Ozone

L'ozone est un constituant naturel de l'atmosphère. Il devrait normalement être présent à des teneurs faibles, mais du fait des activités humaines, les niveaux d'ozone dans les basses couches de l'atmosphère peuvent être élevés à certaines périodes de l'année. Ce phénomène s'accentue au fil des années, avec une augmentation des concentrations en ozone d' environ 2% par an dans l'atmosphère.

Il ne faut pas confondre ozone stratosphérique et ozone troposphérique. La majeure partie de l'ozone atmosphérique (environ 90%) se trouve dans la stratosphère (couche atmosphérique située entre 10 et 60 km d'altitude), seulement 10% environ de l'ozone atmosphérique se trouve dans la troposphère (couche située dans les premiers 10 km de l'atmosphère). Les concentrations maximales d'ozone sont situées en moyenne de 25 à 30 km d'altitude. Cette couche d'ozone, qui serait épaisse de 3 mm si on rassemblait tout l'ozone stratosphérique, absorbe les ultraviolets et nous protège de leurs actions néfastes. Contrairement à l'ozone troposphérique, considéré comme un polluant, très toxique pour l'homme et les végétaux. 

 

  • Propriétés physico-chimiques

L’ozone est une molécule triatomique formée de trois atomes d'oxygène, de formule chimique O3. C'est une gaz oxydant extrêmement réactif.

L'ozone est un gaz incolore extrêmement toxique. C'est un photo-oxydant, aussi appelé oxydant photochimique, à savoir un composé oxydant qui se forme par voie photochimique, sous l'influence de la lumière du soleil. L'ozone est le photooxydant que l'on trouve dans l'atmosphère à la concentration la plus élevée. Après le fluor, l'ozone est l'oxydant le plus puissant.

 

  • Sources

 

 

En milieu urbain, l'ozone n'est pas émis directement par les véhicules.  Il est créé par réaction photochimique, lors d'interactions entre les rayonnements ultraviolets solaires et des polluants primaires précurseurs tels que les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone, les hydrocarbures et la famille des Composés Organiques Volatils (COV) présents dans les gaz d'échappement.

 
  • Réactivité

- Formation de l'ozone dans la troposphère :

NO2 + hv → NO + O

O + O2 + M → O3 + M

Le taux de production de l'ozone dépend du rapport NO2/NO. La formation d'ozone est favorable pour un rapport de l'ordre de plusieurs unités.

 

- Décomposition de l'ozone dans la troposphère

Il est à noter que dans une zone urbaine, près des sources d'émission où les automobilistes émettent principalement les oxydes d'azotes sous forme de monoxyde (NO), la destruction de l'ozone par ce dernier est généralement plus importante que la production à partir de NO2 :

O3 + NO → NO2 + O2

Les deux réactions suivantes de l'oxygène atomique à l'état excité O* avec l'eau et un partenaire de choc M, tel que le dioxyde d'azote N2 ou l'oxygène O2, sont en concurrence :

O* + H2O + M → 2 OH + M

O* + M → O + M

M est un partenaire de choc, il reçoit l'énergie d'excitation de la plupart des atomes de O*.

De plus, l'ozone est décomposée par les réactions :

OH + O3 → HO2 + O2

HO2 + O3 → OH + 2 O2

On aboutit alors à l'expression d'une réaction bilan de la décomposition de l'ozone troposphérique :

5 O3 + H2O + hv → 2 OH + 7 O2

 

  • Durée de vie

 L'ozone a une durée de vie de 10 à 15 jours dans la trosposphère.

 

  • Facteurs

Les variations de la teneur en ozone sont fortement dépendantes des conditions météorologiques. Les plus fortes concentrations se rencontrent lors de conditions de fort ensoleillement et de stagnation de l'air.

A cause des processus de formation et de décomposition, la teneur en ozone dépend des variations journalières importantes. Le maximum journalier de la teneur en ozone se situe vers la période de midi.

Il se forme dans les zones polluées, puis est transporté. En milieu urbain à proximité des foyers de pollution, il est immédiatement détruit par interaction avec le monoxyde d'azote. Les pointes de pollution sont donc plus fréquemment observées en zones rurales.

 

  • Toxicologie

L'ozone présente une action irritante locale sur les muqueuses oculaires et respiratoires, des bronches jusqu'aux alvéoles pulmonaires.
On observe une inflammation et une altération des fonctions pulmonaires dès 160 µg/m3 durant quelques heures. Les effets sont amplifiés par l'exercice physique. Le seuil de perception olfactive est de 21 µg/m3

- Objectif de qualité pour la protection de la santé humaine : 120 µg/m3 en moyenne glissante sur 8 heures.
- Valeur cible pour la protection de la santé humaine : 120 µg/m3 en moyenne glissante sur 8 heures à ne pas dépasser plus de 25 jours par année civile.
- Seuil de recommandation et d'information : 180 µg/m3 en moyenne horaire.
- 3 seuils d'alerte gradués : 240 et 300 µg/m3 en moyenne horaire sur 3 heures consécutives et 360 µg/m3 en moyenne horaire.

 

L'ozone a un effet néfaste sur la végétation, le tabac et le blé sont particulièrement sensibles à ce polluant. Il contribue à l'effet de serre et aux pluies acides.
- Objectif de qualité pour la protection de la végétation : 6000 µg/m3, valeur par heure en AOT40 (l'AOT 40 exprimé en µg/m3 par heure est égal à la somme des différences entre les concentrations horaires supérieures à 80 µg/m3 (soit 40ppb) et 80 µg/m3 en utilisant uniquement les valeurs sur une heure mesures quotidiennement entre 8 heures et 20 heures, durant une période donnée.
- Valeur cible pour la protection de la végétation : 18 000 µg/m3, valeur par heure en AOT40.

 

  • Méthode de mesure

La mesure de l'ozone est réalisée par absorption de rayonnement UV, cette méthode fait l'objet d'une norme européenne. L'air à analyser est envoyé dans une cellule dans une cellule irradiée par un rayonnement UV monochromatique dont la longueur d'onde se situe dans la bande d'absorption maximale de l'ozone (253 nm).

L'absorption de ce rayonnement par l'ozone suit la loi de Beer-Lambert : I = I0.exp(-αLC)

I0 étant l'intensité du rayonnement à la sortie de la cellule en l'absence d'ozone et I l'intensité en sortie de cellule après absorption partielle de l'ozone. C est la concentration en ozone (exprimée en unités volume/volume), L la longueur de la cellule en cm. et α est le coefficient d'absorption de l'ozone (exprimé en cm-1).

À l'ORAMIP, l'ozone est mesuré toutes heures.

 

 

 

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