Ozone et propriétés oxydantes de la troposphère Ozone and Oxidizing Properties of the Troposhere

Abstract

Jusqu'à aujourd'hui, le problème de l'augmentation des concentrations d'ozone et des photo-oxydants dans la troposphère est resté moins connu des décideurs que ceux de l'effet de serre additionnel ou de la diminution de la couche d'ozone stratosphérique. Or, les conséquences directes de cette augmentation concernent l'équilibre des écosystèmes végétaux et la santé des populations, altérés par le caractère oxydant puissant de l'ozone, ainsi que les équilibres climatiques, puisque l'ozone est un gaz à effet de serre près de 1000 fois plus actif, à concentration égale, que le gaz carbonique. A l'échelle globale, les observations expérimentales montrent que, depuis le début du xxe siècle, le niveau d'ozone dans l'atmosphère libre a été multiplié par 4 dans l'hémisphère nord, et par près de 2 dans l'hémisphère sud. Cette augmentation résulte de la production directe d'ozone dans la basse atmosphère par photo-oxydation, mettant en jeu oxydes d'azote, composés organiques volatils, monoxyde de carbone, méthane, dont les teneurs croissent rapidement du fait des activités anthropiques. A cette augmentation à l'échelle globale vient s'ajouter un accroissement de la fréquence d'occurrence des épisodes de pollution locale, lié essentiellement à l'accumulation des précurseurs de l'ozone : oxydes d'azote et composés organiques volatils. Les phénomènes de pollution oxydante ne sont plus seulement le fait de quelques grandes agglomérations mais se généralisent à l'ensemble des pays développés ou en voie de développement. Afin de faire face à cette évolution rapide qui, au rythme actuel, conduirait à un doublement des concentrations d'ozone dans la troposphère en moins de 40 ans, des mesures de régulation sont définies dans plusieurs pays et notamment dans l'Union Européenne. Leur respect nécessite d'élaborer des stratégies cohérentes de réduction des précurseurs, fondées sur des modèles pertinents aux différentes échelles spatiales concernées. Up to now, the problem of the increase in ozone and photo-oxidants concentrations in the troposphere has remained less understood by decision-makers than that of the additional greenhouse effect or the decrease in the stratospheric ozone layer. Yet, the direct consequences of this increase concern the balance of plant ecosystems and the health of populations that are altered by the powerful oxidizing nature of this ozone as well as climatic balances, since ozone is a greenhouse-effect gas that is 1000 times more active than an equal concentration of carbon dioxide. On the global scale, experimental observations show that, since the start of the 20th century, the ozone level in the free atmosphere has been multiplied by 4 in the Northern hemisphere and by 2 in the Southern Hemisphere. This increase is the result of the direct production of ozone in the lower atmosphere by photochemical reactions, involving nitrogen oxides, volatile organic components, carbon monoxide and methane, the amount of which is increasing very fast as the result of anthropogenic activities. In addition to this increase on the global scale, there is also an increase in the frequency of the occurrence of local pollution episodes, linked mainly to the accumulation of ozone precursors, i. e. mainly nitrogen oxides and volatile organic compounds. Photochemical pollution phenomena are no longer solely the result of several large cities but are becoming prevalent in all the industrialized or developing countries. To cope with this fast increase, the present rate of which would lead to the doubling of the ozone concentrations in the troposphere in less than 40 years, regulatory measures are being set up in several countries, and particularly in the European Union. Respecting them will require the development of coherent strategies to reduce the precursors, based on models pertaining to the different spatial scales involved.