LA DETECTION DE L’OZONE TROPOSPHERIQUE

La pollution à l'ozone est un problème très important l'été dans notre région à cause de la chaleur, elle est souvent à l’origine des pics de pollution. Au cours de nos travaux, nous nous sommes interrogés sur les moyens de détection de l’ozone troposphérique. Nous étudierons ainsi la formation de l’ozone, puis la bio indication de ce polluant par le tabac, ensuite nous rechercherons les effets sur les cellules de ce bio indicateur.

Formation de l’ozone

Dans la stratosphère l’ozone constitue un filtre naturel qui protège la vie sur terre d’une partie du rayonnement ultraviolet (UVB UVC) par le soleil. C’est la fameuse « couche d’ozone » .

Mais il existe un autre type d’ozone lui, nocif, dans la troposphère.

On peut montrer qu’il se forme à partir de la présence d’autres polluants et par des chaînes de réactions chimiques et grâce au rayonnement solaire : c’est pourquoi il est appelé polluant secondaire.

En atmosphère naturelle

En atmosphère naturelle l’ozone suit un cycle.

Tout d’abord une molécule d’oxygène (O₂) se combine avec un atome d’oxygène (O).Ce dernier est issu de la photolyse (phénomène de décomposition chimique par la lumière) du dioxyde d‘ azote (NO₂) entraînant la production d’une autre molécule : le monoxyde d’azote

L’ozone O₃ va réagir par la suite avec le monoxyde d’azote NO pour redonner du dioxyde d’azote NO₂ et de l’oxygène O₂

Schéma 1

En atmosphère polluée

En atmosphère polluée la présence de certains polluants empêche le recyclage de l’O3 et entraîne son accumulation.

Schéma 2

Un rayonnement solaire plus important augmente le processus de photolyse et par conséquent la production d’ozone : la pollution est importante en été notamment à Montpellier.

Nous allons étudier cette pollution et l’évaluer. Pour cela nous avons décidé d’utiliser la bio indication.

La bio indication de l’ozone

intérêts

Les plantes utilisées comme bio- indicateurs présentent de multiples intérêts. En effet elles fournissent une méthode directe d’étude des effets de la pollution sur les organismes vivants, elles nous informent sur la distribution de l’intensité des effets, elles nous donnent l’opportunité d’étudier les relations entre les concentrations et l’influence que peut avoir le polluant sur l’environnement (faune et flore). Mais il existe encore de nombreux avantages. Par exemple, leur installation est rapide, facile, peu coûteuse, avec une faible infrastructure, et leur utilisation a la capacité de sensibiliser la population. On peut constater que la pollution de l’air peut provoquer des dégâts sur certaines récoltes de tabac. Ce constat est à l’origine de l’emploi du tabac comme bio- indicateur d’ozone.

Protocole expérimental

On utilise dans cette expérience deux variétés de tabac Bel-W3 et Bel-B. L’expérience joue sur leur différence de sensibilité face à l’ozone. Bel-W3 est sensible et réagit face à l’ozone alors que Bel-B est résistante. Cette dernière variété sert donc de témoin à l’expérience afin de détecter la présence d’autres facteurs que l’ozone. L’expérience se décompose en plusieurs étapes:

- La germination.

Elle dure neuf semaines. Elle consiste à semer les graines, les laisser pousser, les transplanter, les surveiller et les arroser. Durant la neuvième semaine, les plants sont apportés aux sites d’observation et on note l’état initial. On passe alors à la deuxième étape.

- La plantation et l’observation.

Suivant la période de mesure, les plants restent dans leurs pots ou sont plantés en terre. En aucun cas, ils ne doivent être déplacés durant l’expérience.

La plantation doit se faire en lieu caché afin d’éviter tout vol ou vandalisme mais doit être facile d’accès pour les chercheurs.

Les observations sont effectuées une fois par semaine sur une durée qui varie de deux à quatre semaines, l’observateur se doit de les regrouper. Pour cela nous avons trouvé les deux types de fiches suivantes :

fiches d’observations

Nous avions prévu de réaliser cette expérience mais par manque de temps, nos plants de tabac étant trop petits nous n’avons pas pu l’achever. C’est la raison pour laquelle après avoir montré nos plants nous allons utiliser d’autres images.

différents stades de dommages foliaires

Nous pouvons présenter différentes feuilles nécrosées pour remplacer les résultats attendus

Expliquons le principe de mesure. A chaque séance, le même observateur calcule l’indice de dommages foliaires (IDF) de ses plants. Il faut que ce soit le même observateur car cette évaluation est relativement subjective. Cet indice est la moyenne des degrés de dégradation de chaque feuille par évaluation du pourcentage de nécroses sur celles-ci.

Effets cellulaires et physiologiques

Lorsque l’ozone pénètre dans le plant de tabac Bel-W3, on observe deux effets consécutifs constituant deux phases.

phase initiale

Pendant la phase initiale, il se produit une réaction de stress face à la présence de l’ozone, qui a pour conséquence une perturbation des mécanismes cellulaires. Ainsi, l’ozone détruit les membranes des cellules de l'épiderme, ce qui désorganise sa structure, et attaque les chloroplastes, ce qui gène la photosynthèse (processus par lequel la plante verte, sous l’action de la lumière, élabore des matières organiques à partir d’éléments minéraux en absorbant le gaz carbonique et l’eau et en rejetant l’oxygène).L'ozone possède une inhibition plus importante que la plupart des polluants atmosphériques sur Bel-W3 car elle est moins soluble dans l'eau et se diffuse donc mieux dans l'épiderme de la feuille que les autres polluants. C'est d'ailleurs à cela que pourrait être due la résistance de Bel-B car elle diffuse plus d'eau et pourrait donc dissoudre l'ozone. On constate aussi que Bel-W3 va augmenter sa respiration par dilatation des stomates afin de subvenir aux besoins énergétiques liés aux dommages causés par l’ozone. Ceci aboutit, au niveau physiologique, à une baisse de la croissance, une diminution de la surface foliaire et de la productivité pour les espèces cultivées. Mais l’on constate aussi une augmentation de la maturité .

seconde phase

Si la plante subit ces agressions de manière chronique, cette phase peut être suivie par une seconde phase de développement plus ou moins rapide de symptômes visibles qui sont des chloroses et nécroses dues à la mort des cellules de l'épiderme qui ne sont plus capables d’effectuer la photosynthèse et donc de se nourrir. Cependant, la structure de la feuille reste intacte. L’apparition des dégâts morphologiques est donc déterminé par des réactions de défense du métabolisme secondaire.

Conclusion

Certes l’utilisation de capteurs biologiques offre un grand nombre d’intérêts. Cependant, celle-ci présente certaines limites. Nous pouvons constater qu’ils ne sont pas utilisables en permanence à cause du climat ou du cycle de végétation, que les informations trouvées ne possèdent pas comme seul facteur la pollution de l’air et qu’ils fournissent simplement des informations relatives sur la présence ou non de pollution, c’est à dire des informations qualitatives. Par conséquent, cela nécessite la mise en place d’autres méthodes, des capteurs électroniques, qui eux, vont permettrent de préciser la valeur absolue de la concentration d’un polluant. Les méthodes biologiques ne se substituent pas aux méthodes physico-chimiques de mesures de polluants de l’air, mais elles constituent un outil de travail complémentaire. Les capteurs électroniques ayant donc une importance capitale dans la mesure de la pollution, nous présenterons rapidement, pour conclure, un capteur d’ozone par photométrie.

Fonctionnement du capteur d ozone par photométrie :

Le principe de fonctionnement de cet appareil pour détecter l’ozone est simple. Dans un premier temps la chambre située à l’intérieur contenant l’air à analyser est traversée par un rayonnement UV. Puis, les molécules d’ozone présentes absorbent alors celui-ci, la mesure de la concentration de l’ozone est alors effectuée par différence entre l’absorption UV due à l’échantillon gazeux et l’absorption UV due à un échantillon exempt d’ozone.