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Les moteurs à essence rejettent des gaz polluants : monoxyde de carbone CO, hydrocarbures non brûlés ou transformés, oxydes d'azote NO et NO₂ issus de l'oxydation à très haute température du diazote de l'air par le dioxygène qui n'a pas participé à la combustion des hydrocarbures. Dans le moteur, plus la température de combustion est élevée, plus la formation d'oxydes d'azote est favorisée. En moyenne sur une heure de fonctionnement, 50 000 L de gaz sortent du pot d'échappement d'une voiture à essence. Le pot catalytique utilisé sur les voitures depuis 1993 contribue à diminuer cette pollution. En fonctionnement normal, 95% des gaz polluants sont dégradés.

Le pot catalytique est formé d'une enveloppe en acier inoxydable, d'un isolant thermique en céramique creusé en nid d'abeille et imprègné de métaux précieux tels que le platine Pt, le rhodium Rh, le palladium Pd. Les métaux précieux tappissent des milliards de microalvéoles dont la surface totale peut atteindre 4500m².

Lorsque les gaz d'échappement passent à travers le pot catalytique, ces métaux facilitent trois réactions d'où le nom de pot catalytique à trois voies: oxydation du monoxyde de carbone en CO₂, la réduction des dioxydes d'azotes en diazote, et l'oxydation des hydrocarbures non brûlés en CO₂ et eau.

Mais plusieurs critiques sont généralement faîtes aux pots catalytiques: ils exigent une essence sans plomb, ce dernier étant un poison du catalyseur; ils sont responsables d'une hausse de la consommation de carburant. Sa température de fonctionnement optimale étant élevée ( 300°C), l'éfficacité du pot catalytique est très faible les premières minutes de fonctionnement ou au cours de petits trajets surtout en hiver. Il est de plus extrèmement fragile et un mauvais réglage de la combustion peut gravement l'endommager. Les métaux nobles, bien que non consommés, sont difficilement récupérables sur un pot usagé.

Des solutions ont été proposées comme l'ajout d'une sonde Lambda chauffée qui contrôle la teneur en oxygène résiduel. Cette mesure permet une régulation du rapport air/ carburant, pour que la combustion soit la plus complète possible limitant ainsi le taux de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures non brûlés. De plus le chauffage de la sonde permet au pot catalytique d'être plus rapidement éfficace au démarrage du moteur: 5 secondes au lieu de 2 minutes.

Questions sur le texte:

1. Définir le mot catalyseur et extraire du texte des phrases mettant en évidence ses propriétés.
2. Indiquer la nature des catalyseurs utilisés dans un pot catalytique.
3. Indiquer en s'aidant du texte si la catalyse est hétérogène.
4. Préciser les limites d'utilisation du pot catalytique, ainsi que les solutions proposées.
5. Citer un facteur cinétique de la formation dans le moteur des oxydes d'azote.

étude d'une cinétique :

Le monoxyde d'azote NO peut réagir avec le dihydrogène suivant l'équation bilan:

2 NO (g) +2 H₂ (g) --> N₂ (g) + 2H₂O (g)

On étudie au laboratoire dans une enceinte fermée, la réaction du monoxyde d'azote avec le dihydrogène, en partant d'un mélange équimolaire de NO et H₂. A l'aide d'un capteur approprié, on trace la courbe donnant la quantité de matière de diazote formé dans le milieu réactionnel en fonction du temps

1. Définir la vitesse instantanée de formation du diazote à l'instant t.
2. Indiquer comment cette vitesse peut être déterminée graphiquement. La calculer à l'instant t=0.
3. En supposant que la vitesse instantanée de formation du diazote est du même ordre de grandeur que celle calculée, peut-on envisager un dispositif de remplacement du pot catalytique qui utiliserait cette réaction pour la transformation du monoxyde d'azote en diazote. Justifier.