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Avancé · 20 min

La couche d’ozone, bouclier anti-UV

Comparez l’UV solaire au sommet de l’atmosphère et au sol, puis lisez la section efficace d’absorption de l’ozone.

Objectif

Quantifier la part des UV-C et UV-B éliminée par la couche d’ozone et relier le creux aux bandes de Hartley et Huggins.

Matériel et réactifs

Deux panneaux spectraux : irradiance solaire 200–400 nm avec et sans ozone, et section efficace d’absorption de OX3\ce{O3} en échelle logarithmique.

Procédure

  1. Dans la première vue, comparez les deux courbes sous 280 nm : la courbe au sol est quasi nulle — les UV-C ne nous atteignent jamais.
  2. Suivez la courbe au sol dans 280–315 nm (UV-B) : elle monte raide mais reste bien sous la courbe du sommet de l’atmosphère.
  3. Passez à la vue de la section efficace : repérez le maximum de Hartley vers 255 nm et la queue de Huggins plus faible vers 350 nm.

À observer

  • Quasiment 100 % des UV-C (< 280 nm) et ≈ 90 % des UV-B sont éliminés avant la surface ; les UV-A passent presque intacts.
  • La section efficace culmine à σ≈10−17\sigma \approx 10^{-17} cm²/molécule vers 255 nm — assez grande pour qu’une couche d’à peine ≈ 3 mm aux CNTP protège toute la planète.

Explication

L’UV absorbé photolyse l’ozone : OX3+hν→OX2+O\ce{O3 + h\nu -> O2 + O} (bande de Hartley, λ < 310 nm), puis O+OX2+M→OX3+M\ce{O + O2 + M -> O3 + M} le régénère — le cycle de Chapman. L’énergie de chaque photon devient chaleur, ce qui explique que la stratosphère soit plus chaude en haut. Si OX3\ce{O3} diminue (p. ex. sous la catalyse du chlore issu des CFC), les UV-B transmis croissent exponentiellement car l’absorption suit Beer–Lambert I=I0e−σNlI = I_0 e^{-\sigma N l} : une perte de 10 % d’ozone augmente les UV-B au sol d’environ 12 %.

Chimistes associés

Paul J. CrutzenMario J. MolinaF. Sherwood Rowland

Sujets liés

Réactions photochimiques dans l’atmosphèreCouche d’ozone, effet de serre

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