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20.2.1 : Appauvrissement de l'ozone

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    Le processus d'appauvrissement de la couche d'ozone commence lorsque des CFC (chlorofluorocarbones) et d'autres substances appauvrissant la couche d'ozone (SACO) sont émis dans l'atmosphère (figure\(\PageIndex{a}\)). Les molécules de CFC sont extrêmement stables et ne se dissolvent pas sous la pluie. Après plusieurs années, les molécules de SACO atteignent la stratosphère, à environ 10 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre (figure\(\PageIndex{b}\)). Les CFC étaient utilisés par l'industrie comme réfrigérants, solvants de dégraissage et agents propulseurs.

    Une plus grande quantité de rayons UV atteint la Terre lorsque la couche d'ozone est épuisée.
    Figure\(\PageIndex{a}\) : Les rayons ultraviolets (UV) puissants séparent les substances appauvrissant la couche d'ozone (SACO). Le processus est le suivant : (1) les chlorofluorocarbures (CFC) sont libérés, (2) les CFC montent dans la couche d'ozone de la stratosphère, qui contient de l'ozone (O 3), (3) le rayonnement UV libère du chlore (Cl) à partir des CFC, (4) le Cl détruit l'ozone, (5) l'ozone appauvri laisse passer davantage de rayons UV dans l'atmosphère, et (6) plus de rayons UV provoquent plus de cancers de la peau. Certaines substances appauvrissant la couche d'ozone, notamment les CFC, les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), le tétrachlorure de carbone et le méthylchloroforme, libèrent des atomes de Cl. D'autres SACO, notamment les halons et le bromure de méthyle, libèrent des atomes de brome (Br). Ce sont ces atomes qui détruisent réellement l'ozone, et non la molécule de SAO intacte. On estime qu'un atome de chlore peut détruire plus de 100 000 molécules d'ozone avant d'être retiré de la stratosphère. Crédit : NASA GSFC.
    Les couches de l'atmosphère : troposphère, stratosphère, mésosphère et thermosphère
    Figure\(\PageIndex{b}\) : Les couches de l'atmosphère. La toposphère est la plus proche de la surface de la Terre (0-12 km). Viennent ensuite la stratosphère (12 à 50 km), la mésophère (50 à 80 km) et la thermosphère (plus de 80 km). La couche la plus externe (l'exosphère) n'est pas représentée. L'ozone troposphérique est une forme de pollution atmosphérique, mais la couche d'ozone de la stratosphère aide à filtrer les rayons UV. Photo prise par GFDL (CC-BY-SA).

    L'ozone (O 3) est constamment produit et détruit dans un cycle naturel, comme le montre la figure\(\PageIndex{c}\). Cependant, la quantité globale d'ozone est essentiellement stable. Cet équilibre peut être considéré comme la profondeur d'un cours d'eau à un endroit donné. Bien que des molécules d'eau individuelles passent au-delà de l'observateur, la profondeur totale reste constante. De même, si la production et la destruction de l'ozone sont équilibrées, les niveaux d'ozone restent stables. Cela a été le cas au cours des dernières décennies. Les fortes augmentations des substances appauvrissant la couche d'ozone stratosphériques ont toutefois bouleversé cet équilibre. En effet, ils éliminent l'ozone plus rapidement que les réactions naturelles de création d'ozone ne peuvent suivre le rythme. Par conséquent, les niveaux d'ozone diminuent.

    Interconversion de l'ozone (O3) en oxygène gazeux (O2) et en un seul atome d'oxygène (O) dans l'atmosphère
    Figure\(\PageIndex{c}\) : Comme l'ozone (O 3) filtre un type nocif de rayonnement ultraviolet (UVB), moins d'ozone signifie des niveaux d'UVB plus élevés à la surface. Plus la déplétion est importante, plus l'augmentation des UVB entrants est importante. Les UVB ont été associés au cancer de la peau, à la cataracte, à des dommages causés à des matériaux tels que les plastiques et à des dommages à certaines cultures et à certains organismes marins. Bien que certains UVB atteignent la surface même sans appauvrissement de la couche d'ozone, leurs effets nocifs augmenteront en raison de ce problème. Le processus par lequel la couche d'ozone filtre le rayonnement UV est le suivant : (1) Les molécules d'oxygène gazeux (O 2) sont photolysées (divisées), produisant deux atomes d'oxygène. Il s'agit d'un processus lent. (2) Les atomes d'ozone et d'oxygène sont continuellement interconvertis alors que les UV solaires décomposent l'O 3 en O 2 et en un seul atome d'oxygène (O). L'atome d'oxygène (O) réagit avec une autre molécule d'O 2 pour former de l'O 3. Cette interconversion est un processus rapide qui convertit le rayonnement UV en énergie thermique, réchauffant ainsi la stratosphère. (3) L'ozone est perdu par une réaction de l'atome d'oxygène ou de la molécule d'ozone entre eux, ou avec un autre gaz à l'état de traces tel que le chlore. Il s'agit d'un processus lent.

    Politiques pour réduire la destruction de l'ozone

    L'une des réussites en matière de réduction des polluants nocifs pour l'atmosphère concerne les produits chimiques destructeurs de l'ozone. En 1973, les scientifiques ont calculé que les CFC pouvaient atteindre la stratosphère et se décomposer. Cela libérerait des atomes de chlore, qui détruiraient ensuite l'ozone. Sur la seule base de leurs calculs, les États-Unis et la plupart des pays scandinaves ont interdit les CFC dans les bombes aérosols en 1978. Il était nécessaire de confirmer que les CFC dégradent l'ozone avant de prendre des mesures supplémentaires pour réduire la production de produits chimiques destructeurs de l'ozone. En 1985, des membres du British Antarctique Survey ont indiqué qu'une réduction de 50 % de la couche d'ozone avait été constatée au-dessus de l'Antarctique au cours des trois printemps précédents.

    Deux ans après le rapport du British Antarctique Survey, le « Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone » a été ratifié par les nations du monde entier. Le Protocole de Montréal contrôle la production et la consommation de 96 produits chimiques qui endommagent la couche d'ozone. Les CFC ont été pour la plupart éliminés progressivement depuis 1995, bien qu'ils aient été utilisés dans les pays en développement jusqu'en 2010. Certaines des substances les moins dangereuses ne seront pas éliminées avant 2030. Le Protocole exige également que les pays les plus riches donnent de l'argent pour développer des technologies qui remplaceront ces produits chimiques.

    Comme les CFC mettent de nombreuses années à atteindre la stratosphère et peuvent y survivre longtemps avant de se décomposer, le trou d'ozone n'a pas disparu immédiatement après la réduction des émissions de CFC ; toutefois, il a diminué (figure\(\PageIndex{d}\)).

    Le trou dans la couche d'ozone, représenté par un espace violet foncé dans une couche autrement verte entourant la Terre.
    Figure\(\PageIndex{d}\) : Le trou d'ozone en Antarctique qui se produit chaque année en septembre et en octobre au printemps de l'hémisphère sud enregistre généralement des niveaux d'ozone bien inférieurs à ceux de l'Arctique. Les violets et les bleus foncés indiquent l'étendue des faibles niveaux d'ozone le 12 octobre 2018, date à laquelle ils sont tombés à 104 unités Dobson. Image et légende du Goddard Space Flight Center de la NASA (domaine public).

    Elément interactif

    Le trou d'ozone se rétrécit en raison de la réduction des émissions de CFC. Vous pouvez en savoir plus ici.

    Effets sanitaires et environnementaux de l'appauvrissement de la couche d'ozone

    Il existe trois types de rayons UV : UVA, UVB et UVC. La réduction des niveaux d'ozone stratosphérique se traduira par une augmentation des niveaux d'UVB atteignant la surface de la Terre. La production d'UVB par le soleil ne change pas ; au contraire, moins d'ozone signifie moins de protection et, par conséquent, une plus grande quantité d'UVB atteint la Terre. Des études ont montré que dans l'Antarctique, la quantité d'UVB mesurée à la surface peut doubler au cours du trou d'ozone annuel.

    Des études épidémiologiques et en laboratoire montrent que les UVB provoquent des cancers de la peau autres que le mélanome et jouent un rôle majeur dans le développement du mélanome malin. De plus, les UVB ont été associés à la cataracte, une opacification du cristallin. Toute la lumière solaire contient des UVB, même à des niveaux d'ozone stratosphérique normaux. Par conséquent, il est toujours important de protéger votre peau et vos yeux du soleil. L'appauvrissement de la couche d'ozone augmente la quantité d'UVB et le risque d'effets sur la santé.

    Les UVB sont généralement nocifs pour les cellules et donc pour tous les organismes. Les UVB ne peuvent pas pénétrer très loin dans l'organisme et ont donc tendance à affecter uniquement les cellules de la peau. Les microbes, comme les bactéries, ne sont toutefois composés que d'une seule cellule et peuvent donc être endommagés par les UVB,

    Attribution

    Modifié par Melissa Ha de Ozone Depletion de Biologie environnementale par Matthew R. Fisher (sous licence CC-BY)