La sécurité routière

I. Le gonflage d’un airbag grâce à une transformation chimique

Une transformation chimique peut produire différentes espèces et en particulier des gaz.

1) La mesure d’un volume de gaz produit lors d’une transformation chimique

La réaction entre l’ion oxonium H₃O⁺ de l’acide chlorhydrique et l’ion hydrogénocarbonate HCO3− produit du dioxyde de carbone (CO₂) gazeux selon l’équation ajustée :

H₃O⁺ + HCO3− → CO₂ + 2 H₂O

La réaction se réalise progressivement et on observe la formation de bulles dans le mélange. Il est possible de mesurer le volume de dioxyde de carbone formé à l’aide du montage ci-dessous.

Le tube à essais gradué est initialement rempli d’eau ; un tuyau souple (passant dans un bouchon) issu de l’erlenmeyer où a lieu la réaction permet d’amener le gaz jusqu’au tube à essais.

Attention

Il faut bien éliminer tout l’air du tube à essais avant l’expérience.

2) Le bilan de matière

a) Le volume molaire V_m

À une pression donnée voisine de la pression atmosphérique et une température donnée, une mole de gaz occupe un même volume : c’est le volume molaire V_m. Ainsi, sous un bar et à 0 °C, le volume molaire vaut V_m = 22,4 L.mol^–1 et à 25 °C, il vaut V_m = 24,0 L.mol^–1.

b) Le calcul de la quantité de matière n

La quantité de matière n_X d’une espèce gazeuse X est obtenue à partir de son volume V_X et de son volume molaire V_m :

L’azoture de sodium NaN₃est utilisé dans les coussins gonflables de sécurité (« airbags ») des voitures, car il se décompose très rapidement en diazote gazeux N₂ et sodium solide Na pour gonfler l’airbag. La réaction de décomposition est : 2 NaN₃ → 2 Na + 3 N₂.

La masse molaire de l’azoture de sodium est M(NaN₃) = 23,1 + 3 × 14,0 = 65,1 g.mol^–1.

Si on introduit une mole d’azoture de sodium, soit une masse m = 65,1 g, on formera 1,5 mol de diazote gazeux (en utilisant la proportionnalité des coefficients stœchiométriques), ce qui correspond sous un bar et à 25 °C à un volume V = n × V_m = 1,5 × 24,0 = 36 L.

3) Le fonctionnement d’un coussin gonflable

Un système d’airbag est un élément complexe de sécurité d’un véhicule qui a équipé les véhicules haut de gamme au milieu des années 1970. L’airbag passager a été introduit à la fin des années 1980, suivi d’autres versions comme l’airbag protège-tête et l’airbag latéral. Aujourd’hui, les systèmes d’airbag font partie de l’équipement standard des véhicules.

Le calculateur, installé au centre du véhicule, est le cœur du système d’airbag. Il permet la détection des accidents, la détection en temps utile des signaux fournis par les capteurs et le déclenchement des circuits d’allumage concernés. Il enregistre les défauts survenus (par exemple, une chauffe excessive du moteur) dans la mémoire des défauts.

Les calculateurs modernes ont dans leur mémoire des informations obtenues au cours de divers crash tests. Elles permettent de classifier un accident en fonction de la « gravité du choc ». On distingue ainsi :

• gravité du choc 0 = accident léger, aucun airbag n’est déclenché ;
• gravité du choc 1 = accident moyen, il est possible que des airbags soient déclenchés ;
• gravité du choc 2 = accident grave, des airbags sont déclenchés ;
• gravité du choc 3 = accident très grave, des airbags sont déclenchés.

Selon le système d’airbag et le nombre d’airbags, les capteurs de choc ou d’accélération sont montés directement dans le calculateur ou installés, à l’avant ou sur le côté du véhicule. Ils se déclenchent lorsque la force vient d’une certaine direction avec une intensité suffisante pour fermer un contact électrique du calculateur. Ces capteurs sont utilisés pour transmettre des informations aussi rapidement que possible au calculateur en cas de collision latérale.

L’airbag situé au niveau du volant se compose d’un sac d’air d’un volume d’environ 67 L, d’un support pour le sac, d’un générateur sur le support de générateur et d’un cache (cache du volant). En cas d’accident, le calculateur amorce le générateur. Un courant d’allumage chauffe un fin fil métallique qui amorce la pastille explosive.

Il se produit alors non pas une explosion, mais une combustion de la charge pyrotechnique, composée d’azoture de sodium. Le gaz produit par la combustion se détend et réagit avec l’oxydant en formant du diazote presque pur qui gonfle le sac. L’agent propulseur se présente généralement sous la forme d’une pastille dans un emballage étanche à l’air dans la chambre de combustion.

L’agent propulseur utilisé dépend de la taille du sac d’air et de la vitesse d’ouverture requise. Une température de 700 °C est produite dans la chambre de combustion par la réaction chimique qui suit l’amorçage. Le gaz est produit sous une pression d’environ 120 bars, puis refroidi à une température inférieure à 80 °C afin d’exclure une mise en danger des occupants du véhicule. Le bruit généré est comparable à celui d’un coup de fusil. Il faut environ 30 ms pour que le sac d’air soit entièrement gonflé.

II. La détection de la présence d’alcool et de substances illicites dans l’organisme

1) Rappel : la réaction d’oxydoréduction

Une réaction d’oxydoréduction se produit entre l’oxydant Ox₁ d’un couple et le réducteur d’un autre couple Réd₂. Il y a transfert d’électrons :

• le réducteur Réd₂ cède des électrons et est oxydé en oxydant Ox₂ ;
• l’oxydant Ox₁ capte les électrons cédés et est réduit en réducteur Réd₁.

Le nombre d’électrons cédés par le réducteur 2 est égal au nombre d’électrons captés par l’oxydant 1, car les électrons ne peuvent pas exister à l’état libre en solution aqueuse.

Ox1/Réd1 Ox1 + n1e–     =Réd1Ox2/Réd2 Réd2 =Ox2+n2e–    _} (× n2)(× n1)  n2 Ox1+n1 Réd2→ n2 Réd1+n1 Ox2

2) Le cas de l’éthylotest

Afin de réduire le nombre d’accidents sur les routes, les conducteurs doivent limiter leur consommation de boissons contenant de l’alcool.

L’alcoolémie maximale est fixée à 0,5 g.L^–1 d’alcool par litre de sang, soit la limite légale de concentration de 0,25 mg.L^–1 d’air expiré pour un conducteur (0,2 g par litre de sang pour les conducteurs ayant un permis en phase probatoire).

Des éthylotests jetables peuvent être achetés dans les stations-service, en pharmacie, en grandes surfaces. Ils sont constitués d’un sachet gonflable de capacité 1,0 L et d’un tube en verre contenant des cristaux jaunes de dichromate de potassium en milieu acide. Ceux-ci se colorent en vert au contact de l’alcool en se transformant en ion chrome Cr³⁺. L’automobiliste souffle dans le ballon et fait passer l’air à travers le tube. Si la coloration verte dépasse le trait témoin sur le tube, le seuil toléré des 0,5 g.L^–1 est dépassé. La réaction mise en jeu dans l’éthylotest est l’oxydation de l’éthanol CH₃CH₂OH par les ions dichromates Cr2O72−.

3) La détection de substances illicites

De nombreuses substances sont illicites (drogues) ou doivent être prescrites de manière appropriée (antidépresseurs, méthadone, barbituriques, etc.). Leur consommation a des conséquences sur la conduite d’un véhicule ou le comportement sur la voie publique, mettant en danger la personne concernée ou d’autres usagers.

Il est nécessaire de pouvoir vérifier, soit dans un cadre médico-légal soit dans un cadre policier, l’absence de consommation de ces substances. La détection est réalisée directement à partir d’un échantillon de salive par les forces de police, soit à partir d’urine ou idéalement de sang dans un hôpital.