L'ozone

Novembre 2003

L’ozone stratosphérique



Qu’est-ce que l’ozone ?


L’ozone (O3) est un gaz incolore à l’odeur très forte dont la molécule est formée de trois atomes d’oxygène (O). Le dioxygène (O2) que nous respirons contient deux atomes d’oxygène (O).


Où se trouve l’ozone ?



Représentation schématique de l'atmosphère.


L’ozone est présent dans toute l’atmosphère, mais c’est dans la stratosphère, entre 15 et 35 kilomètres au-dessus de la terre, qu’il se trouve concentré naturellement à 90 %. Ce qui constitue la "couche d’ozone".
Les 10 % restants se répartissent dans la basse atmosphère, la troposphère.

Comment se forme l’ozone ?


La présence de l’ozone dans l’atmosphère est liée à celle 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.

La formation de la "couche d’ozone"


L’ozone stratosphérique se forme principalement au-dessus de l’équateur, zone où le rayonnement solaire est le plus fort et le plus direct. Puis, il est transporté par les vents de la haute atmosphère vers des latitudes plus élevées.
L’épaisseur et la densité de la "couche d’ozone" varie, donc selon la latitude et les saisons.

Quel est le rôle de la "couche d’ozone" ?


La "couche d’ozone" est un filtre naturel protégeant les écosystèmes terrestres des ultraviolets. Si cette couche est si fragile, c’est qu’elle équivaut à une couche d’ozone pur de 3 millimètres d’épaisseur seulement, à la pression atmosphérique.
Sans la "couche d’ozone" la vie sur terre ne serait certainement pas possible. Un grand nombre d’êtres humains et d’animaux souffriraient de pathologies dues aux rayons solaires. D’autres facteurs jouent également un rôle de protection contre les rayons du soleil, tels que les nuages, la pluie, les polluants atmosphériques, la surface du sol.

Les rayons ultraviolets


Les rayons ultraviolets (UV) constituent une fraction invisible du rayonnement solaire. Leur longueur d’onde est plus courte que celle de la lumière visible. Plus elle est courte, plus le rayonnement est puissant, donc dangereux.
Les ultraviolets sont classés en trois catégories :
UV-A – (320 à 400 nm*) : peu énergétiques et peu dangereux, ils atteignent la surface de la Terre en grande quantité car ils sont peu absorbés par l’ozone. Ils sont responsables de notre bronzage.
UV-B – (280 à 320 nm*) : très énergétiques et dangereux, mais en grande partie absorbés par l’ozone stratosphérique.
UV-C – (200 à 280 nm*) : très nocifs, mais ils sont absorbés par l’ozone et l’oxygène de la stratosphère et n’atteignent donc pas la surface de la Terre.

*nm = nanomètre

La destruction de la "couche d’ozone"


Pour que le taux d’ozone reste constant, il faut qu’il y ait un équilibre entre la production et la destruction.
Lorsque la destruction est plus rapide que la production, il en résulte un appauvrissement de la couche, d’où le "trou" de la couche d’ozone qui, en réalité, est plutôt un amincissement.

Quand la destruction de la couche d’ozone est- elle apparue ?


Les scientifiques observent l’évolution de la couche d’ozone stratosphérique depuis les années cinquante, au dessus de l’Antarctique. A partir des années 1970, ils observent un amincissement très net de celle-là et alertent l’opinion publique en mettant en accusation certains rejets dans l’atmosphère.
En 1980, les scientifiques prouvent la disparition quasi complète de la couche d’ozone en octobre dans la stratosphère antarctique. A partir de ce moment là on assiste à une prise de conscience des conséquences lourdes de ce phénomène. En 1994, le taux d’ozone a chuté de 70 % dans l’atmosphère et la couche d’ozone a pratiquement disparu. Un chiffre est communiqué le 19 septembre 1998 : 27,3 millions de km2. C’est la superficie du "trou" de la couche d’ozone.

Les causes de la destruction de la "couche d’ozone"


Les causes de la destruction d’ozone dans la stratosphère sont les émissions de certains composés fabriqués industriellement par l’homme : les CFC, ou chlorofluorocarbones, ainsi que des composés analogues contenant du brome.

Les bombes aérosols ne contiennent plus de CFC.

Les chlorofluorocarbones (ou CFC)


Les CFC ne sont pas dangereux pour la santé, ils ne sont ni toxiques, ni inflammables, ni cancérogène. Il existe une vingtaine de composés différents. Depuis la deuxième moitié du XIXe siècle, le modernisme a contribué à l’utilisation des CFC
- comme agents gonflants pour la mousse plastique isolante ;
- comme solvants pour le dégraissage et le nettoyage dans l’électronique et l’industrie mécanique ;
- dans les fluides frigorigènes utilisés dans les réfrigérateurs, congélateurs et climatiseurs (marque universelle : Fréon) ;
- dans les bombes aérosols de laque, parfum, déodorant, mousse à raser, etc.




Pourquoi les chlorofluorocarbones détruisent-ils la "couche d’ozone" ?


Les CFC sont la cause principale de la destruction de la "couche d’ozone". Ils ne redescendent pas à la surface de la Terre avec la pluie, ne sont pas détruits par les réactions chimiques, ne se décomposent pas dans la basse atmosphère.
Leur durée de vie dans l’atmosphère est de 55 à 400 ans selon les cas. Ils s’élèvent dans la haute atmosphère pour atteindre la stratosphère au bout de 6 à 8 ans, se brisent sous l’action des ultraviolets et libèrent leur atome de chlore. Ainsi chaque atome de chlore (Cl) attaque une molécule d’ozone (O3), la dissocie en donnant du monoxyde de chlore (CIO) et une molécule dioxygène (O2).

Cl + O3  ---> CIO + O2

Le monoxyde de chlore (CIO) réagit avec un atome d’oxygène (O), libérant du chlore, qui va répéter le processus de la destruction d’une molécule d’ozone.

CIO + O ---> Cl + O2

Ainsi, un seul atome de chlore peut détruire plus de 100 000 molécules d’ozone avant  de composer une molécule plus stable et disparaître de la stratosphère.
C’est ainsi que l’équilibre naturel entre la production et la destruction de l’ozone est  perturbé. Les émissions de CFC sont responsables de 80 % de l’amincissement total de l’ozone stratosphérique.

Les composés contenant du brome


Le brome, élément chimique voisin du chlore, participe également à la destruction de la "couche d’ozone". Il provient des halons utilisés dans les extincteurs d’incendie et les installations pétrolières ou bien de certains produits utilisés en agriculture. Il est théoriquement plus nocif que les CFC pour la "couche d’ozone", mais comme il se diffuse peu dans l’atmosphère, il n’est responsable qu’à 20 % de la destruction de l’ozone de la stratosphère.

Halons : utilisés comme agent pour les extincteurs et le matériel frigorifique

Quelles conséquences ?


La "couche d’ozone" a un rôle déterminant de protection contre les effets néfastes des ultraviolets sur les êtres vivants. Il est donc évident que si elle continuait à diminuer, des conséquences graves affecteraient l’ensemble de l’écosystème terrestre.

Impacts des ultraviolets :


- Sur les humains et les animaux, les ultraviolets provoqueraient des affections cutanées, un vieillissement prématuré, ainsi que des cancers de la peau, des affections oculaires, des troubles de la vision, des cataractes et un affaiblissement du système immunitaire.
- Sur les plantes, une dose trop importante d’ UV-B provoquerait des perturbations de la reproduction et de la croissance, une diminution de la taille des feuilles et de la photosynthèse. Ce serait une catastrophe écologique, puisque que le règne végétal est la base alimentaire des êtres vivants. La flore est également essentielle dans le cycle de l’eau ainsi que dans la production d’oxygène.
- Dans l’écosystème marin, la production de phytoplancton, nourriture principale de la faune marine, serait déficitaire. Le zooplancton subirait à la fois les effets des ultraviolets et la diminution du phytoplancton, sa nourriture première.
- Une détérioration plus rapide des peintures et des plastiques des matériaux.
- Sur l’agriculture, en relation avec les perturbations subies par les plantes.
- Un refroidissement de la haute atmosphère

Protocole de Montréal


C’est en 1985, lors de la Convention de Vienne, que la responsabilité des CFC est reconnue dans l’amincissement de la couche d’ozone. Le 16 septembre 1987, le protocole de Montréal relatif aux substances appauvrissant la couche d’ozone est signé par 24 pays, dont la France.
Le 1er janvier 1989 ce protocole entre en vigueur, arrêtant toute production et consommation de chlorofluorocarbones au-delà des niveaux de 1986, puis prévoyant une réduction de 20 % pour 1993, et 50 % pour 1999.
Ensuite, plusieurs assemblées sur quatre années consécutives élaborent des mesures de plus en plus sévères en éliminant tous les CFC , halons et autres composés détruisant la couche d’ozone à l’échéance de l’an 2000. Ce protocole est ratifié par 150 pays.

Protocole de Montréal : traité international relatif aux substances destructives de la couche d’ozone et réglementant l’utilisation des composés émis dans l’atmosphère.

Les CFC sont remplacés par d’autres substances ne contenant pas de chlore. Chaque emballage d’aérosol doit obligatoirement indiquer si les substances sont visées par le protocole de Montréal. Un logo du ministère de l’Ecologie et du Développement Durable (voir ci-contre) peut figurer sur les aérosols ne contenant pas de CFC.

Le "trou" de la "couche d’ozone" aujourd’hui

Le trou de la couche d'ozone, au-
dessus de l'Antarctique. (© NASA)


Selon l’Organisation météorologique mondiale (OMM), le trou de la couche d’ozone a atteint une superficie record de 28 millions de km2 en septembre 2003. Il se compose en fait d’un trou situé à l'ouest de l'extrémité méridionale de l'Amérique du Sud, et d’un autre au sud-est de la pointe sud de l'Afrique, ont précisé les experts. Ce phénomène avait déjà été signalé en septembre 2000. Pourtant, à la même époque de l’année 2002, le trou de la couche d’ozone n’avait jamais été aussi petit depuis 10 ans. Il semblerait que les conditions météorologiques inhabituelles de l’Antarctique (année chaude) aient favorisé la reconstitution de la couche d’ozone à cette époque. En effet, la reconstitution de la couche d’ozone dépendrait plus de phénomènes météorologiques que de la chimie. Selon, les experts, il faudra encore quelques décennies pour que la couche d’ozone se régénère complètement.






L’ozone troposphérique


La troposphère est la partie de l’atmosphère située entre la surface terrestre et une altitude d’environ 10 kilomètres.

Qu’est-ce que l’ozone troposphérique ?

Smog sur le ville de Rouen

A la différence de l’ozone stratosphérique, l’ozone troposphérique est un "polluant secondaire photochimique" participant au phénomène "smog". Il est très nocif à forte concentration lors d’expositions prolongées. C’est donc un des facteurs de la dégradation de la qualité de l’air.
Les taux d’ozone troposphérique ne cessent de s’accroître depuis les débuts de l’industrialisation.

Smog : brume grise ou jaunâtre se formant au-dessus des villes et composée notamment de particules en suspension dans l’air et d’ozone troposphérique.

Ou se forme l’ozone troposphérique ?


L’ozone présent dans la basse atmosphère, provient à 10 % de la stratosphère en hiver et au printemps. Le reste se forme à proximité du sol.

L’origine de l’ozone troposphérique


L’ozone troposphérique se forme à partir de deux familles de polluants dits primaires ou "précurseurs", sous l’action des ultraviolets. C’est une réaction photochimique.
Les oxydes d’azote (NOx) sont des polluants gazeux émis par la combustion d’énergie fossile (chauffage et moteurs de véhicule) et les composés organiques volatils (COV), représentés par les solvants, les vapeurs d’essence et certains composés émis par la végétation, appelés COV biogéniques.

Sources de polluants primaires en France (2000)



La pollution par l’ozone


A cause d’une conjonction temporaire d’évènements, les taux d’ozone peuvent présenter des pics, notamment en milieu urbain et périurbain. Cela est dû essentiellement à une émission importante de polluants primaires (NOx et COV) d’origine automobile et industrielle, associée aux facteurs météorologiques, (ensoleillement, forte chaleur, vent faible et air stable, pendant plusieurs jours de suite).
Les polluants se combinent sous l’action du soleil. Les ultraviolets cassent les molécules d’oxydes d’azote, qui se recomposent en ozone. C’est pour cette raison que les pics de pollution d’ozone sont plus importants pendant le printemps et l’été.
Les pics d’ozone ne durent généralement pas longtemps en zones urbaines. En effet, les réactions chimiques de l’ozone sont très complexes, et il est détruit par d’autres polluants (notamment les oxydes d’azote) présents dans l’atmosphère des milieux industrialisés ou fortement fréquentés par les transports. Par ailleurs, l’ozone est un polluant "voyageur" : il est transporté par les vents, parfois à plusieurs centaines de kilomètres de son lieu d’émission. C’est la raison pour laquelle la pollution par l’ozone peut atteindre des valeurs maximales en zones rurales. L’ozone ne sera pas détruit (peu d’émissions d’oxydes d’azote), au contraire sa formation sera favorisée par les émissions de COV biogéniques des forêts, cultures, etc.

L’ozone au bureau


Certains appareils, tels que les photocopieurs et imprimantes laser, sont responsables d’émissions d’ozone pendant leur fonctionnement.Elles se manifestent généralement par une odeur très forte.
La concentration de l’ozone dans l’atmosphère du bureau dépend de la durée du fonctionnement des machines, de leur nombre, de leur localisation, du volume de la pièce, des conditions d’aération, de la température de la pièce, du taux d’humidité et de l’état du matériel. Aujourd’hui, les photocopieurs et les imprimantes laser sont équipées de filtres spécifiques situés dans le circuit d’air de refroidissement et destinés à piéger l’ozone afin de réduire les émissions

Quelles conséquences ?


L’ozone est un gaz toxique, très néfaste pour la santé publique. Il contribue aux irritations des membranes et des muqueuses (nez, gorge, yeux et voies respiratoires), provoquant notamment des insuffisances respiratoires, des toux, des crises d’asthmes.
Les effets sur la santé dépendent de la durée d’exposition, des volumes l’air inhalé en rapport avec l’activité physique, et de la sensibilité des personnes. Les enfants, les personnes âgées et les personnes allergiques ou asthmatiques sont particulièrement vulnérables.
Ces manifestations de gêne, notamment les irritations oculaires et les troubles respiratoires, peuvent être réversibles pour une exposition de 24 heures, mais au-delà, répétées plusieurs fois dans l’année, elles peuvent déboucher sur des lésions respiratoires.
La pollution par l’ozone est également néfaste à la végétation, faisant apparaître des nécroses sur les feuilles, perturbant la photosynthèse et la croissance et altérant leur résistance, au point d’occasionner des pertes importantes à la production agricole.
L’ozone est également un puissant gaz à effet de serre, et l’augmentation de sa concentration dans la troposphère pourrait jouer un rôle dans les modifications du climat.

Eté 2003


L’été 2003, fut particulièrement chaud et ensoleillé, ce qui favorisa l’apparition des pics de pollution par l’ozone, dépassant plusieurs fois la valeur du seuil d’alerte.
De nombreuses hospitalisations (cas d’asthme chez les jeunes enfants) et, pire, des décès peuvent être attribués à la pollution par l’ozone de cet été.
Les autorités ont recommandé à maintes reprises, aux automobilistes de limiter leur vitesse sur les grands axes et les autoroutes (baisse de 20 km/h) afin de diminuer les émissions de NOx.
Le 8 août, il fut enregistré un taux record de pollution par l’ozone.


Réglementation


Une directive européenne fixe les valeurs réglementaires pour le taux d’ozone :
- Valeur du seuil de la protection sur la santé : 110 µg/m3, soit 110 microgrammes par mètre cube en moyenne sur 8 heures.
- Valeur du seuil d’information au public : 180 µg/m3, soit 180 microgrammes par mètre cube en moyenne horaire.
- Valeur du seuil d’alerte : 360 µg/m3, soit 360 microgrammes par mètre cube pendant une heure.
Pour la valeur réglementaire du seuil d’alerte, le ministère de l’Ecologie et du Développement Durable français prévoit pour une prochaine transposition de la directive européenne sur l’ozone dans l’air ambiant, fixant un seuil de 240 µg/m3 pendant 3 heures consécutives.
La France appliquera volontairement, à partir de 240 µg/m3 les réductions de vitesse actuellement appliquées dans certaines agglomérations. Par contre, le seuil de 360 µg/m3 sera conservé pour une mise en application de la circulation alternée et des transports en commun gratuits.(comme en 1997 dans la région parisienne).
Pendant une période de pollution par l’ozone, de 180 µg/m3, les pouvoirs publics informent la population de la situation et recommandent aux personnes sensibles une vigilance particulière, et demandent aux industriels, artisans, automobilistes de prendre des mesures pour réduire les émissions polluantes. Lors de dépassement ou de risque dépassement de la valeur d’alerte de 360 µg/m3 , les pouvoirs publics prennent des mesures pour réduire les émissions de polluants "précurseurs" de l’ozone.
La France a adopté en juin un programme pour la réduction des émissions polluantes (oxydes d’azote et composés organiques volatils), afin de réduire de 40 % la pollution de l’air par l’ozone entre 2000 et 2010.

Surveillance de la qualité de l’air


Plusieurs associations surveillent la qualité de l’air en France, regroupant l’Etat, des industriels, des collectivités locales, des associations de protection de l’environnement et des professionnels de l’environnement. Leur rôle consiste à informer la population des taux d’ozone relevés par environ 300 capteurs implantés sur le territoire français.

AIRPARIF (Ile-de-France) est chargé par les Préfets des départements d’Ile-de-France, de la surveillance de la valeur des seuils, ainsi que de la communication de ces valeurs en cas de dépassement, auprès des médias et de la population.

AIR NORMAND est un réseau de surveillance de la qualité de l’air en Haute-Normandie comportant une cinquantaine de stations. Il avertit le Préfet les seuils (seuil d’information, seuil d’alerte) sont atteints.

Surveillance de la qualité de l’air en Haute-Normandie :

Exemple des concentrations d'ozone, en 2000, sur le Nord-Ouest de la France. (Source : Air Normand)

Plusieurs associations de surveillance de la qualité de l’air (Airparif, Air normand, Opal’Air, Aremartois, Arema LM et Atmo Picardie, ont mis en place l’an 2000 un réseau de surveillance couvrant le Nord-Ouest de la France afin de mieux comprendre la pollution par l’ozone. Leurs observations révèlent la présence d’un faible taux de concentration d’ozone dans les agglomérations (Rouen, Le Havre, Paris, etc.). Par contre, ce taux est plus important dans les zones rurales et atteint un record sur le littoral (Le Tréport, Saint-Valery-en-Caux, etc.) à cause des phénomènes de brise de mer et de brise de terre.
Ces études ont permis d’évaluer l’ampleur des conséquences de la pollution par l’ozone et d‘établir des conclusions sur la manière d’appréhender le problème de la qualité de l’air : la pollution de l’ozone évolue au gré du vent et peut donc nuire à une importante étendue géographique, devenant ainsi un problème national et non plus local.


Quelques sites Internet


ADEME
http://www.ademe.fr

AIR NORMAND
http://www.airnormand.asso.fr

Ministère de l'aménagement du territoire et de l'environnement
http://www.environnement.gouv.fr

12ème Conférence des parties au Protocole de Montréal sur les substances qui appauvrissent la couche d'ozone- du 11 au 15 décembre 2000 à Ouagadougou (Burkina Faso)
http://www.ozone2000.bf/sitemee/environnement/information.htm

Questions sur la couche d'ozone et les effets sur l'environnement
http://www.unep.ch/ozone/faq-fr.shtml

Substances appauvrissant la couche d'ozone
http://www.environnement.gouv.fr/actua/cominfos/dosdir/DIRPPR/air/ozone/substances-ozone.htm

La couche d'ozone - Ecologie
http://www.domsweb.org/ecolo/ozone.php

La Voie verte - La couche d'ozone: Qu'est-ce qui se passe là-haut ?
http://www.ns.ec.gc.ca/udo/ozone_f.html

La couche d'ozone et les CFCs
http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Climats/Structure-atm/Ozone/OzoneCFCs.htm

Traités relatifs à la protection de la couche d'ozone
http://www.unep.org/ozone/french/treaties-fr.shtml

La couche d'ozone - qu'est-ce qui se passe là-haut?
http://www.on.ec.gc.ca/water/greatlakes/ data/climate-flyer/ozon-f.html

Air - Problématiques atmosphériques - Couche d'ozone
http://www.menv.gouv.qc.ca/air/ozone.htm

La couche d'ozone
http://www.ville-ge.ch/ceroi/site_f/ozone/coucheozone/accueil.html

La pollution par l'ozone, les effets sur la santé
http://www.environnement.gouv.fr/actua/cominfos/dosdir/DIRPPR/air/ozone.htm

Cartes de prévision d'ozone
http://www.environnement.gouv.fr/actua/com2003/aout/ozone.php

Pollution par l'ozone : une situation exceptionnelle en Août (PDF)
http://www.limair.asso.fr/telecharger/bilan/alerte-ozone-2003.pdf

Prévision des pointes de pollution par l'ozone
http://www.airfobep.org

La pollution photochimique : l'ozone (PDF)
http://www.airmaraix.com/menu/qualair/DocFTP/polluti12000.pdf


Quelques adresses utiles


AGENCE DE L'ENVIRONNEMENT ET DE LA MAITRISE DE L'ENERGIE (ADEME ROUEN)
Les Galées du Roi
30, rue de Gadeau de Kerville
76100 ROUEN
Tél : 02 35 62 24 42 / Fax : 02 35 63 38 69
Site : http://www.ademe.fr

AGENCE DE L'ENVIRONNEMENT ET DE LA MAITRISE DE L'ENERGIE (ADEME PARIS)
27, rue Louis Vicat
75737 PARIS CEDEX 15
Tél : 01 47 65 20 00 / Fax : 01 46 45 52 36

AIR NORMAND
REMAPPA
21, avenue de la Porte des Champs
76000 ROUEN
Tél : 02 35 07 94 30 / Fax : 02 35 07 94 40
Mél : contact@airnormand.asso.fr
Site : http://www.airnormand.fr

ALPA
142 bd de l'Europe
76600 LE HAVRE
Tél : 02 35 07 94 30 / Fax : 02 32 7406 45

DIRECTION DEPARTEMENTALE DES AFFAIRES SANITAIRES ET SOCIALES DE LA SEINE-MARITIME (DDASS 76)
31, rue Malouet
76100 ROUEN
Tél : 02 32 18 32 18 / Fax : 02 32 18 32 32

DIRECTION DEPARTEMENTALE DES AFFAIRES SANITAIRES ET SOCIALES DE LA SEINE-MARITIME (DDASS 27)
Bd Georges Chauvin
27032 EVREUX CEDEX
Tél : 02 32 78 29 29 / Fax : 02 32 78 29 23

MINISTERE DE L'ECOLOGIE ET DU DEVELOPPEMENT DURABLE
20, avenue de Ségur
75 302 PARIS 07 SP
Tél : 01 42 19 20 21


Bibliographie


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