Destruction de la couche d'ozone

Qu'est-ce que la couche d'ozone ?

La couche d'ozone empêche une grande partie de ce rayonnement UV nocif d'atteindre la surface de la Terre et d'endommager la vie végétale et animale. En fait, elle réussit à bloquer entre 97 et 99 % du rayonnement UV de moyenne fréquence du soleil, dont la longueur d'onde varie entre \( 200 \) et \( 315 \ nm \) . La couche d'ozone doit son nom au fait qu'elle contient une plus grande proportion de particules d'ozone qu'ailleurs dans l'atmosphère. Toutefois, ce nombre n'est encore que d'environ \( 10 \) parties par million.

Fig. 1- Un diagramme montrant les différentes couches de l'atmosphère de la Terre.

Les causes de la destruction de la couche d'ozone

Chaque printemps, la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique s'amincit de façon spectaculaire. Cet amincissement est appelé destruction de l'ozone et est causé par la dégradation rapide des particules d'ozone dans la stratosphère. Bien que la taille et l'épaisseur de la couche d'ozone fluctuent naturellement, l'activité humaine est responsable de son déclin considérable au cours du XXe siècle.

Mécanisme de destruction de la couche d'ozone

Lorsqu'une molécule d'oxygène est frappée par une lumière UV, elle se divise en deux molécules par un processus appelé fission homolytique.

Ces molécules sont toutes deux des radicaux libres.

L'un de ces radicaux libres réagit ensuite avec une autre molécule d'oxygène, formant ainsi de l'ozone \( O_3 \) . Les équations sont données ci-dessous :

Fig. 2- Équations montrant la formation d'ozone.

L'ozone peut également être détruit naturellement par la lumière UV. La réaction ci-dessus s'inverse, décomposant l'ozone en une molécule d'oxygène et un radical libre d'oxygène :

Fig. 3- Une équation montrant la décomposition de l'ozone.

La couche d'ozone présente un équilibre naturel, ce qui signifie que les particules d'ozone sont continuellement créées et détruites à un rythme égal. Cependant, l'activité humaine perturbe cet équilibre, réduisant les niveaux d'ozone stratosphérique plus vite qu'ils ne peuvent être remplacés.

Destruction de la couche d'ozone par les CFC

Un exemple de CFC est le trichlorofluorométhane, \( CCl_3F \) :

Fig. 4- Trichlorofluorométhane. Remarque qu'il contient trois atomes de chlore et un atome de fluor.

L'ingénieur américain Thomas Midgley a introduit les CFC dans les années 1930. Ils sont rapidement devenus populaires comme composants des réfrigérateurs, des aérosols et comme solvants pour le nettoyage à sec, et ont été loués pour leur faible toxicité, leur inflammabilité et leur réactivité. Comme nous avons commencé à utiliser de plus en plus de CFC dans une large gamme de produits, ils se sont inévitablement échappés dans l'environnement et les niveaux atmosphériques de CFC ont augmenté. Cela est devenu un problème. Parce qu'ils sont si peu réactifs, les CFC peuvent voyager dans l'atmosphère pendant des années sans se décomposer et finir par atteindre la stratosphère. Là, ils sont scindés par la lumière UV pour former des radicaux libres de chlore, également par fission homolytique.

La destruction de l'ozone par les radicaux chlorés

Comme tous les radicaux, les radicaux libres de chlore sont extrêmement réactifs. Ils réagissent avec les particules d'ozone dans la stratosphère, les décomposant en molécules d'oxygène. Les équations sont présentées ci-dessous :

Fig. 6- Équations montrant la dégradation de l'ozone par les radicaux libres du chlore.

Cette réaction régénère le radical libre du chlore pour que le processus puisse continuer. C'est un exemple de réaction en chaîne.

Conséquence de la destruction de la couche d'ozone

Tout au long du vingtième siècle, l'homme a utilisé et éliminé un grand nombre de réfrigérateurs, d'aérosols et d'autres produits contenant des CFC. Cela a augmenté la concentration de CFC dans la couche d'ozone et, par conséquent, le taux de production de radicaux de chlore a été élevé. Ces radicaux ont rapidement détruit l'ozone dans la couche d'ozone, jusqu'à ce que le taux de destruction devienne trop élevé pour que l'équilibre naturel s'équilibre. Les niveaux de particules d'ozone ont diminué, en particulier au-dessus du pôle Sud, formant des zones de faible couverture inefficaces pour arrêter les rayons UV nocifs atteignant la surface de la Terre. Ce rayonnement UV présente un grand risque pour la santé des humains et de la planète Terre. Par exemple, les rayons UV peuvent :

• Causer des dommages et des mutations de l'ADN, ce qui entraîne des cancers mortels.
• Provoquer des cataractes et des brûlures de la peau chez les humains et les autres animaux.
• Endommager le phytoplancton.
• Entraver la photosynthèse des plantes.

Solution contre la destruction de la couche d'ozone

Un accord mondial appelé "Protocole de Montréal" a interdit les CFC dans de nombreux pays au milieu des années 1990, et des alternatives ont été développées depuis. Il s'agit notamment des hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et des hydrofluorocarbures (HFC).

Fig. 6- Exemple d'un HCFC, à gauche, et d'un HFC, à droite.

Les HCFC sont moins stables que les CFC et libèrent donc leurs atomes de chlore plus bas dans l'atmosphère, où la proportion de particules d'ozone à décomposer est plus faible. Toutefois, une proportion importante d'HCFC atteint tout de même la stratosphère. À ce titre, les HFC peuvent constituer une meilleure alternative. Ils ne contiennent que des atomes de fluor, d'hydrogène et de carbone, et ne contiennent pas de chlore susceptible d'être transformé en radicaux libres. Cependant, ce sont de puissants gaz à effet de serre, et ils sont en conséquence nocifs pour la Terre d'une autre manière tout aussi inquiétante, en contribuant au changement climatique.

Lutte contre la destruction de la couche d'ozone

La destruction de la couche d'ozone est un problème grave et divers programmes ont été lancés par les gouvernements de plusieurs pays pour l'éviter. Cependant, des mesures doivent également être prises au niveau individuel pour prévenir la destruction de la couche d'ozone.

Éviter d'utiliser les SDO

Réduire l'utilisation de substances détruisant la couche d'ozone. Par exemple, éviter l'utilisation de CFC dans les réfrigérateurs et les climatiseurs, remplacer les extincteurs à base de halons, etc.

Réduire l'utilisation des véhicules

Les véhicules émettent une grande quantité de gaz à effet de serre qui entraînent un réchauffement de la planète ainsi qu'une diminution de la couche d'ozone. Il convient donc de réduire autant que possible l'utilisation des véhicules.

Utiliser des produits de nettoyage écologiques

La plupart des produits de nettoyage contiennent du chlore et du brome, des substances chimiques qui se retrouvent dans l'atmosphère et affectent la couche d'ozone. Ils doivent être remplacés par des produits naturels pour protéger l'environnement.

L'utilisation de l'oxyde nitreux devrait être interdite

Le gouvernement devrait prendre des mesures et interdire l'utilisation de l'oxyde nitreux nocif qui affecte la couche d'ozone. Les gens devraient être sensibilisés aux effets nocifs de l'oxyde nitreux et aux produits qui émettent ce gaz, afin que son utilisation soit minimisée au niveau individuel également.