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L’ozone au coeur de la chimie atmosphérique

L'ozone est une molécule remarquable. Tout à la fois poison et protecteur de la de vie continentale,  cette molécule caractérise à elle seule toute la chimie atmosphérique. Fortement oxydante, elle dégrade dans les basses couches de l’atmosphère la matière organique et nuit au bon fonctionnement du vivant. Absorbeur du rayonnement ultra violet dans la haute atmosphère, elle protège les organismes terrestres de ce rayonnement au pouvoir destructeur. Cette ambivalence en fait une molécule fascinante.

Page 5 / 8 - L'ozone troposphérique : source de destruction Sommaire
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Jöel Savarino Chimiste atmosphère - cryosphère

L’ozone troposphérique (couche de l'atmosphère entre la surface et une dizaine de km d'altitude) représente tout au plus 10 % du bilan total atmosphérique, les 90 % restant se trouvant dans la stratosphère(située juste au dessus de la troposphère).  Il n’est donc pas étonnant que l’ozone troposphérique, hormis la frénésie de mesures durant l’âge d’or de sa découverte, n’ait que peu attiré l’attention des scientifiques. Il faut attendre le début des années cinquante pour voir émerger l’étude systématique de sa concentration troposphérique dans un contexte bien particulier. C’est avec l’explosion de l’utilisation de la voiture à Los Angeles que l’on va découvrir les effets néfastes de cet ozone là. Et ce ne sont pas les chimistes de l’atmosphère qui vont être à l’œuvre mais des spécialistes des pathologies des plantes, des industriels, des purs chimistes !

A cette époque la pollution de l’air dans le bassin de Los Angeles commence à provoquer des dommages visibles sur les cultures, les récoltes mais aussi sur les matières caoutchoutés. Ces dégâts d’une nature nouvelle attirent l’intérêt des biologistes et chimistes. Ils cherchent à comprendre les causes et les raisons de ce phénomène. A une époque où la majeure partie des pollutions urbaines était toujours les fumées de combustion du charbon et des usines comme dans le cas du smog londonien du dix neuvième siècle (smog : contraction des termes anglais smoke et fog que l’on pourrait traduire en français par broumée pour brouillard et fumée),  pratique peu courante en Californie, la pollution de Los Angeles paraissait bien mystérieuse. Les premières tentatives d’explication furent infructueuses mais donnèrent les premières pistes, notamment sur la possibilité que finalement les espèces chimiques présentes dans l’atmosphère fussent probablement différentes de celles émises par les sources. Comprendre l’origine et le mécanisme de formation du smog de Los Angeles, de ce brouillard qui irritait fortement les muqueuses, était bien plus qu’une simple curiosité scientifique comme l’ozone stratosphérique le fût à l'origine ; c’était un problème de santé publique et la pression citoyenne était forte pour trouver des solutions.

Figure 8 : Chambre de réactionnelle atmosphérique où sont simulées les réactions chimiques atmosphériques © J. Savarino

En 1952, Häagen-Smith et ses collègues allaient faire une expérience cruciale. En mélangeant des gaz organiques, des oxydes d’azote en les exposant à la lumière, ils recréent le smog en laboratoire dans des chambres de simulation atmosphérique (Figure 8). Dans ces conditions, la production d’ozone décuplait et l’atmosphère devenait fortement oxydante et agressive pour les organismes vivants. On venait de redécouvrir l’agressivité de l’ozone vis-à-vis des chaînes carbonées, mais cette fois l'homme était à l’intérieur du tube à essai. Il faudra encore attendre la fin des années soixante-dix et la découverte du rôle des radicaux OH, produit par la photolyse de l’ozone et des composés organiques volatiles, pour que nous ayons une image complète de l’ozone troposphérique.

Figure 9 : Pollution au smog au nord de l’Inde. L’absence de régulation et une circulation automobile frénétique sont à l’origine de cette pollution à grande échelle © NASA
Figure 9 : Pollution au smog au nord de l’Inde. L’absence de régulation et une circulation automobile frénétique sont à l’origine de cette pollution à grande échelle © NASA

Le processus peut se décrire de la façon suivante : La combustion et les rejets des gaz d’échappement émettent à la fois des oxydes d’azote et des gaz organiques. Sous l’effet du soleil, ces deux familles de composés interagissent et forment du NO2, lequel est rapidement photolysé, produisant des atomes d’oxygène qui conduisent inexorablement à la formation d’ozone. L’ozone, à son tour, produit des radicaux OH, lesquels acidifient l’atmosphère en formant des acides sulfurique, nitrique et organique. Par temps clair, calme et ensoleillé, ce mélange conduit à la formation d’une atmosphère hautement agressive et corrosive, c'est l'ozone destructeur.

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