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ATMOSPHÈRE Chimie

Atmosphère pure et sèche

Ozone - crédits : Encyclopædia Universalis France

Ozone

On sait depuis plus d'un siècle que l'air pur et sec soumis à une décharge électrique produit de l'ozone par dissociation de l'oxygène. Dans l'atmosphère, le même phénomène apparaît sous l'effet du rayonnement ultraviolet solaire. On a successivement la photodissociation de O2 (coefficient J2), la reformation possible de O2 (coefficient k1) à haute altitude, au-delà de 70 km, la formation de l'ozone (coefficient k2), la photodissociation de O3 (coefficient J3) et, en fin de compte, la réaction entre O3 et O (coefficient k3) :

Dans ces équations, M est la troisième particule (N2 ou O2) donnant lieu à une collision triple requise pour capter l'énergie de dissociation de la molécule formée. Les conditions atmosphériques et les valeurs numériques attachées aux constantes de réaction et déterminées au laboratoire indiquent que le maximum de photodissociation de l'oxygène apparaît dans la stratosphère et conduit à un maximum de concentration de l'ozone également dans la stratosphère, à quelque 25 km d'altitude. Les études détaillées montrent que l'ozone est en équilibre photochimique dans le domaine atmosphérique situé au-dessus de son maximum de concentration. En d'autres termes, la production d'ozone sous l'effet de l'ultraviolet solaire est automatiquement compensée par la reformation de molécules d'oxygène.

On avait cependant déjà découvert, il y a plus d'un demi-siècle, que l'ozone ne se conformait pas aux variations du rayonnement solaire liées à la latitude ou à la saison. Ce comportement propre à l'ozone, avec maximum au printemps et minimum en automne et également avec une abondance supérieure aux hautes latitudes à celle des basses latitudes, a démontré que les réactions chimiques étaient lentes par rapport au transport atmosphérique dans la basse stratosphère, au-dessous de 25 km.

Réactions catalytiques de l'ozone (O<inf>3</inf>) - crédits : Encyclopædia Universalis France

Réactions catalytiques de l'ozone (O3)

Ainsi, dans le cadre des études de chimie atmosphérique, il faut toujours associer les mouvements de l'atmosphère (transports verticaux et horizontaux) aux conditions qui régissent les réactions chimiques ne conduisant pas spontanément à l'équilibre photochimique. Si ces conditions s'appliquent à l'ozone dans la stratosphère inférieure, elles sont du même type pour l'atome d'oxygène dans la mésosphère supérieure, au-delà de 75 km. En effet, l'équation (3) indique que, par suite de la diminution de la concentration de O2 et de N2 quand l'altitude augmente, la formation de O3 devient de moins en moins importante. À partir de 60 km, la concentration de l'atome d'oxygène l'emporte sur celle de l'ozone. Néanmoins, cet atome est encore en équilibre photochimique jusqu'à 70 km, mais, au niveau de la mésopause (85 km), il est soumis aux mouvements atmosphériques et sa concentration locale dépend plus des conditions de transport que de celles de sa production.

Lorsqu'on effectue la comparaison des valeurs des concentrations théoriques et observées de l'ozone dans la stratosphère, on constate que les valeurs théoriques sont supérieures aux valeurs observées. Cette différence est due à l'effet de réactions qui n'apparaissent pas dans l'oxygène pur mais existent dans l'atmosphère réelle où de nombreux constituants minoritaires sont, en effet, présents.

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Écrit par

  • : professeur de géophysique externe à l'université de Bruxelles, professeur d'aéronomie, The Pennsylvania State University, États-Unis

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Ozone - crédits : Encyclopædia Universalis France

Ozone

Réactions catalytiques de l'ozone (O<inf>3</inf>) - crédits : Encyclopædia Universalis France

Réactions catalytiques de l'ozone (O3)

Méthane - crédits : Encyclopædia Universalis France

Méthane

Autres références

  • ACCÉLÉROMÈTRES SPATIAUX

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    • 4 883 mots
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    ...du sol à la frontière entre l'atmosphère et l'espace. En effet, comme le gradiomètre permet de mesurer les accélérations ressenties par le satellite, il est sensible aux variations de densité de l'air ainsi qu'aux déplacements des couches atmosphériques qui exercent une pression sur le satellite....
  • AÉRONOMIE

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    • 4 157 mots
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Voir aussi