Ozone
Général
Nom IUPAC	Trioxygène
Synonymes	ozone
No CAS	10028-15-6
No EINECS	233-069-2
SMILES
InChI
Apparence	gaz incolore ou bleuatre, d'odeur caracteristique. [1]
Propriétés chimiques
Formule brute	O3  [Isomères]
Masse molaire[3]	47, 9982 ± 0, 0009 g·mol-1 O 100 %,
Moment dipolaire	0, 53373 D [2]
Propriétés physiques
T° fusion	-192, 5 °C[4]
T° ébullition	-111, 9 °C[4]
Solubilité	dans l'eau à 0 °C : 1 g·l-1[1]
Masse volumique	2, 144 g·l-1 (0 °C)
Point critique	55, 7 bar, -12, 05 °C [5]
Thermochimie
ΔfH0gaz	142, 67 kJ·mol-1 [6]
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation	12, 43 eV (gaz) [7]
Précautions
Directive 67/548/EEC
[4] T+ C O
SIMDUT[8]
A, C, D1A, D2A, D2B, F,
Écotoxicologie
Seuil de l'odorat	bas : 0, 0076 ppm haut : 0, 03 ppm[9]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d'oxygène (O₃). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes, l'ozone a tendance à se décomposer naturellement en dioxygène. À température ambiante, c'est un gaz bleu pâle.
Il se liquéfie à -111, 9 °C sous forme d'un liquide bleu foncé et se solidifie à -192, 5 °C en un solide pourpre. Quand il est présent en densité élevée (comparé au gaz), dans ses phases condensées, son instabilité se manifeste par une tendance à l'explosivité^[4] de ces phases.

Chimie

L'ozone est produit par décharge électrique dans du dioxygène. Il réagit avec les métaux alcalins et métaux alcalino-terreux pour former des ozonides (), instables et réagissant avec l'eau pour former du dioxygène. Cette succession de réactions chimiques explique pour la plus grande part le caractère de polluant qui est attribué à l'ozone lorsque ce dernier est présent dans l'atmosphère près du sol.

Contrairement au dioxygène inodore, l'ozone est perçu par l'odorat humain ; son odeur caractéristique qui rappelle l'eau de Javel est perceptible dans les lieux confinés où règne un champ électrique important (transformateur haute tension, échelle de Jacob, tubes UV, allume gaz). Respiré en grande quantité, il est toxique et provoque la toux.

Découverte

L'ozone a été découvert pour la première fois en 1781 par Martin von Marum puis la molécule fut isolée en 1839 par le chimiste suisse Christian Friedrich Schönbein. Il le dénomma ainsi en se référant à la racine grecque ozein (exhaler une odeur, sentir). La relation entre l'ozone et les oxydes d'azote a été mise en évidence dans les années 1970 par Paul Josef Crutzen, prix Nobel de chimie 1995.

Dans l'atmosphère

Dans la haute atmosphère terrestre, la couche d'ozone est une concentration d'ozone qui filtre une partie des rayons ultraviolets émis par le Soleil, ultraviolets surtout responsables de cancers de la peau. Cette couche protectrice est menacée par la pollution, surtout par les émissions de gaz CFC (Chlorofluorocarbone), qui montent dans la haute atmosphère et y catalysent la destruction de l'ozone en le transformant en dioxygène, étant ainsi à l'origine du trou dans la couche d'ozone. Comme instrument de mesure, on peut noter l'instrument GOMOS du satellite ENVISAT.

L'ozone est aussi particulièrement présent autour des grandes agglomérations où sont produits des polluants qui sont ses précurseurs, surtout le dioxyde d'azote NO₂, par leur pollution atmosphérique. Lors des canicules, on trouve l'ozone en grandes quantités dans les basses couches de l'atmosphère, en particulier autour des centres urbains. Il y est essentiellement produit par la réaction des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes d'azote des gaz d'échappement des véhicules avec l'oxygène de l'air sous l'influence de la lumière solaire. De même, les incendies de forêt en sont aussi une source importante, à partir des hydrocarbures et des oxydes d'azote qu'ils libèrent. Sous le vent de ces feux, sur de longues distances, les taux d'ozone peuvent tripler et dépasser les seuils recommandés^[10]. Lors de fortes températures, la dispersion de l'ozone vers les couches supérieures de l'atmosphère est freinée, induisant peut-être des problèmes de santé chez les personnes fragiles.

L'ozone est en outre produit avec les éclairs de l'orage mais aussi, d'une façon plus générale, à partir de toute étincelle ou arc électrique. Photocopieuses et imprimantes laser ou moteurs électriques dégagent de l'ozone, pouvant conduire à des concentrations significatives dans un local mal ventilé.

Dans la nature, en cas de canicule ou forte insolation, les arbres émettent de l'Isoprène qui interagit avec l'ozone, et contribue à produire des aérosols, brumes et nuages protégeant les arbres d'un stress climatique excessif.

Le trou dans la couche d'ozone le 22 septembre 2004

Répartition de l'ozone selon l'altitude dans l'atmosphère

Production industrielle

Une production industrielle d'ozone est permise par plusieurs techniques :

• exposition d'air à des radiations ultraviolettes de courtes longueurs d'ondes émises par une lampe à vapeurs de mercure
• décharge à froid dite décharge corona ou décharge à effet corona, dans un champ électrique élevé.
  L'appareil de décharge est constitué de deux plaques de métal scindées par une couche d'air et un isolant électrique de constante diélectrique élevée, comme le mica ou un verre borosilicaté. Une différence de potentiel élevée est appliquée entre les deux plaques, ce qui entraîne la dissociation des molécules d'oxygène de la couche d'air et leur recombinaison en ozone.
  Une couronne peut être présente mais le champ électrique est maintenu à une valeur inférieure à celle qui entraînerait la naissance d'un arc électrique et d'un plasma.

Production en laboratoire

Un appareil de laboratoire fréquemment utilisé pour la démonstration de production d'ozone était la machine électrostatique de Whimshurst : elle utilisait la mise en rotation par une manivelle de deux plateaux isolés semblables, mais tournant en sens inverse. Des balais collectent l'électricité statique produite par le frottement, ils déchargent les plaques en produisant un arc électrique autour duquel apparait de l'ozone (alors diffusé dans l'air).

De l'ozone peut être produite par électrolyse en utilisant une batterie de 9 V, une cathode de graphite, une anode de platine et l'acide sulfurique comme électrolyte. Les demi-réactions qui ont lieu sont :

3H₂O → O₃ + 6H⁺ + 6e^- ΔE^o = -1, 53 V

6H⁺ + 6e^- → 3H₂ ΔE^o = 0 V

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^- ΔE^o = -1, 23 V

Trois équivalents d'eau sont utilisés pour produire un équivalent d'ozone. Cette réaction est en compétition avec celle de formation d'oxygène.

Utilisation dans le traitement de l'eau

Purification de l'eau potable

L'ozone présente une série d'avantages comparé au chlore mais ne permet pas de détruire l'ensemble des micro-organismes présents dans l'eau (comme les parasites cryptosporidium, giardia, toxoplasmose… responsables d'épidémies meurtrières ces dernières années). Il est cependant employé, et ce, malgré le coût fréquemment significatif d'une installation d'ozonisation de l'eau. Ces avantages sont les suivants :

• il ne reste pas présent dans l'eau ;
• il ne provoque pas la naissance de produits organochlorés, qui peuvent être cancérigènes ;
• il ne laisse pas de mauvais goût peu apprécié des consommateurs d'eau potable.

L'ozone est employé dans le traitement de l'eau pour plusieurs fonctions :

• oxydation du fer ;
• amélioration de la performance de filtres à sable ;
• amélioration de la floculation (appelée «ozofloculation»)  ;
• désinfection de l'eau (attention cependant au risque de contamination par les parasites cryptosporidium *référence souhaitée)  ;
• élimination de composés organiques nocifs, surtout pesticides et herbicides. Pour cette application l'ozone est généralement injecté en amont d'un filtre à charbon.

L'ozone est utilisé par la ville de Nice depuis désormais 1907 (première usine au monde purifiant l'eau par l'ozone à Bon-Voyage et après à Rimiez). Il est envisageable de visiter le site ayant un patrimoine historique des plus intéressants.

L'ozone a permis à la ville de Marseille et de son agglomération d'être classée, à partir des normes de l'Organisation Mondiale de la Santé (O. M. S), par le magazine :ça m'intéresse : Première ville de France pour la qualité de son eau.

L'ozone est devenue une référence de qualité pour l'eau potable dans énormément de communes et de villes à travers le monde.

Eaux usées

L'ozone est utilisé dans des procédés de traitement des eaux usées, surtout pour rendre digestible par des bactéries la DCO dite «dure», pour le traitement de la couleur, et pour la désinfection de l'eau en sortie de stations d'épuration (traitement dit tertiaire).
Ces applications nécessitent la maîtrise de plusieurs techniques : ozonisation, mais également bio-réacteurs. Quelquefois la performance de l'ozone peut être perfectionnée en combinant l'ozonisation par un traitement UV à haute dose d'irradiation. On parle alors de procédés d'oxydation avancés.

Pollution à l'ozone

L'ozone fait partie des polluants de l'air les plus dangereux pour la santé au-delà de certains seuils.
Il fait l'objet de modélisations et prévisions accessibles^[11]. Chaque été, en France, c'est la région Provence Alpes Côte d'Azur, et surtout les Bouches-du-Rhône, qui est la plus touchée par les pics de pollution à l'ozone. Résultant de l'action du rayonnement solaire sur certains polluants automobiles et industriels, l'ozone touche tout spécifiquement les zones industrialisées ayant un fort ensoleillement. Cette pollution a un impact particulièrement important sur la santé. En effet, l'ozone provoque des irritations des bronches, pouvant être particulièrement importantes chez les populations les plus sensibles. En avril dernier, une étude américaine^[12] a montré que l'ozone, même à faible dose, était directement associé à la survenue des crises d'asthme chez les enfants. Lors des pics de pollutions, on observe d'ailleurs une augmentation de leur nombre et de leur gravité et par conséquent une recrudescence des hospitalisations. Mais, l'ozone est aussi coupable de l'augmentation du taux de mortalité des personnes ayant des problèmes respiratoires. C'est pour cette raison que l'Association Santé Environnement France, qui réunit près de 2500 médecins en France, a réclamé une prise en charge politique du problème^[13].

Utilisations industrielles

Importance

L'utilisation de l'ozone dans le traitement de l'eau reste aujourd'hui l'application industrielle prévalente. Cependant une série d'autres applications ont été développées au cours des 2 dernières décennies, principalement en substitution du chlore.

Motivations

L'ozone est un oxydant et un désinfectant puissant. Il présente certains avantages comparés à d'autres oxydants généralement utilisés dans l'industrie, surtout le chlore. Le principal avantage est l'absence de rémanence : l'ozone étant chimiquement instable, il ne reste pas de traces d'oxydant ou de produits dérivés sur les produits traités.

Blanchisserie

Cette application est particulièrement répandue dans les pays anglo-saxons et peu en Europe continentale. L'ozone est utilisé principalement pour le lavage de linge blanc dans les installations commerciales.

Industrie agro-alimentaire

L'ozone est employé dans l'agroalimentaire pour deux applications bien différentes :

• l'ozonisation de chambres froides ;
• le lavage de produits alimentaires à l'eau ozonée.

Micro-électronique

Les wafers conçus pour la fabrication de circuits intégrés sont lavés avec de l'eau ozonée avec pour objectif l'élimination de traces éventuelles de matière organique.

Papeterie

L'ozone est employé comme blanchissant alternatif au chlore, et pour le traitement des eaux usées de papeterie.

Nettoyage des conduites

L'eau ozonée est un moyen simple à mettre en œuvre pour la destruction de biofilms dans des conduites.

Notes et références

Voir aussi

Liens externes

• Cartes PREV'AIR de simulation/prévision de l'ozone (incluant veille et lendemain), France et UE (animations utilisable par tous sous réserve que la marque PREV'Air et l'adresse www. prevair. org soient explicitement mentionnées dans toute publication)
• Fiche internationale de sécurité
• Fiche toxicologique de l'INRS
• (fr) Pollution de l'air par l'ozone et santé résumé de GreenFacts de rapports scientifiques de l'OMS
• Prévision de l'ozone Prévisions et observations de la qualité de l'air en France et en Europe
• (en) International Ozone Association - European African Asian Australasian Group
• Manuel de purification de l'eau, ebook (contient une section sur la mesure de l'ozone et l'utilisation de l'ozone en traitement de l'eau)
• Association des médecins suisses pour l'utilisation thérapeutique de l'ozone
• L'histoire de l'ozone révélée par des spores fossiles, futura-sciences. com

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
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