Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
 A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | +
Couche d'ozone

La couche d'ozone ou ozonosphère désigne la partie de la stratosphère contenant une quantité relativement importante d'ozone (concentration de l'ordre d'un pour cent mille). Cet ozone est produit par l'action du rayonnement solaire sur les molécules de dioxygène à haute altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur...) (entre 20 et 50 km d'altitude).

Les différentes couches de l'atmosphère terrestre
Les différentes couches de l'atmosphère terrestre

À cette haute altitude, la couche d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois...) a pour effet d'absorber la plus grande partie du rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques dont le...) ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.), qui se trouve être dangereux pour les organismes vivants.

On distingue :

  • le "bon ozone" présent dans la couche stratosphérique (objet de cet article), bon car il nous protège des rayons UV (ultraviolet) ;
  • le "mauvais ozone" présent dès la couche basse de l'atmosphère (troposphère : du sol jusqu'à environ 20 km d'altitude), mauvais car c'est celui que nous respirons et qui présente selon sa concentration une certaine toxicité (cf. : normes de Qualité de l'Air).

En l'absence de cette couche d'ozone, la vie (La vie est le nom donné :) n'aurait été possible que dans les océans, à une distance suffisante de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) des eaux. Ce fut le cas au cours de l'éon Archéen, lorsque l'atmosphère de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...) était dépourvue de dioxygène (et donc d'ozone).

À la fin des années 1970, des recherches scientifiques en Antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de l'océan Austral (ou...) ont mis en évidence une diminution périodique de l'ozone dans cette région polaire. Ce que l'on a appelé le « trou de la couche d'ozone » se forme au printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons des zones tempérées, précédant l'été et suivant...) dans l'Antarctique (au début de la « nuit » polaire) et s'agrandit pendant plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) avant de se réduire.

D'autres études, menées à l'aide de ballons évoluant à haute altitude et de satellites météorologiques, ont révélé que la proportion d'ozone au-dessus de l'Antarctique est en baisse. Des vols au-dessus de l'Arctique (L’Arctique est la région entourant le pôle nord de la Terre, à l’intérieur et aux abords du cercle polaire. Elle se situe à l'opposé de l'Antarctique. L'Arctique inclut une partie du...) ont mis en évidence des problèmes similaires dans cette région.
lancement d'un ballon sonde pour des mesures dans la couche d'ozone

Lancement d'un ballon sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines,...) pour des mesures dans la couche d'ozone.

L'ozone stratosphérique

Cet ozone stratosphérique qui s'étend entre 20 et 50 km d'altitude, est en réalité très dilué dans l'atmosphère locale.

En fait, si cet ozone était regroupé, concentré à l'état pur, il aurait dans les conditions normales de température et de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) (c'est-à-dire les conditions moyennes à la surface de la terre) une épaisseur de seulement 3 mm, soit 300 unités Dobson[1]. On remarquera que c'est cette couche d'ozone si ténue, qui protège la vie des rayons ultraviolets.

Processus de formation

L'ozone est produit à partir du dioxygène, composé de deux atomes d'oxygène.

Aux altitudes supérieures à 30 km, le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) solaire possède encore une énergie suffisante pour casser une partie des molécules de dioxygène et libérer les atomes. Un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) d'oxygène tendant à ne pas rester seul pour des raisons de stabilité, doit se recombiner à un autre élément ; il interagit donc avec une autre molécule d'oxygène (O2) présente pour former une nouvelle molécule, composée de trois atomes d'oxygène : l'ozone (O3).

O2 + rayonnement solaire -> O + O et O + O2 -> O3

Cette réaction chimique est la seule qui, dans la stratosphère, produise de l'ozone.

Mais puisqu'il y demeure encore de l'oxygène, c'est qu'il existe un facteur limitant sa concentration. Primitivement, une certaine quantité d'ozone s'est formée il y a environ deux milliards d'années et elle constitue le réservoir d'ozone de l'atmosphère. La concentration observée aujourd'hui résulte d'un équilibre entre la production d'ozone par le rayonnement solaire et certains processus de destruction : tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'ozone produit en « trop plein du réservoir » est détruit. C'est ce que l'on appelle un équilibre dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :).

Un équilibre dynamique

Le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les...), à haute altitude, le rayonnement solaire peut dissocier la molécule d'ozone en une molécule de dioxygène et un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) d'oxygène :

O3 + rayonnement -> O2 + O

Durant la nuit et en particulier la nuit polaire, cette réaction n'existe pas puisqu'il n'y a plus de rayonnement solaire. Une autre réaction devient alors prépondérante : la recombinaison d'un atome d'oxygène et d'une molécule d'ozone pour donner deux molécules de dioxygène :

O3 + O -> 2 O2

Mais l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de ces deux réactions ne peut rendre compte que de 20% de la destruction naturelle de l'ozone, alors que pour parvenir à un équilibre il faut que la perte soit égale à la production. Ce problème met en évidence la fragilité de l'équilibre de l'ozone. En effet, si les deux réactions ci-dessus avaient pu suffire à compenser la surproduction d'ozone, l'équilibre de ce dernier ne dépendrait que de la quantité de dioxygène présent dans la haute atmosphère, et cet équilibre aurait été difficilement perturbable, mais les composés chlorés perturbent cet équilibre. Les composés bromés, et les oxydes d'azotes (NOx) contribuent également à cette destruction.

L'action des composés chlorés

Parvenues dans la stratosphère, les molécules de composés chlorés sont décomposées par le rayonnement solaire, les produits de cette décomposition détruisant les molécules d'ozone par le jeu de réactions catalytiques[2].

Les sources naturelles de chlore (Le chlore est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Cl, et de numéro atomique 17.)

La seule source naturelle de chlore est le chlorure de méthyle, principalement produit dans les océans par les micro-organismes, les algues. La concentration ne dépasse pas 0,6 milliardième : c'est à cela que se limite le fonds naturel de chlore dans l'atmosphère.

Les chlorofluorocarbures

Inventés dans les années 1930, les chlorofluorocarbures ont connu un développement important à partir des années 1950 à cause de leurs propriétés remarquables (ininflammables, facilement compressibles, non solubles) et, comme ils n'ont qu'une faible réactivité chimique, on les croyait peu toxiques pour l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...). Utilisés principalement dans l'industrie du froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), les bombes aérosols, les solvants pour l'industrie électronique, les mousses synthétiques et les agents extincteurs, ils sont essentiellement dus à l'activité humaine.

La production des CFC est très importante. Pour les deux principaux, le trichlorofluorométhane (CFC 11) et le dichlorofluorométhane (CFC l2), la production est passée de 50 000 à 100 000 t au début des années 1960 jusqu'à 500 000 t en 1999. Cela représente une croissance de 5 à 6% par an, soit pratiquement un doublement de la quantité tous les dix ans.

Diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion...) dans l'atmosphère

Les vents brassent l'atmosphère en permanence :

  • horizontalement, avec un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) moyen de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la...) d'un pôle à l'autre de l'ordre de deux ou trois ans.
  • verticalement, avec une homogénéisation de l'atmosphère jusqu'à 80 km d'altitude.

En deux à trois ans, les CFC se retrouvent donc dans l'atmosphère sous toutes les latitudes, aussi bien à l'équateur qu'aux pôles. Puis, en quinze ans, ils montent dans la haute atmosphère.

Accumulation dans la stratosphère

À cela s'ajoute un autre effet. Les CFC présents dans la stratosphère en 1997 sont ceux qui ont été produits entre 1977 et 1982, ce qui ne représente que 40% de ce qui a été produit jusqu'à ce jour.

Les 60,1% restants sont encore en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour...) de se mélanger et de monter. Il y a donc un retard et, les effets des CFC produits ces dernières années se feront encore sentir dans 60 ans.

Bilan

Ainsi, la quantité de chlore naturellement présente dans la stratosphère est d'environ 0,6 milliardième, alors qu'aujourd'hui la proportion totale de chlore atteint 3,5 milliardièmes. Elle a été multipliée par 5 en 20 ans, ce qui a entraîné une rupture de l'équilibre dynamique.

En hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.), la destruction d'ozone est nulle. Au printemps, elle est très importante car il y a déjà des UV, beaucoup de cristaux de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) dans la stratosphère et parce que la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) atmosphérique, le vortex polaire autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) de l'Antarctique, empêche l'ozone détruit de se remplacer.

Dès la fin du printemps, l'amincissement est moins important parce que la quantité de cristaux de glace diminue, et aussi parce que la circulation atmosphérique change : il y a alors mélange entre l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire...) antarctique et l'air venu du nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) qui amène de l'ozone.

Données sur la couche d'ozone

Perte continue d'ozone en Antarctique

Différentes traînées, dont certaines évoluant en nuage d'altitude (Lille, 12 juin 2003 peu avant le coucher du soleil, direction W/NW)
Différentes traînées, dont certaines évoluant en nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend...) d'altitude (Lille, 12 juin 2003 peu avant le coucher du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...), direction W/NW)

L'ozone est aujourd'hui observé par un réseau de stations au sol et au moyen de satellites artificiels créés en partie par la Nasa (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence...).

C'est en 1985 que l'alerte a été donnée avec la découverte d'une diminution importante de la concentration d'ozone au cours des mois de septembre et d'octobre au-dessus du continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens...) antarctique. Une réduction de près de 50% du contenu total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le...) d'ozone était observée, se produisant au cours du printemps austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) et couvrant toute la surface de l'antarctique.

Depuis la fin des années 1970, l'épaisseur de l'ozone est passée, en certains endroits, de l'équivalent de 3 mm à 2 et même 1,5 mm aujourd'hui, en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) pour le mois d'octobre.

C'est cette diminution relative de l'épaisseur de la couche d'ozone stratosphèrique (par rapport à son épaisseur standard ou initiale de 300 Dobson), que l'on nomme «  trou d'ozone » ou « trou dans la couche d'ozone ».

En 2000, 2001 et 2003, le trou dans la couche d'ozone a atteint une superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette mesure par le terme « surface » lui-même (par exemple, on parle de la...) jamais observée avant 2000, alors que celui de 2002 était le plus petit qui ait été observé depuis 1998. En effet, à la fin de l'été 2003, le trou a de nouveau atteint un record de superficie… pour diminuer rapidement durant le mois d'octobre. En 2006, un nouveau record a été enregistré au dessus de l'antarctique.

En 2006, l'ONU et les experts alertent sur le fait que la couche d'ozone se reconstitue moins vite que prévu, en raison probablement de l'utilisation persistante de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...) interdits, de type CFC, mais peut-être aussi à cause de l'effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des...) et des traînées de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué...) laissées par les avions. Ces dernières, avec d'autres émetteurs de gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le plaisir de...), contribuent en réchauffant les basses couches de l'atmosphère à priver les hautes couches d'une partie des calories provenant du rayonnement du sol. Ces hautes couches se refroidissent, or le froid exacerbe les réactions chimiques de destruction de l'ozone.

Le trou dans la couche d'ozone a atteint une superficie record fin septembre 2006 et une épaisseur minimale record début octobre, aux alentours de 0,8 Dobsons. À cette époque, à Ushuaia, petite ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m chacune, par opposition aux...) du sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) de l'Argentine (non loin de l'Antarctique), les habitants ont été contraints de ne pas sortir découverts, car ils risquaient d'être brûlés vifs.

Perte d'ozone en Arctique

En océan Arctique, l'ampleur du phénomène n'atteint pas encore celle qui est observée dans l'hémisphère Sud.

Le fait que la perte d'ozone, si importante en Antarctique, soit moindre au-dessus de l'Arctique découle des différences climatiques entre ces deux régions. Le refroidissement de la stratosphère polaire est en effet moins intense au nord où, en moyenne, les températures sont de 15 à 20°C supérieures à celles observées au pôle Sud.

Cette différence de comportement entre les deux pôles est directement liée à la géographie : le continent antarctique est isolé au milieu des océans dans l'hémisphère Sud. Dans l'hémisphère Nord, au contraire, une alternance de continents et d'océans, de zones de hautes et de basses pressions atmosphériques contribue à créer un mouvement continu des masses d'air tel que le pôle Nord ne reste jamais totalement isolé. L'air des latitudes moyennes, plus chaud, arrive donc toujours au pôle, y augmentant ainsi les températures moyennes.

En exploitant des données fournies par un satellite (Satellite peut faire référence à :) de la NASA chargé de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) de la haute atmosphère, les chercheurs ont remarqué que les nuages stratosphériques de l'Antarctique ont une durée de vie deux fois plus longue que ceux situés au-dessous de l'Arctique.

L'action des ultraviolets sur les organismes vivants

Les ultraviolets sont des agents mutagènes : ils détériorent l'ADN des cellules, ce qui dérègle leurs activités (ex: cancer) ou les détruit (coup de soleil). Le 9 octobre 2003, au sud du Chili, la couche d'ozone qui avait perdu 50% de son épaisseur habituelle, offrait si peu de protection contre les ultraviolets que ce jour-là, il suffisait de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) cinq minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...) dehors sans protection pour attraper un coup de soleil (Un coup de soleil ou érythème actinique est une brûlure causée par une exposition de la peau au rayonnement du soleil. On le distingue de l'allergie...). Le sud du Chili n'est pas la seule zone atteinte. D'autres régions de l'Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En...) et de la Nouvelle-Zélande ont également connu des épisodes semblables. De plus, les rayons ultra-violets perturbent les divisions cellulaires des micro-organismes aquatiques, ce qui a de graves conséquences sur la vie aux pôles[3]. En plus des cancers de la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.), on observe aussi un affaiblissement général du système immunitaire.

L'action planétaire pour la préservation de la couche d'ozone

Mesures prises

  • Le protocole de Montréal, signé en septembre 1987 puis révisé à Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la ville est aujourd'hui devenue un centre culturel,...), Copenhague, Montréal et Pékin jusqu'en 1999, a préconisé une diminution des émissions de 50% en dix ans.
  • L'Union européenne a proposé en 1989 une interdiction totale de l'utilisation des CFC durant les années 1990, qui fut approuvée par les États-Unis. L'Union Européenne s'est ensuite dotée en 2000 d'un règlement européen (2037/2000) visant à transposer le Protocole de Montréal en droit européen, tout en fixant des objectifs plus ambitieux de réduction ou d'interdiction de certains gaz détruisant la couche d'ozone.

Malgré les mesures prises, le trou dans la couche d'ozone continue de s'agrandir. (voir plus haut stratosphère)

L'avenir

Même si les émissions de gaz chlorés étaient totalement arrêtées, il faudrait environ 70 ans pour que le taux du chlore dans l'atmosphère redevienne inférieur à deux milliardièmes. Même ainsi, on ne passerait au-dessous du seuil critique des phénomènes polaires que dans 75 ans, et le niveau de chlore ne reviendrait à son niveau naturel que dans un siècle.

Notes

  1. DU en anglais, Dobson Unit en hommage au spécialiste anglais G.M.B Dobson, un des premiers scientifiques à étudier la couche d'ozone, et inventeur du spectromètre Dobson. Une unite DU correspond à 0,01 mm d'épaisseur à la température et pression de l'atmosphère standard
  2. Catalytique signifie que le constituant qui attaque l'ozone est régénéré à la fin de la réaction. À travers une succession de ces réactions en chaîne, un unique atome d'un constituant peut donc permettre la destruction d'un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de molécules d'ozone (de l'ordre de 10 000 à 100 000). Dès lors, des constituants dont l'abondance relative ne se chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) pourtant qu'en milliardièmes peuvent suffire à contrôler chimiquement l'équilibre de l'ozone, dont l'abondance relative est pourtant mille fois supérieure.
  3. L'arrivée des ultraviolets provoque non seulement des cancers de la peau, mais aussi des mutations de l'ADN de tous les organismes vivants. Ces modifications consistent en la réalisation d'une nouvelle liaison entre deux thymines situées sur le même brin d'ADN. Ces deux thymines forment alors un diamère de thymine qui perturbe le fonctionnement des cellules de peau et provoque leur mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des étoiles). Chez les...). Toutefois, les cellules de peau contiennent une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction...), appelée ERCC3, capable de dissocier les diamères de thymines éventuellement formés après une exposition aux UV, ce qui permet à l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est...) de s'exposer au Soleil de façon modérée.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page. La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Lundi 11 Décembre 2017 à 00:00:02 - Autres sujets - 0 commentaire
» Archéologie: Opération Wampum
Vendredi 8 Décembre 2017 à 12:00:27 - Vie et Terre - 0 commentaire
» Diabète de type 2, tout commence dans le foie