Worldlex Wiki - InChI=1S/O3/c1-3-2
YClé : CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-NY - InChI=1/O3/c1-3-2Clé : CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYAY
- [O-][O+]=O
Yvérifier ( qu'est-ce que ?) Y
NOzone ( Le ⓘ
), également appelétrioxygène, est unemoléculeinorganique deformule chimiquepiquante caractéristique . C'est un allotrope de l'oxygène beaucoup moins stable que l' allotrope diatomique dioxygène ) se forme à partir du dioxygène sous l'action des rayons ultraviolets (UV) et des décharges électriques au sein de l' atmosphère terrestre . Il est présent en très faibles concentrations dans toute l'atmosphère, sa concentration la plus élevée se trouvant dans la haute couche d'ozone de la stratosphère , qui absorbe la majeure partie du rayonnement ultraviolet (UV) du Soleil .L'odeur de l'ozone rappelle celle du chlore et est perceptible par de nombreuses personnes à des concentrations aussi faibles queppm dans l'air. La structure de l'ozone ( O₃) a été déterminée en 1865. Il a été démontré par la suite que la molécule possède une structure coudée et qu'elle est faiblement diamagnétique . À température et pression normales , l'ozone est un gaz bleu pâle qui se condense à des températures cryogéniques en un liquide bleu foncé , puis en un solide violet-noir . L'instabilité de l'ozone par rapport au dioxygène, plus courant, est telle que l'ozone, qu'il soit concentré sous forme de gaz ou de liquide, peut se décomposer de manière explosive à haute température, en cas de choc électrique ou de réchauffement rapide jusqu'à son point d'ébullition. C'est pourquoi il n'est utilisé commercialement qu'à faibles concentrations.
L'ozone est un puissant oxydant (bien plus que le dioxygène) et possède de nombreuses applications industrielles et grand public liées à l'oxydation. Cependant, ce même pouvoir oxydant élevé fait que l'ozone endommage les muqueuses et les tissus respiratoires des animaux, ainsi que les tissus végétaux, à des concentrations supérieures à environ [valeur manquante].du niveau du sol , une concentration plus élevée dans la couche d'ozone (de deux à huit ppm) est bénéfique, empêchant les rayons UV nocifs d'atteindre la surface de la Terre.
nom trivial « ozone » est le nom IUPAC le plus couramment utilisé et le plus souvent privilégié . Les noms systématiques 2λ⁴ - trioxidiene et caténa-trioxygène , noms IUPAC valides , sont construits respectivement selon les nomenclatures de substitution et d'addition . Le nom « ozone » dérive d' ozon (ὄζον), le participe présent neutre grec d' ozein (ὄζειν) « sentir » en référence à l'odeur caractéristique de l'ozone.Dans certains contextes, l'ozone peut être considéré comme un trioxidane auquel on a retiré deux atomes d'hydrogène ; ainsi, le terme trioxidanylidène peut être utilisé comme nom systématique, selon la nomenclature de substitution. Par défaut, ces noms ne tiennent pas compte de la radicalité de la molécule d'ozone. Dans un contexte plus spécifique, ce terme peut également désigner l'état fondamental singulet non radicalaire, tandis que l'état diradicalaire est nommé trioxidanediyle .
Le terme trioxidanediyle (ou ozonide ) est utilisé, de manière non systématique, pour désigner le groupe substituant (-OOO-). Il convient d'éviter toute confusion entre le nom de ce groupe et le nom spécifique de l'ozone mentionné ci-dessus.
Histoire
En 1785, le chimiste néerlandais Martinus van Marum menait des expériences impliquant des étincelles électriques au-dessus de l'eau lorsqu'il remarqua une odeur inhabituelle, qu'il attribua aux réactions électriques, sans se rendre compte qu'il avait en fait produit de l'ozone.
Un demi-siècle plus tard, Christian Friedrich Schönbein remarqua la même odeur âcre et l'identifia comme celle qui accompagne souvent la foudre . En 1839, il parvint à isoler ce gaz et le nomma « ozone », du grec phosphore blanc avec l'air était identique. Une tentative ultérieure de nommer l'ozone « oxygène électrifié » fut ridiculisée par sa proposition d'appeler l'ozone issu du phosphore blanc « oxygène phosphorisé ». La formule chimique de l'ozone, O 3 , n'a été déterminée qu'en 1865 par Jacques-Louis Soret et confirmée par Schönbein en 1867.
Pendant une grande partie de la seconde moitié du XIXe siècle et jusqu'au début du XXe, l'ozone était considéré comme un élément bénéfique de l'environnement par les naturalistes et les personnes soucieuses de leur santé. Beaumont, en Californie , avait pour slogan officiel « Beaumont : Zone d'ozone », comme en témoignent les cartes postales et le papier à en-tête de la Chambre de commerce. Les naturalistes travaillant en plein air considéraient souvent les hautes altitudes comme bénéfiques en raison de leur teneur en ozone, facilement mesurable. « L'atmosphère est tout à fait différente [en altitude], avec suffisamment d'ozone pour fournir l'énergie nécessaire [au travail] », écrivait le naturaliste Henry Henshaw , travaillant à Hawaï. L'air marin était considéré comme sain en raison de sa teneur supposée en ozone. L'odeur à l'origine de cette croyance est en réalité celle des métabolites halogénés des algues et du sulfure de diméthyle .
L'attrait de l'ozone semble en grande partie provenir de son odeur « fraîche », qui évoquait des propriétés purificatrices. Les scientifiques ont cependant constaté ses effets nocifs. En 1873, James Dewar et John Gray McKendrick ont observé que les grenouilles devenaient léthargiques, les oiseaux avaient du mal à respirer et le taux d'oxygène dans le sang des lapins diminuait après une exposition à de l'« air ozonisé », qui « exerçait une action destructrice ». Schönbein lui-même a rapporté que l'inhalation d'ozone provoquait des douleurs thoraciques, une irritation des muqueuses et des difficultés respiratoires, et que de petits mammifères mouraient. En 1911, Leonard Hill et Martin Flack affirmaient dans les Proceedings of the Royal Society B que les effets bénéfiques de l’ozone sur la santé « sont, par simple répétition, devenus partie intégrante de la croyance commune ; et pourtant, les preuves physiologiques exactes en faveur de ses bienfaits ont jusqu’ici fait presque totalement défaut… La seule connaissance parfaitement établie concernant l’effet physiologique de l’ozone, à ce jour, est qu’il provoque une irritation et un œdème des poumons, et la mort s’il est inhalé à une concentration relativement élevée pendant une durée quelconque. »
Durant la Première Guerre mondiale , l'ozone a été testé à l'hôpital militaire Queen Alexandra de Londres comme désinfectant potentiel pour les plaies. Le gaz était appliqué directement sur les plaies pendant une durée pouvant atteindre 15 minutes. Cette méthode a entraîné des dommages aux cellules bactériennes et aux tissus humains. D'autres techniques de désinfection, telles que l'irrigation avec des antiseptiques , se sont avérées préférables.
Jusque dans les années 1920, on ignorait si de petites quantités d' oxozone , Georg-Maria Schwab (travaillant sur sa thèse de doctorat sous la direction d' Ernst Hermann Riesenfeld ) fut le premier à réussir la solidification de l'ozone et à effectuer une analyse précise qui réfuta définitivement l'hypothèse de l'oxozone. D'autres propriétés physiques de l'ozone pur et concentré, jusqu'alors non mesurées, furent déterminées par le groupe de Riesenfeld dans les années 1920.
propriétés physiques
L'ozone est un gaz incolore ou bleu pâle, légèrement soluble dans l'eau et beaucoup plus soluble dans les solvants inertes non polaires tels que le tétrachlorure de carbone ou les fluorocarbures, dans lesquels il forme une solution bleue. À liquide bleu foncé . Il est dangereux de laisser ce liquide se réchauffer jusqu'à son point d'ébullition, car l'ozone gazeux concentré et l'ozone liquide peuvent détoner. À des températures inférieures à solide violet-noir .
L'ozone possède une odeur piquante très caractéristique, rappelant quelque peu celle de l'eau de Javel . La plupart des gens peuvent la détecter à une concentration de 0,01 µmol/mol dans l'air. Une exposition à des concentrations de 0,1 à 1 µmol/mol provoque des maux de tête, des brûlures oculaires et une irritation des voies respiratoires. Même de faibles concentrations d'ozone dans l'air sont très destructrices pour les matières organiques telles que le latex, les plastiques et les tissus pulmonaires animaux.
La molécule d'ozone est faiblement diamagnétique .
Structure
D'après les données expérimentales de spectroscopie micro-ondes , l'ozone est une molécule coudée, de symétrie C₂v (semblable à celle de la molécule d'eau ) . La distance O–O est pm (1,272 Å ) . L'angle O–O–O est de 116,78° . L'atome central est hybridé sp² et possède un doublet non liant. L'ozone est une molécule polaire, avec un moment dipolaire de 0,53 D . La molécule peut être représentée comme un hybride de résonance à deux structures contributrices, chacune présentant une liaison simple d'un côté et une liaison double de l'autre. L' ordre de liaison global est de 1,5 pour les deux côtés. Elle est isoélectronique avec l'anion nitrite . L'ozone naturel peut être composé d'isotopes substitués ( ¹⁶O , ¹⁷O , ¹⁸O ). Une forme cyclique a été prédite, mais non observée.
Réactions
- La déflagration de l'ozone peut être déclenchée par une étincelle et peut se produire à des concentrations d'ozone de 10 % en poids ou plus.
L’ozone peut également être produit à partir d’oxygène à l’anode d’une cellule électrochimique. Cette réaction peut créer de plus petites quantités d’ozone à des fins de recherche.
- appareil de Hoffman lors de l' électrolyse de l'eau lorsque la tension est réglée au-dessus de la tension nécessaire.
Avec les métaux
L'ozone oxyde la plupart des métaux (à l'exception de l'or , du platine et de l'iridium ) en oxydes, ces métaux atteignant leur degré d'oxydation le plus élevé . Par exemple :
Avec des composés azotés et carbonés
L'ozone oxyde l'oxyde nitrique en dioxyde d'azote :
- NO2 + O2"}},"i":0}}] NO + O₃ → NO₂ + O₂
Cette réaction s'accompagne de chimiluminescence .
Le NO 2 peut être oxydé davantage en radical nitrate :
- NO3 + O2"}},"i":0}}] NO₂ + O₃ → NO₃ + O₂
Le NO 3 formé peut réagir avec le NO 2 pour former du pentoxyde de diazote ( N 2 O 5 ).Le perchlorate de nitronium solide peut être fabriqué à partir des gaz NO 2 , ClO 2 et O 3 :
- appareil de Hoffman lors de l' électrolyse de l'eau lorsque la tension est réglée au-dessus de la tension nécessaire.
- [NH4]NO3 + 4 O2 + H2O"}},"i":0}}] 2 NH 3 + 4 O 3 → [ NH 4 ]NO 3 + 4 O 2 + H 2 O
L'ozone réagit avec le carbone pour former du dioxyde de carbone , même à température ambiante :
- CO2 + 2 O2"}},"i":0}}] C + 2 O₃ → CO₂ + 2 O₂
Avec des composés soufrés
L'ozone oxyde les sulfures en sulfates . Par exemple, le sulfure de plomb(II) est oxydé en sulfate de plomb(II) .
- PbSO4 + 4 O2"}},"i":0}}] PbS + 4 O₃ → PbSO₄ + 4 O₂
L'acide sulfurique peut être produit à partir d'ozone, d'eau et soit de soufre élémentaire , soit de dioxyde de soufre :
- H2SO4"}},"i":0}}] S + H₂O + O₃ → H₂SO₄
- 3 H2SO4"}},"i":0}}] 3 SO₂ + 3 H₂O + O₃ → 3 H₂SO₄
En phase gazeuse , l'ozone réagit avec le sulfure d'hydrogène pour former du dioxyde de soufre :
- SO2 + H2O"}},"i":0}}] H₂S + O₃ → SO₂ + H₂O
En solution aqueuse , cependant, deux réactions simultanées concurrentes se produisent : l'une pour produire du soufre élémentaire et l'autre pour produire de l'acide sulfurique.
- S + O2 + H2O"}},"i":0}}] H₂S + O₃ → S + O₂ + H₂O
- 3 H2SO4"}},"i":0}}] 3 H₂S + 4 O₃ → 3 H₂SO₄
Avec les alcènes et les alcynes
L'ozone peut également cliver les alcynes pour former un anhydride d'acide ou un produit dicétone . Si la réaction est effectuée en présence d'eau, l'anhydride s'hydrolyse pour donner deux acides carboxyliques .
L'ozonolyse est généralement réalisée dans une solution de dichlorométhane , à une température de −78 °C. Après une séquence de clivage et de réarrangement, un ozonide organique est formé. Un traitement réducteur (par exemple avec du zinc dans l'acide acétique ou du sulfure de diméthyle ) conduit à la formation de cétones et d'aldéhydes, tandis qu'un traitement oxydant (par exemple avec du peroxyde d'hydrogène aqueux ou alcoolique ) conduit à la formation d'acides carboxyliques.
Autres substrats
Les trois atomes d'ozone peuvent également réagir, comme dans la réaction du chlorure d'étain(II) avec l'acide chlorhydrique et l'ozone :
- 3 SnCl4 + 3 H2O"}},"i":0}}] 3 SnCl₂ + 6 HCl + O₃ → 3 SnCl₄ + 3 H₂O
de l'iode dissous dans de l'acide perchlorique anhydre froid avec de l'ozone :
- 2 I(ClO4)3 + 3 H2O"}},"i":0}}] I₂ + 6 HClO₄ + O₃ → 2 I( ClO₄ ) ₃ + 3 H₂O
L'ozone peut également réagir avec l'iodure de potassium pour donner de l'oxygène et du gaz iode qui peuvent être titrés pour une détermination quantitative :
- 2 [[potassium hydroxide|KOH]] + O2 + I2"}},"i":0}}] 2 KI + O 3 + H 2 O → 2 KOH + O 2 + I 2
Combustion
L'ozone peut être utilisé pour les réactions de combustion et les gaz combustibles ; il permet d'atteindre des températures plus élevées que la combustion dans le dioxygène ( O₂ ). Voici une réaction de combustion du sous-nitrure de carbone qui peut également générer des températures plus élevées :
L'ozone peut réagir à des températures cryogéniques. À l'hydrogène atomique réagit avec l'ozone liquide pour former un radical superoxyde d'hydrogène , qui se dimérise :
- HO2 + O"}},"i":0}}] H + O₃ → HO₂ + O
- [[Tetraoxidane|H2O4]]"}},"i":0}}] 2 HO 2 → H 2 O 4
Décomposition de l'ozone
Types de décomposition de l'ozone
L'ozone est une substance toxique, que l'on trouve ou que l'on génère couramment dans les environnements humains (cabines d'avions, bureaux avec photocopieurs, imprimantes laser, stérilisateurs, etc.).
La décomposition catalytique de l'ozone est essentielle à la réduction de la pollution. Ce type de décomposition, le plus répandu, notamment avec des catalyseurs solides, présente de nombreux avantages, comme un taux de conversion plus élevé à plus basse température. De plus, le produit et le catalyseur peuvent être séparés instantanément, permettant ainsi une récupération aisée du catalyseur sans étape de séparation supplémentaire. Les matériaux les plus utilisés pour la décomposition catalytique de l'ozone en phase gazeuse sont le dioxyde de manganèse , les métaux de transition tels que le Mn, le Co, le Cu, le Fe, le Ni ou l'Ag, et les métaux nobles tels que le Pt, le Rh ou le Pd.
Les radicaux libres de chlore (Cl les chlorofluorocarbures (CFC) et le sel marin, sont connus pour catalyser la décomposition de l'ozone dans l'atmosphère.
Il existe deux autres possibilités de décomposition de l'ozone en phase gazeuse :
- La décomposition thermique , où l'ozone se décompose uniquement sous l'effet de la chaleur, présente l'inconvénient d'être très lente à des températures inférieures à 250 °C. Il est possible d'accélérer la décomposition à des températures plus élevées, mais cela engendrerait un coût énergétique important.
- La décomposition photochimique , qui consiste à irradier l'ozone avec un rayonnement ultraviolet (UV), donne naissance à de l'oxygène et à un peroxyde radicalaire.
Cinétique de la décomposition de l'ozone en oxygène moléculaire
Le processus non catalysé de décomposition de l'ozone en phase gazeuse est une réaction complexe impliquant deux réactions élémentaires qui conduisent finalement à l'oxygène moléculaire, et cela signifie que l'ordre de la réaction et la loi de vitesse ne peuvent pas être déterminés par la stœchiométrie de la réaction globale.
Réaction générale : 3 O2"
![{\displaystyle {2\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2 </span referrerpolicy=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0f3268e8184ee9b5158d4546a8d6f1ae691649b8)
Loi de taux (observée) :
où k <sub>obs</sub> est la constante de vitesse observée et k<sub>r</sub> la vitesse de réaction. D'après la loi de vitesse ci-dessus, l'ordre partiel par rapport à l'oxygène moléculaire est de −1 et par rapport à l'ozone de 2 ; par conséquent, l'ordre global de la réaction est de 1.
La première étape est une réaction unimoléculaire au cours de laquelle une molécule d'ozone se décompose en deux produits (dioxygène moléculaire et dioxygène). L'atome d'oxygène issu de cette première étape est un intermédiaire réactionnel car il participe comme réactif à la seconde étape, qui est une réaction bimoléculaire impliquant deux réactifs différents (l'ozone et le dioxygène) pour former du dioxygène.
Étape 1 : Réaction unimoléculaire O2 + O"
![{\displaystyle {\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {O} </span referrerpolicy=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e3d2106eac5b81c2ea5aff7940c3213f61bb7945)
Étape 2 : Réaction bimoléculaire 2 O2"
![{\displaystyle {\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2 </span referrerpolicy=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/37d1aad75b2d9dd6f113ec751ba3f54e75146a2b)
Ces deux étapes présentent des vitesses de réaction et des constantes de vitesse différentes. Les lois de vitesse de réaction pour chacune de ces étapes sont présentées ci-dessous :
Le mécanisme suivant permet d'expliquer la loi de vitesse de la décomposition de l'ozone observée expérimentalement, et permet également de déterminer les ordres de réaction par rapport à l'ozone et à l'oxygène, ce qui permettra de déterminer l'ordre global de la réaction.
On suppose que la première étape est réversible et plus rapide que la seconde, ce qui signifie que l' étape limitante est la seconde. Cette étape détermine la vitesse de formation du produit . Cependant, cette équation dépend de la concentration d'oxygène (intermédiaire), qui n'apparaît pas dans la loi de vitesse observée. Puisque la première étape correspond à un équilibre rapide, la concentration de l'intermédiaire peut être déterminée comme suit :
En utilisant ces équations, le taux de formation de l'oxygène moléculaire est le suivant :
Le mécanisme est cohérent avec la loi de vitesse observée expérimentalement si la constante de vitesse (
Réduction en ozonides
La réduction de l'ozone donne l' anion ozonide , O₃⁻.métaux alcalins. KO₃, RbO₃ et CsO₃ peuvent être préparés à partir de leurs superoxydes respectifs .
- KO3 + O2"}},"i":0}}] KO₂ + O₃ → KO₃ + O₂
Bien que le KO 3 puisse être formé comme ci-dessus, il peut également être formé à partir d'hydroxyde de potassium et d'ozone :
- 2 KO3 + 5 O2 + H2O"}},"i":0}}] 2 KOH + 5 O 3 → 2 KO 3 + 5 O 2 + H 2 O
NaO 3 et LiO 3 doivent être préparés par l'action de CsO 3 dans du NH 3 liquidesur une résine échangeuse d'ions contenant des ions Na + ou Li + :
- [[cesium|Cs]]+ + NaO3"}},"i":0}}] CsO₃ + Na⁺ → Cs⁺ + NaO₃
Une solution de calcium dans l'ammoniac réagit avec l'ozone pour donner de l'ozonide d'ammonium et non de l'ozonide de calcium :
- Ca*6NH3 + [[calcium hydroxide|Ca(OH)2]] + [[calcium nitrate|Ca(NO3)2]] + 2 [NH4]+[O3]- + 2 O2 + [[hydrogen|H2]]"}},"i":0}}] 3 Ca + 10 NH 3 + 6 O 3 → Ca · 6NH 3 + Ca(OH) 2 + Ca(NO 3 ) 2 + 2 [ NH 4 ] + [ O 3 ] − + 2 O 2 + H 2
Applications
L'ozone peut être utilisé pour éliminer le fer et le manganèse de l'eau , formant un précipité qui peut être filtré :
- 2 Fe(OH)3(s) + O2 + 4 [[proton|H+]]"}},"i":0}}] 2 Fe²⁺ + O₃ + 5 H₂O → 2 Fe(OH) ₃ ( s) + O₂ + 4 H⁺
- 2 MnO(OH)2(s) + 2 O2 + 4 H+"}},"i":0}}] 2 Mn²⁺ + 2 O₃ + 4 H₂O → 2 MnO(OH) ₂ (s) + 2 O₂ + 4 H⁺
L'ozone oxyde le sulfure d'hydrogène dissous dans l'eau en acide sulfureux :
- H2SO3 + 3 O2"}},"i":0}}] 3 O₃ + H₂S → H₂SO₃ + 3 O₂
Ces trois réactions sont essentielles dans l'utilisation du traitement de l'eau de puits à base d'ozone.
L'ozone détoxifie les cyanures en les convertissant en cyanates .
- CNO- + O2"}},"i":0}}] CN − + O 3 → CNO − + O 2
L'ozone décompose complètement l'urée :
- N2 + [[CO2]] + 2 H2O"}},"i":0}}] (NH 2 ) 2 CO + O 3 → N 2 + CO 2 + 2 H 2 O
propriétés spectroscopiques
L'ozone est une molécule triatomique coudée présentant trois modes de vibration : l'élongation symétrique (1103,157 cm⁻¹ ) , la déformation (701,42 cm⁻¹ ) et l'élongation antisymétrique (1042,096 cm⁻¹ ). Les modes d'élongation symétrique et de déformation absorbent faiblement la lumière, tandis que le mode d'élongation antisymétrique est puissant et contribue à faire de l'ozone un important gaz à effet de serre mineur . Cette bande infrarouge est également utilisée pour détecter l'ozone ambiant et atmosphérique, bien que les mesures basées sur l'ultraviolet soient plus courantes.
Le spectre électromagnétique de l'ozone est assez complexe. On peut en avoir un aperçu dans l'Atlas spectral UV/VIS des molécules gazeuses d'intérêt atmosphérique de l'Institut Max Planck de Mainz.
Toutes les bandes sont dissociatives, ce qui signifie que la molécule se dissocie en La méthode standard pour exprimer les niveaux d'ozone total (la quantité d'ozone dans une colonne verticale donnée) dans l'atmosphère est l' unité Dobson . Les mesures ponctuelles sont rapportées sous forme de fractions molaires en nmol/mol (parties par milliard, ppb) ou de concentrations en μg/m³ . L'étude de la concentration d'ozone dans l'atmosphère a débuté dans les années 1920. 
couche d'ozone
L'ozone stratosphérique est principalement produit par les rayons ultraviolets à ondes courtes, entre 240 et 160 nm. L'oxygène commence à absorber faiblement à 240 nm dans les bandes de Herzberg, mais la majeure partie est dissociée par absorption dans les fortes bandes de Schumann-Runge, entre 200 et 160 nm, où l'ozone n'absorbe pas. Bien que la lumière de plus courte longueur d'onde, jusqu'à la limite des rayons X, soit suffisamment énergétique pour dissocier l'oxygène moléculaire, elle est relativement peu abondante. De plus, la forte émission solaire à Lyman-alpha (121 nm) se situe à une longueur d'onde où l'absorption de l'oxygène moléculaire est minimale.
Le processus de création et de destruction de l'ozone est appelé cycle de Chapman et commence par la photolyse de l'oxygène moléculaire
- [\\ce{photon}] [(\\ce{radiation}\\ \\lambda\\ <\\ 240\\ \\ce{nm})] 2O"
![{\displaystyle {\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}[\mathrm {photon} ]~[(\mathrm {radiation} \ \mathrm {\lambda } \ {<}\ 240\ \mathrm {nm} )]~2\,\mathrm {O} </span referrerpolicy=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/22c15c0d1b053ba02c27ceed129794d2cb91dd2a)
suivie de la réaction de l'atome d'oxygène avec une autre molécule d'oxygène pour former de l'ozone.
- O3 + M"
![{\displaystyle {\mathrm {O} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {M} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {M} </span referrerpolicy=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/910c33566e7e39fa63167948913e408d2aca0abd)
où « M » désigne le troisième corps qui emporte l'excès d'énergie de la réaction. La molécule d'ozone peut alors absorber un photon UV-C et se dissocier.
- O + O2} + \ ext{kinetic energy}"
![{\displaystyle {\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {O} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}+{ ext{énergie cinétique </span referrerpolicy=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/501d60c6a35d165d571e6f1e47db722e06afcfab)
L'excès d'énergie cinétique réchauffe la stratosphère lorsque les atomes d'O et l'oxygène moléculaire se dissocient et entrent en collision avec d'autres molécules. Cette conversion du rayonnement UV en énergie cinétique réchauffe la stratosphère. Les atomes d'oxygène produits par la photolyse de l'ozone réagissent ensuite avec d'autres molécules d'oxygène, comme à l'étape précédente, pour former davantage d'ozone. Dans une atmosphère pure, composée uniquement d'azote et d'oxygène, l'ozone peut réagir avec l'oxygène atomique pour former deux molécules de O₂ .
On peut estimer la vitesse de cette étape de terminaison du cycle de l'oxygène atomique vers l'ozone en calculant simplement le rapport des concentrations de O₂ et O₃ . Cette réaction de terminaison est catalysée par la présence de certains radicaux libres, dont les plus importants sont le radical hydroxyle (OH), l'oxyde nitrique (NO), le chlore atomique (Cl) et le brome atomique (Br). Dans la seconde moitié du XXe siècle, on a constaté une diminution de la quantité d'ozone dans la stratosphère , principalement due à l'augmentation des concentrations de chlorofluorocarbures (CFC) et de molécules organiques chlorées et bromées similaires . Les inquiétudes concernant les effets de cette diminution sur la santé ont conduit au Protocole de Montréal de 1987 , à l'interdiction de la production de nombreuses substances appauvrissant la couche d'ozone et, au cours des deux premières décennies du XXIe siècle, au début du rétablissement des concentrations d'ozone stratosphérique.
Importance pour la vie en surface sur Terre
L'ozone présent dans la couche d'ozone filtre les longueurs d'onde des rayons UV solaires comprises entre 200 et 315 nm environ, avec un pic d'absorption à environ 250 nm . Cette absorption des UV par l'ozone est essentielle à la vie, car elle prolonge l'absorption des UV par l'oxygène et l'azote de l'air (qui absorbent toutes les longueurs d'onde inférieures à 200 nm) jusqu'aux UV-C (200-280 nm) et à l'ensemble des UV-B (280-315 nm). La faible fraction d'UV-B non absorbée après la traversée de l'ozone est responsable des coups de soleil chez l'homme et de dommages directs à l'ADN des tissus vivants, tant chez les plantes que chez les animaux. L'effet de l'ozone sur les UV-B de moyenne longueur d'onde est illustré par son action sur les UV-B à 290 nm, dont l'intensité est 350 millions de fois plus élevée au sommet de l'atmosphère qu'à la surface. Néanmoins, une quantité suffisante de rayonnement UV-B à une fréquence similaire atteint le sol pour provoquer des coups de soleil, et ces mêmes longueurs d'onde font également partie de celles responsables de la production de vitamine D chez l'homme.
La couche d'ozone a peu d'effet sur les longueurs d'onde UV les plus longues, appelées UV-A (315–400 nm), mais ce rayonnement ne provoque ni coups de soleil ni dommages directs à l'ADN. Bien que les UV-A soient susceptibles de causer des dommages cutanés à long terme chez certaines personnes, ils sont moins dangereux pour les plantes et la santé des organismes vivant à la surface de la Terre en général (voir la section ultraviolet pour plus d'informations sur les ultraviolets proches).
Ozone au niveau du sol
L'ozone réagit directement avec certains hydrocarbures, comme les aldéhydes , et amorce ainsi leur élimination de l'air. Cependant, les produits de cette réaction sont eux-mêmes des composants clés du smog . La photolyse de l'ozone par les rayons UV conduit à la production du radical hydroxyle HO•, qui participe à l'élimination des hydrocarbures de l'air, mais constitue également la première étape de la formation de composants du smog, tels que les nitrates de peroxyacyle , qui peuvent être de puissants irritants oculaires. La durée de vie atmosphérique de l'ozone troposphérique est d'environ 22 jours ; ses principaux mécanismes d'élimination sont le dépôt au sol, la réaction susmentionnée produisant HO•, et les réactions avec OH et le radical peroxy HO₂ • .
Il existe des preuves d'une réduction significative des rendements agricoles due à l'augmentation de l'ozone troposphérique et à la pollution, qui perturbent la photosynthèse et ralentissent la croissance et le métabolisme de certaines espèces végétales. L' Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) a proposé une réglementation secondaire visant à réduire les dommages causés aux cultures, en complément de la réglementation principale destinée à protéger la santé humaine.
L'ozone troposphérique dans les zones urbaines
Parmi les villes présentant des niveaux d'ozone élevés, on peut citer Denver (Colorado ), Houston (Texas ) et Mexico ( Mexique ). À Houston, le niveau est d'environ 41 nmol/mol, tandis qu'à Mexico, la situation est bien plus dangereuse, avec un niveau d'environ 125 nmol/mol.
L’ozone troposphérique, ou ozone au niveau du sol, est la forme de pollution à l’ozone la plus préoccupante en milieu urbain et sa concentration est globalement en augmentation. La pollution à l’ozone en milieu urbain affecte les populations plus denses et est aggravée par le fort trafic automobile, qui émet du NO₂ et des composés organiques volatils (COV), principaux polluants contribuant à des niveaux d’ozone problématiques. La pollution à l’ozone en milieu urbain est particulièrement préoccupante avec la hausse des températures, car elle accroît la mortalité liée à la chaleur lors des vagues de chaleur . Pendant les vagues de chaleur en milieu urbain, la pollution à l’ozone au niveau du sol peut être supérieure de 20 % à la normale. La pollution à l’ozone en milieu urbain atteint des niveaux de dépassement plus élevés en été et en automne, ce qui peut s’expliquer par les conditions météorologiques et la circulation.
Comme mentionné précédemment, Denver, dans le Colorado, est l'une des nombreuses villes américaines présentant des niveaux élevés d'ozone. Selon l' American Lung Association , la région de Denver-Aurora se classe au 14e rang des zones les plus polluées par l'ozone aux États-Unis Le problème des niveaux élevés d'ozone n'est pas nouveau dans cette région. En 2004, l'EPA a classé la région métropolitaine de Denver et la région du North Front Range comme zones de non-conformité selon la norme d'ozone sur 8 heures de 1997 , mais a reporté cette décision à 2007. La non-conformité indique qu'une zone ne respecte pas les normes de qualité de l'air de l'EPA. Le Plan d'action contre l'ozone du Colorado a été élaboré en réponse, et de nombreux changements ont été mis en œuvre. Le premier changement majeur a été l'extension du contrôle des émissions des véhicules à l'ensemble de l'État, à davantage de comtés qui n'imposaient pas auparavant ce contrôle, comme certaines zones des comtés de Larimer et de Weld. Des modifications ont également été apportées pour réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx) et de COV, ce qui devrait contribuer à abaisser les niveaux d'ozone.
L'industrie pétrolière et gazière du bassin de Denver-Julesburg (DJB), qui chevauche la majorité des zones métropolitaines du Colorado, contribue fortement aux niveaux élevés d'ozone dans la région. L'ozone est produit naturellement dans la stratosphère terrestre, mais également dans la troposphère par les activités humaines. Comme mentionné précédemment, les NOx et les COV réagissent avec la lumière du soleil pour créer de l'ozone par un processus appelé photochimie. Des épisodes de forte concentration d'ozone (< 75 ppb) sur une heure « se produisent entre juin et août, ce qui indique que les niveaux élevés d'ozone sont dus à la photochimie régionale » . Selon un article de l'Université du Colorado à Boulder, « les émissions de COV liées au pétrole et au gaz naturel jouent un rôle majeur dans la production d'ozone et peuvent contribuer aux niveaux élevés d'O₃ dans la région du Front Range du nord du Colorado (NCFR) ». En utilisant des analyses complexes pour étudier les régimes de vent et les émissions des grandes exploitations pétrolières et gazières, les auteurs ont conclu que « les niveaux élevés d’O 3 dans la NCFR sont principalement corrélés au transport aérien du N–ESE, qui sont les secteurs au vent où se situent les opérations O&NG dans la zone du champ de Wattenberg du DJB ».
Le Plan d'action contre l'ozone du Colorado, élaboré en 2008, prévoit l'évaluation des « mesures de contrôle des émissions des grandes sources industrielles de NOx » et des « exigences de contrôle à l'échelle de l'État pour les nouveaux réservoirs de condensats de pétrole et de gaz et les vannes pneumatiques » . En 2011, le Plan régional de lutte contre la brume a été publié, incluant un plan plus précis pour contribuer à la réduction des émissions de NOx. Ces efforts sont de plus en plus difficiles à mettre en œuvre et nécessitent de nombreuses années pour porter leurs fruits. Bien entendu, d'autres facteurs expliquent le maintien de niveaux d'ozone élevés. Parmi ceux-ci : la croissance démographique, qui entraîne une augmentation des émissions automobiles, et la présence de montagnes le long de la Front Range du Colorado, qui peuvent piéger les émissions. Pour plus d'informations, les relevés quotidiens de la qualité de l'air sont disponibles sur le site web du Département de la santé publique et de l'environnement du Colorado . Comme indiqué précédemment, Denver continue de connaître des niveaux d'ozone élevés. Il faudra de nombreuses années et une approche systémique pour lutter contre ce problème de niveaux d'ozone élevés dans la Front Range du Colorado.
Craquage de l'ozone
L'ozone gazeux attaque tout polymère possédant des liaisons oléfiniques ou doubles dans sa structure, comme le caoutchouc naturel , le caoutchouc nitrile et le caoutchouc styrène-butadiène . Les produits fabriqués à partir de ces polymères sont particulièrement sensibles à cette attaque, qui provoque l'agrandissement et l'approfondissement des fissures au fil du temps. La vitesse de propagation des fissures dépend de la charge supportée par le composant en caoutchouc et de la concentration d'ozone dans l'atmosphère. Ces matériaux peuvent être protégés par l'ajout d'antiozonants , tels que des cires, qui se lient à la surface pour former un film protecteur ou se mélangent au matériau et assurent une protection durable. La fissuration par l'ozone constituait autrefois un problème majeur pour les pneumatiques automobiles , par exemple, mais ce n'est plus le cas pour les pneumatiques modernes. En revanche, de nombreux produits critiques, comme les joints et les joints toriques , peuvent être attaqués par l'ozone produit dans les systèmes d'air comprimé. Les conduites de carburant en caoutchouc renforcé sont également sensibles à cette attaque, notamment dans le compartiment moteur, où des composants électriques produisent de l'ozone. Le stockage de produits en caoutchouc à proximité d'un moteur électrique à courant continu peut accélérer la fissuration par l'ozone. Le collecteur du moteur génère des étincelles qui, à leur tour, produisent de l'ozone.
L'ozone en tant que gaz à effet de serre
Bien que l'ozone fût présent au niveau du sol avant la révolution industrielle , ses concentrations maximales sont aujourd'hui bien supérieures aux niveaux préindustriels, et même les concentrations de fond, loin des sources de pollution, sont sensiblement plus élevées. L'ozone agit comme un gaz à effet de serre , absorbant une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre. Quantifier le potentiel de l'ozone comme gaz à effet de serre est complexe, car sa concentration n'est pas uniforme à l'échelle mondiale. Cependant, les évaluations scientifiques les plus largement acceptées concernant le changement climatique (par exemple, le troisième rapport d'évaluation du GIEC ) suggèrent que le forçage radiatif de l'ozone troposphérique représente environ 25 % de celui du dioxyde de carbone .
Le potentiel de réchauffement climatique annuel de l'ozone troposphérique est compris entre 918 et 1022 tonnes équivalent dioxyde de carbone par tonne d'ozone troposphérique. Cela signifie que, par molécule, l'ozone troposphérique exerce un forçage radiatif environ 1000 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone . Cependant, l'ozone troposphérique est un gaz à effet de serre à courte durée de vie, qui se décompose dans l'atmosphère beaucoup plus rapidement que le dioxyde de carbone . Ainsi, sur une période de 20 ans, son potentiel de réchauffement climatique est bien moindre, de l'ordre de 62 à 69 tonnes équivalent dioxyde de carbone par tonne d'ozone troposphérique.
Du fait de sa courte durée de vie, l'ozone troposphérique n'a pas d'effets globaux importants, mais exerce un forçage radiatif très puissant à l'échelle régionale. En effet, dans certaines régions du monde, le forçage radiatif de l'ozone troposphérique peut atteindre 150 % de celui du dioxyde de carbone . Par exemple, l'augmentation de l'ozone dans la troposphère serait responsable d'environ 30 % du réchauffement des eaux de surface de l'océan Austral entre 1955 et 2000
Filtration au charbon actif
Effets sur la santé
Des données supplémentaires suggèrent que les femmes, les personnes obèses et les populations à faible revenu pourraient également être confrontées à un risque plus élevé lié à l'ozone, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires.
exposition aiguë à l'ozone
L’exposition aiguë à l’ozone dure de quelques heures à quelques jours. L’ozone étant un gaz, il affecte directement les poumons et l’ensemble du système respiratoire. L’ozone inhalé provoque une inflammation et des modifications aiguës – mais réversibles – de la fonction pulmonaire, ainsi qu’une hyperréactivité bronchique. Ces modifications entraînent une dyspnée, une respiration sifflante et une toux, susceptibles d’exacerber des maladies pulmonaires telles que l’asthme ou la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO), et de nécessiter un traitement médical. Il a été démontré que l’exposition aiguë et chronique à l’ozone augmente le risque d’infections respiratoires, selon le mécanisme suivant.
De nombreuses études ont été menées pour déterminer le mécanisme à l'origine des effets nocifs de l'ozone, notamment sur les poumons. Ces études ont montré que l'exposition à l'ozone induit des modifications de la réponse immunitaire au sein du tissu pulmonaire, entraînant une perturbation des réponses immunitaires innée et adaptative, ainsi qu'une altération de la fonction protectrice des cellules épithéliales pulmonaires. On pense que ces modifications de la réponse immunitaire et la réponse inflammatoire associée contribuent probablement à l'augmentation du risque d'infections pulmonaires, ainsi qu'à l'aggravation ou au déclenchement de l'asthme et de l'hyperréactivité bronchique après une exposition à la pollution à l'ozone troposphérique.
Le système immunitaire inné (cellulaire) est constitué de divers signaux chimiques et types cellulaires qui agissent de manière globale contre de multiples types d'agents pathogènes, généralement des bactéries ou des corps/substances étrangers présents chez l'hôte. Les cellules du système inné comprennent les phagocytes et les neutrophiles, dont on pense qu'ils contribuent tous deux au mécanisme de la pathologie pulmonaire induite par l'ozone, car il a été démontré que leur fonctionnement est modifié après une exposition à l'ozone. Les macrophages, cellules dont le rôle est d'éliminer les agents pathogènes ou les corps étrangers par le processus de phagocytose, modifient le niveau des signaux inflammatoires qu'ils libèrent en réponse à l'ozone, soit en les augmentant et en entraînant une réponse inflammatoire pulmonaire, soit en les diminuant et en réduisant la protection immunitaire. Les neutrophiles, un autre type cellulaire important du système immunitaire inné qui cible principalement les agents pathogènes bactériens, sont présents dans les voies respiratoires dans les 6 heures suivant une exposition à des niveaux élevés d'ozone. Malgré leur concentration élevée dans les tissus pulmonaires, leur capacité à éliminer les bactéries semble toutefois altérée par l'exposition à l'ozone.
Le système immunitaire adaptatif est la branche de l'immunité qui assure une protection à long terme grâce au développement d'anticorps ciblant des agents pathogènes spécifiques et qui est également affectée par une forte exposition à l'ozone. Les lymphocytes, composante cellulaire de la réponse immunitaire adaptative, produisent une quantité accrue de substances chimiques inflammatoires appelées « cytokines » après une exposition à l'ozone, ce qui peut contribuer à l'hyperréactivité bronchique et à l'aggravation des symptômes de l'asthme.
Les cellules épithéliales des voies respiratoires jouent également un rôle important dans la protection des individus contre les agents pathogènes. Dans un tissu sain, la couche épithéliale forme une barrière protectrice et contient des structures ciliaires spécialisées qui permettent d'éliminer les corps étrangers, le mucus et les agents pathogènes des poumons. L'exposition à l'ozone endommage les cils et réduit l'élimination mucociliaire des agents pathogènes. De plus, la barrière épithéliale s'affaiblit, permettant aux agents pathogènes de la traverser, de proliférer et de se propager dans les tissus plus profonds. Ensemble, ces altérations de la barrière épithéliale contribuent à rendre les individus plus vulnérables aux infections pulmonaires.
L’inhalation d’ozone affecte non seulement le système immunitaire et les poumons, mais aussi potentiellement le cœur. L’ozone provoque un déséquilibre neurovégétatif transitoire, entraînant des modifications du rythme cardiaque et une diminution de sa variabilité ; une exposition à de fortes concentrations, même pendant une heure seulement, peut provoquer une arythmie supraventriculaire chez les personnes âgées, augmentant ainsi le risque de décès prématuré et d’accident vasculaire cérébral. L’ozone peut également induire une vasoconstriction, entraînant une augmentation de la pression artérielle systémique et contribuant à un risque accru de morbidité et de mortalité cardiaques chez les patients présentant des maladies cardiaques préexistantes.
exposition chronique à l'ozone
Respirer de l'ozone pendant plus de huit heures d'affilée, et ce pendant des semaines, des mois ou des années, définit une exposition chronique. De nombreuses études suggèrent un impact grave de cette exposition sur la santé de diverses populations.
Une étude met en évidence des associations positives significatives entre l'exposition chronique à l'ozone et la mortalité toutes causes confondues, ainsi que la mortalité cardiovasculaire et respiratoire, avec des augmentations de risque respectives de 2 %, 3 % et 12 % par tranche de 10 ppb Cette étude rapporte également une association (IC à 95 %) entre l'exposition annuelle à l'ozone et la mortalité toutes causes confondues, avec un rapport de risque de 1,02 (1,01–1,04), et de 1,03 (1,01–1,05) avec la mortalité cardiovasculaire. Une étude similaire observe des associations analogues avec la mortalité toutes causes confondues et des effets encore plus marqués sur la mortalité cardiovasculaire . Un risque accru de mortalité d'origine respiratoire est associé à une exposition chronique prolongée à l'ozone
L’ozone chronique a des effets néfastes sur les enfants, en particulier ceux qui souffrent d’asthme. Le risque d’hospitalisation chez les enfants asthmatiques augmente avec une exposition chronique à l’ozone ; les jeunes enfants et ceux issus de familles à faibles revenus sont encore plus à risque.
Les adultes souffrant de maladies respiratoires (asthme, BPCO, cancer du poumon ) présentent un risque plus élevé de mortalité et de morbidité, et les patients gravement malades ont également un risque accru de développer un syndrome de détresse respiratoire aiguë en cas d'exposition chronique à l'ozone.
L'ozone produit par les purificateurs d'air
Les générateurs d'ozone vendus comme purificateurs d'air produisent intentionnellement de l'ozone gazeux. Souvent présentés comme des solutions pour lutter contre la pollution de l'air intérieur , ils utilisent une terminologie trompeuse pour décrire l'ozone. Par exemple, on le décrit parfois comme de l'« oxygène énergisé » ou de l'« air pur », laissant entendre que l'ozone serait une forme d'oxygène saine ou « meilleure ». Or, selon l' EPA (Agence de protection de l'environnement des États-Unis), « il est prouvé qu'à des concentrations ne dépassant pas les normes de santé publique, l'ozone est inefficace pour éliminer de nombreux composés chimiques responsables des odeurs », et « utilisé à des concentrations ne dépassant pas les normes de santé publique, l'ozone appliqué à l'air intérieur n'élimine pas efficacement les virus, les bactéries, les moisissures ou autres polluants biologiques ». De plus, un autre rapport indique que « les résultats de certaines études contrôlées montrent que des concentrations d'ozone considérablement supérieures à ces normes [de sécurité humaine] sont possibles, même lorsque l'utilisateur respecte les instructions d'utilisation du fabricant ».
Le California Air Resources Board (CARB) propose une page répertoriant les purificateurs d'air (dont beaucoup sont équipés d'ioniseurs ) respectant sa limite d'ozone intérieur de 0,050 partie par million. Extrait de cet article :
Tous les purificateurs d'air portables vendus en Californie doivent être certifiés par le California Air Resources Board (CARB). Pour obtenir cette certification, les purificateurs d'air doivent être testés en matière de sécurité électrique et d'émissions d'ozone, et respecter une limite de concentration d'émissions d'ozone de 0,050 partie par million. Pour plus d'informations sur la réglementation, consultez la page relative aux purificateurs d'air .
pollution atmosphérique à l'ozone
énergies fossiles . La pollution à l'ozone troposphérique (ozone au niveau du sol ) est produite près de la surface terrestre par l'action des rayons UV du soleil sur ces précurseurs. L' ozone au niveau du sol provient principalement des précurseurs issus des énergies fossiles, mais le méthane est un précurseur naturel, et le très faible niveau naturel d'ozone au niveau du sol est considéré comme sûr. Cette section examine les impacts sanitaires de la combustion des énergies fossiles, qui élève le niveau d'ozone troposphérique bien au-delà des niveaux naturels.
De nombreuses études démontrent que l'ozone troposphérique peut nuire à la fonction pulmonaire et irriter le système respiratoire . L'exposition à l'ozone (et aux polluants qui le produisent) est liée à la mort prématurée , à l'asthme , à la bronchite , à l'infarctus du myocarde et à d'autres problèmes cardiopulmonaires.
Il a été démontré qu'une exposition prolongée à l'ozone augmente le risque de décès par maladie respiratoire . Une étude menée auprès de 450 000 personnes vivant dans des villes américaines a mis en évidence une corrélation significative entre les niveaux d'ozone et les maladies respiratoires sur une période de suivi de 18 ans. Cette étude a révélé que les personnes vivant dans des villes présentant des niveaux d'ozone élevés, comme Houston ou Los Angeles, avaient un risque accru de plus de 30 % de mourir d'une maladie pulmonaire.
Les directives relatives à la qualité de l'air, telles que celles de l' Organisation mondiale de la santé , de l' Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) et de l' Union européenne , sont basées sur des études détaillées conçues pour identifier les niveaux susceptibles d'entraîner des effets néfastes mesurables sur la santé .
Selon des scientifiques de l'EPA, les personnes sensibles peuvent être affectées par des concentrations d'ozone aussi faibles que 40 nmol/mol. Dans l'UE, la valeur cible actuelle pour les concentrations d'ozone est de 120 μg/m³ , soit environ 60 nmol/mol. Cet objectif s'applique à tous les États membres conformément à la directive 2008/50/CE. La concentration d'ozone est mesurée comme une moyenne journalière maximale calculée sur 8 heures, et cet objectif ne doit pas être dépassé plus de 25 jours calendaires par an, à compter de janvier 2010. Bien que la directive exige à l'avenir le strict respect de la limite de 120 μg/m³ ( c'est-à-dire une concentration moyenne d'ozone à ne dépasser aucun jour de l'année), aucune date n'est fixée pour cette exigence, qui est considérée comme un objectif à long terme.
Aux États-Unis, la loi sur la qualité de l'air (Clean Air Act) charge l'Agence de protection de l'environnement (EPA) d'établir des normes nationales de qualité de l'air ambiant pour plusieurs polluants, dont l'ozone troposphérique. Les comtés ne respectant pas ces normes sont tenus de prendre des mesures pour réduire leurs niveaux d'ozone. En mai 2008, suite à une décision de justice, l'EPA a abaissé sa norme relative à l'ozone de 80 nmol/mol à 75 nmol/mol. Cette décision a suscité la controverse, car les scientifiques et le comité consultatif de l'Agence avaient recommandé d'abaisser la norme à 60 nmol/mol . De nombreux organismes de santé publique et de protection de l'environnement soutenaient également la norme de 60 nmol/mol , et l' Organisation mondiale de la santé recommande 100 μg/m³ ( 51 nmol/mol)
Le 7 janvier 2010, l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA) a annoncé des propositions de révision de la norme nationale de qualité de l’air ambiant (NAAQS) concernant l’ozone, principal composant du smog :
L’EPA propose que le niveau de la norme primaire sur 8 heures, fixé à 0,075 μmol/mol dans la version finale de la réglementation de 2008, soit abaissé à une valeur comprise entre 0,060 et 0,070 μmol/mol, afin de renforcer la protection des enfants et des autres populations à risque contre divers effets de indice de qualité de l’air (IQA) afin d’aider le grand public à comprendre les niveaux de pollution atmosphérique. Selon les normes actuelles, une fraction molaire d’ozone moyenne sur huit heures comprise entre 85 et 104 nmol /mol est considérée comme « nocive pour les personnes sensibles », entre 105 et 124 nmol/mol comme « nocive » et entre 125 et 404 nmol/mol comme « très nocive ».
L’ozone peut également être présent dans la pollution de l’air intérieur , notamment à cause d’équipements électroniques comme les photocopieurs. Un lien a également été établi entre l’augmentation du pollen, des spores fongiques et de l’ozone provoquée par les orages et les hospitalisations de personnes asthmatiques .
À l’ époque victorienne , une légende populaire britannique affirmait que l’odeur de la mer était due à l’ozone. En réalité, cette « odeur de mer » caractéristique est causée par le sulfure de diméthyle , une substance chimique produite par le phytoplancton . Les Britanniques de l’époque victorienne considéraient cette odeur comme « vivifiante ».
Vagues de chaleur
Une étude visant à évaluer les effets combinés de l'ozone et de la chaleur sur la mortalité lors des vagues de chaleur européennes de 2003 a conclu que ces effets semblent s'additionner.
Physiologie
Lorsqu'il est inhalé, l'ozone réagit avec les composés tapissant les poumons pour former des métabolites spécifiques dérivés du cholestérol, qui favoriseraient la formation et la pathogenèse des plaques d'athérosclérose (une forme de maladie cardiaque ). La présence naturelle de ces métabolites a été confirmée dans les artères athéroscléreuses humaines ; ils appartiennent à la classe des sécostérols appelés athéronals , générés par l'ozonolyse de la double liaison du cholestérol pour former un sécostérol 5,6 , ainsi qu'un produit de condensation secondaire par aldolisation
Impact sur la croissance des plantes et les rendements des cultures
L'ozone est impliqué dans les effets néfastes de l'ozone sur la croissance des plantes : « … l'ozone a réduit la teneur totale en chlorophylle, en caroténoïdes et en glucides, et a augmenté la teneur en acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique (ACC) et la production d'éthylène. Chez les plantes traitées, la réserve foliaire d'ascorbate a diminué, tandis que la peroxydation lipidique et la fuite de solutés étaient significativement plus élevées que chez les témoins non exposés à l'ozone. Ces données indiquent que l'ozone a déclenché des mécanismes de protection contre le stress oxydatif chez les agrumes. » Des études utilisant le poivron comme modèle ont montré que l'ozone diminuait le rendement et modifiait la qualité des fruits. De plus, une diminution des taux de chlorophylle et des défenses antioxydantes a été observée dans les feuilles, ainsi qu'une augmentation des taux d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et des dommages aux lipides et aux protéines.
Une étude de 2022 conclut que l’Asie de l’Est perd 63 milliards de dollars de récoltes par an à cause de la pollution à l’ozone, un sous-produit de la combustion des énergies fossiles. La Chine perd environ un tiers de sa production potentielle de blé et un quart de sa production de riz.
Règlements de sécurité
En raison de ses propriétés fortement oxydantes, l'ozone est un irritant primaire qui affecte particulièrement les yeux et le système respiratoire et peut être dangereux même à faibles concentrations. Le Centre canadien d'hygiène et de sécurité au travail indique que :
Même de très faibles concentrations d'ozone peuvent être nocives pour les voies respiratoires supérieures et les poumons. La gravité des lésions dépend à la fois de la concentration d'ozone et de la durée d'exposition. Une exposition même très brève à des concentrations relativement faibles peut entraîner des lésions pulmonaires graves et permanentes, voire la mort.
Afin de protéger les travailleurs potentiellement exposés à l'ozone, l'Administration américaine de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) a établi une limite d'exposition admissible (LEA) de 0,1 µmol/mol ( 29 CFR 1910.1000, tableau Z-1), calculée comme une moyenne pondérée sur 8 heures. Des concentrations plus élevées sont particulièrement dangereuses et le NIOSH a établi une limite d'exposition immédiatement dangereuse pour la vie ou la santé (IDLH) de 5 µmol/mol. Les environnements de travail où l'ozone est utilisé ou susceptible d'être produit doivent être correctement ventilés et il est prudent d'utiliser un détecteur d'ozone qui déclenche une alarme en cas de dépassement de la LEA de l'OSHA. Des détecteurs d'ozone en continu sont disponibles auprès de plusieurs fournisseurs.
L’exposition à l’ozone peut être élevée à bord des avions de ligne , les niveaux dépendant de l’altitude et des turbulences atmosphériques. La réglementation de la Federal Aviation Administration (FAA) américaine fixe une limite de 250 nmol/mol, avec une moyenne maximale de 100 nmol/mol sur quatre heures. Certains avions sont équipés de convertisseurs d’ozone dans le système de ventilation afin de réduire l’exposition des passagers.
Production
Les générateurs d'ozone , ou ozonateurs sont utilisés pour produire de l'ozone afin de purifier l'air ou d'éliminer les odeurs de fumée dans les pièces inoccupées. Ces générateurs peuvent produire plus de 3 g d'ozone par heure. L'ozone se forme souvent naturellement dans des conditions où l'oxygène (O₂ ) ne réagit pas . L'ozone utilisé dans l'industrie est mesuré en μmol/mol (ppm, parties par million), nmol/mol (ppb, parties par milliard), μg/m³ , mg/h (milligrammes par heure) ou en pourcentage massique. Les concentrations appliquées varient de 1 % à 5 % (dans l'air) et de 6 % à 14 % (dans l'oxygène) pour les méthodes de génération plus anciennes. Les nouvelles méthodes électrolytiques permettent d'atteindre des concentrations d'ozone dissous de 20 % à 30 % dans l'eau de sortie.
La température et l'humidité influent fortement sur la quantité d'ozone produite par les méthodes de génération traditionnelles (comme l'effet corona et la lumière ultraviolette). Ces méthodes produisent moins de 50 % de leur capacité nominale en air ambiant humide, contrairement à l'air très sec. Les nouveaux générateurs, utilisant l'électrolyse, permettent d'atteindre une pureté et une dissolution supérieures en utilisant les molécules d'eau comme source d'ozone.
méthode de décharge Corona
Il s'agit du type de générateur d'ozone le plus courant pour la plupart des usages industriels et personnels. Bien qu'il existe des variantes de la méthode de production d'ozone par décharge corona à « étincelle chaude », notamment des générateurs d'ozone de qualité médicale et industrielle, ces appareils fonctionnent généralement au moyen d'un tube à décharge corona ou d'une plaque d'ozone. Ils sont généralement économiques et ne nécessitent aucune source d'oxygène autre que l'air ambiant pour produire des concentrations d'ozone de 3 à 6 %. Les fluctuations de la concentration d'ozone dans l'air ambiant, dues aux conditions météorologiques ou à d'autres facteurs environnementaux, entraînent une variabilité de la production d'ozone. Cependant, ils produisent également des oxydes d'azote comme sous-produit. L'utilisation d'un sécheur d'air peut réduire ou éliminer la formation d'acide nitrique en éliminant la vapeur d'eau et augmenter la production d'ozone. À température ambiante, l'acide nitrique se transforme en vapeur dangereuse par inhalation. Les symptômes peuvent inclure des douleurs thoraciques, un essoufflement, des maux de tête et une sécheresse du nez et de la gorge provoquant une sensation de brûlure. L'utilisation d'un concentrateur d'oxygène peut encore augmenter la production d'ozone et réduire davantage le risque de formation d'acide nitrique en éliminant non seulement la vapeur d'eau, mais aussi la majeure partie de l'azote.
lumière ultraviolette
plasma froid
Dans la méthode du plasma froid, du dioxygène pur est exposé à un plasma créé par décharge à barrière diélectrique . Le dioxygène est dissocié en atomes simples, qui se recombinent ensuite par triplets pour former de l'ozone.
Il est fréquent dans l'industrie de confondre certains générateurs d'ozone à décharge à barrière diélectrique (DBD) avec des générateurs à décharge corona (CD). En général, tous les générateurs d'ozone à électrodes métalliques planes solides produisent de l'ozone par la méthode de décharge à barrière diélectrique. Les machines à plasma froid utilisent de l'oxygène pur comme source d'entrée et produisent une concentration maximale d'ozone d'environ 24 %. Elles produisent des quantités d'ozone bien supérieures dans un laps de temps donné par rapport à la production par ultraviolets, dont le rendement est d'environ 2 %. Les décharges se manifestent par un transfert filamentaire d'électrons (microdécharges) dans l'espace entre deux électrodes. Afin de répartir uniformément les microdécharges, un isolant diélectrique doit être utilisé pour séparer les électrodes métalliques et éviter la formation d'arcs électriques.
Électrolytique
La génération d'ozone électrolytique (EOG) divise les molécules d'eau en H2 , O2 et O3 .
Dans la plupart des méthodes EOG, l'hydrogène est éliminé, ne laissant que l'oxygène et l'ozone comme produits de réaction. L'EOG permet ainsi une meilleure dissolution dans l'eau, sans la présence d'autres gaz concurrents, comme l'azote atmosphérique, contrairement à la méthode par décharge corona. Cette méthode de production permet d'atteindre des concentrations de 20 à 30 % et est indépendante de la qualité de l'air, l'eau étant utilisée comme réactif. La production d'ozone par électrolyse est généralement peu avantageuse en raison de la surtension élevée requise, comparée à celle de l'oxygène. C'est pourquoi l'ozone n'est pas produit lors d'une électrolyse de l'eau classique. Cependant, il est possible d'augmenter la surtension de l'oxygène par une sélection rigoureuse du catalyseur, favorisant ainsi la production d'ozone par électrolyse. Les catalyseurs généralement utilisés sont le dioxyde de plomb .
Le rapport ozone/oxygène est amélioré en augmentant la densité de courant à l'anode, en refroidissant l'électrolyte autour de l'anode à près de 0 °C, en utilisant un électrolyte acide (tel que l'acide sulfurique dilué) au lieu d'une solution basique et en appliquant un courant pulsé au lieu d'un courant continu.
Considérations particulières
L'ozone ne peut être stocké ni transporté comme les autres gaz industriels (car il se décompose rapidement en dioxygène) et doit donc être produit sur site. Les générateurs d'ozone disponibles diffèrent par la disposition et la conception de leurs électrodes haute tension. Pour des capacités de production supérieures à 20 kg par heure, un échangeur de chaleur tubulaire gaz/eau peut être utilisé comme électrode de masse et équipé d'électrodes tubulaires haute tension côté gaz. Les pressions typiques des gaz sont d'environ bars (200 kPa ) absolus pour l'oxygène et puissance électrique de plusieurs mégawatts peut être installée, fournie sous forme de courant alternatif monophasé de 50 à 8 000 Hz et de tensions de crête comprises entre 3 000 et 20 000 volts. La tension appliquée est généralement inversement proportionnelle à la fréquence.
Le paramètre prédominant influençant l'efficacité de la génération d'ozone est la température du gaz, qui est régulée par la température de l'eau de refroidissement et/ou la vitesse du gaz. Plus l'eau est froide, meilleure est la synthèse d'ozone. Plus la vitesse du gaz est faible, plus la concentration est élevée (mais plus la quantité nette d'ozone produite est faible). Dans des conditions industrielles typiques, près de 90 % de la puissance utile est dissipée sous forme de chaleur et doit être évacuée par un débit d'eau de refroidissement suffisant.
En raison de la forte réactivité de l'ozone, seuls quelques matériaux peuvent être utilisés, comme l'acier inoxydable (qualité 316L), le titane , l'aluminium (à condition qu'il soit exempt d'humidité), le verre , le polytétrafluoroéthylène ou le fluorure de polyvinylidène . Le Viton peut être utilisé sous réserve de contraintes mécaniques constantes et d'une absence d'humidité (les limites d'humidité varient selon la formulation). L'Hypalon peut être utilisé à condition qu'il ne soit pas en contact avec l'eau, hormis les niveaux atmosphériques normaux. La fragilisation ou le retrait sont les modes de défaillance courants des élastomères exposés à l'ozone. La fissuration due à l'ozone est le mode de défaillance courant des joints en élastomère, tels que les joints toriques .
Les caoutchoucs de silicone sont généralement adaptés à une utilisation comme joints dans des concentrations d'ozone inférieures à 1 % en poids, comme dans les équipements de vieillissement accéléré d'échantillons de caoutchouc.
Production accessoire
L'ozone peut se former à partir d' un rayonnement électromagnétique de haute énergie . Les arcs électriques non supprimés dans les contacts électriques, les balais de moteur ou les interrupteurs mécaniques rompent les liaisons chimiques de l'oxygène atmosphérique entourant les contacts [ équipements électriques génèrent des niveaux importants d'ozone. C'est notamment le cas des appareils utilisant des tensions élevées , tels que les purificateurs d'air ioniques , les imprimantes laser , photocopieurs , les pistolets à impulsion électrique et les postes de soudage à l'arc . Les moteurs électriques à balais peuvent générer de l'ozone par étincelles répétées à l'intérieur de l'appareil. Les gros moteurs à balais, comme ceux des ascenseurs ou des pompes hydrauliques, génèrent davantage d'ozone que les petits moteurs.
L'ozone se forme également lors des orages du Catatumbo sur le fleuve du même nom au Venezuela , bien que son instabilité rende douteux son impact sur l'ozonosphère. Il s'agit du plus grand générateur naturel d'ozone au monde, ce qui plaide en faveur de son inscription au patrimoine mondial de l'UNESCO .
Production en laboratoire
En laboratoire, l'ozone peut être produit par électrolyse à l'aide d'une pile de 9 volts , d'une cathode en graphite de crayon , d'une anode en fil de platine et d'un électrolyte d'acide sulfurique 3 M. [ 146 ] réactions qui se produisent sont :
- O3 + 6 H+ + 6 e-} && (\\Delta E^\\circ=-\ ext{1.53 V}) \\\\ & \\ce{6 H+ + 6 e- -> 3 H2} && (\\Delta E^\\circ=\ ext{0 V}) \\\\ & \\ce{2 H2O -> O2 + 4 H+ + 4 e-} && (\\Delta E^\\circ=\ ext{1.23 V}) \\end{align}"
![{\displaystyle {\begin{aligned}&{3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{}+{}6\,\mathrm {e} {\vphantom {A}}^{-}}&&(\Delta E^{\circ }=-{ ext{1.53 V}})\\&{6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{}+{}6\,\mathrm {e} {\vphantom {A}}^{-}{}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}&&(\Delta E^{\circ }={ ext{0 V}})\\&{2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}4\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{}+{}4\,\mathrm {e} {\vphantom {A}}^{-}}&&(\Delta E^{\circ }={ exte{1.23 V}})\end{aligned </span referrerpolicy=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bdfc78197a50a3f3889fc5c364b6bdcf9f4f1e54)
où potentiel d’électrode standard .
Au cours de cette réaction globale, trois équivalents d'eau sont convertis en un équivalent d'ozone et trois équivalents d' hydrogène . La formation d'oxygène est une réaction concurrente.
Il peut également être généré par un arc électrique à haute tension . Dans sa forme la plus simple, un courant alternatif à haute tension, comme celui qui sort d'un transformateur d'enseigne lumineuse, est connecté à deux tiges métalliques dont les extrémités sont suffisamment proches pour permettre la formation d'un arc. Cet arc convertit l'oxygène atmosphérique en ozone.
Il est souvent souhaitable de confiner l'ozone. On peut y parvenir grâce à un appareil composé de deux tubes de verre concentriques scellés ensemble à leur extrémité supérieure, le tube extérieur étant muni d'orifices d'évacuation des gaz en haut et en bas. Le tube intérieur doit contenir un morceau de feuille métallique relié à une borne de la source d'alimentation. L'autre borne de la source d'alimentation est reliée à un autre morceau de feuille métallique enroulé autour du tube extérieur. Une source d' l'électricité se décharge entre les molécules de dioxygène sec au centre et forme
Applications
Industrie
L'ozone est principalement utilisé dans la préparation de produits pharmaceutiques , de lubrifiants synthétiques et de nombreux autres composés organiques d'intérêt commercial , où il permet de rompre les liaisons carbone -carbone . Il peut également servir au blanchiment de substances et à l'élimination des micro-organismes dans l'air et l'eau . De nombreux réseaux municipaux de distribution d'eau potable utilisent l'ozone plutôt que le chlore, plus couramment employé, pour éliminer les bactéries . L'ozone possède un potentiel d'oxydation très élevé . Il ne forme pas de composés organochlorés et ne persiste pas dans l'eau après traitement. Cependant, dans les eaux de source présentant de fortes concentrations en bromures , l'ozone peut former du bromate, une substance potentiellement cancérigène . La loi américaine sur l'eau potable (Safe Drinking Water Act) impose l'ajout de chlore dans ces réseaux afin de maintenir une concentration minimale de chlore libre résiduel de 0,2 µmol/mol dans les canalisations, conformément aux résultats d'analyses régulières. Dans les régions où l'électricité est abondante, l'ozone constitue une méthode de traitement de l'eau économique, car il est produit à la demande et ne nécessite ni transport ni stockage de produits chimiques dangereux. Une fois décomposé, il ne laisse aucun goût ni odeur dans l'eau potable.
Bien que de faibles concentrations d'ozone soient parfois présentées comme désinfectantes pour les habitations, la concentration nécessaire dans l'air sec pour avoir un effet rapide et significatif sur les agents pathogènes aéroportés dépasse les seuils de sécurité recommandés par l'OSHA ( Occupational Safety and Health Administration) et l'EPA (Environmental Protection Agency) aux États-Unis . La maîtrise de l'humidité peut considérablement améliorer l'efficacité de l'ozone et sa vitesse de décomposition en oxygène (une humidité plus élevée accroît son efficacité). Les spores de la plupart des agents pathogènes sont très résistantes à l'ozone atmosphérique, même à des concentrations qui peuvent déclencher des crises d'asthme.
En 1908, l'ozonisation artificielle de la Central Line du métro londonien fut introduite pour la désinfection de l'air. Le procédé s'avéra efficace, mais fut progressivement abandonné en 1956. Cependant, l'effet bénéfique fut maintenu par l'ozone produit de manière incidente par les décharges électriques des moteurs des trains (voir ci-dessus : Production incidente ).
Des générateurs d'ozone ont été mis à la disposition des écoles et des universités du Pays de Galles pour le trimestre d'automne 2021, afin de désinfecter les salles de classe après les épidémies de COVID-19 .
Sur le plan industriel, l'ozone est utilisé pour :
- Désinfecter le linge dans les hôpitaux, les usines alimentaires, les maisons de retraite, etc.
- Désinfecter l’eau à la place du chlore
- Désodoriser l'air et les objets, par exemple après un incendie
- Tuer les bactéries sur les aliments ou sur les surfaces de contact
- Remplacez les désinfectants chimiques tels que l'acide peracétique , l'hypochlorite ou la chaleur dans les industries consommatrices d'eau comme les brasseries et les laiteries .
- Désinfectez les tours de refroidissement et contrôlez la légionellose grâce à une consommation de produits chimiques et un rejet d'eau réduits, et à des performances accrues.
- Désinfecter les piscines et les spas
- Tuer les insectes dans les grains stockés
- Éliminer les spores de levures et de moisissures présentes dans l'air des usines de transformation alimentaire
- Laver les fruits et légumes frais pour tuer les levures, les moisissures et les bactéries
- Attaquer chimiquement les contaminants présents dans l'eau : ( fer , arsenic , sulfure d'hydrogène , nitrites et composés organiques complexes regroupés sous le terme de « couleur »)
- Fournir une aide à la floculation (agglomération des molécules, qui facilite la filtration, permettant ainsi l'élimination du fer et de l'arsenic)
- Fabriquer des composés chimiques par synthèse chimique
- Nettoyer et blanchir les tissus (la première utilisation est utilisée dans la restauration des tissus ; la seconde utilisation est brevetée)
- Agir comme antichlore dans le blanchiment à base de chlore
- Contribuer au traitement des plastiques pour permettre l'adhérence des encres.
- Faire vieillir des échantillons de caoutchouc pour déterminer la durée de vie utile d'un lot de caoutchouc
- Éradiquer les parasites transmis par l'eau tels que Giardia lamblia et Cryptosporidium dans les stations de traitement des eaux de surface.
L'ozone est un réactif utilisé dans de nombreuses réactions organiques, tant en laboratoire qu'à l'industrie. L'ozonolyse est le clivage d'un alcène en composés carbonylés .
De nombreux hôpitaux à travers le monde utilisent de grands générateurs d'ozone pour décontaminer les salles d'opération entre les interventions chirurgicales. Les salles sont nettoyées puis scellées hermétiquement avant d'être remplies d'ozone, ce qui tue ou neutralise efficacement toutes les bactéries restantes.
L’ozone est utilisé comme alternative au chlore ou au dioxyde de chlore dans le blanchiment de la pâte à papier . Il est souvent utilisé en association avec l’oxygène et le peroxyde d’hydrogène pour éliminer le besoin de composés chlorés dans la fabrication de papier blanc de haute qualité .
L'ozone peut être utilisé pour détoxifier les déchets cyanurés (par exemple provenant de l'extraction de l'or et de l'argent ) en oxydant le cyanure en cyanate et finalement en dioxyde de carbone .
Désinfection de l'eau
Depuis l'invention des réacteurs à plasma à décharge à barrière diélectrique (DBD), cette technologie est utilisée pour le traitement de l'eau à l'ozone . Cependant, face à l'existence de désinfectants alternatifs moins coûteux comme le chlore, l'application de la décontamination de l'eau par ozone DBD est limitée par une forte consommation d'énergie et un équipement encombrant . Malgré cela, les recherches révélant les effets néfastes de désinfectants courants comme le chlore, notamment les résidus toxiques et l'inefficacité contre certains micro-organismes , la décontamination de l'eau par ozone à partir de plasma DBD présente un intérêt certain parmi les technologies actuelles. Bien que l'ozonation d'eau à forte concentration de bromure entraîne la formation de sous-produits de désinfection bromés indésirables, elle peut généralement être appliquée sans se préoccuper de ces sous-produits, sauf si l'eau potable est produite par dessalement. L'ozone présente plusieurs avantages : un potentiel d'oxydation thermodynamique élevé, une moindre sensibilité aux matières organiques et une meilleure tolérance aux variations de pH, tout en conservant sa capacité à détruire les bactéries, les champignons, les virus, ainsi que les spores et les kystes. Bien que l'ozone soit largement utilisé en Europe depuis des décennies, son usage pour la décontamination reste limité aux États-Unis en raison de sa forte consommation d'énergie, de l'encombrement de son installation et de la réputation de sa toxicité. De ce fait, les recherches récentes se sont orientées vers l'étude de systèmes efficaces de traitement de l'eau par l'ozone. Les chercheurs se sont intéressés aux réacteurs DBD de surface, légers et compacts, à faible consommation d'énergie, aux réacteurs DBD volumiques à haut rendement énergétique et aux microréacteurs DBD à faible consommation d'énergie. De telles études peuvent contribuer à ouvrir la voie à une nouvelle acceptation de la décontamination de l'eau par ozone à base de plasma DBD, notamment aux États-Unis.
Les consommateurs
L’ozone peut être utilisé pour éliminer les résidus de pesticides des fruits et légumes .
L'ozone est utilisé dans les habitations et les spas pour éliminer les bactéries présentes dans l'eau et réduire la quantité de chlore ou de brome nécessaire en les réactivant à l'état libre. Comme l'ozone ne persiste pas suffisamment longtemps dans l'eau, son utilisation seule est inefficace pour prévenir la contamination croisée entre les baigneurs et il est nécessaire de l'associer à des halogènes . L'ozone gazeux, produit par rayonnement ultraviolet ou par effet corona, est injecté dans l'eau.
L'ozone est également largement utilisé pour le traitement de l'eau des aquariums et des bassins. Son utilisation permet de minimiser la prolifération bactérienne, de contrôler les parasites, d'éliminer la transmission de certaines maladies et de réduire, voire d'éliminer, le jaunissement de l'eau. L'ozone ne doit pas entrer en contact avec les branchies des poissons. L'eau salée naturelle (abritant des formes de vie) génère une demande instantanée suffisante pour que des quantités contrôlées d'ozone activent les ions bromure en acide hypobromeux , et que l'ozone se décompose entièrement en quelques secondes à quelques minutes. Si l'on utilise de l'ozone enrichi en oxygène, l'eau sera plus riche en oxygène dissous et les branchies des poissons s'atrophieront, les rendant dépendants d'une eau enrichie en oxygène.
Aquaculture
L’eau de mer ozonée est utilisée pour la désinfection de surface des œufs d’églefin et de flétan atlantique contre le nodavirus. Le nodavirus est un virus mortel à transmission verticale qui provoque une forte mortalité chez les poissons. Les œufs d’églefin ne doivent pas être traités avec des concentrations élevées d’ozone, car les œufs ainsi traités n’éclosent pas et meurent après 3 à 4 jours.
Agriculture
L'application d'ozone sur des ananas et des bananes fraîchement coupés entraîne une augmentation des teneurs en flavonoïdes et en phénols totaux après une exposition de 20 minutes. On observe une diminution de la teneur en acide ascorbique (une forme de vitamine C ), mais l'effet positif sur les teneurs en phénols totaux et en flavonoïdes compense cet effet négatif. Les tomates traitées à l'ozone présentent une augmentation des teneurs en β-carotène, en lutéine et en lycopène. En revanche, l'application d'ozone sur des fraises avant la récolte entraîne une diminution de la teneur en acide ascorbique.
L'ozone facilite l'extraction de certains métaux lourds du sol grâce à l'EDTA . L'EDTA forme des composés de coordination stables et hydrosolubles avec certains métaux lourds ( Pb et Zn ), permettant ainsi leur extraction des sols contaminés. Si le sol contaminé est prétraité à l'ozone, l'efficacité d'extraction du Pb , de l'Am et du Pu augmente respectivement de 11,0 à 28,9 % , de 43,5 % et de 50,7 % .
Effet sur les pollinisateurs
La pollinisation des cultures est essentielle au bon fonctionnement d'un écosystème. L'ozone peut avoir des effets néfastes sur les interactions plantes-pollinisateurs. Les pollinisateurs transportent le pollen d'une plante à l'autre. Ce cycle est fondamental au sein d'un écosystème. Des modifications de certaines conditions atmosphériques autour des sites de pollinisation ou l'introduction de xénobiotiques pourraient entraîner des perturbations imprévues des cycles naturels des pollinisateurs et des plantes à fleurs. Une étude menée en Europe du Nord-Ouest a montré que les pollinisateurs des cultures étaient davantage affectés négativement lorsque les niveaux d'ozone étaient plus élevés.