L’ozone est un gaz toxique de couleur bleue composé de trois molécules d’oxygène (O3), qui peut être soit un danger pour la santé, soit bénéfique pour la vie sur Terre selon l’endroit où il est observé dans l’atmosphère. À des niveaux inférieurs dans l’atmosphère, une concentration d’ozone supérieure à des quantités minimales peut avoir des effets sur la santé, affecter la croissance des plantes et provoquer une pollution de l’air et des dommages aux bâtiments. Dans la haute atmosphère à 10-20 kilomètres au-dessus du sol, l’ozone agit comme un bouclier pour empêcher certains rayons ultraviolets nocifs du soleil d’atteindre le sol.
L’ozone de faible niveau est formé à partir des réactions des véhicules fonctionnant au pétrole avec les composés organiques volatils (COV) présents dans l’essence et les solvants de peinture. Au fur et à mesure que les composés s’accumulent dans l’atmosphère, ils réagissent avec les molécules d’oxygène normales (O2) et créent de l’ozone et d’autres composés contribuant au smog ou à la pollution de l’air. L’ozone est chimiquement actif et, lorsqu’il est inhalé, il peut réagir avec les tissus pulmonaires et causer des dommages. Il est également corrosif et peut causer des dommages aux bâtiments en raison des réactions avec les produits de construction extérieurs.
L’ozone en petites concentrations peut être bénéfique dans les utilisations contrôlées, car il peut agir comme un désinfectant pour éliminer les germes. Les générateurs d’ozone peuvent être utilisés pour les installations de traitement de l’eau et dans certains systèmes de purification d’air pour l’élimination des germes. Ceci est délibérément maintenu à de faibles concentrations pour minimiser les effets négatifs potentiels sur la santé. Un exemple d’ozone en tant que purificateur d’air se produit lorsque la foudre est générée lors d’orages et que l’air sent plus frais par la suite. L’énergie électrique élevée de la foudre peut créer de l’ozone à partir de molécules d’oxygène, qui réagiront avec la pollution de l’air et purifieront temporairement l’air.
Dans la haute atmosphère, l’ozone est formé naturellement par les réactions de molécules d’oxygène avec la lumière solaire à haute intensité. L’ozone est un très bon absorbeur des longueurs d’onde des rayons ultraviolets B (UVB), connus pour favoriser le cancer chez les humains et de nombreux animaux. L’ozone réagit constamment avec d’autres particules puis se régénère au cours de la journée, maintenant une concentration d’ozone constante. La quantité est très faible, mesurée à quelques parties par milliard de parties d’air, mais importante pour la protection UVB.
Les chlorofluorocarbures (CFC) ont été inventés dans les années 1930 en tant que groupe de produits nécessaires pour remplacer les réfrigérants dangereux tels que l’ammoniac et le chlorure de méthyle, qui étaient soit inflammables soit toxiques. Des tests avec des CFC ont montré que les humains et les animaux pouvaient être exposés en toute sécurité à des fuites de plus petites quantités trouvées dans les maisons et les petites entreprises sans risque. En peu de temps, les CFC ont été largement utilisés dans le monde entier dans la réfrigération, les bombes aérosols et les agents d’extinction d’incendie.
Des recherches commencées dans les années 1960 ont montré que dans certaines parties de la haute atmosphère terrestre, la concentration d’ozone diminuait. Dans les années 1980, il existait une relation claire entre les pertes de couche d’ozone et les CFC rejetés dans l’air atteignant la haute atmosphère. Les scientifiques ont suggéré que les molécules de CFC extrêmement stables restaient dans l’atmosphère terrestre pendant de nombreuses années, et finalement les courants d’air et les conditions météorologiques leur ont permis d’atteindre les hauteurs atmosphériques où la concentration d’ozone était la plus élevée.
La même énergie solaire qui a créé l’ozone était également assez forte pour briser les molécules de CFC, libérant des molécules de chlore (Cl). Ces molécules, ainsi que la poussière et les cristaux de glace de haute altitude, ont formé des sites de réaction qui ont brisé l’ozone et créé des molécules d’oxygène normales. Bien que ces réactions se soient produites partout dans l’atmosphère, les températures et les conditions météorologiques très basses observées au pôle Sud y ont provoqué une vitesse de réaction plus élevée.
Les données satellitaires ont montré une très faible concentration d’ozone au-dessus du pôle Sud au tout début du printemps polaire, après plusieurs mois d’obscurité. Les scientifiques et les médias ont inventé le terme trou d’ozone à l’époque pour expliquer l’effet. Même si le trou dans la couche d’ozone était temporaire chaque printemps et disparaissait relativement rapidement, il suscitait de vives inquiétudes quant aux effets à long terme des CFC.
En 1987, près de 200 pays appartenant aux Nations Unies ont signé le Protocole de Montréal et ont convenu d’éliminer ou d’arrêter la production de CFC dans des délais précis. Des modifications ont été apportées à l’accord au cours des décennies suivantes, car de nouvelles preuves ont montré un appauvrissement de la couche d’ozone plus élevé qu’on ne le pensait à l’origine. Les CFC ont été remplacés par des composés contenant peu ou pas de chlore dans leurs molécules, appelés hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et hydrofluorocarbures (HFC).
Un intérêt s’est développé pour l’utilisation de gaz inflammables comme le propane et même l’ammoniac pour certaines applications, car ces produits n’appauvrissent pas la couche d’ozone. Au début du 21e siècle, les fabricants cherchaient des moyens d’incorporer des gaz inflammables en toute sécurité dans les produits de consommation. La recherche a également été élargie pour inclure les gaz ininflammables tels que le dioxyde de carbone et d’autres technologies qui pourraient refroidir les aliments sans utiliser de gaz réfrigérants.