L'ozone a été découvert en 1789 par le chimiste néerlandais Martin van Marum. Il fait passer un courant électrique à travers du dioxygène enfermé dans une éprouvette et relève une odeur spécifique, comparable à celle de l'acide sulfureux ou du phosphore. Sans savoir ce que révèle son travail, il définit cette odeur comme étant celle de l'électricité et l'espèce créée comme de l'acide azotique.
La couche d’ozone
L’ozone O
est un gaz légèrement bleuté à l’odeur « piquante ». Il n’est pas réparti de façon homogène dans l’atmosphère : 85 % de la quantité totale d’ozone se trouve dans la stratosphère où sa concentration en volume atteint 10 ppm (parties par million).
Le dioxygène est apparu sur Terre il y a 3,8 milliards d’années. La couche d’ozone serait datée d’il y a seulement 600 millions d’années. Les formes de vie continentales sont apparues il y a environ 460 millions d’années.
Formation de l’ozone
L’ozone stratosphérique se forme lorsque des rayonnements de haute énergie (photons UV de longueur d’onde inférieure à 240 nm) dissocient les molécules de dioxygène O
en deux atomes d’oxygène O qui se recombinent avec d’autres molécules de dioxygène, formant l’ozone O
.
Absorption du rayonnement UV par l'ozone et par la molécule d'ADN
Le Soleil émet de multiples radiations, dont les rayonnements ultraviolets qui se subdivisent en 3 catégories selon leurs propriétés : UV-A, UV-B et UV-C (les plus énergétiques). L’ozone stratosphérique absorbe une partie des radiations solaires ultraviolettes qui arrivent sur la haute atmosphère.
Le rayonnement UV qui parvient à la surface de la Terre peut être absorbé par la molécule d'ADN.
(UA = unités arbitraires ; nm = nanomètre)
Effet du rayonnement UV sur les êtres vivants
Les rayons UV sont des agents mutagènes. Lorsqu'ils sont absorbés par l'ADN, ils provoquent des lésions qui sont à l'origine des mutations.
À l'échelle cellulaire, ces lésions peuvent aboutir à une prolifération non contrôlée de cellules pouvant être à l'origine d'un cancer.
Schéma montrant les processus impliqués, depuis l'échelle moléculaire avec l'action des UV sur l'ADN, jusqu'à l'échelle cellulaire conduisant à l'apparition d'une tumeur cancéreuse
La toxicité de l'ozone dans la basse atmosphère
Lorsqu'il est présent dans la basse atmosphère (troposphère), l'ozone est un polluant très dangereux pour la santé. Il est nocif pour les poumons, les reins, les yeux et le cerveau. Il provoque des irritations, de la toux, voire en cas d'exposition prolongée des troubles de la parole ou une mauvaise coordination des mouvements.
Le seuil maximum journalier de la moyenne sur 8 heures est fixé à 120 µg/m3 et le seuil d'alerte à 240 µg/m3. Cela correspond au niveau 5 des organismes chargés de la surveillance des polluants atmosphériques tels que Airparif.
Les sources d'ozone en basse atmosphère sont diverses : feux de forêts, éclairs, orages, ainsi que des températures élevées qui ne permettent pas la dispersion d'ozone vers les couches supérieures de l'atmosphère. En basse atmosphère, l'ozone peut se former à partir de deux types de polluants sous l'action des UV :
- oxydes d’azote (NOx), issus de la combustion des hydrocarbures ;
- composés volatiles organiques (COV), issus de solvants.
Ainsi, les zones fortement urbanisées et industrialisées, exposées à une forte insolation sont les plus touchées par la pollution à l'ozone.