AÉRONOMIE

Formation de nouveaux constituants

Comme le rayonnement solaire est capable de photodissocier et d'ioniser certains constituants atmosphériques, il est évident que les produits de ces processus peuvent réagir chimiquement avec d'autres composés et donner naissance à toute une chimie aéronomique qui est parfois difficile à réaliser au laboratoire, car les conditions de température et de pression rencontrées dans les diverses régions atmosphériques ne sont pas aisément reproductibles. De nouveaux constituants atmosphériques apparaissent et sont susceptibles d'influencer à leur tour la structure de l'atmosphère. En partant de l' oxygène moléculaire (O₂), dont la première limite de dissociation est à 242,4 nm, le rayonnement solaire produit des atomes d'oxygène suivant le mécanisme :

où hν est l'énergie du photon incident. Cette photodissociation a essentiellement lieu dans la basse thermosphère et dans l'homosphère. Les atomes ainsi libérés peuvent se recombiner en présence d'un troisième corps M (O₂ ou N₂) nécessaire pour assurer la conservation de l'énergie :Dans la stratosphère, il existe une autre réaction très efficace :donnant lieu à la formation de l' ozone (O₃). Cependant, les molécules d'ozone peuvent être détruites par la réaction :ou peuvent être photodissociées suivant le processus :En fait, ces quelques réactions aéronomiques sont à la base de la formation de la couche d'ozone qui nous protège du rayonnement solaire ultraviolet. Toutefois, ces réactions ne permettent pas à elles seules d'expliquer les observations de l'ozone, car les phénomènes de transport et de nombreuses réactions avec d'autres composés tels que NO, NO₂, OH, HO₂... doivent être pris en considération pour justifier le profil moyen de la figure 6. En particulier, il faut considérer les cycles catalytiques qui peuvent entraîner une destruction de l'ozone. Les trois cycles les plus étudiés en liaison avec l'abondance de l'ozone sont :Ces cycles sont dits catalytiques parce que les constituants autres que O, O₂ et O₃ sont régénérés dans chaque cycle et une très faible quantité de radicaux libres tels que OH et HO₂, NO et NO₂ ou Cl et ClO peut influencer l'abondance de l'ozone. Les radicaux du premier cycle proviennent de la vapeur d'eau ; ceux du deuxième cycle proviennent de la production biologique de N₂O au niveau du sol, des moteurs d'avions subsoniques et supersoniques et de l'interaction du rayonnement cosmique corpusculaire avec l'atmosphère ; ceux du troisième cycle sont essentiellement d'origine anthropogénique (dus aux activités humaines). En effet, les chlorofluorocarbures (CFC), utilisés massivement comme gaz réfrigérants, ou comme gaz propulseur dans les aérosols ont libéré des composés chlorés. Lors du Protocole de Montréal (signé le 16 août 1987 et entré en vigueur le 1^er janvier 1989), les signataires se sont engagés à réduire, puis à éliminer, les émissions de CFC, qui détruisent la couche d'ozone. Ces composés sont encore présents dans la stratosphère où ils sont dissociés par le rayonnement ultraviolet ; les atomes de chlore ainsi libérés permettent le démarrage du troisième type de cycle catalytique. Les quelques réactions catalytiques présentées ne constituent pas l'ensemble des processus possibles. Il existe également des interactions entre certains catalyseurs (ClO et NO par exemple) qui entraînent des ruptures de cycles et réduisent ainsi les mécanismes de destruction de l'ozone. De toute façon, l'équilibre fragile, et menacé, de la couche protectrice d'ozone demande une surveillance et une étude constantes afin de ne pas provoquer une évolution biologique non souhaitée au niveau du sol. Quelques centaines de réactions aéronomiques rendent ce problème très complexe, d'autant plus qu'il faut également tenir[...]