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Transcript
L'ozone stratosphérique
CONSIGNE
Le "trou" dans la couche d'ozone a rendu populaire ce gaz de l'atmosphère, d'une importance capitale pour la vie terrestre.
L'ozone stratosphérique
--> Comment la couche d’ozone se forme-t-elle et se détruit-elle ? --> Comment protège-t-elle les êtres vivants ?
DOCUMENTS
L'ozone stratosphérique
Consigne : Effectuer une synthèse des documents dans laquelle devront apparaître : * le mécanisme de formation de l'ozone* les mécanismes de destruction de l'ozone* l'importance de la présence de l’ozone dans la stratosphère.Pour réaliser cette synthèse, vous devrez vous baser exclusivement sur ces documents et les citer.Vous déposerez votre synthèse sous la forme d'un audio dans votre OneNote.
Voici une liste de documents qui vous aidera à effectuer votre synthèse.
Documents
Sources
DOC 6
DOC 7
DOC 8
DOC 4
Doc 3
Doc 2
DOC 5
Doc 1
Attention ! Il ne faut pas confondre l’ozone présent dans la stratosphère, qui forme la couche d’ozone, et l’ozone au niveau du sol, pollution nocive pour l’Homme induite par les activités humaines.
La couche d'ozone sur Terre
Document 1
L'ozone est un gaz légèrement bleuté et piquant composé de 3 atomes d'oxygène. Il n'est pas réparti de façon homogène dans l'atmosphère : 85 % de la quantité totale sont situés dans la stratosphère. La couche d'ozone correspond à la zone où la concentration en ozone est maximale dans l'atmosphère.
L’ozone dans la stratosphère est mesuré aujourd’hui par des instruments qui peuvent être au sol, ou bien embarqués sur des avions, sur des ballons ou sur des satellites. Ces instruments peuvent être de différents types, chacun présentant ses avantages : sondes électrochimiques embarquées sous des ballons météorologiques, spectromètres, radiomètres, et lidars. Ils mesurent l’ozone, mais aussi d’autres espèces chimiques qui interviennent dans la chimie de l’ozone.
SUITE
Les images du trou d'ozone vus par les instruments TOMS
Document 2
Les observations par satellite permettent d'obtenir des mesures d'ozone sur l'ensemble du globe terrestre. Lancé en 1978, TOMS est le premier instrument satellite qui a permis de visualiser l'extension spatiale du trou d'ozone en Antarctique et de suivre son évolution au cours des années. Depuis d’autres satellites ont été lancés, dont le satellite UARS lancé en 1991, qui a permis de confirmer que les composés chlorés jouent un rôle dans la destruction de l’ozone. L’intérêt des observations par satellite est qu’elles donnent accès à l’échelle planétaire. Mais les mesures effectuées depuis le sol sont complémentaires, et indispensables pour valider la qualité des observations par satellite. C’est donc l’ensemble des mesures depuis le sol et par satellite qui assurent une surveillance de la stratosphère globale, continue et fiable.
SUITE
Document 2
L’unité Dobson : L’unité utilisée ici pour exprimer la concentration d’ozone stratosphérique est le Dobson (DU). Cette unité vient du physicien Gordon Dobson, qui a mis au point le premier instrument de mesure de l’ozone depuis le sol, en 1924 : le spectromètre Dobson.1 dobson correspond à une couche d’ozone qui aurait une épaisseur de 10 micromètres à une pression de 1 atm (conditions normales de pression au niveau du sol). Par exemple, 300 unités Dobson d’ozone ramenées au niveau du sol formeraient une couche de 3 mm d’épaisseur. En moyenne globale, la quantité d’ozone est d’environ 350 DU.
SUITE
Document 2
Ces images montrent que le trou d’ozone en Antarctique s’est creusé entre 1980 et 1995 ; de 1995 à 2005, il semble s’être stabilisé, mais ne semble pas encore se résorber.
Document 2
Le cycle naturel de l'ozone
Document 3
La quantité d’ozone présent dans la couche stratosphérique est le résultat d’un équilibre entre un processus de production et un processus de destruction qui ont lieu continuellement. Mais cet équilibre est fragile ! Au cours des dernières décennies, les émissions de certains gaz liées aux activités humaines ont rompu cet équilibre et détruisent la couche d’ozone en augmentant les réactions de pertes.
Source du tableau : education.meteofrance.fr
La couche d'ozone absorbe une partie des radiations solaires qui frappent la haute atmosphère. Les radiations qui parviennent à la surface de la Terre peuvent être absorbées par l'ADN et provoquer des mutations potentiellement cancérigènes.
Le rayonnement ultraviolet absorbé par l'atmosphère
Document 4
On subdivise les UV émis par le Soleil en trois classes en fonction de leur activité biologique et du pouvoir de pénétration dans la peau humaine. Les UVC sont les plus nocifs.
Source du graphique : M.J. Bumbulis et al., ISRN Cell Biology, 2013
Observation d'euglènes 18 heures après une irradiation de 30 minutes aux UV. La flèche montre une euglène de morphologie normale, telle qu'étaient toutes les euglènes au début de l'expérience. Seule cette euglène est capable de nager, les autres ayant perdu leur mobilité.
Une équipe de chercheurs américains a étudié l'effet des UVC sur la vie de certains protistes, les euglènes (Euglena gracilis), êtres unicellulaires communs des eaux douces. Sur les documents, nous pouvons voir l'effet de la durée d'exposition à des UVC sur la mortalité des euglènes.La lampe à UVC, à 40 cm de la culture, a une puissance de 13,4 W.
Les effets des UV sur les organismes
Document 5
Article Le Monde : "Au Chili, le nombre de cancers de la peau a doublé en dix ans". --> Lecture de l'article :
D'après www.courrierinternational.com, 2017.
Effet mutagène des UV sur l'ADN
L'Australie se situant sous un énorme trou dans la couche d'ozone, les rayons ultraviolets brûlent pendant une longue période de l'année. L'été, les températures peuvent s'élever jusqu'à 40 degrés Celsius. Une nouvelle étude menée par le Conseil australien du cancer révèle que 2,7 millions d'adultes attrapent des coups de soleil durant le week-end. Actuellement en saison estivale, les territoires qui enregistrent le plus de victimes "des coups de soleil de fin de semaine" sont le territoire du Nord (25 %), la Tasmanie (21 %) et le territoire de la capitale australienne.
Les risques à vivre avec le trou de la couche d'ozone
Document 6
Pour communiquer sur le niveau de risque d'une exposition au Soleil, l'Organisation mondiale de la météorologie et l'Organisation mondiale de la santé recommandent d'utiliser une échelle universelle appelée Indice UV.Plus l'Indice UV est élevé, plus le risque de lésions cutanées (coups de soleil, cancers de la peau comme les mélanomes) et oculaires (cataractes) est important.
L'Indice UV
Document 7
SUITE
L’ozone est détruit par le chlore et le brome dérivés de la décomposition des CFC (ChloroFluoroCarbure) et des halons rejetés par l’Homme. Les CFC sont produits dans la vie quotidienne par les systèmes réfrigérants, les climatisations, les bombes aérosols, les solvants…. Les halons, composés chimiques ininflammables, sont utilisés comme gaz d’extinction dans les extincteurs et les systèmes de protection contre les incendies.Ici, nous verrons comment l’ozone est détruit par le chlore dérivé des composés chlorés, mais ces mécanismes sont similaires avec les composés bromés.
Les "recettes" pour détruire l'ozone
Document 8
SUITE
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 dichlore Cl2 (cette conversion se fait à la surface de nuages de glace stratosphériques) --> il faut ensuite du Soleil pour que le dichlore Cl2 se décompose en 2 atomes de chlore (Cl) qui attaquent alors l’ozoneLes 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°C 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 dichlore Cl2.En septembre, à la fin de l’hiver polaire en Antarctique, le Soleil revient, entraînant la décomposition du dichlore (Cl2) en 2 atomes de chlore qui détruisent alors l’ozone.
Document 8
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.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.
Document 8
Voici les sources utilisées pour réaliser cette activité
Sources
- Liens internet :
- Manuels :