L'Ozone
Qu'est-ce que l'ozone?
L'ozone est une forme d'oxygène. La molécule d'ozone (O3) contient trois atomes d'oxygène (O); nous respirons de l'oxygène bi-atomique (O2). L'ozone est un gaz bleuâtre à odeur très irritant.
Où se trouve l'ozone?
Il y a de l'ozone dans toute l'atmosphère, mais c'est dans la stratosphère, à quelque 25 km d'altitude, que se trouve la plus grande partie (environ 90 % de tout l'ozone); il s'y forme naturellement. Cette strate d'air riche en ozone s'appelle la " couche d'ozone ".
Il y a aussi de l'ozone, mais en très faibles quantités, à proximité du sol. Cet ozone des basses couches de l'atmosphère provient d'une réaction des rayons solaires sur des composés organiques volatils (COV) et des oxydes d'azote (NOx), dont certains sont produits par l'activité humaine. L'ozone des basses couches est une composante du smog urbain, grave polluant atmosphérique. Pour plus de renseignements sur le smog, vous pouvez visiter le site L’air pur d'Environnement Canada.
L'ozone n'a qu'une seule composition, mais sa présence dans différentes parties de l'atmosphère a des conséquences très différentes. L'ozone stratosphérique absorbe les rayons solaires nocifs - toutes les formes de vie sur la Terre se sont adaptées à ce filtre des rayons solaires - alors que l'ozone de la basse atmosphère n'est qu'un polluant. Il absorbe bien quelques rayons solaires, mais cela ne compense pas la perte d'ozone stratosphérique.
Comment se forme l'ozone stratosphérique?
L'ozone se forme dans l'atmosphère lorsque des rayons solaires très puissants frappent des molécules d'oxygène (O2) et en scindent les deux atomes. Si un des atomes ainsi libérés rencontre une molécule d'oxygène (O2), il se joint à elle et forme de l'ozone (O3).
L'ozone se dissocie naturellement dans l'atmosphère au contact des rayons solaires et sous l'effet d'une réaction chimique engageant diverses substances qui contiennent de l'azote, de l'hydrogène et du chlore. Toutes ces substances sont naturellement présentes dans l'atmosphère en très faibles quantités.
Dans une atmosphère non polluée, il s'établit un équilibre dynamique entre la production d'ozone et la destruction d'ozone. En conséquence, la concentration totale d'ozone dans la stratosphère demeure relativement constante.
Pourquoi la couche d'ozone est-elle importante?
L'ozone a des propriétés physiques bien particulières qui permettent à la couche d'ozone d'être l'écran solaire de la Terre et donc de protéger toutes les formes de vie de l'effet nocif des rayons ultraviolets (UV). La plupart des rayons UV, absorbés par la couche d'ozone, n'atteignent pas la surface de la Terre. Sans la protection de l'ozone, la vie sur la Terre ne serait pas ce qu'elle est.
La couche d'ozone est-elle uniforme tout autour de la Terre?
Non. La quantité d'ozone qui se trouve au-dessus d'un point donné varie naturellement avec la latitude et la saison, mais aussi d'un jour à l'autre. Dans les conditions normales, c'est au-dessus des pôles que la couche d'ozone est la plus épaisse et au-dessus de l'Équateur qu'elle est la plus mince. Au-dessus du Canada, la couche d'ozone est normalement plus épaisse en hiver et au début du printemps que pendant le reste de l'année, et son épaisseur varie naturellement d'environ 25 pour cent de janvier à juillet. Les conditions météorologiques peuvent aussi causer des variations considérables d'un jour à l'autre.
Qu'entend-on par " appauvrissement de l'ozone "?
Il y a appauvrissement de l'ozone quand l'équilibre naturel entre la production et la destruction d'ozone stratosphérique est rompu et que la destruction est plus rapide que la production. Le " trou " d'ozone observé au-dessus de l'Antarctique et les relevés atmosphériques indiquant une baisse saisonnière prouvent bien que la couche d'ozone est en train de s'amincir. Bien que les phénomènes naturels puissent causer un appauvrissement temporaire de l'ozone, on sait maintenant que les émissions de chlore et de brome provenant de composés de synthèse sont la cause principale de l'amincissement de la couche d'ozone.
Quelles sont les substances appauvrissant la couche d'ozone?
Les substances appauvrissant la couche d'ozone (SACO) contiennent diverses combinaisons d'éléments chimiques, à savoir le chlore, le fluor, le brome, le carbone et l'hydrogène, et sont souvent décrites par un terme général, les halocarbures. Les composés qui ne contiennent que du chlore, du fluor et du carbone sont appelés chlorofluorocarbures, ou CFC. Les CFC, le tétrachlorure de carbone et le 1,1,1-trichloroéthane sont d'importants gaz d'origine anthropique appauvrissant la couche d'ozone; ils ont été utilisés dans beaucoup de secteurs, notamment la réfrigération, la climatisation, le gonflement de mousses, le nettoyage de composantes électroniques, et enfin comme solvants. Un autre groupe important d'halocarbures d'origine anthropique est constitué par les halons, qui contiennent du carbone, du brome, du fluor et (dans certains cas) du chlore; ils ont surtout été utilisés comme extincteurs d'incendie.
Depuis quand dure cet appauvrissement de l'ozone?
Après étude de données recueillies depuis les années 1950, les scientifiques ont déterminé que la quantité d'ozone a été relativement stable jusqu'à la fin des années 1970. On assiste à un amincissement grave de la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique depuis 1979 et à un appauvrissement général de l'ozone dans le monde entier depuis le début des années 1980.
De combien la couche d'ozone s'est-elle amincie dans le monde entier?
À l'échelle de la planète, la quantité d'ozone a diminué d'environ 3 pour cent entre 1979 et 1991, soit trois fois plus vite que dans les années 1970. En outre, la couche d'ozone s'est amincie non seulement au-dessus de l'Antarctique, mais aussi au-dessus de l'Amérique du Nord, de l'Europe, de la Russie, de l'Australie, et la Nouvelle-Zélande et d'une bonne partie de l'Amérique du Sud.
Il peut également se produire des pertes à court terme bien plus importantes que la moyenne à long terme. Au Canada, l'appauvrissement de l'ozone est généralement plus important vers la fin de l'hiver et au début du printemps que pendant le reste de l'année. De janvier à avril 1993, par exemple, la densité moyenne de l'ozone a été de 14 % inférieure à la normale.
Quels sont les facteurs qui influent sur les concentrations d'ozone?
- Les aérosols de sulfates. Les explosions volcaniques crachent des quantités importantes d'aérosols ainsi qu'un peu de chlore dans la stratosphère inférieure.
- Les vents stratosphériques tropicaux. Étant donné que les vents stratosphériques déplacent l'ozone sans le détruire, la perte d'ozone à une latitude est compensée par le gain à une autre, les effets s'annulant à l'échelle de la planète.
- Les gaz à effet de serre. Les scénarios du réchauffement planétaire prévoient des températures stratosphériques plus basses, donc plus de nuages stratosphériques polaires et davantage de chlore actif dans la région du trou d'ozone.
- Le cycle des taches solaires. Ce cycle de 11 années est lié aux changements magnétiques à l’intérieur du soleil. Ces changements magnétiques augmentent la production du rayonnement UV.
- Le chlore et le brome stratosphérique. Il provient principalement des halocarbures d'origine anthropique.
Pourquoi les substances appauvrissant la couche d'ozone détruisent-elles autant l'ozone?
Les substances appauvrissant la couche d'ozone détruisent efficacement l'ozone pour deux raisons. En premier lieu, elles sont stable (du pointe de vue chimique) et restent donc assez longtemps dans l'atmosphère pour passer dans la stratosphère. En deuxième lieu, elles favorisent les réactions naturelles qui détruisent l'ozone.
La plupart des produits chimiques rejetés dans les basses couches de l'atmosphère sont ramenés sur la Terre par la pluie ou détruits par des réactions avec d'autres produits chimiques. Mais ce n'est pas le cas des substances appauvrissant la couche d'ozone. Elles ne se décomposent pas dans la basse atmosphère et peuvent y rester de 20 à 120 ans, voire plus.
Une fois arrivées dans la stratosphère, ces molécules, sous l'effet des rayons UV-C, libèrent du chlore (CFC, 1,1,1-trichloroéthane et tétrachlorométhane) ou du brome (halons et bromométhane) qui, à leur tour, décomposent l'ozone (O3). Le chlore et le brome activent tous les deux les réactions de destruction de l'ozone sans être eux-mêmes modifiés ou détruits. Ainsi, un seul atome de chlore peut détruire jusqu'à 100 000 molécules d'ozone avant de former un composé stable et de disparaître de la stratosphère.
Qu'entend-on par le "trou de la couche d'ozone"?
Ce qu'on appelle le " trou de la couche d'ozone " est en fait une diminution rapide et étendue de l'abondance des molécules d'ozone et non pas une absence complète de molécules. Le " trou " au-dessus de l'Antarctique se produit au printemps de l'hémisphère Sud, de septembre à novembre.
L'amincissement de la couche d'ozone va-t-il se poursuivre?
Personne ne le sait. Même si tous les pays respectent leurs engagements d'interdiction des substances appauvrissant la couche d'ozone, ces substances chimiques resteront autour de leurs concentrations maximales dans la stratosphère durant les prochaines 10 à 20 ans.
Jusque vers la fin des années 1990, la couche d'ozone au-dessus du sud du Canada s'est amincie de 6 pour cent en moyenne, et on craint que l'effet radiatif de la quantité croissante de gaz à effet de serre ne retarde le rétablissement de la couche d'ozone. On prévoit cependant un rétablissement - lent au début - de la couche d'ozone et un retour aux valeurs d'avant 1980 vers le milieu du 21e siècle.
Il faut signaler que les scientifiques n'ont pas une connaissance parfaite de l'atmosphère et des processus qui appauvrissent la couche d'ozone. L'apparition soudaine et imprévue d'un trou dans l'ozone au-dessus de l'Antarctique nous démontre que la couche d'ozone ne répond pas de façon prévisible aux quantités de produits chimiques industriels que nous y déversons.
Est-il possible d'arrêter la destruction de l'ozone et de rétablir la couche d'ozone?
Oui. Si les concentrations de produits destructeurs d'ozone diminuent, l'équilibre naturel entre la création et la destruction d'ozone se rétablira. Cependant, pour en arriver là, il faudra peut-être éliminer complètement les CFC, les halons, le tétrachlorométhane, le 1,1,1-trichloroéthane, les HCFC et le bromométhane. Vers la fin de 1991, des scientifiques ont estimé que malgré le programme actuel d'élimination des substances appauvrissant la couche d'ozone, la couche d'ozone ne reviendrait pas à la " normale " (aux niveaux d'avant 1980) avant le milieu du 21e siècle.
Que sont les rayons ultraviolets?
Le rayonnement ultraviolet est une des formes de rayonnement du soleil. Celui-ci émet divers types d'énergie - ou de rayons - qui sont classés selon leur longueur d'onde, et mesurée en nanomètres (nm); le nanomètre est égal à un millionième de millimètre. Plus la longueuer d'onde est courte, plus le rayonnement est puissant. Classés par ordre décroissant d'énergie, les principales formes de rayonnement sont : les rayons gamma, les rayons X, les rayons ultraviolets (UV), la lumière visible, les rayons infrarouges, les micro-ondes et les ondes radioélectriques. Il y a trois catégories de rayons ultraviolets :
- UV-A : de 320 à 400 nm
- UV-B : de 280 à 320 nm
- UV-C : de 200 à 280 nm
Les UV sont-ils dangereux?
De façon générale, plus les longueuers d'ondes d'un rayonnement ultraviolet sont courtes, plus ce rayonnement est susceptible d'être nocif s'il atteint la Terre en quantité suffisante.
Les UV-A sont les rayons ultraviolets les moins énergiques, mais ce sont ceux qui atteignent la Terre en plus grande quantité. La plupart des UV-A traversent la couche d'ozone sans être absorbés.
Les UV-B du Soleil pourraient être très nocifs mais, heureusement, ils sont pratiquement tous absorbés par l'ozone stratosphérique.
Les UV-C pourraient être les plus nocifs à cause de leur grande énergie. Heureusement, tous ces rayons sont absorbés par l'oxygène et l'ozone de la stratosphère et ils n'atteignent jamais la surface de la Terre.
Y a-t-il des facteurs, autres que l'ozone stratosphérique, qui influent sur la quantité de rayons UV?
Oui. La couche d'ozone est la seule barrière constante contre les UV, mais plusieurs autres facteurs jouent un rôle :
Latitude. C'est à l'équateur que les rayons du soleil font avec la Terre un angle très prononcé et c'est donc aux latitudes équatoriales que le rayonnement est le plus intense.
Saison. Pendant les mois d'hiver, les rayons du Soleil arrivent sur la Terre selon un angle bien plus faible qu'en été. Ils doivent donc parcourir une plus grande distance dans l'atmosphère et ils sont donc moins intenses qu'en été.
Heure. Tous les jours, la course du Soleil sur l'horizon influence la quantité d'UV qui traverse l'atmosphère. Lorsque le Soleil est bas dans le ciel, ses rayons doivent parcourir une grande distance pour arriver à la Terre et sont susceptibles d'être dispersés ou absorbés par la vapeur d'eau et d'autres composantes atmosphériques. C'est vers midi, lorsque le Soleil est à son zénith, que la plus grande quantité d'UV atteint la Terre.
Altitude. Au sommet des montagnes, l'air est plus rare et plus propre que dans les plaines, et laisse donc passer plus d'UV.
Couverture nuageuse. Les nuages jouent un grand rôle dans la quantité d'UV qui atteint la Terre : de façon générale, une épaisse couverture nuageuse arrête davantage d'UV que des nuages dispersés.
Pluie. La pluie empêche une grande quantité d'UV d'atteindre la Terre.
Pollution atmosphérique. Tout comme les nuages protègent la Terre des UV, le smog urbain réduit la quantité de rayons UV qui atteint la Terre.
Surface terrestre. La plupart des surfaces réfléchissent les rayons ultraviolets. La neige en réfléchit jusqu'à 85 %, le sable sec et le béton, jusqu'à 12 %, mais l'eau n'en reflète qu'environ 5 %. Les rayons UV réfléchis sont aussi nocifs pour les humains, les plantes et les animaux que les UV directs.
Quels sont les effets des rayons UV-B sur les humains?
Les rayons UV-B causent le cancer de la peau, accélèrent le vieillissement de la peau et risquent en outre d'être nocifs pour les yeux et d'affaiblir le système immunitaire.
Il est important de rappeler que les rayons UV-B ont toujours eu ces effets sur les humains, mais ces effets ont pris de l'importance dans les dernières années parce que les Canadiens passent plus de temps au soleil et y exposent une plus grande partie de leur corps. Il se pourrait en outre que l'augmentation de la quantité d'UV-B qui atteint la Terre en raison de l'amincissement de la couche d'ozone aggrave les effets créés par le culte du soleil.
Il est vrai que les gens au teint et aux cheveux clairs sont les plus susceptibles d'attraper le cancer de la peau, mais le risque de cancer augmente avec le degré d'exposition aux rayons UV-B, pour tous les types de peau. On a observé des effets des UV-B sur le système immunitaire humain chez des gens de tous les types de peau.
Quel effet ont les UV-B sur les plantes et les animaux?
Toute quantité excessive d'UV-B nuit au processus de croissance de pratiquement toutes les plantes vertes. Il y a en outre des raisons de croire que l'appauvrissement de l'ozone pourrait causer la disparition de certaines espèces végétales et réduire ainsi les ressources alimentaires de la planète. Toute modification de l'équilibre des espèces végétales peut avoir des effets graves, car tous les organismes vivants dépendent les uns des autres. Les plantes constituent la base du réseau alimentaire, empêchent l'érosion des sols et la perte d'eau et sont les premiers agents de production d'oxygène, ainsi que le plus grand puits (ou réserve) de gaz carbonique.
Les UV-B causent chez les animaux domestiques des cancers semblables à ceux qu'on voit chez les humains. Bien que la plupart des animaux soient mieux protégés des UV-B que les humains par leur pelage et la pigmentation de leur peau, on ne peut pas les protéger artificiellement à grande échelle. Leurs yeux et les parties exposées de leur corps sont les plus vulnérables.
Qu'appelle-t-on indice UV?
Les scientifiques d'Environnement Canada ont créé en 1992 l'indice UV pour permettre aux Canadiens d'évaluer l'intensité du rayonnement ultraviolet auquel ils sont exposés. Pour plus de renseignements sur l'indice UV, on peut lire Au sujet de l'indice UV. Pour connaître l'indice UV du jour, on peut visiter le site Indices ultraviolets pour certaines villes canadiennes.
Qu'est-ce que je peux faire pour me protéger et protéger ma famille contre les effets des rayons ultraviolets?
Voici quelques mesures bien simples :
- Exposez-vous le moins possible au soleil, surtout aux heures où les rayons sont les plus intenses (entre 10 h et 15 h).
- Portez un chapeau à larges bords, des lunettes de soleil qui arrêtent les UV-B, des vêtements qui couvrent les jambes et les bras.
- Mettez-vous de l'écran solaire à facteur de protection d'au moins 15 sur toutes les parties du corps exposées. Remettez-en toutes les heures, après la baignade ou après une activité qui fait transpirer.
Qu'entend-on par Protocole de Montréal?
Le Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone est un traité international qui réglemente la production et la consommation des substances appauvrissant la couche d'ozone. Depuis sa mise en vigueur en 1989, la Protocole de Montréal a été ratifié par plus de 180 pays et a été amendé quatre fois.
Pour plus de renseignements sur le Protocole de Montréal et ses amendements suivants, vous pouvez visiter la Secrétariat de l’ozone du Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE).
L'appauvrissement de la couche d'ozone est-il une cause du changement climatique?
Le réchauffement par effet de serre et l'amincissement de la couche d'ozone stratosphérique sont le résultat d'activités humaines qui ont modifié la composition de l'atmosphère de façon subtile, mais profonde, depuis le début de la révolution industrielle il y a plus de 200 ans. Pour en apprendre plus sur l'appauvrissement de la couche d'ozone en relation avec le changement climatique, on peut lire la publication d'EC intitulée Appauvrissement de l'ozone et changement climatique : des problèmes liés.
Qu’est ce que chacun peut faire pour contribuer à protéger la couche d'ozone?
Si vous vous souciez de la couche d'ozone, évitez d'acheter des produits qui contiennent des substances appauvrissant la couche d'ozone. Avant d'acheter un extincteur, un produit moussant, un réfrigérateur ou un climatiseur, renseignez-vous et refusez d'acheter un produit qui contient un substance appauvrissant la couche d'ozone si vous avez le choix. Protestez auprès des entreprises qui utilisent ces produits.
Nous avons déjà chez nous et dans nos bureaux des appareils qui utilisent des substances appauvrissant la couche d'ozone, et ces appareils ne sont pas faciles à remplacer. Dans ce cas, prenez bien soin de vous en servir et de les entretenir comme il faut afin que les CFC qu'ils contiennent ne se retrouvent pas dans l'atmosphère.
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