Sciences · Chimie
L’ozone (O₃)
L’ozone est une molécule formée de trois atomes d’oxygène, de formule O₃. Gaz bleuté à l’odeur piquante, il protège la vie des UV dans la stratosphère mais devient un polluant irritant au niveau du sol.
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L’odeur particulière de l’air après un orage ou près d’une photocopieuse ancienne est celle de l’ozone. Son nom, proposé par le chimiste germano-suisse Christian Friedrich Schönbein qui l’identifia en 1840, vient du grec ozein, « sentir ». Cette molécule est une forme allotropique de l'oxygène : même élément, arrangement différent. Son rôle en altitude, la couche d’ozone, fait l’objet d’une fiche dédiée ; celle-ci présente la molécule elle-même.
Structure
Les trois atomes d’oxygène forment une molécule coudée, avec un angle d’environ 117°. Les deux liaisons O–O sont identiques, de longueur intermédiaire entre une simple et une double : les électrons sont délocalisés sur l’ensemble de la molécule, que l’on représente par deux formules de Lewis en mésomérie. Contrairement au dioxygène, la molécule est légèrement polaire.
Propriétés
| Propriété | O₃ (ozone) | O₂ (dioxygène) |
|---|---|---|
| Masse molaire | 48,0 g/mol | 32,0 g/mol |
| Couleur | gaz bleu pâle, liquide bleu foncé | incolore, liquide bleu pâle |
| Ébullition | −112 °C | −183 °C |
| Odeur | piquante, perceptible dès ≈ 0,01 ppm | inodore |
| Stabilité | instable, se décompose en O₂ | stable |
| Pouvoir oxydant | très fort | modéré |
L’ozone se décompose spontanément : 2 O₃ → 3 O₂. Pur et concentré, il peut exploser. C’est l’un des oxydants les plus puissants connus, dépassé seulement par quelques espèces comme le fluor.
Comment se forme-t-il ?
L’ozone se forme quand des molécules de dioxygène sont cassées en atomes, qui se combinent à d’autres molécules d’O₂.
| Lieu | Énergie qui casse O₂ | Réactions |
|---|---|---|
| Stratosphère (15 à 35 km) | rayonnement ultraviolet solaire de courte longueur d’onde | O₂ + UV → 2 O ; O + O₂ → O₃ |
| Orages | décharges électriques (éclairs) | même principe |
| Troposphère polluée | lumière solaire agissant sur le NO₂ | NO₂ + lumière → NO + O ; O + O₂ → O₃ |
| Ozoneurs industriels | décharge électrique dans l’air ou le dioxygène | production sur place, l’ozone ne se stockant pas |
Le « bon » ozone : le filtre à ultraviolets
Dans la stratosphère, environ 90 % de l’ozone atmosphérique absorbe les ultraviolets B et C du Soleil, dangereux pour l’ADN des êtres vivants. En absorbant un photon UV, la molécule se casse (O₃ → O₂ + O) puis se reforme : l’énergie du rayonnement est convertie en chaleur, ce qui explique que la température remonte avec l’altitude dans la stratosphère. Voir l'atmosphère et le spectre électromagnétique.
La quantité totale est faible : ramené aux conditions du sol, tout l’ozone de la colonne d’air formerait une couche d’environ 3 mm d’épaisseur (300 unités Dobson). Les CFC et autres composés chlorés et bromés, interdits par le protocole de Montréal de 1987, la détruisent par une réaction en chaîne à radicaux libres : un seul atome de chlore peut détruire des milliers de molécules d’ozone.
Le « mauvais » ozone : un polluant
Près du sol, l’ozone n’est pas émis directement : c’est un polluant secondaire, formé par l’action du soleil sur les oxydes d’azote (trafic, industrie) et les composés organiques volatils (solvants, carburants, végétation). Ses pics surviennent donc lors des journées chaudes et ensoleillées, en été, souvent en périphérie des villes et à la campagne, sous le vent des agglomérations.
Effets sur la santé et la végétation
- irritation des yeux, du nez et de la gorge ;
- toux, gêne respiratoire, baisse de la fonction pulmonaire ;
- aggravation de l’asthme et des maladies respiratoires chroniques ;
- baisse des rendements agricoles et altération des feuilles.
En France, le seuil d’information du public est fixé à 180 µg/m³ en moyenne horaire et le seuil d’alerte à 240 µg/m³. Lors d’un épisode de pollution, il est conseillé aux personnes sensibles d’éviter les efforts physiques intenses à l’extérieur, surtout l’après-midi.
L’ozone troposphérique est aussi un gaz à effet de serre.
Les usages de l’ozone
Son fort pouvoir oxydant en fait un désinfectant efficace, qui ne laisse pas de résidu chloré :
- traitement de l’eau potable : il élimine bactéries, virus, goûts et odeurs ; de nombreuses usines l’utilisent, en complément d’un peu de chlore pour protéger l’eau dans les canalisations ;
- piscines et eaux industrielles ;
- blanchiment de la pâte à papier sans chlore ;
- désinfection de locaux et d’équipements, en l’absence de toute personne.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre ozone et oxygène ?
L’oxygène est l’élément chimique. Il forme deux molécules : le dioxygène O₂, stable, que nous respirons, et l’ozone O₃, instable et très oxydant, toxique à respirer.
Pourquoi sent-on l’ozone après un orage ?
Les éclairs cassent des molécules de dioxygène de l’air, dont les atomes forment de l’ozone. Notre odorat le détecte à des concentrations très faibles.
L’ozone est-il bon ou mauvais ?
Les deux, selon l’endroit : en altitude, il nous protège des UV ; au niveau du sol, que nous respirons, c’est un polluant irritant.