Suie

La suie est une substance d'aspect noirâtre et d'odeur âcre résultant de la combustion incomplète, que la fumée dépose dans les conduits où elle passe.

Les suies peuvent se présenter comme des poudres, des pâtes goudronneuses ou des croûtes solides^{[réf. souhaitée]}. Ce sont des ensembles de composés chimiques riches en carbone, dont la composition varie selon la nature du combustible et les conditions de la combustion.

Les dépôts de suie dans les conduits de fumée sont inflammables et constituent un risque d'incendie spécifique appelé feu de cheminée.

On parle de suie principalement à propos des cheminées des chaudières de chauffage ; mais toutes les combustions incomplètes de combustibles fossiles et de la biomasse produisent également des suies^[1] qui contribuent à la pollution de l'air par des particules fines et à des effets plus visibles, comme le smog^[2].

Dépots de suie dans un four à pain.

Composition générale des suies

Les suies sont des mélanges complexes de particules contenant du carbone suie, encore appelé carbone noir ((en) Black Carbon BC), principalement composé de carbone graphitique de couleur noire^[3], et des composés organiques (HAP, oxydes, composés organiques condensables, etc.) (appelés carbone organique, (en) Organic Carbon OC). Le carbone organique et le carbone suie sont émis conjointement mais dans une proportion différente selon les sources et les conditions de combustion. Les suies contiennent aussi des sels inorganiques et des métaux^[4].

Valorisation de la suie

Le bistre est un nom de couleur et un pigment fabriqué autrefois avec de la suie détrempée^[5]. Il servait pour le dessin à la plume et le lavis, et aussi pour teindre en masse du papier à dessin. La couleur bistre s'obtient de nos jours par un mélange d'oxydes de fer.

Produits industriellement, de façon à être constitués exclusivement de carbone, le noir de carbone ou noir de fumée ne sont plus aujourd'hui considérés comme des suies.

La suie des cheminées

L'accumulation de la suie dans les conduits constitue un risque d'incendie qui impose le ramonage, c'est-à-dire le nettoyage des conduits.

Dans le jargon professionnel de certains ramoneurs, le bistre est une variété particulière, liquide, de suie qui s'écoule des conduits de cheminée^[6].

Pour d'autres, le bistre est une croûte compacte qui se forme dans les conduits à partir de la suie détrempée. C'est une substance hautement inflammable à l'origine de la majorité des incendies de foyers au bois.

Il est généralement assimilé à du goudron durci. En fait, c'est un mélange à forte teneur en eau, chargé de particules de carbone et d'huile qui s'oxyde au contact de l'air^[7]. C'est le vecteur de presque tous les incendies de cheminée^[8].

Il se forme dans le conduit de cheminée, lorsque la vapeur d'eau des fumées de combustion se condense et se mêle à la suie qui recouvre le conduit. Le mélange donne une mélasse qui en séchant se durcit pour constituer une croûte compacte. Le bistre est donc un agrégat de suie, qui est très inflammable et expansible jusqu'à 7 fois son volume lors de la combustion.

Le balais à suie du ramoneur ne suffit pas à le retirer. Un outillage adapté est nécessaire pour le débistrage, si le dépôt est important. La débistreuse est aujourd'hui une machine électrique, qui grâce à l'action rotative de sa tête à masselottes, va percuter le conduit et faire tomber le bistre^[7].

Il est préférable d'éviter la formation de bistre en s'assurant que la vapeur d'eau des fumées jusqu'à leur évacuation du conduit ne passe sous le point de rosée^{[réf. souhaitée]}. À cet effet, il est recommandé de brûler du bois sec, de ne pas faire fonctionner l'appareil de chauffage au bois à allure réduite, de bien isoler le conduit de cheminée, et d'allumer le feu en chauffant progressivement la cheminée^[7]. A bas régime, les températures de combustion sont plus basses ; la vapeur d'eau issue de la combustion du bois ou de l'humidité qu'il contient, a alors facilement tendance à se condenser sur la suie et à générer du bistre^[9].

Les suies de moteurs à combustion interne

Émissions d'un camion à moteur diesel sans filtre.

Le processus de la formation des particules dans la combustion dans les moteurs est mal connu^[10]. Les particules de suie, dont la nocivité est reconnue, sont devenues un objet d'étude. La formulation des carburants, la circulation des gaz dans la chambre de combustion, le temps de combustion contribuent à leur formation, et une partie des études visent à en réduire la production. Une autre branche d'ingénierie concerne leur récupération dans les tubes d'échappement, afin de ne pas les relâcher dans l'atmosphère.

L'étude de la suie

Au XIX^e siècle, Michael Faraday en étudie les propriétés optiques et note l'importance de celle-ci pour la luminosité d'une flamme. Hoyt Hotel en fait des images en microscopie électronique dans les années 1960. De manière contemporaine, Roger Millikan en analyse la modification de la composition suivant la hauteur d'une flamme.

Les suies ont ensuite été beaucoup étudiées en tant que polluant.

Récemment (2012), sur demande de l’ONERA (office national d’études et de recherches aérospatiales), l’IRSN (via son laboratoire de physique et de métrologie des aérosols, qui a notamment étudié la métrologie des particules carbonées émises en cas d’incendies dans une installation nucléaire^[11]) a commencé à étudier à des études les interactions entre eau et croissance de la glace à la surface des particules émises par les avions^[12] (Projet dit « Mermose », pour Mesure de la réactivité des émissions de moteurs aéronautiques, financé dans le cadre du Grand emprunt). L’IRSN développera ainsi sa compétence en matière de condensation de vapeur sur des particules de suies en cas d’accident nucléaire ^[12].

Propriétés

La formation des suies est liée au mode de combustion (notamment au pourcentage d'air ou de dioxygène, en regard de la combustion stœchiométrique) et à la nature du combustible. Elle est constituée de composés carbonés agglomérés, formant des particules d'une vingtaine de nanomètres, disposées en spirale^{[réf. nécessaire]}.

Elle modifie la couleur des flammes quand elle est portée à incandescence, cette dernière permettant l'émission de longueurs d'onde dans tout le spectre visible.

Elle a été utilisée pour la conservation de la viande fumée.

Impact environnemental du carbone suie

Le carbone suie, ou carbone noir (voir composition générale des suies), est produit par les combustions incomplètes de combustibles fossiles et de la biomasse. Il est constitué de carbone (C) dont la couleur noire absorbe le rayonnement solaire. Il a de ce fait un pouvoir de réchauffement de l'atmosphère, peut être transporté à longue distance et se déposer sur les étendues glaciaires en diminuant leur pouvoir réfléchissant (albédo)^[4],[13]. Son dépôt accroît la fonte de la neige et de la glace. Plus que d’autres régions, l’Arctique, tout comme les régions alpines, pourrait tirer avantage de la réduction des émissions de carbone noir^[14].

Communément appelé suie, le carbone noir est émis dans l'air lorsque des combustibles fossiles et des biocombustibles, tels que le charbon, le bois et le gazole, sont brûlés. Il est présent dans le monde entier.

Les principales sources de carbone suie sont les moteurs à combustion (diesel essentiellement), la combustion résidentielle de bois et de charbon, les centrales électriques, l’utilisation du fioul lourd ou du charbon, la combustion de déchets agricoles, ainsi que les incendies de forêt et de végétation. Il appartient aux particules fines PM_2,5 (diamètre inférieur à 2,5 micromètres), mais se retrouve principalement dans la partie la plus petite de celles-ci, les PM₁, dont le diamètre est égal ou inférieur à 1 micromètre. Par ces deux caractéristiques, chimique et physique, le carbone suie permet de mieux comprendre les comportements de la pollution particulaire liée aux sources de combustion^[13].

Le « carbone noir (suie) »^[15] est, avec le méthane et l’ozone troposphérique, l’un des principaux polluants climatiques à courte durée de vie dans l’atmosphère (de quelques jours à quelques décennies, une à deux semaines pour le carbone noir^[16]). Ces polluants influent fortement sur le réchauffement du climat, ils sont les plus importants contributeurs à l'effet de serre d’origine humaine après le CO₂. Ils sont également des polluants atmosphériques dangereux, qui ont de nombreux impacts néfastes sur la santé humaine, l'agriculture et les écosystèmes^[17].

D'ici à 2020, les petits appareils de chauffage domestique produiront à peu près la moitié des émissions totales de carbone noir. Cette tendance pourrait être accentuée par le développement de la combustion de la biomasse comme mesure de protection du climat. L’utilisation de poêles et chaudières modernes à granulés de bois, par exemple, pourrait sensiblement réduire les émissions de carbone noir dues à la combustion de la biomasse^[14].

Toxicologie, santé au travail

Les suies sont classées dans le groupe des cancérogènes certains pour l'homme (groupe 1) par le Centre international de recherche sur le cancer.

La formation des suies est encore mal élucidée, alors qu'elle revêt une importance certaine liée au fait que les suies comportent divers hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) toxiques, voire cancérigènes, et ceci d'autant plus, qu'elles s'adsorbent sur de fines particules métalliques, ce qui en accroît encore la toxicité. En France métropolitaine, la combustion du bois dans le secteur résidentiel contribue d'une manière largement majoritaire aux émissions de HAP dans l'atmosphère (77 % des émissions nationales en 2005)^[18].

L'exposition à des suies est reconnue comme facteur de risque (preuves humaines suffisantes) pour le cancer du poumon^[19], en particulier dans le cas de l'exposition professionnelle du ramoneur, avec : preuves humaines suffisantes pour le cancer de la peau (cancer du scrotum) et du poumon et des "preuves humaines limitées pour le cancer de la vessie" ^[19].

Il en résulte des normes de concentration de plus en plus sévères, relatives aux émissions de suies, notamment celles issues des moteurs thermiques.

Il est possible de diminuer le taux de formation des suies dans les moteurs thermiques, soit en utilisant un catalyseur d'oxydation, soit en ajoutant aux moteurs diesel, un filtre à particules.

Voir aussi

Articles connexes

• Environnement
• Fuligineux
• Pollution de l'air
• Particules en suspension
• Noir de fumée
• Noir de carbone
• Neige noire
• Bistre (cheminée)

Bibliographie

• Shaddix C, Williams T, La Suie, piège... et source de lumière, Pour la Science, octobre 2007, p. 62-67.

Notes et références

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