thumb|Feu de pneus, source de suies et de nombreux autres composés toxiques La suie est un agrégat polluant de composés chimiques pour la plupart riches en carbone, se présentant comme une substance d'aspect noirâtre, salissante et d'odeur âcre résultant de la combustion incomplète de matières carbonées. Les « grains » de suie ont l'apparence trompeuse de minuscules grains ronds et d'un noir mat (matière optiquement très absorbante), qui en réalité, observés au microscope électronique s'avèrent être des agrégats complexes de particules bien plus petites, organisées dans des configurations décrites par Jullien et Botet en 1987 et dans des morphologies ensuite décrites par Köylü et al. (en 1995)Köylü, Ü. Ö, Faeth, G.M., Farias, T.L. and Carvalho, M.G. (1995). Fractal and projected structure properties of soot aggregates. Combust. Flame , 100 , 621-633 ; Sorensen & Feke (1996)Sorensen C.M & Feke G.D (1996) The morphology of macroscopic soot, Aerosol Sci. Technol., 25 , 328-337 et Brasil et al. (en 2000)Brasil A.M, Farias T.L & Carvalho M.G (2000). A recipe for image characterization of fractal-like aggregates, J. Aerosol Sci., 30 , 1379-1389 .
Selon les contextes et les types de suies, le dépôt peut se présenter comme une poudre fine ou entrer dans la composition d'une pâte goudronneuse et odorante ou former des croûtes solides (sur les monuments, au contact de la pierre par exemple). Les dépôts de goudrons et suies dans les conduits de fumée sont inflammables et constituent un risque d'incendie (« feu de cheminée »).
Les fumées issues de la combustion de matière organique en contiennent une certaine proportion (dont une partie peut se déposer dans les conduits cheminées où la fumée passe). Les suies constituent une part significative des particules finesDETEC & OFEV (2015) Poussières fines PDF, 35 pages et de l'aérosol urbain, de la pollution de l'air et de la pollution routière en particulier. Elles sont principalement produites par les véhicules motorisés roulant au diesel et à l'essence, par les cheminées des foyers ouverts, des inserts et des chaudières de chauffage au fioul et/ou au bois. Toutes les combustions incomplètes de combustibles fossiles et de la biomasse produisent des suiesVoir la section impact environnemental du carbone suie. qui contribuent à la pollution de l'air par des particules fines et à des effets plus visibles, comme le smog. La combustion de certains hydrocarbures est particulièrement émettrice de suiesPrado G & Lahaye J (1973) Mécanisme de formation de particules de noir de carbone lors de la décomposition thermique de benzène-I.—Étude cinétique. Journal de Chimie Physique, 70, 1678-1683|résumé ; c'est le cas du benzène qui était autrefois utilisé en milieu scolaire pour montrer ce qu'est la suie (il est désormais interdit d'achat car cancérigène).
On a longtemps cru que les répercussions de la suie sur la composition atmosphérique et sur le climat étaient faibles mais de nombreuses études récentes ont montré que la suie est une espèce plus polluante que prévu, affectant la réactivitéLary D.J, D.E (1999) Shallcross, and R. Toumo, Carbonaceous aerosols and their potential role in atmospheric chemistry, Journal Geophys. Res., 104, 15,929-15,940Bekki S (1997) On the possible role of aircraft-generated soot in the middle latitude ozone depletion, J. Geophys. Res., 102, 10,751-10,758 et la composition chimique de l’atmosphère ainsi que son bilan radiatif terrestreMirvatte Francis (2011) Contribution à la caractérisation des propriétés optiques des sables et des suies atmosphériques avec les instruments PROGRA2 (Doctoral dissertation, Université d'Orléans)|PDF, 179 pages. voir page 20/179 du pdf et la recherche de la présence de suie dans la stratosphère ne débute qu’à peine, via des instruments sous ballons, embarqués par des avions et à partir de données satellitales (GOMOS-Envisat).
thumb|Avec le charbon puis les moteurs diesel comme carburant les locomotives du transport ferroviaire ont été une source importante de suies. L'électrification des voies a limité le problème dans une partie du monde|alt= thumb|Les navires fonctionnant avec des fiouls lourds de très mauvaise qualité sont une source très importante de suies qui pollue les lignes fréquentées par ces navires et les ports (ici à l'entrée de Port-Saint-Louis-du-Rhône thumb|Dépôts de suie sur les briques réfractaires d'un four à pain.
Caractérisation Une suie est caractérisée par plusieurs paramètres : la masse, ou plutôt la de la suite, car l'agrégat que constitue une « suie » voit sa masse volumique diminuer quand la taille de l'agrégat augmente (en raison de la structure des agrégats) ; les spécialistes calculent cette à partir du diamètre de mobilité électrique (Dm), qui est lié au diamètre de giration Dg des agrégatsOuf F.X, Coursil C, Coppalle A, Vendel J & Weill M.E (2005). Comparaison de différentes méthodes de détermination des caractéristiques fractales d’agrégats de suie, 21ième Congrès Français sur les Aérosols ; sa morphologie ; la structure de chaque élément constituant l'agrégat ; sa taille (nanométrologie) ; sa composition physico-chimique ; et éventuellement : l'évolution de la masse des agrégats en fonction de leur diamètre ; ses propriétés optiques (importante pour ses interactions avec les infrarouge, l'albédo et le climat)Mirvatte Francis (2011). Contribution à la caractérisation des propriétés optiques des sables et des suies atmosphériques avec les instruments PROGRA2 (Doctoral dissertation, Université d'Orléans)|PDF, 179 pages. voir l'Introduction, page 21/179 du pdf ; sa radioactivité (certains charbons, ou des bois contaminés peuvent contenir des radionucléïdes éventuellement retrouvés dans les suies ou mâchefersLemaire J, Lecourt J.P & Rivier C (2009) Correction pour la mesure de la radioactivité alpha des aérosols atmosphériques prélevés sur filtre. Radioprotection, 44(1), 21-40.).
Parmi les polluants de l'air on les classe comme particules primairesOuf F.X, Coursil C, Coppalle A, Vendel J & Weill M.E (2005) Détermination de la masse volumique de particules primaires et de la masse volumique effective des agrégats de suie. 21ième Congrès Français sur les Aérosols | URL:http://www.irsn.fr/EN/Research/publications-documentation/Publications/DSU/SERAC/Documents/112_CFA2005OUF.pdf , par opposition aux particules secondaires qui sont issues de la recombinaison de particules primaires ou de précurseurs mis en suspension dans l'air.
Composition générale des suies La suie contient deux grands types de composants primaires : du carbone élémentaire (CE, noir mat), des dizaines à centaines de composés organiques (mesurés en tant que carbone organique ou « organic carbon »(OC), d'éventuels autres éléments adsorbés sur la suie durant son processus de formation, de refroidissement ou lors de son parcours dans l'air ou l'eau.
La composition d'une suie varie selon la nature du combustible dont elle est issue, et selon les conditions de la combustion de ce combustible. Globalement plus il y a d'oxygène à disposition de la flamme au moment de la combustion, moins il y a de suie.
Les suies sont des mélanges complexes de particules contenant du carbone suie, encore appelé carbone noir, principalement composé de carbone graphitique de couleur noire., et des composés organiques (HAP, oxydes, composés organiques condensables, etc.) appelés . 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 et métalloïdesPoussières en suspension, sur le site du CITEPA, consulté le 14 juin 2015..
Une partie des suies peuvent être oxydées avant même de refroidir, et alors voir leurs propriétés changer (par exemple dans un moteur à combustionMarchal C (2008) Modélisation de la formation et de l'oxydation des suies dans un moteur automobile (Doctoral dissertation, Université d'Orléans).).
En sortie de cheminée, la suie peut se combiner à de l'acide sulfurique qui condense (par exemple après la combustion d'un fioul lourd ou d'un charbon riche en soufreDergaoui H, Debry E, Bessagnet B & Rouil L (2010). Modélisation de la dynamique du mélange de particules de suie avec des gouttelettes d'acide sulfurique. In 25. Congrès Français sur les Aérosols (CFA 2010) (p. NC).. On cherche à modéliser ce type d'interactions.
Valorisation de la suie
Le bistre est un nom de couleur et un pigment autrefois fabriqué avec de la suie détrempée.. 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 et de goudrons dans les conduits constitue un risque d'incendie qui impose le ramonage, c'est-à-dire le nettoyage des conduits.
Dans le jargon professionnel des ramoneurs, le bistre est une variété particulière, liquide, de suie qui s'écoule des conduits de cheminée citant ; ..
Pour certains autres, le bistre est une croûte compacte qui se forme dans les conduits à partir de la suie détrempée qui a ensuite séché. C'est une substance hautement inflammable à l'origine de la majorité des incendies de foyers au bois.
Les suies de moteurs à combustion interne thumb|Émissions d'un camion à moteur diesel sans filtre. Le processus de la formation des particules et leurs modifications et cinétique dans la combustion dans les moteurs est encore incomplètement cerné..
La formulation des carburants, la circulation des gaz dans la chambre de combustion, le temps de combustion contribuent à leur formation. Ces facteurs sont très étudiés, notamment pour chercher à réduire leur formation. Une autre branche d'ingénierie vise à les récupérer dans les tubes d'échappement, via des filtres ou un lavage de fumée pour ne plus les relâcher dans l'atmosphère.
Formation La combustion dans des régions d'une flamme pauvres en oxygène produit des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) qui par condensation autour d'un petit noyau primaire vont produire des suies de plus ou moins grande tailleMaugendre M (2009) Étude des particules de suie dans les flammes de kérosène et de diester (Doctoral dissertation, Rouen, INSA).. Les suies les plus petites ont un diamètre de quelques nanomètres, invisibles à l’œil nuBescond A (2015) Contribution à la métrologie des nanoparticules de suie et à la caractérisation des particules produites par un générateur de référence (Doctoral dissertation, Rouen)..
Composition Les suies sont essentiellement constituées de carbone. Elles contiennent aussi de l'hydrogène, des résidus d'hydrocarbures qui ont été à l'origine de leur formation et de leur croissance ; principalement l'acétylène formé dans la combustion.
Géométriquement ce sont des agglomérats de particules presque sphériques de quelques nanomètres à quelques dizaines de nanomètres de diamètre. Leurs collisions dans la flamme conduit à la formation de clusters de forme aléatoire, pouvant comporter quelques dizaines de particules Matthew Celnik, Tim Totton, Abhijeet Raj, Sebastian Mosbach, Richard West, Markus Kraft, "Modeling Soot Formation, Rapport RTO-EN-AVT-169, 2009, .
Toxicité