Ozone

GÉNÉRALITÉS :
L'ozone (gazeux) est le résultat de la combinaison de trois atomes d'oxygène O, soit la formule moléculaire O₃. C'est une forme allotropique de l'oxygène.
Masse molaire de ¹⁶O₃ : 47,998 g mol^-1.

Le gaz O₃ dans l'air atmosphèrique [ozone troposphérique ] est au maximum de 0,010 ppmv (10 ppb), soit 1.10^-6 % du volume total de l'atmosphère terrestre (voir ce lien sur l'air).

Il est produit facilement par décharge électrique dans du dioxygène O₂, d'ou sa présence constaté dans les endroits où règne un champ électrique important : air en cas d'orage et foudre, transformateur haute tension, tubes UV, imprimantes laser, moteurs électriques, allume gaz.

Il réagit avec les métaux alcalins et métaux alcalino-terreux (M) pour former des ozonides (MO₃), instables et réagissant avec l’eau pour re-former de l'oxygène. Cette succession de réactions chimiques explique pour la plus grande part le caractère de polluant qui est attribué à l’ozone quand celui-ci est présent dans l’atmosphère près du sol.

Dans la haute atmosphère terrestre, la couche d’ozone (ozone stratosphèrique, entre 15 et 50 km d'altitude) est une concentration d’ozone qui filtre une partie des rayons ultraviolets émis par le Soleil, ultraviolets (notamment responsables de cancers de la peau).

Cette couche qui forme un bouclier de protection est menacée par la pollution, en particulier par les émissions de gaz CFC (chlorofluorocarbone) ou les oxydes d'azote, qui montent dans la haute atmosphère et y catalysent la destruction de l’ozone en le transformant en O₂, étant ainsi à l’origine de trous dans cette couche d’ozone. Instrument de mesure et de contrôle : on peut noter l’instrument GOMOS du satellite ENVISAT (européen).
A noter que depuis 2000, la couche d'ozone s'est reconstituée à un rythme de 1 à 3 % par décennie. De quoi espérer revenir au niveau des années 1980 dès la décennie 2030 concernant l'hémisphère Nord. Et plutôt dans les années 2050 pour l'hémisphère Sud et une dizaine d'années plus tard du côté des régions polaires.
"Mais il ne faut pas crier victoire trop vite », mettent en garde certains scientifiques : des études récentes rapportent en effet une augmentation inquiétante des concentrations atmosphériques de CFC-11, l'une des substances interdites par le protocole...Donc à suivre !

Propriétés de l'ozone (trioxygène) O₃.

• L'ozone est un un gaz instable bleu pâle (aux conditions normales de température et de pression), d'odeur caracteristique et irritante. Il est corrosif, puissamment oxydant et très toxique.
  
  Aux conditions normales (P=1013,25 hPa ), c'est un gaz plus lourd que l'air : 2,141 kg/m3 à 0°C. Densité de l'ozone relative à l'air : 1,658.
  
  Solubilité dans l'eau (1013,25 hPa, à 0 °C ) : 0,46 vol/vol (460 ml dans 1 litre d'eau).
  
  Il se liquéfie à T (P = 1atm) = -111,3 °C [161,85 K]. C'est aussi le point d'ébullition de l'ozone liquide.
  
  Le point de fusion de l'O₃ solide (ozone congelé) est de -192,6 °C (80,55 K), et donc c'est aussi le point de solidification de l'O3 liquide.
  
  Le Point Triple se situe à T = -192,5°C (80,65 K) et Pression = 1,14 Pa (0,0114 mbar), et se trouve bien inférieur à la pression atmosphérique ("normale" à 1013,25 hPa ou 1013 mbar), donc l'ozone liquide ne peut exister aux pressions et températures classiques sur Terre.
  
  Les Points Critiques se situe à Pc = 5,57 MPa ( 55,7 bar ) et Tc = -12,05 °C [260,65 K] .

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Quelques caractéristiques :

• Phase gazeuse :
  • Masse volumique de la phase gazeuse (1013,25 hPa, à 0 °C ) : 2,141 kg m3^-1
  • Volume spécifique (1013,25 hPa, à 21 °C ) : 0,519 m3 kg^-1
  • Chaleur spécifique à pression constante (Cp) (1000 hPa et 25 °C) : 39 J/(mole.K)
  • Conductivité thermique (1013,25 hPa, à 0 °C ) : 24,24 mW/(m.K)
    
• Phase liquide :
  • Liquide bleu foncé.
  • Masse volumique de la phase liquide (1013,25 hPa, au point d'ébullition) : 1352 kg m3^-1
  • Point d'ébullition (1013,25 hPa) : -111,3 °C [161,85 K]
  • Chaleur latente de vaporisation (1,013 bar au point d'ébullition) : 316,3 kJ/kg^.
    
• Phase solide (ozone congelé) :
  • Couleur : violet
  • Point de fusion : -192,6 °C (80,55 K)

Normalisation.
Norme sur les produits utilisés pour la production d’eau potable : bulletin officiel - Ozone : NF EN 1278, PR EN 1278(Fabriqué sur place à partir d'air ou d'oxygène).

Utilisation.

• Industrie pharmaceutique.
  L'ozone est utilisé en synthèse chimique et pour le traitement des effluents aqueux.
  
• Alimentaire et boissons.
  Les propriétés d'oxydation de l'ozone servent à supprimer les microbes présents sur les denrées alimentaires. De plus, la faible durée de vie de l'ozone empêche toute contamination résiduelle des produits.
  Ces propriétés sont utilisées avec succès dans le traitement des eaux potables, eaux de pisciculture, le recyclage de solution nutritive dans les serres et l'assainissement des produits alimentaires.
  
• Pâtes et papiers.
  Blanchiment écologique de la pâte à papier (du fait de son instabilité, le gaz est produit à partir d'oxygène, au point d'utilisation). Il est utilisé à des concentrations variables pour le blanchiment de la pâte, pour le traitement des vieux papiers (diminution des produits de fluorescence) et le traitement de certains effluents.
  
• Environnement.
  L'ozone permet d'obtenir une bonne décoloration ou une réduction de la DCO dure (Demande Chimique en Oxygène) des eaux usées (pour des raisons de stabilité, il est produit au point d'utilisation à partir d'air ou d'oxygène). L'ozone est utilisé à des concentrations variant de 6 à 13 % poids.
  
• Autres industries.
  Désinfection de produits et nettoyage de surfaces par l'eau ozonée.

Effet sur l'homme.
Seuil de l’odorat : haut : 0,03 ppm et bas, 0,0076 ppm.
L'inhalation peut causer des irritations, des difficultés respiratoires et des convulsions.

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