Les problèmes de l'ozone atmosphérique Mise au point documentaire - article ; n°401 ; vol.74, pg 1-23

R. Emsalem

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Annales de Géographie - Année 1965 - Volume 74 - Numéro 401 - Pages 1-23
23 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.

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• Publié par: ANNALES_DE_GEOGRAPHIE
• Publié le: 01 janvier 1965
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R. Emsalem.
Les problèmes de l'ozone atmosphérique Mise au point
documentaire
In: Annales de Géographie. 1965, t. 74, n°401. pp. 1-23.
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Emsalem. R. Les problèmes de l'ozone atmosphérique Mise au point documentaire. In: Annales de Géographie. 1965, t. 74,
n°401. pp. 1-23.
doi : 10.3406/geo.1965.16773
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/geo_0003-4010_1965_num_74_401_16773ANNALES DE
GÉOGRAPHIE ГЧ° 4°l ~ L-X-X-Iv" année — Janvier-Février 1906
Les problèmes de l'ozone atmosphérique
Mise au point documentaire*
par R. Emsalem
L'ozone, dont l'existence a été soupçonnée à la fin du xviii® siècle dans
l'air soumis à un effluve électrique, n'a été considéré comme un corps distinct
qu'en 1839, grâce au chimiste bâlois G. F. Schônbein. Sa formule fut établie
plus tard : il contient dans sa molécule trois atomes d'hygrogène, tandis que
la molécule d'oxygène ne réunit que deux atomes. Sa masse spécifique à
0° centigrade et sous 760 mm de mercure est de 2,22 g pour 1 litre (celle de
l'oxygène est de 1,429 g). Il est caractérisé par son odeur forte, qui permet
d'en reconnaître même des quantités infimes, et à laquelle il doit son nom.
La transformation d'oxygène en ozone (3 O2 — ► 2 O3), par exemple par
l'action de l'effluve électrique sur l'air, est endothermique, et inversement
l'ozone se décompose en oxygène en dégageant de la chaleur. Aussi l'ozone
* Cette mise au point, qui vise en particulier à une introduction bibliographique, valable
pour le début de 1962, se réfère à des mémoires et articles rassemblés dans la liste in fine, où ils
sont rangés dans l'ordre alphabétique.
Une bibliographie très détaillée sera trouvée dans les Meteorological Abstracts, publication
de l'American Meteorological Society, au vol. 10 (1959), n°» 5 et 6 (mai et juin).
On pourra d'autre part acquérir une bonne connaissance du sujet par un ouvrage de
Ch. Fabry, L'ozone atmosphérique (Édit. du C.N.R.S., 1950), dont la rédaction a été revue,
après la mort de l'auteur, par Mme A. Vassy.
On y ajoutera trois articles du Compendium of Meteorology (Boston, 1951) : S. Chapman,
Photochemical processes in the upper atmosphere and resultant composition (p. 262-274). —
F. W. Paul Gotz, Ozone in the atmosphere (p. 275-291) ; — R. A. Craig, Radiative ten
changes in the ozone layer (p. 292-302).
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est-il chimiquement instable et par suite agit-il comme un puissant oxydant.
Quand il dépasse, d'autre part, les teneurs infimes sous lesquelles il est
présent dans la basse atmosphère, il a vite une action irritante sur les
muqueuses.
I. LE POUVOIR ABSORBANT DE L'OZONE
ET SA PART DANS L'ATMOSPHÈRE
L'importance de l'ozone est apparue, vers la fin du xixe siècle, comme liée
à un problème capital de rayonnement et de spectrographie. La partie ultra
violette du spectre de dispersion produit par la radiation solaire, suivie par
exemple au moyen de la photographie, s'arrêtant à la longueur d'onde de
2 900 Angstroms \ deux hypothèses étaient possibles : ou bien le spectre
solaire ne comprenait pas de radiations de longueur d'onde inférieure à la
limite ci-dessus, ou bien ce rayonnement existait mais il était absorbé au
cours de sa traversée de l'atmosphère. M. A. Cornu optait en 1879 pour la
deuxième hypothèse, l'élément atmosphérique impliqué ne pouvant être
toutefois ni la vapeur d'eau, ni le gaz carbonique, qui n'absorbent pas dans
l'ultra-violet. C'est peu après que l'Anglais N. W. Hartley, après avoir
prouvé en 1881 [a] que l'ozone était doué de propriétés absorbantes dans
l'intervalle allant de 2 930 Á à 2 310 Â, proposa [b] d'expliquer la limitation
du spectre solaire par la présence permanente d'ozone au sein de l'atmosphère,
présence que A. Houzeau avait démontrée en 1858 par des analyses se
rapportant à l'air du sol. Il parut pourtant très probable à Hartley, à partir
de mesures postérieures à celles de Houzeau, que l'ozone était beaucoup plus
abondant dans les couches supérieures. Une trentaine d'années plus tard,
Ch. Fabry et H. Buisson réussirent, au moyen d'expériences ingénieuses et
d'un intérêt fondamental, entamées en 1912-1913 et reprises en 1919-1920, à
vérifier l'hypothèse de Hartley. La mesure, réalisée par eux, de la teneur
totale de l'ozone atmosphérique indiquait bien que l'ozone formait un
constituant de la haute atmosphère. Une vérification inverse était simult
anément apportée en 1918 par R. J. Strutt, dont les expériences, faites au sol
sur une distance horizontale, établirent que les radiations ultra-violettes ne
subissaient pratiquement aucune absorption à ce niveau.
Il faut nous arrêter sur le principe de ces expériences. Si on représente
,' égal à la quantité par <F le flux d'une radiation simple (ou monochromatique)
d'énergie rayonnée traversant pendant l'unité de temps l'unité de surface
sur un plan perpendiculaire à la direction du rayonnement, la loi de Bouguer,
formulée en 1729, enseigne que la fraction d'énergie absorbée est proportion-
1. 1 Angstrom = 1 dix-millième de micron (1Â = 10— 4ц). Le spectre visible commence vers.
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nelle, à l'échelle infinitésimale, à l'épaisseur traversée si on suppose le milieu
ramené à des conditions fixes de pression et de température, ce qui implique
que l'énergie absorbée est proportionnelle à la masse absorbante rencontrée
dans l'épaisseur infiniment petite. La loi de Bouguer, valable en toute rigueur
pour une radiation monochromatique, est applicable en pratique autour
d'une longueur d'onde déterminée si on a la certitude que le coefficient
d'absorption varie peu dans cet intervalle. Ce ne peut être cependant le cas
quand on a affaire à un spectre d'absorption en raies fines.
L'enchaînement des mesures se laisse deviner. Des expériences de labo
ratoire fournissent d'abord, grâce à l'analyse spectrographique, les coefficients
d'absorption de l'ozone pour les diverses longueur d'onde, notamment de
l'ultra-violet. Puis on étudie, pour des radiations ultra-violettes du rayon
nement solaire reçu au sol, comment varie, avec la distance zénithale du
Soleil, l'éclairement énergétique, mesuré par exemple par photométrie
photographique, ce qui permet le calcul, par la considération d'une radiation
déterminée, de l'épaisseur réduite correspondante à l'ozone présent dans
l'atmosphère au jour de l'expérience. Des calculs identiques, conduits pour
d'autres radiations, doivent aboutir, si V absorption subie par ces divers
rayonnements est due au seul ozone, à la même valeur de l'épaisseur réduite.
C'est là le résultat essentiel des expériences de Fabry et Buisson, qui prou
vèrent d'une part la présence et l'action absorbante de l'ozone dans l'atmos
phère, et qui, d'autre part, donnèrent le moyen de mesurer sa teneur totale.
Voici quelques ordres de grandeur, d'abord sur les coefficients d'absorption
de l'ozone1. Le coefficient décimal a est maximum, de l'ordre de 120 à
140 cm—1, pour les longueurs d'onde comprises entre 2 400 et 2 700 Á. 2
Vers 2 100 À, a est de l'ordre de 20 cm-1. De l'autre côté, vers 2 900 À, où
commence le rayonnement ultra-violet saisissable dans la basse atmosphère,
a est aussi d'environ 20. Vers 3 200 Â, il est de l'ordre de 0,400, et vers
3 400 À, de l'ordre de 0,020. La valeur de ces coefficients ne paraît pas
dépendre de la pression du mélange gazeux auquel participe l'ozone. Mais on
doit admettre un certain effet de la température. On comparera utilement ces
valeurs de a aux valeurs, très faibles, dans les parties du spectre visible
(jaune et orangé principalement) où l'ozone est de nouveau absorbant3 : a,
qui est de l'ordre de 0,001 cm—1 vers 4 400 Á, dans le violet, passe lentement à
un maximum de 0,045 entre 5 700 et