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Les sources et les puits des composés hydrogénés, azotés et halogénés

Alors que la troposphère se caractérise par une atmosphère où la concentration relative de la vapeur d'eau varie dans de très larges limites et peut atteindre des valeurs élevées (10 —5 à 10 —2), la stratosphère est une atmosphère desséchée où la concentration relative de la vapeur d'eau n'est que de quelques millionièmes. Il faut cependant introduire l'effet du méthane qui peut être oxydé par l'hydroxyle :

donnant lieu finalement à H2, H2O et à CO se transformant également par réaction avec OH en dioxyde de carbone :

Dans la troposphère, la présence de OH due surtout à la réaction (9) est à la base de l'oxydation de nombreux constituants tels que les carbures d'hydrogène et de leurs dérivés comme le chlorure de méthyle, le chloroforme et les chlorofluorométhanes.

Le méthane est un produit naturel qui provient de la décomposition de matières organiques sous certaines conditions ; il apparaît comme gaz des marais, des terrains humides, des champs de riz et de la fermentation entérique animale, en particulier chez les ruminants. Diverses analyses conduisent aux résultats du tableau. Comme l'atmosphère contient quelque 4 gigatonnes (Gt) de méthane, on peut dire que le temps requis pour arriver à une telle masse n'est que de cinq à dix ans. La compensation destructrice, qui ne peut provenir que de la réaction (30), indique clairement la possibilité d'une influence humaine sur la concentration du méthane atmosphérique, par l'intermédiaire d'une activité microbienne.

Méthane

Tableau : Méthane

Production de méthane. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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L'examen du cas des oxydes d'azote stratosphériques se ramène à considérer le problème de l'origine de l'hémioxyde d'azote. La source de N2O est aujourd'hui identifiée. Après sa fixation (atmosphérique, biologique ou artificielle : cf. ), l'azote de l'air est transformé dans le sol en nitrates dont une partie donne lieu, par l'intermédiaire de bactéries dénitrifiantes, à des produits gazeux, N2 et N2O, qui s'échappent dans l'atmosphère. Comme la durée de vie de ce dernier composé est suffisamment longue dans la troposphère, il atteint la stratosphère où, avant d'être photodissocié en N2 et O, il réagit suivant le processus (13a) pour produire le monoxyde d'azote.

Azote

Tableau : Azote

Fixation de l'azote. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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En adoptant une valeur de l'ordre de 5 p. 100 pour la proportion de N2O par rapport à N2, on voit que la quantité d'hémioxyde produite est de 10 à 15 mégatonnes (Mt) par an. Comme le contenu total de l'atmosphère en N2O est d'environ 1,5 Gt, il faut à peu près cent ans pour arriver à un tel total. On peut en conclure que la fixation industrielle de l'azote, qui depuis 1950 n'a cessé d'augmenter, pourrait avoir un effet à longue échéance.

Dans le bilan des oxydes d'azote, on peut également penser à l'effet des vols stratosphériques qui introduisent directement le monoxyde d'azote dans la stratosphère. On doit cependant distinguer les avions subsoniques actuels et le Concorde volant au-dessous de 20 km des avions hypersoniques éventuels pouvant voler au-dessus de 25 km. Dans le premier cas, le mécanisme (24) conduit plutôt à une production d'ozone, alors que dans le second cas son effet est insuffisant et une destruction apparaît finalement.

Les halocarbones, qui ne sont pas détruits dans la troposphère par des réactions chimiques avec l'hydroxyle, passent dans la stratosphère où ils sont photodissociés en libérant les atomes de chlore qui attaquent l'ozone. On reconnaît aujourd'hui un seul produit naturel, le chlorure de méthyle, CH3Cl, et des produits industriels, surtout le tétrachlorure de carbone, CCl4, le trichlorofluorométhane, CFCl3, et le dichlorodifluorométhane, CF2Cl2. Le chlorure de méthyle, dont l'origine naturelle est marine, est certainement un constituant de la fumée lors de la combustion de produits chlorés (polyvinyle) ou de produits naturels résultant du brûlage des terres ou de l'essartage des forêts, surtout dans le cadre de l'agriculture tropicale liée à la culture sur brûlis. Tout fumeron conduit à la production de CH3Cl. Si l'on rapproche les productions industrielles et la dispersion dans l'atmosphère de CF2Cl2, CFCl3 et CCl4, on obtient les résultats qui sont présentés dans le tableau.

Halocarbones

Tableau : Halocarbones

Production et dispersion de certains halocarbones. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Réactions catalytiques de l'ozone (O3)

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

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Pour citer l’article

Marcel NICOLET, « ATMOSPHÈRE - Chimie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 février 2023. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/atmosphere-chimie/