L’ozone est détruit par le chlore et le brome dérivés de la décomposition des CFC et des halons rejetés par l’homme. Ici, vous verrez comment l’ozone est détruit par le chlore dérivé des composés chlorés, mais ces mécanismes sont similaires avec les composés bromés.
Voici la réaction de destruction de l’ozone par un atome de chlore Cl ou un atome de brome Br (pour les chimistes !!) :
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Cl + O3 → ClO + O2 ClO + O → Cl + O2 Bilan : Cl + O3 + O → Cl + 2O2 |
Br + O3 → BrO + O2 BrO + O → Br + O2 Bilan : Br + O3 + O → Br + 2O2 |
Mais le trou d'ozone se forme seulement dans les régions polaires, en particulier au dessus de l'Antarctique pendant le printemps. Pour quelle raison ?
En réalité, la réaction de destruction de l’ozone avec le chlore Cl ne peut pas avoir lieu sans qu’un certain nombre « d’ingrédients » ou de conditions soient réunies :
- Il faut des températures très basses, pour que les composés chlorés se convertissent en des molécules de chlore moléculaire Cl2 (cette conversion se fait à la surface de nuages de glace stratosphériques).
- Il faut ensuite du soleil pour que le chlore moléculaire Cl2 se décompose en 2 atomes de chlore (Cl) qui attaquent alors l’ozone.
Les réactions chimiques en jeu dans la destruction de l’ozone sont donc en réalité un peu plus complexes :
Les conditions de température sont favorables aux pôles pendant l’hiver polaire, le pôle étant alors dans la nuit polaire pendant plusieurs mois. En Antarctique, l’hiver polaire a lieu pendant les mois de avril à septembre (au moment de l’été chez nous au Nord) : il y fait alors -80° dans la stratosphère ! Des nuages de glaces se forment alors dans la stratosphère. C’est à la surface de ces nuages de glaces qu’a lieu la conversion des composés chlorés, issus des CFC, en chlore moléculaire Cl2.
En septembre, à la fin de l’hiver polaire en Antarctique, le soleil revient, entraînant la décomposition du chlore moléculaire (Cl2) en 2 atomes de chlore qui détruisent alors l’ozone…
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Dans cette réaction de destruction, on voit que le constituant Cl est régénéré, et il peut donc à nouveau réagir avec une molécule d’ozone : c’est ce qu’on appelle un cycle catalytique. Même à des concentrations très faibles, ces constituants peuvent donc entraîner des pertes importantes d’ozone. © Marc Jamous - IPSL
En Arctique, les températures hivernales sont moins froides qu’en Antarctique : la formation de nuages de glace et donc la formation du trou d’ozone est donc très variable d’une année sur l’autre.
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Un nuage de glace stratosphérique (en anglais : Polar stratospheric cloud - PSC) © CNRS
Dès la fin de l’automne, la disparition du rayonnement solaire au-dessus de l’Antarctique entraîne la formation du vortex polaire, une ceinture de vents d’ouest très intense qui isole les masses d'air polaires des régions avoisinantes. La stratosphère polaire se refroidit fortement jusqu’à atteindre des températures très basses (inférieures à -85°C), propices à la formation des nuages stratosphériques polaires composés de cristaux de glace ou de gouttelettes d’eau et d'acide nitrique.
À la surface de ces nuages se produisent des réactions chimiques qui ont pour effet de transformer les composés chlorés en composés extrêmement réactifs qui vont détruire l'ozone par le biais de cycles catalytiques* très rapides dès la réapparition du soleil au-dessus du pôle. Au cours de l’hiver, la concentration des composés chlorés réactifs est multipliée par 500 à l’intérieur du vortex polaire.
Ces processus chimiques induisent une destruction rapide de l’ozone au rythme de plusieurs pour cents par jour, aboutissant à une diminution de plus de 60 % au mois d’octobre du contenu total d'ozone, avec une disparition quasi complète de l’ozone entre 12 et 20 km, précisément dans la zone d’altitude où sa concentration est maximale.
En Arctique, les températures hivernales plus élevées qu’en Antarctique et les conditions sont moins favorables à l’apparition d’un trou d’ozone. Cette différence s’explique par le fait que dans l'hémisphère nord, les continents sont plus proches du pôle que dans l’hémisphère sud. L’alternance de continents et d’océans et la présence de hautes montagnes comme l’Himalaya génèrent davantage d’ondes atmosphériques à large échelle, qui se traduisent par la présence de zones de haute et basse pression dans l’atmosphère. Certaines de ces ondes se propagent dans la stratosphère, déplacent le vortex polaire vers les latitudes plus basses et le réchauffent. Les conditions météorologiques sont ainsi très variables en Arctique et la formation de nuages stratosphériques polaires évolue fortement d’une année sur l’autre.
* Cycle de plusieurs réactions chimiques se traduisant par la recyclage des composés réactifs initiaux destructeurs d’ozone.
