Haute Atmosphère

Bases

Formation de l'ozone

Il n'y aurait pas de vie sur Terre sans l'ozone de la stratosphère. L'ozone nous protège des rayonnements ultraviolets du soleil (lumière de longueur d'onde inférieure à 320 nanomètres), qui sont très dangereuses pour les molécules des êtres vivants. L'ozone se serait formée sur Terre grâce à l'existence de l'oxygène dans l'atmosphère, entre 2000 et 600 millions d'années avant l'apparition de l'homme. Voyons comment...

La formation et la destruction de l'ozone

Dans la stratosphère, on trouve de l'oxygène O sous deux formes: la forme courante, qui est le dioxygène, de formule O₂ et qui est donc composée de 2 atomes de O et l'ozone O₃ qui est constitué de 3 atomes de O. Sous l'effet des rayons ultraviolets du soleil, la molécule d'O₂ se sépare en 2 atomes de O. L'un de ces atomes réagit avec une autre molécule de O2 pour former de l'ozone.

De la même manière, les rayons du soleil peuvent casser la molécule d'ozone pour la séparer en O et O₂. L'atome de O tout seul va réagir avec une autre molécule d'ozone, pour former deux molécules de O₂.

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. Mais le soleil ne fait pas que former beaucoup d'ozone là-bas, il permet aussi à l'air de la basse atmosphère de s'élever en altitude.

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 l'ozone se déplace de l'équateur vers les pôles, et qu'il y a beaucoup moins de soleil là-bas (en particulier en hiver), l'ozone 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. Tout ceci bien sûr est vrai tant qu'on ne considère pas la formation du trou printanier dans la couche d'ozone en Antarctique.

L'ozone absorbe les ultraviolets

Les ultraviolets qui sont nécessaires à la formation de l'ozonesont aussi absorbés par les molécules de la couche d'ozone. Ceci a trois conséquences:

1) Les ultraviolets n'atteignent pas les parties basses de l'atmosphère et la surface terrestre est protégée.
2) Puisque ces UV permettent à la fois la production et la destruction de l'ozone, sa quantité est ainsi naturellement limitée et atteint un certain équilibre.
3) Les ultraviolets sont très énergétiques. L'énergie qu'ils fournissent se transforme en chaleur et chauffe la stratosphère. C'est pour cela que la température décroît avec l'altitude dans la troposphère (partie basse), mais se remet à augmenter dans la stratosphère où la couche d'ozone est présente.

L'épaisseur de la couche d'ozone

Le terme "couche d'ozone" peut prêter à confusion. Il ne s'agit pas en réalité d'une simple couche fine où tout l'ozone serait concentré. Cela veut plutôt dire que la quasi-totalité des molécules d'ozone se trouve dans la stratosphère (entre 18 et 40 km d'altitude), alors qu'on en trouve beaucoup moins dans la troposphère, au dessous, et dans la mésosphère, au dessus. En fait, sur 1 million de molécules de gaz de l'atmosphère, seules 10 sont de l'ozone. Mais  90% de l'ozone de l'atmosphère se trouve dans la stratosphère, qu'on appelle alors la couche d'ozone.

Les unités Dobson (DU)

On peut voir souvent les valeurs d'ozone en unités Dobson (DU). Une valeur de 300 DU est courante. Qu'est-ce que ces 300 DU représentent? On sait qu'au sol, la pression est plus forte qu'en altitude. Si on imaginait que toutes les molécules d'ozone, au lieu d'être réparties dans la stratosphère (à 90%) et dans la troposphère (10%), se trouvaient au niveau du sol, 300 DU correspondraient à une couche d'épaisseur de 3 mm. 1 DU est donc équivalent à une couche de 0,01 mm d'ozone au niveau du sol.

A propos de cette page:

auteur: Elmar Uherek - MPI Mainz
relecteurs pédagogiques: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02, Dr. Ellen K. Henriksen - Univ. of Oslo, Hendrik Förster & students, Nordpfalz Gymnasium Kirchheim-Bolanden - March 2004
relecteur scientifique: Dr. John Crowley - MPI for Chemistry, Mainz 06.05.2004
dernière version: 10.05.2004