L'ozone dans l'atmosphère

Tantôt l'ozone est considéré comme un polluant dangereux pour la santé, tantôt comme un élément rare qu'il faut sauvegarder. Mais de quel ozone parlons-nous ?

- Au niveau de la troposphère, la production excessive d'ozone dans les grands centres urbains est à l'origine d'une pollution lors de conditions météorologiques particulières. L'ozone absorbe les radiations dans le domaine des infrarouges lointain (entre 4 et 40 µm), ce qui confère à l'ozone troposphérique un rôle dans l'effet de serre. 

- Dans la stratosphère, l'ozone joue le rôle d'un écran protecteur pour les êtres vivants en absorbant les rayonnements ultraviolets (240 à 320 nm). Les diminutions importantes de la teneur en ozone de la stratosphère, observables en certaines circonstances, sont donc susceptibles de conséquences néfastes pour la vie sur la Terre. Les réactions photochimiques libératrices d'énergie auxquelles participe l'ozone sont à l'origine de l'augmentation de la température dans la stratosphère.

Les molécules d'ozone, ou trioxygène, O₃, sont peu présentes dans l'atmosphère terrestre. Leur nombre  décroît légèrement dans les premiers kilomètres, puis s'accroît fortement pour présenter un maximum entre 20 et 30 kilomètres : 10 % de l'ozone se situent dans la troposphère et 90 % dans la stratosphère.

À la différence des autres constituants atmosphériques, tels que le dioxygène ou le diazote, la teneur atmosphérique en ozone ne subit pas une décroissance régulière avec l'altitude, telle que l'on pourrait l'imaginer, en relation avec la pression atmosphérique. Cette distribution verticale particulière de l'ozone s'explique par sa source qui est située principalement dans la stratosphère et non au niveau du sol  comme pour les autres constituants atmosphériques. Tous ces autres constituants se répartissent de façon homogène dans l'atmosphère et leur profil suit donc celui de la pression atmosphérique.

Correspondance entre la pression et l'altitude pour l'atmosphère standard
Le profil est quasiment logarithmique

La couche d'ozone  représente fort peu de matière.  Son " épaisseur " est évaluée en unité Dobson. Tout l'ozone atmosphérique ramené au niveau du sol, dans les conditions de température et de pression qui y règnent, occuperait une épaisseur d'environ 3 mm.   
L'expression " couche d'ozone " est attribuée à la partie de l'atmosphère où la concentration en ozone est maximale et joue un rôle important en termes de protection contre les rayonnements nocifs : il s'agit de la part de la stratosphère comprise entre 20 et 30 km d'altitude. C'est dans cette couche que se produit parfois une baisse de la concentration d'ozone appelée " trou d'ozone ".
 
Cette couche n'est pas uniforme. Il s'agit plutôt d'un domaine où le nombre de molécules d'ozone présentes par unité de volume est plus important qu'ailleurs.

Le schéma ci-dessus explicite cette notion : si l'on imagine un mince tube d'atmosphère de 50 km de hauteur, les molécules d'ozone, représentées en rouge, atteignent une concentration maximale vers 25 km d'altitude (cas A).

La notion de " trou d'ozone " est illustrée par le cas B. Une situation de trou d'ozone correspond à une diminution de la teneur en ozone stratosphérique, vers 25 km d'altitude, par rapport à la situation moyenne décrite dans le cas A. Il en résulte évidemment que le nombre total de molécules présentes dans le tube B est inférieur au nombre total de molécules dans le tube A, si bien que, dans le cas B, l'absorption des rayonnements UV par l'ozone stratosphérique est moins efficace.