ozone et la couche d'ozone
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Ozone & La couche D’ozone Gestion d’environnement
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Introduction
L'atmosphère terrestre désigne l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide ,son principal
rôle est la protection de la vie sur Terre en absorbant le rayonnement solaire ultraviolet.
Elle est divisée en plusieurs couches dont les limites ont été fixées selon les discontinuités
dans les variations de la température, en fonction de l'altitude :
La troposphère : la température décroît avec l'altitude (de la surface du globe à 9-
17 km d'altitude) C'est la couche où se produisent les phénomènes météorologiques
(nuages, pluies, etc.) et les mouvements atmosphériques horizontaux et verticaux
(convection thermique, vents).
La stratosphère : la température croît avec l'altitude jusqu'à 0 °C (de 17 km d'altitude
à 50 km d'altitude), elle abrite une bonne partie de la couche d'ozone.
la mésosphère : la température décroît avec l'altitude (de 50 km d'altitude
à 85 km d'altitude) jusqu'à -80 °C.
La thermosphère : la température croît avec l'altitude (de 85 km à 350-
800 km d'altitude) ;
L'exosphère : de 350-800 km à 50 000 km d'altitude.
Figure.1 Les différentes couches de l’atmosphère
La troposphère et la stratosphère sont Les deux couches qui nous intéressent dans ce sujet
comme le montre la figure suivante vu que c’est là ou se trouve l’ozone. Que signifie –t-il
alors ?et quelle différence y’a’t-il entre l’ozone stratosphérique et troposphérique ?
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I. Ozone :
1. Définition
Composé de trois atomes d’oxygène , l'Ozone (O3) est un gaz rare dont on trouve 90 %
des molécules présentes dans l'atmosphère entre 17 et 50 km d'altitude (stratosphère), le
reste se trouvant essentiellement en tant que polluant majeur à proximité des villes entre
9 et 17 Km d’altitude (troposphère).
2. Ozone Troposphérique et stratosphérique
L’ozone troposphérique ou de basses altitudes représente les 10% d’ozone qu’on retrouve
à proximité des villes. C’est lui qui donne naissance à cette brume brunâtre épaisse (SMOG)
qui stagne parfois au-dessus des grandes villes comme pékin par exemple.
Il est formé par une réaction chimique impliquant le dioxyde d'azote avec l'oxygène de
l'air. Or, pour former du dioxyde d’azote (NO2), il faut du monoxyde d’azote (NO)
directement rejeté par les automobiles, combiné à des composés organiques volatils (COV)
provenant principalement des industries.
On l'appelle donc polluant secondaire parce qu'il est produit lorsque deux polluants
primaires réagissent au soleil et à l'air stagnant. Ces deux polluants primaires sont les oxydes
d'azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV).
L'ozone troposphérique contribue à l'effet de serre et aux pluies acides (altération des
végétaux et des forêts). C'est un facteur de dégradation des matériaux dont le caoutchouc
(problème fréquent au niveau des pneumatiques). Chez l'homme ou l'animal, il est à l'origine
d'irritation des muqueuses oculaires et respiratoires, de crises d'asthme chez les sujets
sensibles…
Alors que L'ozone stratosphérique ou de hautes altitudes forme une couche
fondamentale : c’est la couche d'ozone, qui absorbe les rayonnements solaires les plus
dangereux, en particulier les UVC et les UVB .
Figure.2 la ville de Pékin avec et sans brume (SMOG)
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Cette formation est liée à la présence du dioxygène produit en grandes quantités par la
végétation. Lorsque le dioxygène (O2) est frappé par le rayonnement du soleil, en particulier
les ultraviolets, il se décompose en deux atomes d’oxygène (O). Ensuite un de ces atomes (O)
se recombine à une molécule de dioxygène (O2), formant une molécule d’ozone (O3).
Figure.3 Etapes de formation d’O3
3. Formation d'ozone dans les tropiques et accumulation dans les pôles :
Les rayons solaires sont plus forts au niveau des tropiques, c'est donc là que la majorité de
l'ozone entourant la Terre se forme.
Il y a beaucoup d'ozone formé à l'équateur, mais comme il y en a aussi beaucoup qui est
détruit par le fort rayonnement solaire, l'ozone ne peut pas s'y accumuler. Mais comme il se
déplace de l'équateur vers les pôles, et qu'il y a beaucoup moins de soleil là-bas (en particulier
en hiver), il peut alors s'y accumuler. C'est pour cette raison que les plus fortes concentrations
d'ozone se trouvent dans les zones subpolaires. Aux pôles exactement, les concentrations
diminuent un peu puisqu'il n'y a pas du tout de soleil durant l'hiver donc pas d'ozone produit.
II. Couche d’Ozone :
1. Définition :
Son existence a été démontrée en 1913 par les physiciens français. La couche d'ozone
représente schématiquement la partie de l'atmosphère où sa concentration est la plus élevée.
Ainsi, l'ozone est davantage présent à une distance du sol comprise entre 15 et 50 km (plus
fortement vers 35 km) avec une concentration voisine de 8 ppmv (parties par million en
volume), dans la couche appelée stratosphère. D'où l'appellation d'ozone stratosphérique.
2. Son rôle :
La couche d'ozone est essentielle à la vie
sur terre car elle la protège des rayonnements
ultraviolets nocifs émis par le soleil. En effet,
les UV dont la longueur d'onde est inférieure à
0,4 µm sont absorbés par l'ozone entre 0,24 et
0,3 µm.
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Il existe différents types ces rayons regroupés en trois grandes classes : les rayons UV-C,
les rayons UV-B et les rayons UV-A.
L'impact des UV sur les organismes vivants dépend de la longue longueur d'onde de ces
rayons : plus cette longueur d'onde est courte, plus le danger est grand. Les rayons UV-C sont
ainsi les plus dangereux de la gamme. Heureusement, ils sont arrêtés presque en totalité par la
couche d'ozone.
L’absence de cette couche de 3mm d’épaisseur (300 Dubson) serait donc catastrophique
pour l’ensemble des êtres vivants de la Terre. D’ailleurs, la vie sur Terre n’a pu sortir des
océans que lorsque cette couche d’ozone est apparue (il y a environ 350 millions d’années).
Malheureusement, elle a connu des destructions et ceci depuis les années 80, on parlera donc
de trou dans la couche d’ozone.
III. Trou de la couche d’ozone :
1. Historique :
Les scientifiques parlent de "Trou" dans la couche d'ozone lorsque la valeur de la colonne
intégrée en ozone est inférieure à 220 unités Dobson (la valeur normale étant 300 unités
Dobson l’équivalent de 3mm).
En 1974, deux chimistes de l’Université de Californie ont mis en émoi la communauté
mondiale en découvrant que les émissions d ‘origine humaine de CFC, un groupe de produits
chimiques industriels couramment utilisés, pourraient menacer la couche d’ozone.
Ils ont estimé qu’un seul atome libre de chlore peut ainsi détruire jusqu’à 100000
molécules d’ozone. La théorie de l’appauvrissement de la couche d’ozone a été confirmée par
de nombreux scientifiques au cours des ans. En 1985, des mesures au sol faites par la ‘British
Antarctic Survey’ a établi que des pertes massives d’ozone (connu habituellement sous le nom
de trou de la couche d’ozone) avaient eu lieu au dessus de l’Antarctique, ce qui a ajouté a la
confirmation de cette découverte. Un phénomène équivalent a été observé au pôle Nord
depuis 1994, dans de moindres proportions. Aux latitudes moyennes, la perte d’ozone est
moins importante : de l’ordre de 5 ou 6%.
2. Evolution du trou de la couche d’Ozone :
Le trou de la couche d’Ozone n’a cessé de grandir entre 80 et 90, et a atteint son pic en 2006
a un record de 27,5 millions de Km2. Les deux figures suivantes illustrent ceci :
Figure 5 : Trou d’ozone depuis 1982
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Début 2011, pour la première fois dans l’histoire des
relevés, un trou comparable à celui observé annuellement
au dessus de l’Antarctique, s’est formé au dessus des
régions boréales. Au plus fort du phénomène, la perte
d’ozone a dépassé 80% à plus de 18-20 km d’altitude.
D’une taille d’environ 2 millions de km², ce trou s’est
déplacé durant une quinzaine de jours au dessus de
l’Europe de l’EST, de la Russie et de la Mongolie,
exposant parfois les populations a des niveaux élevés de
rayonnements UV selon les chercheurs.
Les scientifiques ne tardent pas à trouver les responsables : les gaz émis par les activités
humaines.
IV. Destruction du trou d’ozone et gaz responsables
1. Gaz responsables :
Les agents chlorés : Les nombreuses mesures effectuées dans la stratosphèrmettent en
présence une forte concentration de composés chlorés tels que
les chlorofluorocarbures(CFC), produits utilisés depuis les années 30 dans l'industrie
et les produits de la vie quotidienne : les bombes aérosols, les systèmes réfrigérants,
l'air conditionné, les solvants…
Il existe naturellement une concentration de chlore dans l'atmosphère. Il s'agit du chlorure de
méthyle. Il est produit par les océans et plus précisément par les micro-organismes comme les
algues. Sa concentration est trop faible pour avoir une quelconque répercussion sur la couche
d'ozone.
D'autres gaz comme les oxydes d'azote émis par les voitures, les composés bromés et
les composés halogénés utilisés dans les extincteurs d'incendie par exemple
contribuent également à la destruction de la couche d'ozone.
Et LES COUPABLES ??
Figure 7 : Tableau comparative des Gaz
Figure 6 : Trou d’ozone année 2011
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2. Destruction de l'ozone
Les CFC émis montent progressivement dans l'atmosphère pour atteindre les couches de
la stratosphère. Ces substances ont un fort pouvoir destructeur pour deux raisons :
Premièrement, elles ne se décomposent pas dans la basse atmosphère. Elles peuvent
ainsi rester dans l’atmosphère entre 20 et 120 ans, voire plus longtemps.
Contrairement à la plupart des autres produits chimiques émis dans l’atmosphère à la
surface de la Terre, les substances appauvrissant la couche d’ozone ne sont pas
« lavées » par la pluie ni détruites par d’autres produits chimiques. Elles peuvent donc
poursuivre leur ascension jusqu'à la stratosphère.
Deuxièmes et Sans entrer dans des formules chimiques compliquées, à la surface des
nuages stratosphériques, les composés chlorés sont dissociés par les UV et libèrent
ainsi du chlore. Celui-ci va alors catalyser, c'est-à-dire activer et amplifier, des
réactions chimiques qui conduisent à la destruction de l'ozone. L'oxyde de chlore
détruit également l'ozone en se couplant avec l'oxygène atomique qui est en forte
concentration dans la stratosphère.
Mais le brome est un catalyseur plus fort que le chlore, il est 60 fois plus puissant et
donc encore plus destructeur
3. Perte d’Ozone localisée
Pourquoi le trou d'ozone se situe au-dessus de l'Antarctique ?
Les pays les plus proches du « trou » sont les
plus touchés : l’Australie et le sud de l’Argentine
ou du Chili. Les scientifiques ont observé que
la perte d'ozone n'est que d'1% par an au niveau
des latitudes moyennes, à savoir au-dessus des
pays pollueurs, mais est maximale au niveau des
pôles, surtout en Antarctique. Pourquoi une telle
disparité surtout que les pôles sont des zones peu
habitées et peu polluantes ;La faute incombe aux
mouvements atmosphériques. Les CFC et autres
composés bromés et halogénés sont rejetés par les
industries. Ceux-ci montent dans les différentes
strates atmosphériques pour atteindre la
stratosphère. La circulation atmosphérique
achemine ces composés vers les pôles. Mais ils se
concentrent principalement au niveau du continent
antarctique car le vortex polaire -un vent
circumpolaire présent entre la moyenne et la basse stratosphère pendant la nuit polaire-
maintient l'air chargé de ces particules bloqué. L’air se refroidit très rapidement du fait de
l'absence de rayonnement solaire. Des nuages stratosphériques polaires se forment et les
composés chlorés se dissocient sous forme de chlore. Au printemps austral (l'automne chez
nous), les UV vont alors entraîner les réactions chimiques destructrices de l'ozone. D'où une
perte massive d'O3 enregistrée en septembre.
Figure 8 : Trou ozone en Antarctique
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V. Moyens mis en œuvre pour remédier a la perte de la
couche d’Ozone :
1. Convention de Vienne pour la protection de la couche d’ozone :
La convention de Vienne de 1985 sur la protection de la couche d'ozone était une
convention cadre. Elle ne disposait donc d'aucun dispositif contraignant et avait pour objectif
d'être complétée par des protocoles additionnels. Au moment de sa signature, les informations
scientifiques s'intéressaient surtout aux dommages sur l'ozone stratosphérique résultant des
activités humaines.
Seulement, en 1985, l'alerte est donnée sur la concentration d'ozone au-dessus du
continent antarctique. C'est en réponse à la découverte de ce "trou dans la couche d'ozone"
que fut adopté le protocole de Montréal avec la volonté de poser cette fois-ci des règles
précises et contraignantes pour les États membres.
2. Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent
la couche d’ozone :
L’histoire de l’ozone est l’exemple le plus réussi d’une réponse internationale à un problème écologique.
En septembre 1987, les désaccords et l’incompréhension avaient cédé la place à une
confiance palpable au sein de la communauté internationale. C’est sur cette lancée que le
Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d’ozone fut
négocié et signé le 16 septembre 1987 par le Canada aux côtés de 23 autres nations. Le
16 septembre 2009, il avait déjà été signé et ratifié par 196 pays, et pouvait donc se prévaloir
d’une participation universelle.
Objectif :
Ce protocole impose la suppression de l'utilisation des (CFC) sauf pour des utilisations
qualifiées de critiques ou essentielles, de halons, bromure de méthyle et autres substances
Figure 9 : Evolution Trou ozone en Antarctique
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appauvrissant la couche d'ozone (HCFC) .il impose également l'arrêt définitif de bromure de
méthyle dans les pays industrialisés depuis 2005 ; les pays en voie de développement ont un
sursis jusqu'en 2015
Seuls les HCFC (hydrohlorofluorocarbures) et les HFC (hydrofluorocarbures), moins nocifs
sont encore tolérés. Mais le règlement européen du 29 juin 2000 prévoit l'interdiction de
consommation et de mise sur le marché des HCFC vierges d'ici 2010 ; leur production sera
définitivement interdite en 2026.
la mise en œuvre des dispositions du Protocole de Montréal devrait donc permettre à
la couche d’ozone de se retrouver, d’ici 2050 ou 2075, dans l’état où elle était avant
1980.
La Figure 10 : Objective de réduction des réservoirs de SAO a l’horizon 2025
Le protocole de Montréal a été plusieurs fois amendé :
1990 : Amendement de Londres (protocole de Londres) au Protocole de Montréal. Il
ajoute des nouvelles substances chimiques (D'autres CFC, le tétrachlorométhane et le
méthylchloroforme)
1992 : Amendement de Copenhague (protocole de Copenhague) au Protocole de
Montréal. Il accélère l’élimination de plusieurs substances telles que le bromure de
méthyle HBFC et les HCFC.
1997 : Amendement de Montréal au Protocole de Montréal. Il bannit l’importation ou
l’exportation de certaines substances et établit un système mondial de licences pour
contrôler le commerce international des substances réduisant la couche d’ozone.
1999 : Amendement de Pékin au Protocole de Montréal. Il concerne deux de substances :
le bromochlorométhane et le bromure de méthyle.
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Depuis la mise en vigueur du protocole de Montréal, les scientifiques constatent une baisse de
concentration de composés chlorés et
bromés dans la stratosphère Figure pour le
chlore.ils ont remarqué aussi une
diminution du taux de cancers de peaux.
Mais il ne faut pas pour autant crier
victoire car ces composés ont une durée de
vie très importante et ceux produits il y a
vingt ans n'ont pas encore fait sentir leurs
effets sur l'ozone.
VI. Maroc : Actions pour protéger la couche d’Ozone :
LES industriels dans les secteurs de la mousse et la réfrigération ont jusqu’à 2013 pour geler
leur consommation de HCFC (hydro chlorofluorocarbures).Le Maroc ambitionne pour sa part
de réduire leur consommation de 20% d’ici 2017. le Royaume a pris de l’avance et sera
certainement l’un des premiers pays à respecter le calendrier d’élimination. Des projets
d’investissements seront mis sur pied pour encourager l’adoption de technologies sans CFC.
Selon Hanan Hanzaz, directeur général du Centre marocain de production propre (CMPP), ce
programme se déroulera en 2 phases. « l’arrêt de la consommation grâce à des projets de
reconversion au niveau de certaines entreprises, ainsi que le contrôle des consommations du
HCFC 141b utilisé pour la mousse et du HCFC22, employé dans la réfrigération et la
climatisation » et enfin « l’interdiction d’importation du HCFC-141b et de tout équipement à base d’HCFC22 ». L’initiative vise à en éliminer définitivement l’usage d’ici 2039.
Convention MARPOL
Le Maroc a ratifié La Convention MARPOL 73/78 sur la prévention de la pollution par
les navires, La Convention stipule dans ses Annexes I, II, IV, V et VI que les navires
doivent déposer les substances qui appauvrissent la couche d’ozone, dans des installations
de réception portuaires lors de leurs escales dans les ports. Ces installations sont déjà
disponibles dans certains ports, notamment ceux de Casablanca, Mohammedia et Tanger
Med.
Figure 11 : Quantité produit SAO du 1990 à 2007
Date de signature du protocole de Montréal par le Maroc :
Date de ratification par le Maroc : 28 décembre 1995
Date d’entrée en vigueur pour le Maroc : 27 mars 1996
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La RAM
le Maroc qui a inscrit dans la nouvelle Constitution les objectifs du développement
durable «ne peut pas être opposé sur le principe de mécanismes qui tentent à réduire
l’empreinte carbone et diminuer l’émission de CO2 dans le monde». La RAM a décidé de
se soumettre à cette directive, entrée en vigueur le 1er janvier 2012, et qui exige de
l’aviation une réduction d’au moins 15% de ses émissions de carbone.
Elimination du bromure de méthyle dans la désinfestation du sol du fraisier
L’objectif est d’éliminer 259 tonnes de bromure de méthyle (BM) représentant 20%
de la consommation totale au Maroc en 1998. A cet effet plusieurs méthodes alternatives
ont été expérimentées à petite et grande échelle, à savoir, la solarisation seule ou
combinée à l’usage d’un fumigeant chimique du sol incluant soit le 1,3 -dichloropropene
ou le Metam sodium , la bio-fumigation et la stérilisation du sol à la vapeur à la
pression négative, et ce dans le cadre d’un programme de lutte integré
L’usage du Metam sodium via l’irrigation de goutte à goutte 21 jours avant plantation, a
permis de remplacer le bromure de méthyle dans ce secteur. Vu son efficacité, son coût
et sa facilité d’application, cette méthode a été largement adoptée par le producteur
aboutissant ainsi à l’élimination de la totalité du bromure de méthyle en décembre 2007
Elimination du bromure de méthyle dans la désinfection du sol du bananier et de la fleur coupée
L’objectif est l’élimination de 102 tonnes métriques de bromure de méthyle dont
60 tonnes dans la production de la banane et 42 tonnes dans la production des fleurs.
Dans le cas de la fleur coupée, le 1,3 D + chloropicrine associé à la solarisation ont été
appliqués comme substitut au bromure de méthyle .Cette méthode a eu lieu de manière
progressive pour aboutir à son élimination totale dans ce secteur en décembre 2006.
Dans le cas du bananier, la méthode de désinfection du sol au 1,3 D utilisé via l’irrigation
de goutte à goutte a été développée à coté de l’usage dans la plupart des cas de
nématoïdes. Cette méthode a permis de ménager le problème de nématodes et d’éliminer
totalement le bromure de méthyle dans ce secteur en décembre 2007.
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Conclusion :
Plus de vingt ans que le protocole de Montréal a été mis en place et les effets
sur le trou d'ozone sont loin d'être perceptibles. En effet, en 2002, les scientifiques
pensaient enfin voir une amorce de retour à la normale car pour la première fois, sa
taille avait sensiblement diminué.
Mais cette joie fût de courte durée car l'année suivante, sa taille frôlait autour
de celle des années 90 soit 25 millions de km². Et ça ne s'arrange pas car
l'Organisation Météorologique mondiale (OMM) a annoncé une progression en 2008 :
la superficie du trou d'ozone le 13 septembre dernier était de 27 millions de km².
A quand un retour à la normale ?
Même si la production des composés destructeurs d'ozone a fortement
chuté, il va falloir attendre environ jusqu'en 2060 voire 2075 pour espérer retrouver
une concentration d'ozone similaire à celle d'avant les années 80. Les différents
modèles réalisés par les scientifiques à partir des relevés faits par les satellites...
convergent tous vers la fin du XXI siècle.