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OZONE ATMOSPHÉRIQUE

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L'ozone de la stratosphère

La formation de l'ozone

Le mécanisme de la production de l'ozone stratosphérique a été élucidé dès 1930 par le géophysicien britannique Sydney Chapman. Pour fabriquer cette molécule constituée de trois atomes d'oxygène, il faut des atomes d'oxygène libres. Aux longueurs d'onde inférieures à 240 nm (énergie E du photon supérieure à 5 électronvolts [eV]), le rayonnement U.V. peut dissocier les molécules d'oxygène O2 de l'atmosphère (fig. 1a) :

(1) O2 + photon (E > 5eV) → O + O.

Peu de photons solaires ont autant d'énergie ; ils disparaissent avec chaque absorption. Au fur et à mesure que l'on s'enfonce dans l'atmosphère, ce flux de photons va donc diminuer, mais, comme le nombre de molécules O2 augmente, le taux de production d'atomes libres d'oxygène atteint son maximum à quelques dizaines de kilomètres d'altitude. À ce niveau peut se former l'ozone par collision entre l'atome libre O et la molécule O2 en présence d'une autre molécule (généralement N2 ou O2) notée M (fig. 1b) :

(2) O2 + O + M → O3 + M.

Trois molécules O2 se convertissent ainsi en deux molécules O3 à l'aide d'un photon U.V. solaire ayant l'énergie nécessaire pour dissocier une molécule O2. Le taux de production d'ozone dans la stratosphère dépend du flux de photons U.V. (qui varie entre zéro la nuit et des valeurs plus ou moins élevées selon la latitude, la saison et l'activité solaire) et de la température.

La destruction naturelle de l'ozone

L'abondance de l'ozone dépend des processus compétitifs de formation et de destruction, ainsi que du transport de l'ozone par la circulation de l'atmosphère. Ce transport joue un rôle important dans la distribution de l'ozone dont la concentration maximale est observée non pas au-dessus de la zone équatoriale (où le flux de photons U.V. est le plus fort), mais à des latitudes relativement élevées, vers la fin du printemps. La quantité totale d'ozone dépasse alors les 400 D.U., et les concentrations les 5 000 ppb.

On a longtemps cru, selon Chapman, que la destruction de l'ozone dépendait essentiellement de l'absorption de photons ayant des énergies supérieures à 1,1 eV :

(3) O3 + photon (E > 1,1 eV)  → O2 + O,

cette dissociation étant suivie par la réaction (fig. 1c) :

(4) O3 + O → 2 O2.

Ainsi, avec un des photons abondants du rayonnement visible solaire, on convertit deux molécules d'ozone en trois molécules O2. La réaction (4) n'est cependant pas assez efficace pour expliquer la faible abondance de l'ozone dans la stratosphère. D'autres processus doivent intervenir. Vers 1970, Paul Crutzen et Harold Johnston ont mis en évidence le rôle important des oxydes d'azote (généralement notés NO x ), essentiellement le monoxyde d'azote ou oxyde nitrique (NO) et le dioxyde d'azote (NO2). Ces oxydes agissent dans des cycles catalytiques de destruction. Chaque molécule NO x peut servir des milliers de fois dans ces cycles qui transforment deux molécules d'O3 en trois molécules O2 (fig. 1d) :

(5a) O3 + photon (E > 1,1 eV) → O2 + O,

(5b) O + NO2 → O2 + NO,

(5c) O3 + NO → O2 + NO2.

La molécule NO2 est restituée à la fin du cycle.

Protubérance solaire

Protubérance solaire

E. Gibson/ MPI/ Getty Images

Protubérance solaire

Une protubérance solaire photographiée depuis le laboratoire spatial Skylab, le 19 décembre 1973.

E. Gibson/ MPI/ Getty Images

D'où viennent les oxydes d'azote ? L'atmosphère étant constituée à 99 p. 100 par un mélange de molécules d'azote (N2) et d'oxygène (O2), les oxydes d'azote sont produits chaque fois que la température est suffisamment élevée (combustion dans la troposphère ou dans des réacteurs d'avion, explosions nucléaires dans l'atmosphère). De plus, en fonction de l'activité solaire, les électrons énergétiques des aurores[...]

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Écrit par

  • Robert KANDEL : directeur de recherche honoraire du C.N.R.S., laboratoire de météorologie dynamique, École polytechnique, Palaiseau

Classification

Pour citer cet article

Robert KANDEL, « OZONE ATMOSPHÉRIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

Médias

Formation et destruction de l'ozone stratosphérique

Formation et destruction de l'ozone stratosphérique

Encyclopædia Universalis France

Formation et destruction de l'ozone stratosphérique

En a, formation et destruction de l'ozone selon le cycle de Chapman, qui dépendent essentiellement…

Encyclopædia Universalis France

Couche d'ozone

Couche d'ozone

Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Couche d'ozone

Rôle protecteur de la couche d'ozone. Les menaces qui pèsent sur elle.


L'ozone est une molécule…

Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Protubérance solaire

Protubérance solaire

E. Gibson/ MPI/ Getty Images

Protubérance solaire

Une protubérance solaire photographiée depuis le laboratoire spatial Skylab, le 19 décembre 1973.

E. Gibson/ MPI/ Getty Images

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Autres références

  • TROU DANS LA COUCHE D'OZONE

    • Écrit par Florence DANIEL
    • 1 729 mots
    • 1 média

    L'ozone (O3) situé dans la stratosphère joue un rôle protecteur en absorbant les rayons ultraviolets. Une diminution de sa teneur a pour conséquence d'augmenter le bombardement de la surface terrestre par les U.V., ce qui a des effets néfastes sur tous les êtres vivants.

    [...]

  • AÉRONOMIE

    • Écrit par Gaston KOCKARTS
    • 22 857 mots
    • 11 médias
    [...]assurer la conservation de l'énergie :
    Dans la stratosphère, il existe une autre réaction très efficace :
    donnant lieu à la formation de l' ozone (O3). Cependant, les molécules d'ozone peuvent être détruites par la réaction :
    ou peuvent être photodissociées suivant le processus :[...]

  • AIR

    • Écrit par Jean PERROTEY
    • 11 839 mots
    • 2 médias
    [...]en partie, régulée par sa dissolution dans l'eau et par la présence d'énormes masses de calcaires à la surface du globe. Le protoxyde d'azote et l'ozone sont synthétisés dans la haute atmosphère, à une altitude supérieure à 25 kilomètres. L'énergie du rayonnement ultraviolet solaire est en grande[...]

  • ANTARCTIQUE

    • Écrit par Pierre CARRIÈRE, Edmond JOUVE, Jean JOUZEL, Gérard JUGIE, Claude LORIUS
    • 90 641 mots
    • 24 médias
    Formé de trois atomes d'oxygène, l'ozone (O3) est un constituant présent dans l'atmosphère en très faible quantité, équivalente à une épaisseur de quelques millimètres dont environ 90 p. 100 entre 20 et 50 kilomètres d'altitude. Son rôle est cependant essentiel, car il absorbe très efficacement[...]

  • ATMOSPHÈRE - Chimie

    • Écrit par Marcel NICOLET
    • 19 536 mots
    • 5 médias
    [...] est réservée à la stratosphère, au-dessous de 50 km, par une absorption continue appelée le continuum de Herzberg, situé entre 200 et 240 nm. L' apparition de l'atome d'oxygène dans la mésosphère et dans la stratosphère conduit automatiquement à son association avec une molécule d'oxygène en[...]

  • ATMOSPHÈRE - La couche atmosphérique terrestre

    • Écrit par Jean-Pierre CHALON
    • 42 984 mots
    • 7 médias
    [...]0,93 p. 100 pour l’argon) conservent une proportion quasiment constante jusqu’à une altitude proche de 80 à 100 kilomètres. Les proportions moyennes en ozone font exception à cette règle : alors qu’elles ne dépassent pas 5 × 10-6 p. 100 (soit 50 molécules d’ozone par milliard de molécules d’air)[...]
  • Afficher les 28 références

Voir aussi

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