Chapitre 75 – L`oxygène – Partie 2

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Chapitre 75
INTRODUCTION
Quel pourcentage nos efforts représentent-ils dans les
variations climatiques actuelles? On sait que ces variations ont
commencé il y a environ 1 500 000 ans en Amérique du Nord,
et 15 millions d’années en Afrique. Quelle importance avons-
nous dans ces changements? Seul le temps le dira, mais nous
serons alors absents.
OXYGÈNE ESSENTIEL ET NOCIF
Bien qu’essentiel à la respiration animale et végétale, un
atome d’oxygène est rarement seul dans la nature. Il s’associe
très rapidement à un autre atome d’oxygène pour former une
molécule équilibrée et stable ((O=) + (O=) = (O=O) ou O2) (gaz
+ gaz = gaz).
Le lien en covalence entre les 2 atomes favorise le ma-
gnétisme qui permet éventuellement à la molécule d’oxy-
gène (O2) de s’ioniser (– O – O –). À ce moment-là, il y a un
déséquilibre électronique entre les 7 ou 8 électrons qui oscil-
lent sans arrêt et les 8 protons stables au centre de l’atome
d’oxygène. Celui-ci devient alors très sensible aux rayons ul-
traviolets (UV) du soleil. Il accapare et relâche sans cesse un
électron. Ceci crée un oxygène auquel il manque l’équivalent
de 3 électrons, que l’on appelle oxonium ou ozone ((O) + (UV)
= (O≡)).
Heureusement, l’ozone est partiellement opaque à cer-
tains rayons UV nocifs du soleil. Il rend la vie possible sur la
terre à la condition d’être présent sans être surabondant.
L’ozone fait ainsi partie des gaz à effets de serre (GES). C’est
pourquoi ce chapitre couvre les effets de l’ozone, du smog et
des oxydes nitreux auxquels s’associe l’oxygène, qui sont tous
des GES.
L’OZONE ET SES EFFETS
L’oxygène ordinaire occupe 21% de l’atmosphère immé-
diat qui enveloppe la terre. La teneur en ozone de cette
couche varie entre 1 % et 1X10-6, c’est-à-dire 0,000001 % (un
millionième de un pour cent). Cet ozone forme une coquille
semi-transparente autour de la terre. Malgré son faible pour-
centage, cette couche d’ozone absorbe une partie des UV des
rayons solaires. Or, les rayons UV du soleil sont un germicide
essentiel pour aseptiser l’atmosphère autour de la terre. Grâce
au filtre de l’ozone, les UV du soleil atteignent la terre avec une
dose acceptable de germicide, sans les longueurs d’ondes no-
cives.
Avec le temps, une couche protectrice d’ozone s’est ac-
cumulée autour de la terre et forme une coquille d’environ 18
à 20 kilomètres d’épaisseur, qui enveloppe notre planète à
partir d’une altitude d’environ 20 kilomètres. Il est donc im-
portant, pour discuter du phénomène d’ozone, de connaître
la désignation des couches d’air qui encerclent la terre.
Que de questionnements sur la couche d’ozone ! Et
avec raison, car cette coquille d’ozone enveloppant
notre planète atténue grandement l’intensité des
rayons UV en provenance du soleil. Sans cette couche,
toute vie sur terre serait impossible.
Figure 75.3
NOURRIR LES PLANTES
L’OXYGÈNE
Partie 2

Exosphère
Thermosphère
Mésosphère
Couche
d’ozone
Troposphère
Stratosphère
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On a établi scientifiquement que l’espace astral qui en-
toure la terre jusqu’à 500 kilomètres de distance comprend 4
zones caractérisées par des propriétés et conditions spéci-
fiques. Ces zones forment 4 coquilles superposées qui influen-
cent le climat de la planète.
LA TROPOSPHÈRE
Dans la troposphère, la température de l’air est à son
maximum près de la surface de la terre parce que celle-ci
bloque les rayons lumineux qui apportent de l’énergie.
Comme tout corps inerte absorbant de l’énergie, la terre se
réchauffe et rejette des rayons infrarouges de chaleur qui
s’élèvent, parce que l’air chaud est plus léger que l’air froid.
C’est la zone météo qui établit et maintient les zones clima-
tiques sur la planète. Par contre, la chaleur se disperse en
s’éloignant et la température diminue à mesure que l’altitude
ZOOM SUR LA COVALENCE
Àla lecture du chapitre précédent, nous connaissons maintenant
la structure atomique de l’oxygène, son importance dans la na-
ture ainsi que ses actions et réactions dans le milieu végétal, animal
et industriel. Les agissements de l’oxygène dans tous ces milieux dif-
fèrent énormément de ceux du carbone. En effet, le carbone, avec
son nombre atomique de 6, peut accepter 4 autres nouveaux élec-
trons ou partager ses 4 électrons présents en covalence avec d’autres
ions sur sa pelure externe (Figure 1).
La Figure 2 montre que deux atomes d’oxygène, avec leur nom-
bre atomique de 8, remplacent par covalence les 4 espaces électro-
niques libres sur un atome de carbone, pour produire le CO2.
Cependant, l’oxygène agit aussi d’une façon ionique avec une
multitude d’autres éléments qui ont des électrons à donner. Dans
chaque cas, l’oxygène gagne simplement 2 électrons provenant de
l’autre élément, pour atteindre la stabilité du gaz néon inerte (Ne)
avec 10 électrons. C’est le cas avec de l’hydrogène (H+), du fer (Fe++)
ou (Fe+++), du potassium (K+) et plusieurs autres éléments existant
sur la terre. L’oxygène constitue ainsi des molécules d’eau ((O=) +
(2H+) = (H2O)) (gaz + gaz = liquide) ou de la rouille avec le fer
((3O=) + (2Fe+++) = (Fe2O3)) (gaz + solide = rouille).
Covalence avec oxygène O
P
e
e
-
-
-
e
e
-
e
e
P
e
e
e
e
e
e
e
e
-
-
O+ + =C O CO2
P
e
e
e
e
e
-
-
e
e
e
Légende :
e Électrons
présents
- Électrons
manquants
P Protons
Pelure
Carbone C ++++
P
e
e
-
-
-
e
e
-
e
e
C
Figure 1 Figure 2
Figure 75.1
COUCHES ATMOSPHÉRIQUES
Épaisseur de la coquille
à partir de la surface
de la terre, en km. Nom
0 à 20 Troposphère
20 à 57 Stratosphère
57 à 80 Mésosphère
80 à 500 Thermosphère
500 + Exosphère

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augmente. C’est pourquoi on trouve des glaciers et des neiges
permanentes sur le sommet des hautes montagnes, même
près de l’équateur. La température peut ainsi passer de 45°C
à -75°C, de la surface de la terre à 15 km d’altitude. La tropo-
sphère est la couche atmosphérique où la vie est possible.
LA STRATOSPHÈRE
Celle-ci est la zone critique pour les effets de l’ozone sur
le climat. La partie inférieure, située entre 20 et 38 km environ,
contient un enrichissement en ions d’ozone. Ceci est dû aux
réactions chimiques entre les divers ions présents, suite au
bombardement par les rayons UV provenant du soleil. Les
électrons libérés saturent les ions d’oxygène qui deviennent
non ionisés. Donc, ils ne s’attirent plus les uns les autres. Exem-
ple: Dans (O2+ UV = O + O non ionisé), cet oxygène (O) s’ag-
glutine à l’oxygène O2pour donner un ion d’ozone (O2+ O =
O3).
La concentration d’ozone peut être de 8 ppm dans cette
couche. La température y est très basse à -75°C. Au-delà de
38 km, l’ozone diminue rapidement et la température de l’air
peut atteindre 20°C à 57 km.
MÉSOSPHÈRE, THERMOSPHÈRE,
EXOSPHÈRE
Dans l’atmosphère raréfiée et très diluée de la méso-
sphère, l’oxygène occupe encore 21 % de la masse gazeuse,
mais c’est sa limite en altitude. La température baisse pour at-
teindre -93°C à 80 km.
La zone suivante, la thermosphère, est aussi appelée io-
nosphère. La température augmente en altitude jusqu’à
1 227°C à la limite de 500 km. Cependant, un objet s’y réchauf-
ferait très lentement à cause de la rareté des atomes présents.
Il y a donc très peu de collisions entre eux, qui généreraient
de l’énergie et de la chaleur. Donc, les météores qui tombent
sur la terre ne brillent pas beaucoup en traversant cette zone.
Ils luisent quand ils entrent dans la stratosphère et la tropo-
sphère, parce que la densité des atomes y est plus élevée.
Ceux-ci s’ionisent et les charges électriques les font luire. Ce
phénomène crée aussi des aurores boréales.
Plus loin encore, l’exosphère représente l’espace "infini"
où l’hydrogène et l’hélium dominent.
L’EFFET OZONE
L’ozone est le temporisateur qui permet la vie sur la terre.
Il est opaque aux rayons UV. La coquille riche en ozone située
entre 20 et 38 km environ joue un double rôle : elle est un mi-
roir semi -transparent dans les deux sens.
Si nous retrouvons des glaciers
en altitude, comme au Mont-
Blanc en France, c’est dû au fait
que la chaleur qui s’élève de la
terre se disperse en s’éloignant.
La température diminue à me-
sure que l’altitude augmente,
au point de se maintenir sous le
point de congélation en plein
mois de juillet la nuit et ce, à
une altitude de 3 200 mètres.
À 2 000 mètres en contrebas,
la température peut grimper
facilement à 30 degrés.
Figure 75.4
Rayons
chauds
infrarouges
Rayons
solaires
(Stratosphère)
Ozone
Troposphère
Figure 75.2

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Chapitre 75
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La coquille d’ozone diminue l’intensité trop élevée des
rayons UV provenant du soleil et permet à des êtres de vivre
sur la terre. Par contre, cette même couche bloque les rayons
infrarouges de chaleur provenant de la terre et retourne une
partie de ces rayons vers la planète, comme l’indique la Figure
75.2. Sans cette réflexion, la terre aurait une température
moyenne de -18°C et serait inhabitable.
À la surface de la terre, l’ozone est un polluant. Dans la
stratosphère, il est un protecteur. Le lien est faible entre les
variations de l’ozone et les changements climatiques. La
concentration d’ozone dans la stratosphère a diminué de 3 à
6 % de 1979 à 1998. Ceci a augmenté les dangers de dévelop-
per des cancers de la peau et des cataractes. On rapportait en
avril 2000 une baisse de 60 % de l’ozone stratosphérique à 18
km d’altitude au-dessus de l’Arctique pendant l’hiver, même
si le chlore avait diminué dans la stratosphère. L’équilibre s’est
rétabli en 6 mois.
LE SMOG
Ce mot vient de la combinaison de deux mots anglais :
(smoke) fumée et (fog) brouillard ou vapeur d’eau. Les rayons
lumineux du soleil causent une réaction photochimique chez
les gaz provenant de la combustion. Le smog a été observé
la première fois à Londres durant l’hiver 1900. Il était dû à la
combustion du bois pour chauffer en hiver. Maintenant, les
véhicules avec moteur à combustion interne et les industries
qui rejettent des gaz à haute température pendant toute l’an-
née en sont majoritairement responsables.
On a identifié plusieurs gaz dans le smog, surtout de
l’azote (45, 46), le principal composant de l’atmosphère à 78 %.
Ce gaz se combine rapidement avec de l’oxygène pour former
des oxydes nitreux tels le NO, et le NO2. Ce sont des GES qui
peuvent persister pendant 100 ans. Les microorganismes ac-
tifs dans les sols rejettent aussi de l’azote dans l’atmosphère,
qui réagit avec l’oxygène. Bref, le smog contient des pous-
sières nocives pour les poumons, de la vapeur d’eau et de
l’ozone qui réduisent l’intensité des rayons UV du soleil et pro-
tègent la chaleur de la terre.
OXYDES D’AZOTE
L’oxygène que relâche la photosynthèse dans l’atmo-
sphère réagit rapidement avec l’azote dans l’atmosphère de
la façon suivante : N2+O2(azote + oxygène) = 2NO + 2O =
2NO2(oxyde nitreux), donc O2+ UV = O + O=.
L’oxygène ionisé (avec charges électroniques) réagit
avec l’oxygène de l’atmosphère pour être transformé en
ozone, un GES qui est en même temps un écran contre les UV.
La participation de l’azote dans ces réactions assure leur per-
manence.
Le NO de l’atmosphère provient surtout des bactéries
qui décomposent la matière organique du sol. Par exemple,
les forêts produisent de l’oxygène par la photosynthèse, mais
la litière sous les arbres relâche l’azote nécessaire aux réac-
tions décrites précédemment. Donc, la forêt n’apporte pas
d’enrichissement de l’atmosphère en oxygène. Les terres cul-
tivées, avec les rendements élevés que nous obtenons main-
tenant pour nourrir une population qui augmente, relâchent
plus d’azote que la végétation forestière. Que faire? Diminuer
la production de nourriture? Réduire les populations d’êtres
vivants qui augmentent la production de CO2, de méthane
(CH4), de CFC ?
En novembre 2006 aux États Unis, on a autorisé l’utilisa-
tion du bromure de méthyle qui a été interdit en 2004 par en-
tente internationale. C’est le pesticide le plus efficace pour
maintenir des niveaux élevés de production de tomates et de
fraises en Californie et en Floride. D’autre part, les explosions
volcaniques lancent des millions de tonnes de poussières et
de GES dans l’atmosphère. On rapportait en 2006 que la
couche d’ozone est en voie de guérison. Est-ce dû aux hu-
mains ou à des combinaisons heureuses de phénomènes mé-
téorologiques, géologiques, astronomiques ou autres ?
Le smog urbain, phénomène peu nouveau, est un mélange de fumée et de brouillard.
Ce sont les rayons lumineux du soleil qui causent une réaction photochimique avec les
gaz provenant de la combustion.
Figure 75.5