La formation saisonnière du trou dans la couche d’ozone et ses conséquences pour cette même couche

« Avant 1975, l’ozone suivait un cycle à peu près équilibré : il se formait en haute atmosphère lorsque des molécules habituelles d’oxygène (O2) étaient brisées par le rayonnement solaire en leurs deux atomes constituants qui ensuite se recombinaient à une molécule intacte pour former l’ozone (O2 + O = O3). Cette nouvelle molécule assez fragile est ensuite détruite tôt ou tard par divers corps chimiques, dont les atomes libres de chlore et de brome sont les plus virulents. Cela se passe à peu près ainsi : le chlore Cl casse l’ozone en une molécule habituelle d’oxygène O2 et un atome d’oxygène avec lequel il forme de l’oxyde de chlore (ClO). Instable, ce dernier se dissocie rapidement, libérant l’atome de chlore pour une nouvelle attaque de l’ozone. En un jour, un seul atome de chlore peut détruire ainsi plusieurs milliers de molécules d’ozone.

Pour que ce mécanisme de destruction fonctionne, certaines conditions précises doivent cependant être réunies, sans quoi il n’y aurait plus d’ozone depuis belle lurette. D’abord, du chlore doit monter dans la stratosphère. Il provient des océans pour une petite part, mais il est surtout véhiculé par les composants bromés et chlorés de l’industrie, les célèbres CFC, ou halocarbones, utilisés pour leur stabilité chimique et thermique comme refroidissants dans les réfrigérateurs, comme produits de lutte contre l’incendie et dans de multiples procédés de pulvérisation sous pression. On se demandait où les CFC disparaissaient après usage, puisqu’ils ne pouvaient pas être détruits dans les conditions ambiantes à la surface terrestre. En fait, entraînés par la circulation atmosphérique, ils s’éparpillent dans toute la stratosphère. Certaines molécules d’halogène finissent par s’échapper de la terre en altitude, mais d’autres participent à un cycle chimique au-dessus du pôle Sud.

En effet, une partie de l’atmosphère qui surplombe l’Antarctique est prise au piège pendant plusieurs mois. Elle tourne en rond dans ce que l’on nomme le « vortex polaire sud » et se refroidit de plus en plus. Quand elle descend au-dessous de -80°C, des cristaux de glace apparaissent en légers nuages. Ils offrent une surface de contact aux CFC, qui viennent s’y décomposer, et libèrent après réaction avec de l’acide chlorhydrique des molécules de chlore (Cl2) rapidement dissociées par le rayonnement solaire. C’est alors que la chasse à l’ozone par les atomes libres de chlore commence. Si j’insiste un peu sur le mécanisme chimique, c’est qu’il est assez facile à comprendre et pourrait être enseigné au lycée après un ou deux ans de chimie avec ses classiques HCl, O2 ou ClO. Mais surtout, il permet d’apprécier les concours de circonstances qui entraînent la réaction globale, et donc mieux jauger son développement futur.

Des conditions très différentes doivent, comme on le voit, être réunies simultanément pour que l’ozone soit attaqué par le chlore et le brome :
– Des CFC doivent être émis par l’industrie.
– L’atmosphère doit être refroidie en dessous de -80°C, ce qui n’est possible que dans un vortex où l’air stagne au voisinage du pôle jusqu’à créer des nuages de cristaux.
– Le rayonnement solaire doit dissocier les molécules de chlore (Cl2).

Ces conditions ne se rencontrent pratiquement qu’au pôle Sud pendant une courte période, en octobre : le vortex est créé au pôle Sud par l’hiver austral qui a refroidi au-dessous de -80°C l’atmosphère en altitude. Le soleil réapparaît avec le printemps austral. Il brise les molécules de chlore qui étaient restées stables dans la nuit polaire, mais, en même temps, il élève la température, fait fondre les nuages de cristaux et interrompt la décomposition des CFC. Peu après, le vortex se défait à cause du réchauffement qui dilate l’air, et les atomes qui ont vécu cette aventure sont dispersés tout autour du globe par le rétablissement de la circulation atmosphérique. Que l’une de ces conditions manque, et le mécanisme s’arrête. Ainsi, à la suite d’un hiver plus chaud en 1988, le trou d’ozone ne put se former car le soleil était revenu avant que le froid stratosphérique ne soit devenu suffisamment intense. C’est aussi en raison de ces conditions que le trou est moins important au pôle Nord : l’absence d’un continent très froid comme l’Antarctique limite le vortex et le refroidissement. L’ampleur du trou dépend alors étroitement de la sévérité de l’hiver (durant l’hiver très froid de 1989, le trou d’ozone a été de 10 à 20 % au nord de la Suède).

Comme l’ozone se reforme au cours de l’année, cet incident a moins de conséquences qu’il n’y paraît au premier abord. Une fois la circulation atmosphérique rétablie, le manque d’ozone se dilue et l’amincissement de la couche d’ozone ne dépasse pas 3 % en moyenne sur toute la planète. Même Si le trou devenait total, avec disparition complète de l’ozone dans le vortex polaire sud à cause d’une grande concentration de CFC, la perte moyenne dans toute l’atmosphère se stabiliserait autour de 6 %. (..)

Les dangers encourus par l’humanité dépendent donc de cette contraction de 6 % de la quantité globale d’ozone. 15 % du rayonnement ultraviolet atteindra alors la Terre, au lieu de 13,5 % actuellement, soit une augmentation de 12 %. 1,5 % seulement du rayonnement UV entrant dans l’atmosphère franchira en plus la barrière de l’ozone. Le bouclier ne disparaîtra donc pas, il s’entrouvrira. »

Le Bras

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