Quel gaz, composé de trois atomes d'oxygène, est présent dans la stratosphère et protège la vie sur Terre en absorbant les rayons UV ?

L’ozone est un gaz dont chaque molécule est constituée de trois atomes d’oxygène, d’où sa formule chimique O₃. Une grande partie de l’ozone atmosphérique se trouve dans la stratosphère, entre environ 10 et 50 kilomètres d’altitude. Il y forme une région souvent appelée couche d’ozone, qui absorbe une part importante des rayonnements ultraviolets du Soleil et limite ainsi leur arrivée à la surface terrestre. Ce rôle protecteur concerne principalement les UV-B et les UV-C, capables d’endommager les cellules et le matériel génétique des êtres vivants.

Une formation liée au rayonnement solaire

L’ozone stratosphérique se forme à partir de l’oxygène moléculaire, O₂, sous l’action des ultraviolets. Les photons les plus énergétiques des UV-C peuvent dissocier une molécule d’O₂ en deux atomes d’oxygène. Ces atomes, très réactifs, se combinent ensuite avec d’autres molécules d’O₂. La réaction nécessite la présence d’une troisième molécule, généralement de diazote ou de dioxygène, qui emporte l’excès d’énergie : il se forme alors une molécule d’ozone, O₃. L’ozone est donc produit et détruit en permanence dans la stratosphère, selon un équilibre dynamique dépendant notamment du rayonnement solaire, de l’altitude et de la circulation atmosphérique.

Un filtre contre les ultraviolets

Les ultraviolets sont généralement répartis en trois catégories : les UV-C, dont les longueurs d’onde vont approximativement de 100 à 280 nanomètres, les UV-B, de 280 à 315 nanomètres, et les UV-A, de 315 à 400 nanomètres. L’ozone absorbe presque totalement les UV-C qui atteignent la stratosphère et une fraction importante des UV-B. L’oxygène moléculaire contribue également à bloquer les rayonnements les plus énergétiques. En revanche, une grande partie des UV-A traverse l’atmosphère. Cette absorption transforme l’énergie du rayonnement en chaleur et contribue aussi à la structure thermique particulière de la stratosphère.

Une concentration variable et vulnérable

La couche d’ozone n’est pas une pellicule parfaitement délimitée : l’ozone est réparti dans une vaste région de la stratosphère, avec une concentration généralement élevée entre environ 15 et 30 kilomètres d’altitude. Sa quantité varie selon la latitude, la saison et les mouvements de l’atmosphère. Cet équilibre peut être perturbé par des composés halogénés fabriqués par l’être humain, notamment les chlorofluorocarbures, ou CFC. Relativement stables dans les couches basses de l’atmosphère, ces substances peuvent atteindre la stratosphère, où les ultraviolets libèrent du chlore. Le chlore participe alors à des réactions en chaîne qui détruisent l’ozone. Le phénomène d’amincissement saisonnier très marqué observé au-dessus de l’Antarctique est couramment appelé trou dans la couche d’ozone, sans correspondre à une absence totale de gaz.

Les effets d’un amincissement

Lorsque la quantité d’ozone stratosphérique diminue, davantage d’UV-B peut atteindre le sol dans les régions concernées. Une exposition excessive à ces rayonnements augmente les risques de lésions de l’ADN, de coups de soleil, de cancers cutanés et de cataractes, et peut affecter certaines fonctions du système immunitaire. Les végétaux et les organismes aquatiques, notamment le phytoplancton, peuvent également être sensibles à une exposition accrue. Les mesures internationales visant à réduire les substances destructrices de l’ozone ont permis de limiter cette menace. Il faut enfin distinguer l’ozone stratosphérique protecteur de l’ozone présent près du sol : à basse altitude, ce même gaz est un polluant irritant formé notamment lors de réactions photochimiques dans l’air.