Le trou dans la couche d'ozone

Publié le par Seer

Phénomène dont à peu près tout le monde a entendu parler.

Raaah à cause du réchauffement climatique / de la pollution / de l’industrie blablabla on va mourir, les UV arrivent sur terre à cause du trou de la couche d’ozone… (Je caricature à peine, et pourtant je ne nie pas les problèmes, au contraire) (En passant, les politiques vous parlant des milliers de morts de Seveso ne savent souvent pas de quoi ils parlent ; il n’y a pas eu de mort sur le coup à Seveso, contrairement à Bophal ou Tchernobyl – par contre, des maladies et malformations, ça oui, mais c’est moins facile à chiffrer tout de suite)

Alors déjà, l’ozone, c’est quoi ?

C’est tout simplement du trioxygène (O3), qui est formé à partir de dioxygène (O2, celui qui nous est essentiel) et peut être détruit par un certain nombre de composés en redonnant du dioxygène. Je ferai quelque chose de plus détaillé plus tard, mais sachez que l’ozone est présent naturellement dans l’atmosphère, à concentration à peu près fixe, et a la particularité d’absorber une grande partie des UV que le soleil nous fait parvenir, ce qui nous évite beaucoup de cancers de la peau notamment.

La couche d’ozone (ou « bon » ozone), contenant 90% de l’ozone atmosphérique, se trouve dans la stratosphère, à environ 20 km d’altitude, et doit être épaisse d’environ 1mm (ramenée au niveau du sol, la même quantité ferait une couverture de 3mm, et c’est de cette longueur, qui est la norme, qu’on parlera par la suite). Les 10% restants sont du « mauvais » ozone, qui se trouve à portée de notre respiration (dans la troposphère, c’est donc de l’ozone troposphérique), ce qui n’est pas idéal vu qu’il est toxique. Les pics de pollution sont souvent associés à une quantité trop importante d’ozone, entre autres.

Pendant la seconde guerre, on a commencé à produire des Chlorofluorocarbures, plus connus sous le nom de CFC, ou fréons : ça avait un tas de particularités intéressantes (non toxique, ininflammable), et ça servait de fluide réfrigérant pour les frigos, et de propulseur dans les bombes aérosol.

En 1974, un article dans la revue scientifique Nature a fait beaucoup de bruit : à partir de calculs, il démontrait la dangerosité des fréons pour la couche d’ozone. Tous les scientifiques n’y ont pas cru, mais sur quelques années, les aérosols ont été largement boycottés par le public, avant que ledit public n’oublie… Ce sont les débuts des débats sur le trou de la couche d’ozone.

En 1978, est envoyé un satellite américain dédié à la mesure de l’ozone total (stratosphérique + troposphérique) ; les données qu’il envoie permettent d’établir… qu’il ne se passe rien. Le satellite ne remarque aucune baisse notable de la quantité d’ozone dans l’atmosphère.

Cependant, les stations au sol contredisent le satellite, tant et si bien qu’en 1985, après avoir été refusée plusieurs fois, une publication apparaît dans la même revue, selon laquelle un trou dans la couche d’ozone apparaît au-dessus du continent Antarctique : on découvre alors que les données le démontrant étaient bien dans le satellite, mais rejetées par le programme comme aberrante, car la variation de la quantité d’ozone était beaucoup plus brutale que ce que supposaient les scientifiques. D’où l’erreur énorme d’interprétation.

Le résultat finalement reconnu est donc le suivant :

Au mois d’octobre, au-dessus de l’Antarctique, l’épaisseur de la couche d’ozone est réduite à un tiers de la normale.

De nouvelles mesures plus précises révèlent que ce phénomène commence en septembre, et qu’il se résorbe en novembre. La taille varie d’une année sur l’autre, mais il a quand même tendance à s’agrandir.

Comment expliquer ceci chimiquement ? (attention, niveau 2 voire 3 minimum, en-dessous ça risque d’être un peu pas clair, désolée)

Les scientifiques Chapman et Grutzen (le second complétant le travail du premier beaucoup plus tard) ont établi un cycle de l’ozone dans la stratosphère.

Réaction de formation (faut bien) :

Dissociation de l’oxygène par les rayons UV : O2 + hn (l < 240 nm) --> O + O

NB : (raah, Overblog déconne, pas merci hein, le n devrait apparaît sous forme de la lettre grecque "nu" mais non) hn désigne en général un rayonnement lumineux (ça vient du travail de Max Planck, j’en parlerai une autre fois). Il faut savoir qu’en général, plus la longueur d’onde (l) est petite, plus l’énergie apportée par le rayonnement est importante ; et que la totalité des réactions physicochimiques ont besoin d’un minimum d’énergie pour avoir lieu, d’où la condition sur la longueur d’onde.

Réaction des atomes avec du dioxygène (M c’est tout ce qu’on veut, je sais pas pourquoi mais si on isole les réactifs du reste ça ne marche pas apparemment) : O2 + O + M --> O + M

En contrepartie, O3 est aussi détruit (faut aussi, sinon y aurait plus que ça dans l'atmosphère) selon les réactions :

 O3 + hn (l < 310 nm) --> O2 + O

 O3 + O --> 2 O2

Et aussi avec l’intervention du dioxyde d’azote :

NO2 + O --> 2 NO

O3 + NO --> NO2 + O2

NO2 + O + h --> O2 + O

Tout ça ça se fait naturellement, et cette compétition permanente donne une quantité d’ozone constante dans l’atmosphère. La nature est un équilibre.

Ajoutons-y maintenant l’influence des fréons :

Ca commence avec la coupure des liaisons carbone-chlore des fréons, qui libèrent du chlore atomique et super réactif dans l’atmosphère.

Cl + O3 --> ClO + O2

ClO + O --> Cl + O2

Notez la réapparition du chlore libre à la fin de la réaction, qui lui permet de la recommencer et de nuire encore plus ! (En chimie on appelle ça un catalyseur) Heureusement, il est possible de le neutraliser ainsi :

ClO + NO2 --> ClONO2 (nitrate de chlore, Cl est stocké et inactif)

Voilà, maintenant on sait comment la quantité d’ozone diminue à cause du chlore. Maintenant, pourquoi en octobre, et encore aujourd’hui alors que la production a quasiment cessé ?

Eh bien voilà :

Au mois de juillet, c’est l’hiver au pôle Sud. La pression et la température de la stratosphère au-dessus du pôle Sud (beaucoup moins ailleurs, pour raison de température plus élevées) conviennent tout juste à la solidification de la rare vapeur d’eau en glace (pas de liquide en-dessous d’une certaines pression pour tous les composés, et l’eau ne fait pas exception). Cela forme des nuages polaires.

NB : la présence d’acide nitrique (HNO3), en plus, dans l’atmosphère, permet de former ces nuages à température plus haute (-89 °C vs -91°C), et donc de détruire un peu plus l’ozone…

 Ces nuages permettent une réaction supplémentaire, qui « déstocke » le chlore :

ClONO2 + H2O --> HOCl + HNO3

Et, en septembre, quand arrive le printemps qui fait fondre la glace et amène la lumière :

HOCl + hn  -->HO + Cl

Et deux destructeurs d’ozone pour le prix d’un ! (Le premier sera cependant moins dangereux car non catalyseur)

Donc en octobre, avant d’être neutralisés par NO2, Cl démolit pas mal d’ozone, d’où l’affinement de la couche.

Au pôle Nord, le phénomène existe aussi, mais bien moindre car les températures sont plus élevées. En général, d’ailleurs, l’ampleur du phénomène varie tous les ans selon les conditions climatiques.

Aujourd’hui, dans l’industrie, la quasi-totalité des CFC ont disparu, remplacés par d’autres composés beaucoup moins dangereux pour la couche d’ozone, mais beaucoup plus nuisibles, pas de chance, en termes de réchauffement climatique. On ne peut pas tout avoir.

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plomberie paris 1 01/02/2015 03:41

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Cordialement

plombier paris 9 30/01/2015 21:53

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