Trioxygène

Trioxygène

Ozone

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Ozone
Ozone
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 47,9982 gmol-1
O 100 %,
Propriétés physiques
T° fusion -192,5 °C[2]
T° ébullition -111,9 °C[2]
Solubilité dans l'eau à 0 °C : 0.1 g/100 ml[1]
Masse volumique 2,144 g/l (0 °C)
Précautions
Directive 67/548/EEC
[2]
Très toxique
T+
Corrosif
C
Comburant
O
SIMDUT[3]
A : Gaz compriméC : Matière comburanteD1A : Matière très toxique ayant des effets immédiats gravesF : Matière dangereusement réactive
A, C, D1A, D2A, D2B, F,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Lozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes doxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes, lozone a tendance à se décomposer naturellement en dioxygène. À température ambiante, cest un gaz bleu pâle. Il se liquéfie à -111,9 °C sous forme dun liquide bleu foncé particulièrement instable et se solidifie à -192,5 °C.

Sommaire

Chimie

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L'ozone est produit par décharge électrique dans du dioxygène. Il réagit avec les métaux alcalins et métaux alcalino-terreux pour former des ozonides (M + O_3 \rightarrow MO_3), instables et réagissant avec leau pour former du dioxygène. Cette succession de réactions chimiques explique pour la plus grande part le caractère de polluant qui est attribué à lozone quand celui ci est présent dans latmosphère près du sol.

Contrairement au dioxygène inodore, lozone est perçu par lodorat humain ; son odeur est très caractéristique, légèrement . Respiré en grande quantité, il est toxique. Cela fait tousser.

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 lozone et les oxydes dazote a été mise en évidence dans les années 1970 par Paul Josef Crutzen, prix Nobel de chimie 1995.

Dans l'atmosphère

Article détaillé : Couche d'ozone.

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

Article détaillé : Ozone troposphérique.

Lozone est aussi très présent autour des grandes agglomérations qui en fournissent les précurseurs, notamment le dioxyde dazote NO2, par leur pollution atmosphérique. Lors des canicules, on trouve lozone en grande quantité dans les basses couches de latmosphère, surtout autour des centres urbains. Il y est principalement produit par la réaction des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes dazote des gaz déchappement des véhicules avec loxygène de lair sous linfluence de la lumière solaire. De même, les incendies de forêt en sont aussi une source importante, à partir des hydrocarbures et des oxydes dazote qu'ils libèrent. Sous le vent de ces feux, sur de longues distances, les taux d'ozone peuvent tripler et dépasser les seuils recommandés[4]. Lors de fortes températures, la dispersion de l'ozone vers les couches supérieures de latmosphère est freinée, induisant éventuellement des problèmes de santé chez les personnes fragiles. L'ozone est en outre produit avec les éclairs de l'orage ainsi que, plus généralement, à partir de toute étincelle ou arc électrique. La photocopieuse dégage de l'ozone et peut-être à l'origine de concentrations dans un local mal ventilé.

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Production industrielle

À léchelle industrielle, lozone est produit en utilisant des radiations ultraviolettes de courtes longueurs dondes émises par une lampe à vapeurs de mercure ou par le procédé de décharge à froid (décharge corona) qui utilise un champ électrique élevé. Lappareil de décharge est constitué de deux plaques de métal séparées par une couche dair 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 doxygène de la couche dair et leur recombinaison en ozone. Une couronne peut être présente mais le champ électrique est maintenu à une valeur inférieure à celle qui entraînerait lapparition dun arc électrique et dun plasma.

En laboratoire, lozone peut être produite par électrolyse en utilisant une batterie de 9 V, une cathode de graphite, une anode de platine et lacide sulfurique comme électrolyte. Les demi-réactions qui ont lieu sont :

3H2OO3 + 6H+ + 6e- ΔEo = -1,53 V
6H+ + 6e-3H2 ΔEo = 0 V
2H2OO2 + 4H+ + 4e- ΔEo = -1,23 V

Trois équivalents deau sont utilisés pour produire un équivalent dozone. Cette réaction est en compétition avec celle de formation doxygène.

Utilisation dans le traitement de l'eau

Purification de l'eau potable

Lozone présente une série davantages par rapport au chlore mais ne permet pas de détruire tous les micro-organismes présents dans l'eau (comme les parasites cryptosporidium, giardia, toxoplasmoseresponsables d'épidémies meurtrières ces dernières années). Il est cependant employé, et ce, malgré le coût souvent significatif dune installation dozonisation de leau. Ces avantages sont les suivants :

  • il ne reste pas présent dans leau ;
  • il ne provoque pas lapparition de produits organochlorés, qui peuvent être cancérigènes ;
  • il ne laisse pas de mauvais goût peu apprécié des consommateurs deau potable.


Lozone est employé dans le traitement de leau pour plusieurs fonctions :

  • oxydation du fer ;
  • amélioration de la performance de filtres à sable ;
  • amélioration de la floculation (appelée « ozofloculation ») ;
  • désinfection de leau (attention toutefois au risque de contamination par les parasites cryptosporidium) ;
  • élimination de composés organiques nocifs, en particuliers pesticides et herbicides. Pour cette application lozone est en général injecté en amont dun filtre à charbon.

L'ozone est utilisé par la ville de Nice depuis maintenant 1907 (première usine au monde purifiant l'eau par l'ozone à Bon-Voyage et après à Rimiez). Il est possible 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 beaucoup de communes et de villes à travers le monde.

Eaux usées

Lozone est utilisé dans des procédés de traitement des eaux usées, en particulier pour rendre digestible par des bactéries la DCO dite « dure », pour le traitement de la couleur, et pour la désinfection de leau en sortie de stations dépuration (traitement dit tertiaire).
Ces applications nécessitent la maîtrise de plusieurs techniques : ozonisation, mais aussi bio-réacteurs. Parfois la performance de lozone peut être améliorée en combinant lozonisation par un traitement UV à haute dose dirradiation. On parle alors de procédés doxydation avancés.

Utilisations industrielles

Importance

Lutilisation de lozone dans le traitement de leau reste actuellement lapplication industrielle prévalente. Toutefois une série dautres applications ont été développées au cours des 2 dernières décennies, essentiellement en substitution du chlore.

Motivations

Lozone est un oxydant et un désinfectant puissant. Il présente certains avantages par rapports à dautres oxydants habituellement utilisés dans lindustrie, en particulier le chlore. Le principal avantage est labsence de rémanence : lozone étant chimiquement instable, il ne reste pas de traces doxydant ou de produits dérivés sur les produits traités.

Blanchisserie

Cette application est très répandue dans les pays anglo-saxons et peu en Europe continentale. Lozone est utilisé essentiellement pour le lavage de linge blanc dans les installations commerciales.

Industrie agro-alimentaire

Lozone est employé dans lagroalimentaire pour deux applications bien distinctes :

  • lozonisation de chambres froides ;
  • le lavage de produits alimentaires à leau ozonée.
Micro-électronique

Les wafers destinés à la fabrication de circuits intégrés sont lavés avec de leau ozonée avec pour objectif lélimination 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

  1. a et b OZONE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. a, b et c Entrée du numéro CAS « 10028-15-6 » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la BGIA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 18 janvier 2009 (JavaScript nécessaire)
  3. « Ozone » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme canadien responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  4. (en) Impacts of the fall 2007 California wildfires on surface ozone: integrating local observations with global model simulations, Gabriele Pfister et al., Geophysical research letters (consulté le 23 octobre 2008)

Voir aussi

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Voir « ozone » sur le Wiktionnaire.

Articles connexes

Liens externes

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