Techniques des Mathématiques ( Niveau BEP, BAC ; Master, DESS)

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Les gouttelettes d'un nuage avant de précipiter grossissent essentiellement par captation d'autres gouttelettes. Les cristaux de glace grossissent plus rapidement lorsqu'ils sont en présence d'une multitude de gouttelettes d'eau surfondue (par transfert de vapeur d'eau ou par collision)[1]. Naturellement, les nuages non précipitants et les brouillards sont constitués d'une multitude de gouttelettes d'eau microscopiques ou de cristaux de glace qui ne sont pas suffisamment gros pour tomber et atteindre le sol sous forme de précipitations (dans les conditions normales de sursaturation il faudrait plus de 10 heures pour faire grossir une goutte par condensation jusqu'à 100 microns). Les expériences d'ensemencement visent à rompre cet équilibre en accélérant la croissance de certaines gouttelettes ou leur transformation en cristaux de glace par introduction dans les nuages de particules artificielles comme des poussières ayant une forte affinité pour l’eau (sels de sodium, calcium, magnésium), des matériaux réfrigérants (neige carbonique, propane ou azote liquides…) ou des noyaux glaçogènes (iodure d’argent,…). L'iodure d'argent est la particule artificielle la plus communément utilisée à cet effet.

Les difficultés d'approvisionnement en eaux à cause de la sécheresse persistante ont conduit beaucoup de pays de par le monde à recourir à l'ensemencement des nuages pour provoquer les précipitations.[réf. nécessaire] Cette technologie mise au point aux États-Unis consiste à déverser dans le nuage des sels d'iodure d'argent ou de sodium. Ce déversement se fait par le biais de vecteurs qui peuvent être soit des avions qui ensemencent directement le nuage à la base ou au sommet, soit des générateurs qui ensemencent à partir du sol grâce aux courants ascendants.

Les sels d'iodure d'argent, dont les noyaux ont une structure cristalline semblable à celle de la glace, agissent comme des noyaux géants de condensation. Les gouttelettes d'eau contenues dans le nuage s'agglomèrent autour des noyaux de cristaux de sels, s'alourdissent et précipitent générant ainsi la pluie. L'ensemencement des nuages par des noyaux d'iodure d'argent peut donc favoriser la formation des nuages et des précipitations. Néanmoins, si la présence de noyaux de condensation s'avère quasi-nécessaire, elle n'est pas suffisante : l'état thermodynamique de l'atmosphère doit absolument permettre la condensation (rôle de la quantité de vapeur d'eau, de la température, pression etc.). L'ensemencement des nuages n'est donc en aucun cas une solution miracle au problème de sécheresse.

Les produits les plus fréquemment utilisés pour l'ensemencement des nuages sont :

iodure d'argent ;
chlorure de sodium ;
alginates ;
neige carbonique.

Historique d'utilisation
Cessna 210 avec un dispositif pour l'ensemencement de nuagesLa pluie artificielle par ensemencement des nuages est une technique récente, élaborée et appliquée pour la première fois en 1946, aux États-Unis, pour lutter contre la sécheresse qui sévissait dans la région de New York. Puis, elle s’est répandue pour lutter contre le manque d’eau à travers le monde. L'ensemencement est pratiqué en Australie depuis plus de 50 ans, dans le sud de l'Italie en Sicile et en Sardaigne, au Brésil, au Canada ou en Alberta on l'utilise pour faire crever des nuages avant que la grêle ne tombe. Beaucoup de pays commencent à recourir à cette technologie pour lutter contre la sécheresse.

En Afrique, le programme « Al Ghait » au Maroc débute en 1982 sous le règne du roi Hassan II (1929-1999). Le programme « SAAGA » au Burkina Faso, à partir de 1997, s’inscrit dans la continuité d’«Al Ghait » dans la mesure où le gouvernement burkinabé sollicita l’aide du gouvernement marocain pour sa réalisation. Les pays de l'Afrique subsaharienne réunis autour du CILSS (Comité Inter-Etats de Lutte contre la Sécheresse) ont décidé de mettre en pratique cette nouvelle technologie.

En 2004, l'Organisation météorologique mondiale recensait plus de 100 projets de modification artificielle du temps dans le monde, mis en œuvre par des dizaines de pays, en particulier dans les régions arides et semi-arides. Le plus grand projet actuel est mené en Chine. Aujourd'hui, cependant rien ne permet de prouver que les méthodes actuelles d'ensemencement des nuages permettent d'augmenter

les précipitations.

La formation de pluie artificielle a été employée pour rabattre au sol les fumées de l'incendie du réacteur de la centrale nucléaire de Tchernobyl lors de la catastrophe de 1986 (ensemencement à l'iodure d'argent).

La technique fut également utilisée à des fins militaires lors de la guerre du Vietnam. Les forces armées des États-Unis auraient fait de l’ensemencement des nuages au-dessus de la piste Hô Chi Minh pour la rendre plus difficile d'accès en augmentant la pluviosité. Il semble qu'entre 1967 et 1968, le Air Weather Service ait pu ainsi augmenter les quantités de pluie de 30 pourcent[4]. À une autre occasion, on aurait lâché du sel lors du siège de Khe Sanh afin de faire précipiter le brouillard pour améliorer les conditions météorologiques mais sans grand succès.

Des traités internationaux interdisent maintenant de tenter de modifier le climat à des fins militaires. Ainsi, le contrôle météorologique et la modification du temps pour des fins militaires sont expressément interdits par une résolution des Nations unies du 10 décembre 1976 et qui fut signée le 18 mai 1977 (résolution de l'Assemblée générale 31/72, TIAS 9614)[5]. Ce règlement est entré en vigueur le 5 octobre 1978 mais devait être ratifié par chacun des États membres. Ce fut fait le 13 décembre 1979 aux États-Unis par le président Jimmy Carter et par le Sénat le 17 janvier 1980. Deux projets de modifications de cette loi furent déposés en 2005 pour allouer certaines dérogations, établir un comité de recherche sur les opérations de modification du temps et établir une politique nationale sur le sujet[6]. Ils ne furent cependant jamais adoptés

Depuis les années 1950, l'ensemencement des nuages est mis à profit afin de lutter contre la grêle. L'enrichissement de l'air en noyaux de condensation favorise aussi le passage de la phase gazeuse en phase solide, et donc la formation de grêle. En effet, l'ensemencement des nuages est censé favoriser la formation de nombreux grêlons de petite taille et ainsi lutter contre la croissance d'un nombre plus restreint de gros grêlons sur l'humidité atmosphérique disponible.

Efficacité
La technique ne fait pas l'unanimité, l'augmentation des précipitations n'excédant guère les 12 % et nul ne peut estimer si cette augmentation est due à l'ensemencement ou au déroulement naturel du climat. La technique demande aussi le maintien des avions dans l'air pendant une soixantaine de minutes entraînant ainsi un dégagement de gaz à effet de serre et des bruits assourdissants. La communauté scientifique est partagée quant à l'efficacité du système.

Pluie artificielle
Le procédé de pluie artificielle, pour aboutir à de véritables résultats dans un pays nécessite un ensemble de conditions préalables. Pour que la pluie artificielle soit profitable au pays qui l‘utilise, il faut avant toute chose prévoir de la faire tomber sur des terrains propices à l’agriculture, cultivables mais manquant d’eau. Ainsi, il est donc important de choisir le bon moment et la bonne période.

Il faut également être doté d’infrastructures hydrauliques et hydroélectriques adéquates ainsi que d’un système d’irrigation suffisamment développé pour accueillir le procédé. Dans tous les cas et quelle que soit la méthode exercée, des conditions atmosphériques spécifiques sont nécessaires.

Grêle
L'expérimentation a montré que si la limitation de la croissance des grêlons grâce à l'ensemencement marchait dans certains cas, il peut tout aussi bien s'avérer sans utilité ou pire, néfaste voire dangereux, en n'empêchant pas la croissance des grêlons tout en augmentant leur nombre. Il s'agit donc d'une activité controversée dans le milieu scientifique[9].

Toxicologie de l'argent
Quoique certains scientifiques sous-tendent que les quantités d'iodure d'argent émises lors de l'ensemencement des nuages sont infimes et sans conséquences négatives, d'autres allant jusqu'à dire que l'iodure d'argent est bon pour le cœur et que les mineurs dans les mines d'argent vivent plus longtemps, la question des risques posés par l'iodure d'argent sur l'écosystème terrestre et aquatique soumis à des années et des années d'ensemencement de nuages reste ouverte.

L'argent fait partie des métaux nobles. Il est très réactif et peut former de nombreux complexes en solution. Ses sels sont en général peu solubles, sauf le nitrate, le perchlorate, le fluorure, l'acétate et le chlorate. Le sel le moins soluble est . En ce qui concerne les composés solubles, la réaction avec les halogénures et halogénoïdes donne des complexes plus ou moins stables dont l'ordre de stabilité décroissante est le suivant : I > CN > Br > SCN > Cl > F. Des complexes peuvent être formés également avec des groupements sulfhydriles et aminés, avec des sulfures, le thiosulfate ainsi qu'avec des composés organiques.

Pour des pays où la majeure partie de la population boit l'eau de pluie, les risques de contamination à l'iodure d'argent deviennent préoccupant. Un ensemencement de nuages régulier, année après année se traduira par un effet cumulatif de l'iodure d'argent dans les écosystèmes. L'iodure d'argent est très toxique pour les espèces aquatiques surtout les plus petits dont il bloque le stade de reproduction. Dans les pays du Sahel où il est pratiqué, on constate un assèchement précoce des feuilles de certains arbres, l'argent s'accumulant dans les racines remonte évidemment vers les feuilles.

Méthodes d'analyse
Pour un meilleur contrôle afin de vérifier la présence d'iodure d'argent dans les échantillons d'eau, de sol, des plantes, de l'air ensemencé doit être régulièrement pris avant et après chaque opération d'ensemencement de nuages. La méthode de dosage dépend de la concentration en ions Ag+ et des autres ions interférents. Pour une concentration de l'ordre de 10-2 M à 10-3 M, un simple dosage volumétrique convient à condition d'éliminer au préalable les ions interférents ou doser d'abord ces ions interférents par une autre méthode puis faire la différence avec ce qu'on aura mis en jeu au total avec le dosage des ions Ag+.

Pour des concentrations plus faibles, c'est-à-dire inférieures à 10-3 M et jusqu'à 10-5 M et même 10-6 M, alors il faut l'absorption atomique. Pour des concentrations en dessous de 10-6 M, l'absorption atomique n'est plus sensible et il faut alors un dosage polarographique impulsionnel utilisant la technique du dépôt cathodique suivi de la redissolution anodique sur électrode à goutte pendante de mercure ou sur électrode de carbone vitreux. On peut aussi utiliser un titrage coulométrique avec détection ampérométrique. Avec la quantité d'ions libérés lors de l'ensemencement des nuages, l'absorption atomique sera la méthode adéquate.

Effet bactéricide
Les propriétés antibactériennes de l'argent sont connues depuis l'Antiquité, où ce métal fut utilisé pour purifier l'eau. Des onguents et pommades contenant de l'argent furent aussi couramment employés pour nettoyer des plaies. En revanche, l'usage de l'argent sous forme de nanoparticules est très récent. L'intérêt étant de garder une bonne efficacité antibactérienne tout en réduisant les quantités nécessaires de ce métal coûteux. En effet, plus les « morceaux » d'un matériau sont petits et plus leur surface relative par rapport à leur masse est importante, et donc plus ils sont actifs.

Impacts de l'iodure d'argent[modifier | modifier le code]Sols
La majorité de l'argent rejeté dans l'environnement demeure dans les sols à proximité du lieu de l'émission.Végétaux Pour l'herbe et les plantes cultivées, les racines sont les tissus qui accumulent le plus l'argent environ 3 fois plus que la plante entière (Ratte, 1999).
Animaux. Chez les animaux, 10 % d'une dose orale d'argent peut être absorbé à travers la peau, par les poumons et le tractus gastro-intestinal et est ensuite distribué vers le foie, le cerveau et les muscles. Les 90 % sont rejetés dans les fèces.

Espèces aquatiques

En solution l'ion argent est extrêmement toxique pour les plantes et animaux aquatiques Parmi les organismes végétaux, le phytoplancton et le périphyton présentent un taux d'accumulation de l'argent en solution très important et rapide, fonction de l'espèce, de son stade de croissance et de la chimie du milieu. L'argent s'accumule dans les tissus de certaines espèces marines et d'eaux douces. Une analyse par absorption spectrophotométrie pratiquée sur cinquante huîtres pris le long de la côte géorgienne a montré que la concentration d'argent était à la limite de la détection dans les coquilles (au-dessous de 1 ppm) mais présent dans les tissus à une concentration de 10 à 20 ppm (Casarett and Doul, 1975; Windom and Smith, 1972). Les analyses de l'agence EPA sur les poissons et les amphibiens ont montré que l'argent était l'élément le plus toxique pour ces espèces comparé aux autres métaux et métalloïdes. Parmi les espèces testées les individus les plus sensibles sont les plus petites de la chaîne alimentaire et celles vivant dans les eaux de faible salinité et de faible dureté. L'argent induit un syndrome de stress variant d'une classe animale à l'autre. Chez les espèces marines il est associé à une dépression respiratoire pour les gastropodes et une augmentation de la consommation d'oxygène pour les mollusques bivalves
Homme

L'Office de l'Environnement, Health and Safety, UC Berkeley classe l'iodure d'argent en composé inorganique non soluble et dangereux. Beaucoup d'articles médicaux démontrent que l'homme absorbe l'iodure d'argent par la respiration (poumons, narines) et par la peau. Une légère exposition peut causer des irritations, des lésions rénales et pulmonaires et aussi l'argyrisme (décoloration bleue de la peau). Une sévère exposition peut entraîner une hémorragie gastro-entérite, augmentation du rythme cardiaque et un argyrisme sévère. Une chronique ingestion d'iodure peut causer l'iodisme qui se manifeste par une éruption cutanée, un écoulement nasal, des maux de tête, une irritation des muqueuses, une perte de poids, l'anémie et enfin l'argyrisme.