale passe de 36,5 ºC à 37,2 ºC, et la capacité homéostatique (compenser les variations externes) est limitée. Des températures inférieures à 0 ºC pendant des temps prolongés et sans aucune protection artificielle provoquent la mort.

De même, les températures supérieures à 50 ºC sont constamment très difficiles à compenser à long terme.

- Pollution thermique et le milieu

Dans l'eau, la pollution thermique provoque un effet plus immédiat car la chaleur est plus lentement dissipée. Dans l'air et sur le sol, la pollution thermique a des effets moins écrasants car la chaleur se dissipe à plus grande vitesse.

D'un autre côté, dans de petites zones, la capacité de l'environnement à dissiper de grandes quantités de chaleur est très limitée.

Effet catalytique de la chaleur

La chaleur a un effet catalytique sur les réactions chimiques, c'est-à-dire accélère de telles réactions. Cet effet est le principal facteur par lequel la pollution thermique peut avoir des conséquences négatives pour l'environnement.

Ainsi, quelques degrés de différence de différence peuvent tirer des réactions qui autrement se produiraient.

Causes

- Réchauffement global

La Terre a connu des cycles de moyennes élevées et faibles tout au long de son histoire géologique. Dans ces cas, les sources de l'augmentation de la température de la planète étaient de nature naturelle comme le soleil et l'énergie géothermique.

Actuellement, le processus de réchauffement climatique est associé aux activités menées par l'être humain. Dans ce cas, le principal problème est la diminution du taux de dissipation de ladite chaleur vers la stratosphère.

Cela se produit principalement en raison de l'émission de gaz à effet de serre par activité humaine. Parmi eux comprennent l'industrie, la circulation des véhicules et la combustion de combustibles fossiles.

Le réchauffement climatique représente aujourd'hui le processus de contamination thermique le plus grand et dangereux qui existe. De plus, l'émission de chaleur due à l'utilisation globale de combustibles fossiles intègre une chaleur supplémentaire au système.

- Plantes thermoélectriques

Une usine thermoélectrique est un complexe industriel pour produire de l'électricité à partir d'un carburant. Ledit carburant peut être fossile (charbon, pétrole ou dérivé) ou une matière radioactive (uranium par exemple).

ENDESA comme Pontes Thermoelectric Central (Espagne). Source: image fournie par ☣ banjo [cc by-sa 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)]

Ce système nécessite une réfrigération des turbines ou des réacteurs et pour cette eau est utilisée. Dans la séquence de refroidissement, un grand volume d'eau est extrait d'une source pratique et froide (une rivière ou la mer).

Par la suite, les pompes le forcent à travers des tubes entourés par la vapeur d'eau chaude. La chaleur passe de la vapeur à l'eau de refroidissement et de l'eau chauffée est retournée à la source transportant l'excès de chaleur à l'environnement naturel.

- Feux de forêt

Les incendies de forêt sont un phénomène commun aujourd'hui, étant dans de nombreux cas causés directement ou indirectement par l'être humain. La combustion de grandes masses boisées transfère d'énormes quantités de chaleur principalement dans l'air et le sol.

- Appareil de climatisation et systèmes de refroidissement

Les dispositifs de climatisation modifient non seulement la température de la zone intérieure, mais provoquent des déséquilibres dans la zone extérieure. Par exemple, les climatiseurs se dissipent 30% de plus que la chaleur qu'ils extraient de l'intérieur.

Selon l'Agence internationale de l'énergie, il y a environ 1.600 millions d'appareils de climatisation dans le monde. De même, les réfrigérateurs, les réfrigérateurs, les cavas et tout équipement destiné à réduire la température dans une zone fermée génèrent une pollution thermique.

- Processus industriels

En fait, tous les processus de transformation industrielle impliquent un transfert de chaleur dans l'environnement. Certaines industries le font à des taux particulièrement élevés tels que ceux dédiés au gaz, à la métallurgie et à la production de verre liquéfiés.

Gaz liquéfié

Les industries de regasification et de liquéfaction de divers gaz industriels et médicaux nécessitent des processus de réfrigération. Ces processus sont endothermes, c'est-à-dire qu'ils absorbent le refroidissement de la chaleur dans l'environnement.

Pour cela, l'eau est utilisée qui est retournée à l'environnement à une température plus basse que l'initiale.

Métallurgique

Les fours de fonderie élevés émettent de la chaleur à l'environnement, car elles atteignent des températures supérieures à 1.500 ºC. D'un autre côté, les processus de refroidissement des matériaux utilisent de l'eau qui remonte à une plus grande température dans l'environnement.

Production de verre

Dans les processus en fusion et en moulage du matériau, des températures allant jusqu'à 1 sont atteintes.600 ºC. En ce sens, la pollution thermique générée par cette industrie est considérable, en particulier dans l'environnement de travail.

- Systèmes d'éclairage

Les lampes ou les projecteurs à incandescence et les lampes fluorescentes dissipent l'énergie sous forme de chaleur à l'environnement. En raison de la concentration élevée de sources d'éclairage dans les zones urbaines, il devient un objectif significatif de la contamination thermique.

- Moteurs à combustion interne

Les moteurs à combustion interne, comme les voitures peuvent générer environ 2.500 ºC. Cette chaleur est dissipée à l'environnement à travers le système de refroidissement, en particulier à travers le radiateur.

Compte tenu du fait que des centaines de milliers de véhicules circulent quotidiennement, il est possible de déduire la quantité de chaleur transférée.

- Centres urbains

Dans la pratique, une ville est au centre de la contamination thermique due à l'existence de nombreux facteurs déjà indiqués. Cependant, une ville est un système dont l'effet thermique devient un îlot de chaleur dans le cadre de son environnement.

Peut vous servir: quels sont les éléments naturels?Îles chauffantes en Espagne. Source: Galjundi7 [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Effet d'albédo

L'albédo fait référence à la capacité d'un objet à refléter le rayonnement solaire. Au-delà de la contribution calorique que chaque élément actuel peut faire (voitures, maisons, industries), la structure urbaine exerce une synergie importante.

Par exemple, les matériaux dans les centres urbains (principalement le béton et l'asphalte) ont un albédo faible. Cela les rend chauds, ce qui est lié à la chaleur émise par l'activité de la ville améliore la contamination thermique.

Contributions nettes de la chaleur urbaine

Diverses recherches ont montré que la génération de chaleur par des activités humaines pour une journée chaude dans une ville peut être très élevée.

Par exemple, à Tokyo, il y a une contribution nette thermique de 140 W / m2, équivalent à une augmentation de la température d'environ 3 ° C. À Stockholm, la contribution nette est estimée à 70 W / m2, ce qui équivaut à une augmentation de 1,5 ºC à température.

Conséquences

- Changements dans les propriétés physiques de l'eau

L'augmentation du produit de la température de l'eau de la pollution thermique provoque des changements physiques. Par exemple, diminuer l'oxygène dissous et augmenter les sels en affectant les écosystèmes aquatiques.

Dans les plans d'eau soumis à des changements saisonniers (congélation hivernale), ajouter de l'eau chaude modifie le taux de congélation naturel. Cela affecte à son tour les êtres vivants qui se sont adaptés à cette saisonnalité.

- Impact sur la biodiversité

La vie aquatique

Dans les systèmes de refroidissement des plantes thermoélectriques, l'exposition à des températures élevées produit un choc physiologique pour certains organismes. Dans ce cas, le phytoplancton, le zooplancton, les œufs et les larves du plancton, du poisson et des invertébrés sont affectés.

De nombreux organismes aquatiques, en particulier les poissons, sont très sensibles à la température de l'eau. Dans la même espèce, la plage de température idéale varie en fonction de la température d'acclimatation de chaque population spécifique.

Pour cette raison, les variations de température provoquent la disparition ou la migration des populations entières. Ainsi, l'eau de décharge d'une usine thermoélectrique peut augmenter la température de 7,5-11 ºC (eau douce) et 12-16 ºC (eau salée).

Ce choc thermique peut entraîner une mort rapide ou induire des effets secondaires qui affectent la survie des populations. Parmi d'autres effets, le chauffage de l'eau diminue l'oxygène dissous dans l'eau, causant des problèmes d'hypoxie.

Eutrophisation

Ce phénomène affecte sérieusement les écosystèmes aquatiques, provoquant même la disparition de la vie en eux. Il commence par la prolifération des algues, des bactéries et des plantes aquatiques Produit de contributions artificielles en nutriments à l'eau.

En augmentant les populations de ces organismes, ils consomment l'oxygène dissous dans l'eau provoquant la mort de poissons et d'autres espèces. L'augmentation de la température de l'eau contribue à l'eutrophisation en diminuant l'oxygène dissous et la concentration des sels, favorisant la croissance des algues et des bactéries.

Vie terrestre

Dans le cas de l'air, les variations de température affectent les processus physiologiques et le comportement des espèces. De nombreux insectes diminuent leur fertilité contre les températures supérieures à certains niveaux.

De même, les plantes sont sensibles à la température pour la floraison. Le réchauffement climatique fait que certaines espèces élargissent son extension géographique, tandis que d'autres voient celles-ci restreintes.

- Santé humaine

Coup de chaleur

Des températures inhabituellement élevées affectent la santé humaine, le choc thermique ou un coup de chaleur SO. Il s'agit d'une déshydratation aiguë qui peut provoquer la paralysie de divers organes vitaux et même provoquer la mort.

Les vagues de chaleur viennent provoquer des centaines et même des milliers de personnes comme à Chicago (États-Unis), où environ 700 personnes sont mortes en 1995. Pour leur part, les vagues de chaleur en Europe entre 2003 et 2010 ont causé la mort de milliers de personnes.

Maladies cardiovasculaires

D'un autre côté, des températures élevées affectent négativement l'image de santé des personnes atteintes de maladies cardiovasculaires. Cette situation est particulièrement grave en cas d'hypertension.

Changements de température soudains

Les variations de température soudaines peuvent affaiblir le système immunitaire et rendre le corps plus sensible aux maladies respiratoires.

Hygiène et environnement de travail

La pollution thermique est un facteur de santé du travail dans certaines industries, par exemple métallurgique et verre. Ici, les travailleurs sont soumis à une chaleur rayonnante qui peut causer de graves problèmes de santé.

Bien que les mesures de sécurité soient évidemment prises, la pollution thermique est importante. Parmi les conditions figurent l'épuisement thermique, les chocs thermiques, les brûlures de chaleur rayonnées extrêmes et les problèmes de fertilité.

Maladies tropicales

L'augmentation de la température mondiale provoque jusqu'à présent les maladies limitées à certaines zones tropicales pour étendre leur rayon d'action.

En avril 2019, le 29e Congrès européen de microbiologie clinique et de maladies infectieux a eu lieu à Amsterdam. Cet événement a souligné que des maladies telles que le chikungunya, la dengue ou la leishmaniosis peuvent s'étendre en Europe.

De même, l'encéphalite transmise par les tiques peut être affectée par le même phénomène.

Comment l'empêcher

Il s'agit de réduire les contributions à la chaleur nette à l'environnement et d'empêcher la chaleur produite d'être piégée dans l'atmosphère.

- Utilisation d'énergie et de technologies plus efficaces pour la production d'électricité

Sources d'énergie

Les usines thermoélectriques provoquent la plus grande contribution de la contamination thermique en termes de transfert de chaleur net dans l'atmosphère. En ce sens, pour réduire la pollution thermique, il est essentiel de remplacer les énergies fossiles par l'énergie propre.

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Les processus de production solaire, éolien (éolien) et hydroélectrique (eau) (eau) font de très faibles contributions résiduelles. La même chose se produit avec d'autres alternatives telles que l'énergie olamotriz (vagues) et la géothermie (chaleur terrestre),

Les technologies

Les usines et les industries thermoélectriques dont les processus nécessitent des systèmes de refroidissement peuvent utiliser des systèmes de circuits fermés. Des systèmes mécaniques de diffusion de chaleur peuvent également être incorporés qui contribuent à la réduction de la température de l'eau.

- Cogénération

La cogénération consiste à produire simultanément de l'électricité et une énergie thermique utile comme la vapeur d'eau ou l'eau chaude. Pour cela, des technologies ont été développées qui permettent de récupérer et de profiter de la chaleur résiduelle générée dans les processus industriels.

Par exemple, le projet Indus3es financé par la Commission européenne développe un système basé sur un «transformateur de chaleur». Ce système est capable d'absorber la chaleur résiduelle de basse température (70 à 110 ºC) et de la retourner à une température plus élevée (120-150 ºC).

Autres dimensions de la production d'énergie

Des systèmes plus complexes peuvent inclure d'autres dimensions de la production ou de la transformation d'énergie.

Parmi ceux-ci, nous avons la trigénération qui consiste à incorporer des processus de réfrigération en plus de la production d'électricité et de chaleur. De plus, si une énergie mécanique est en outre générée, la tétragération est discutée.

Certains systèmes sont des pièges à CO2, en plus de produire de l'électricité, de l'énergie thermique et mécanique, auquel cas il est question de quadrigénération. Tous ces systèmes contribuent en plus pour réduire les émissions de CO2.

- Réduire les émissions de gaz à effet de serre

Parce que le réchauffement climatique est le phénomène de la pollution thermique d'un plus grand impact sur la planète, son atténuation est nécessaire. Pour y parvenir, l'essentiel est de réduire les émissions de gaz à effet de serre, y compris le CO2.

La réduction des émissions nécessite un changement dans le modèle de développement économique, en remplaçant les sources d'énergie fossile par l'énergie propre. En fait, cela réduit l'émission de gaz à effet de serre et la production de chaleur résiduelle.

- Période de refroidissement de l'eau de refroidissement

Une alternative utilisée par certaines plantes thermoélectriques est la construction de lacunes de refroidissement. Sa fonction est de se reposer et de refroidir les eaux dérivées du système de refroidissement avant de les rendre à leur source naturelle.

Exemples de contamination thermique

Brayton's Thermoelectric Central (États-Unis). Source: wikimaster97commons [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Santa María de Garoña Plant de puissance nucléaire

Les centrales nucléaires produisent de l'électricité à partir de la décomposition des matières radioactives. Cela génère très la chaleur, un système de refroidissement nécessaire.

La centrale nucléaire de Santa María de Garoña (Espagne) était une centrale électrique de type BWR (réacteur d'eau bouillante ou réacteur d'eau bouillante) inauguré en 1970. Son système de refroidissement a utilisé 24 mètres cubes d'eau par seconde de la rivière Ebro.

Selon le projet d'origine, les eaux usées retournées dans la rivière ne dépasseraient pas 3 ºC par rapport à la température de la rivière. En 2011, un rapport Greenpeace, corroboré par une société environnementale indépendante, a déterminé des augmentations de température beaucoup plus élevées.

L'eau dans la zone de décharge a atteint 24 ºC (de 6,6 à 7 ° C de l'eau naturelle de la rivière). Ensuite, à quatre kilomètres, il préside des chaises sous la zone de décharge, dépassé 21 ºC. Le Central a cessé ses opérations le 16 décembre 2012.

Dispositifs de climatisation à Madrid (Espagne)

Dans les villes, il existe de plus en plus de systèmes de climatisation pour réduire la température ambiante dans la station chaude. Ces dispositifs fonctionnent en extrayant de l'air chaud de l'intérieur et en l'écartant à l'extérieur.

Ils ne sont généralement pas à haute efficacité, ils se propagent donc encore plus de chaleur qu'ils n'en extraient de l'intérieur. Ces systèmes sont donc une source pertinente de contamination thermique.

À Madrid, l'ensemble des climatiseurs présents dans la ville augmente la température ambiante jusqu'à 1,5 ou 2 ºC.

Un exemple positif: une plante productrice de margarine au Pérou

La margarine est un substitut au beurre obtenu par l'hydrogénation des huiles végétales. L'hydrogénation nécessite de l'hydrogène avec des températures élevées et des pressions avec de l'hydrogène.

Ce processus nécessite un système de refroidissement basé sur l'eau pour capturer la chaleur résiduelle générée. L'eau absorbe la chaleur et augmente sa température, puis retournant dans l'environnement.

Dans une entreprise péruvienne produisant de la margarine, un débit d'eau chaude (35 ºC) a provoqué une pollution thermique dans la mer. Pour contrer cet effet, la société a mis en œuvre un système de cogénération basé sur un circuit de refroidissement fermé.

Grâce à ce système, il a été possible de réutiliser l'eau chaude pour préchauffer l'eau d'entrée dans la chaudière. De cette façon, l'énergie a été économisée et le débit d'eau chaude vers la mer est réduit.

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