Copyright © 2000-2015 LHERBAUDIERE	6 pages à l'impression			version initiale 2002
	INFORMATION				dernière mise à jour 22 mars 2013

L'OZONE ATMOSPHERIQUE

première partie (1/3): l'ozone dans l'atmosphère

préambule			attention ça va décoiffer
l'ozone dans l'atmosphère			en fonction de l'altitude
images satellitaires			la NASA nous informe
				une collection d'icônes pour visiter tout le site

Préambule

Les documents qui suivent sont issus des transparents d'un séminaire que j'ai présenté à l'INSA de Rouen le 2 mars 2000 à la demande de collègues non chimistes de formation et confrontés au problème de la prévision des pics d'ozone à partir des données statistiques fournies par les enregistrements sur 3 ans du réseau normand de mesure de la pollution atmosphérique à Rouen (AIR NORMAND).

Le texte d'accompagnement, rédigé quelques mois plus tard et augmenté de nombreux documents plus récents d'origine américaine (NASA), et des remarques de collègues chimistes plus spécialistes de la chimie de l'ozone tel P. Baumgartner (ex chercheur à l'Université Lyon 2), déborde largement le contexte limité de ce séminaire. Quoique encore très incomplet, il se veut une introduction crédible à la compréhension des problèmes de pollution par l'ozone. L'auteur s'excuse auprès des lecteurs qui le trouveraient encore trop abscons, mais c'est quelque chose de très complexe. Et peu d'informations scientifiques sérieuses et/ou réellement documentées ont à ce jour été véhiculées par les médias à propos de la pollution par l'ozone ou de son rôle, et d'une façon générale sur la pollution atmosphérique, c'est pourquoi nous avons diffusé ce document sur le web.

l'ozone dans l'atmosphère

L'ozone O3 se forme naturellement dans la zone de la stratosphère comprise entre 15 et 50km d'altitude, son épaisseur ramenée à une densité de 100% correspond à environ 3mm en moyenne. Soyons clair : la couche d'ozone n'existe pas, sur une épaisseur de 35km on trouve, parmi bien d'autres espèces chimiques des molécules d'ozone très dispersées qui si on pouvait les entasser les unes contre les autres constitueraient une couche d'environ 3mm.

On parle donc de couche d'ozone par abus de langage, comme on parle tout autant abusivement de trou dans la couche d'ozone. Il s'agit de molécules très dispersées dont le rôle est très bénéfique car sans cette présence d'ozone qui absorbe certains rayons UV très dangereux pour l'homme il est vraisemblable que la vie sur terre serait très limitée et que l'homme n'en ferait pas partie.

L'ozone à haute altitude est donc un ami indispensable de l'homme tandis que l'excès d'ozone à très basse altitude est beaucoup moins amical, en particulier pour les personnes souffrant d'insuffisance respiratoire [9], mais ici encore il convient d'être prudent et d'éviter des affirmations péremptoires, on accuse souvent l'ozone en lieu et place d'autres polluants.

Précisons quelques résultats californiens à ce sujet. Des scientifiques de l'Université de Californie (UCLA) ont découvert en pratiquant des autopsies sur des jeunes de 15 à 25 ans décédés de causes "non médicales" (accident, violence) que 80% avaient des anomalies notables du système respiratoire dont 27% qui avaient des lésions sévères résultant du smog typique de Los Angelès. Mais Los Angelès n'est pas un cas unique, selon l'EPA (EPA : environmental protection agency) 96 métropôles aux USA sont presque aussi polluées. Il est absolument consternant de noter que ces résultats américains n'aient aucune incidence sur le comportement gouvernemental et industriel aux USA qui continuent à être et de très loin le principal pollueur de la planète et le principal responsable des dérèglements climatiques dont nous sommes tous victimes et surtout qui refusent de faire le moindre effort pour réduire leurs pollutions. En outre les multinationales américaines ont une très forte propension à exporter leurs technologies polluantes dans d'autres pays de la planète (en Inde par ex., mais aussi au sein de l'Union Européenne, etc.), d'autant que le protocole de Kyoto que les USA ne veulent pas appliquer chez eux leur permet d'acheter un droit à polluer avec un dollar papier sans valeur réelle aux pays non industrialisés (il y aurait beaucoup à dire sur cette escroquerie environnementale qu'est le protocole de Kyoto).

La quantité d'ozone, en un point donné, varie en permanence en raison de l'instabilité de l'atmosphère et de la multitude de phénomènes chimiques contribuant soit à le former, soit à le détruire. La figure ci-dessus résulte d'une compilation effectuée à partir des relevés satellitaires américains elle n'a donc qu'une valeur indicative moyenne et il est tout à fait possible qu'en un jour donné et à une latitude donnée la situation réelle soit très éloignée de cette moyenne.

Ce qu'il faut cependant en retenir :

La figure ci-dessous montre la répartition des molécules d'ozone en fonction de l'altitude. Cette répartition suit sensiblement l'évolution de la température en haute altitude avec un maximum de densité de molécules d'ozone entre 15 et 35 km correspondant à un minimum de la température dans cette plage. Nous avons indiqué les températures aux altitudes critiques en rouge. Rappelons qu'au delà de 50km dans toute la mésosphère la température recommence à décroître jusqu'à environ 180K puis dans la thermosphère elle va croître considérablement pour atteindre 400K à 120km d'altitude, mais dans cette thermosphère les fluctuations sont très complexes, on peut parfois avoir des pointes à 1800 °C [15].

quelques images satellitaires

• A titre indicatif nous donnons ci-dessous quelques exemples de la représentation graphique de la couche d'ozone sur l'ensemble du globe (sauf parfois l'extrême nord) un jour précis relevé par TOMS, le satellite spécialisé de la NASA [7] via un spectromètre Dobson. On notera sur les deux premières images :

  deux zones plus riches en ozone au nord de l'Amérique du Nord et sur la Chine (en rouge), que l'on peut attribuer vraisemblablement à l'existence de sources thermogènes sur l'hémisphère industriel nord évidemment moindres en été. et inversement des zones peu protégées des UV telle par exemple une partie de l'Australie et du Pacifique nord (zone en bleu foncé).

Précisons que sur le site web de la NASA on pouvait récupérer chaque jour l'enregistrement effectué la veille, c'est très instructif et permet de se rendre compte que, d'un jour au suivant, les déplacements des grandes masses atmosphériques peuvent être considérables et conduire à des transferts d'ozone très importants. Cependant les éléments (excès et insuffisance) identifiés sur la figure ci-dessous restent statistiquement prépondérants même si d'un jour à l'autre ils peuvent s'étendre ou se rétracter sur plus de 1000 km. Ainsi parfois la totalité du territoire australien se trouve dans la zone bleu foncé ce qui explique la sensibilité des australiens au problème et l'obligation (par décret gouvernemental) pour les très jeunes australiens de toujours porter un tee shirt sur les plages.

La troisième figure en date du 11 septembre 2000 montre un résultat très différent avec une très grande zone au niveau du pôle sud où il y a un véritable trou d'ozone. On voit sur cette figure qu'il y a une inversion des maximum d'ozone entre le nord et le sud entre l'image du printemps (avril) et celle de septembre, mais avec cette différence essentielle qui est la taille du trou d'ozone qui n'apparaissait pas sur l'image de février. On notera dans la zone nord l'importance du changement qui s'est produit en deux jours entre le 9 et le 11 septembre.

Cette fluctuation périodique est sans doute liée à la position de la terre par rapport au soleil, mais l'importance du trou d'ozone laisse supposer que les composés chlorés et autres destructeurs d'ozone atteindraient la haute atmosphère bien longtemps (des années) après avoir été générés au niveau du sol et sembleraient se concentrer plus sur l'antarctique (rôle de la température extrêmement basse de ce continent?). On ne dispose pas d'explication scientifique crédible à cette apparente concentration, si tant est qu'elle existe, par contre le fait que l'étendue de ce trou soit en progression militerait pour la lenteur de la montée en haute atmosphère des polluants et l'on peut craindre que le pire soit encore à venir malgré les récentes mesures de limitation d'emploi des composés chlorés et fluorés et que le trou s'étende jusqu'au dessus de l'Amérique latine et l'Australie, voire dans le cas extrême symétriquement au printemps sur l'espace européen et l'ensemble des continents du nord. Cette éventualité implique évidemment la véracité du processus de destruction de l'ozone par action catalytique des CFCs [16] [17] ce qui est loin d'être démontré [12] .

Simultanément il apparait une diminution sensible de la couche d'ozone sur tout le nord en septembre par rapport à février. Est-elle liée à une diminution de l'activité thermogène (chauffage individuel et industriel) au niveau du sol pendant les mois d'été dans l'hémisphère nord?

Enfin pour vous permettre de vous faire une idée encore plus réaliste du problème nous vous présentons la figure ci-dessous présentant la moyenne mensuelle sur l'ensemble de l'année 2000 montrant bien qu'en période hivernale il y a une forte augmentation de la couche d'ozone sur la Chine et les USA, qu'en été la couche se raréfie (surtout en septembre) au dessus du pôle nord et que simultanément il y a un trou d'ozone sur l'antarctique maximal en septembre-octobre et une diminution sensible au niveau de l'équateur en novembre et décembre qui se prolonge jusqu'en février sur l'asie du sud-est

L'évolution de la couche d'ozone a été contrôlée jusqu'au début janvier 2006, puis manifestement le satellite TOMS est arrivé en fin de vie et le gouvernement américain en place à ce moment n'a pas jugé utile de le remplacer (il est clair que les mesures effectuées par ce satellite ont mis en évidence l'énorme pollution due aux Etats Unis et que certains gros trusts énergétiques ne l'appréciaient pas). Ci-dessous quelques résultats sélectionnés parmi les derniers enregistrements.

Comme le montrent ces enregistrements la situation ne s'est pas arrangée ces dernières années. Pour s'en convaincre il suffit de comparer les mois correspondants de 2000 et de 2005. Tout au plus peut-on constater des "adoucissements" des contrastes au cours de l'été austral autour de l'antarctique ce qui est une preuve supplémentaire des effets du réchauffement climatique (qui se traduit autour de l'antarctique par un élargissement de la zone à icebergs et donc à océan refroidi, puisqu'évidemment il y a plus de glace qui fond et donne donc plus d'eau froide voisine de 0°C).