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Couche d'ozone et bouclier anti-UV

À propos de cette simulation

Couche d'ozone et bouclier anti-UV est une simulation de chimie atmosphérique 3D de la colonne d'ozone stratosphérique entre 15 et 35 km d'altitude. Le rayonnement solaire incident est séparé en UV-C mortels (100 à 280 nm), UV-B responsables des coups de soleil (280 à 315 nm) et UV-A de faible énergie (315 à 400 nm). Les élèves observent des molécules d'ozone triatomique (O3) se séparer et se recombiner dans le cycle de Chapman pour bloquer 100 % des UV-C et la quasi-totalité des UV-B. Glisser ou cliquer sur des molécules de chlorofluorocarbures (CFCl3) libère des radicaux chlore réactifs (Cl et ClO) qui arrachent catalytiquement des atomes d'oxygène à l'ozone, abaissant l'épaisseur de la colonne en dessous du seuil du trou d'ozone de 220 unités Dobson et permettant aux UV-B de pénétrer jusqu'au sol.

Ce que les élèves peuvent explorer

  • Observez les trois faisceaux d'ondes incidents à des niveaux d'ozone sains (~300 UD) : les UV-C pourpres s'arrêtent haut, les UV-B violets sont bloqués par l'O3 et les UV-A ambrés traversent.
  • Augmentez les émissions de CFC à 90 % et définissez l'année du Protocole de Montréal à 1995 pour faire descendre la colonne d'ozone en dessous de 220 unités Dobson et observer les UV-B atteindre la Terre.
  • Cliquez sur une molécule de CFC verte dans la stratosphère pour libérer un radical chlore orange réactif et l'observer attaquer catalytiquement les molécules d'O3 voisines.
  • Faites glisser l'année du Protocole de Montréal de 2000 à 2065 pour observer la dégradation progressive du chlore stratosphérique et la reconstitution du bouclier d'ozone.

Objectifs d'apprentissage

  1. 1Distinguez la manière dont la couche d'ozone stratosphérique absorbe le rayonnement solaire UV-C, UV-B et UV-A.
  2. 2Décrivez comment l'ozone est continuellement créé et détruit par les photons UV dans le cycle naturel de Chapman.
  3. 3Expliquez le mécanisme catalytique par lequel un seul radical chlore issu d'une molécule de CFC détruit des milliers de molécules d'O3.
  4. 4Interprétez l'épaisseur de la colonne d'ozone en unités Dobson (UD) et évaluez l'impact du Protocole de Montréal de 1987.

Questions fréquentes des enseignants

Comment la couche d'ozone protège-t-elle la vie sur Terre ?

L'ozone stratosphérique (O3) absorbe 100 % des rayons UV-C à haute énergie et environ 95 % des rayons UV-B du Soleil. Sans ce bouclier, un rayonnement UV-B intense atteindrait le sol, endommageant l'ADN, provoquant des cancers de la peau et des cataractes, et nuisant aux cultures et au plancton.

Pourquoi une quantité minime de gaz CFC peut-elle détruire autant d'ozone ?

La lumière ultraviolette sépare un atome de chlore (Cl) d'une molécule de CFC. Cet atome de Cl vole un atome d'oxygène à l'O3 pour former du ClO et du O2, puis un atome d'oxygène libre régénère l'atome de Cl. Le catalyseur au chlore étant recyclé, un seul atome de Cl peut détruire jusqu'à 100 000 molécules d'ozone.

Qu'est-ce qu'une unité Dobson (UD) ?

Une unité Dobson mesure l'épaisseur totale de la colonne d'ozone sus-jacente si tout l'ozone était comprimé à la température et à la pression standard du niveau de la mer. L'ozone stratosphérique normal est d'environ 300 UD (une couche de 3 mm d'épaisseur), et les valeurs inférieures à 220 UD définissent un trou dans la couche d'ozone.

La couche d'ozone se reconstitue-t-elle après le Protocole de Montréal ?

Oui. Depuis que le Protocole de Montréal de 1987 a éliminé progressivement la production de CFC, le chlore stratosphérique a atteint un pic à la fin des années 1990 et diminue régulièrement. Les scientifiques prévoient que la couche d'ozone mondiale se rétablira aux niveaux de 1980 vers le milieu du XXIe siècle.

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