Surveillance de l'ozone

OZONE

L'ozone est l'un de ces polluants dont nous entendons souvent parler, mais qu'est-ce que c'est exactement ? Eh bien, l'ozone joue deux rôles très différents dans notre environnement. Élevé dans l'atmosphère, il forme une couche protectrice qui nous protège des rayons ultraviolets nocifs du soleil, presque comme un écran solaire naturel pour la Terre. Mais l'histoire est différente lorsque l'ozone est plus proche du sol. Il devient un polluant qui peut nuire à nos poumons et endommager les plantes. Un bon moyen de se souvenir du rôle de l'ozone dans la stratosphère par rapport à la troposphère est : « l'ozone est bon en hauteur et mauvais à proximité ». 

Cela rend l'ozone à la fois un bon et un mauvais polluant, selon l'endroit où il se trouve. Comprendre comment fonctionne l'ozone est vraiment important car il a un grand impact sur notre environnement et notre santé. Alors, examinons de plus près l'ozone et voyons pourquoi il est une partie si importante de notre monde. Dans cet article, nous plongerons dans tout ce que vous devez savoir sur l'ozone. Nous parlerons de sa provenance, des niveaux sûrs dans l'air qui nous entoure, et de la façon dont il affecte notre santé et l'environnement. Nous examinerons également ce qui peut être fait pour gérer les niveaux d'ozone, pourquoi il est si important de le surveiller, et comment nous pouvons en garder la trace.

Ozone (O3) est constitué de trois atomes d'oxygène. Il existe naturellement. Le gaz le plus abondant dans l'atmosphère est l'azote (78 %), suivi de l'oxygène (21 %). Le 1 % restant est un ensemble de nombreux autres gaz. Des exemples incluent le dioxyde de carbone, le néon et l'hydrogène. L'ozone est également l'un des gaz représentés par cette proportion de 1 %. Il représente environ 0,00001 % de l'ozone dans l'air ambiant. L'EPA des États-Unis a défini six critères pour les polluants atmosphériques, y compris l'ozone (O3), qui est largement surveillé par les autorités réglementaires du monde entier.

C'est un gaz bleu pâle avec une odeur âcre et irritante qui ressemble à l'eau de Javel au chlore et qui peut être détectable à des concentrations de 0,1 ppm dans l'air. Étant un puissant agent oxydant, il peut devenir instable et se décomposer de manière explosive à haute concentration. De plus, il est highly instable et donc se transforme en O2 à haute concentration.

Ozone dans l'atmosphère :

L'ozone dans l'atmosphère est un sujet qui joue un rôle crucial dans la compréhension de la santé de notre planète. L'ozone existe à la fois dans la haute atmosphère terrestre et au niveau du sol. L'ozone peut être bénéfique ou nuisible selon l'endroit où il se trouve. C'est à la fois un produit naturel et artificiel qui se trouve dans la molécule d'ozone de la haute atmosphère terrestre (la stratosphère) et de l'atmosphère inférieure (la troposphère). 

Ozone stratosphérique

• L'ozone stratosphérique est généré naturellement par l'interaction de la lumière ultraviolet (UV) solaire avec l'oxygène moléculaire (O2). La "couche d'ozone", qui s'étend de 10 à 50 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, réduit la quantité de lumière UV dangereuse qui atteint la surface. Elle agit comme notre crème solaire naturelle. 
• Elle absorbe les radiations ultraviolettes nocives du soleil, empêchant celles-ci d'atteindre la surface ou l'air. Cette couche est en train d'être appauvrie en raison de l'utilisation continue des CFC par les humains. 
• Saviez-vous que les CFC étaient autrefois couramment utilisés dans des produits comme les sprays aérosols, les mousses, les matériaux d'emballage, les solvants et les réfrigérateurs ? Cependant, ils ont été trouvés être une cause majeure de l'appauvrissement de la couche d'ozone, entraînant un grand trou d'ozone au-dessus de l'Antarctique chaque printemps. Leur production a été progressivement arrêtée en vertu du Protocole de Montréal, adopté en 1987, la plupart des pays développés achevant l'élimination à la moitié des années 1990. (Source - https://bit.ly/41j0HL9)
• Parce que les CFC sont très stables, ils peuvent rester dans l'environnement pendant très longtemps après avoir été émis (10 à 100 ans).

Ozone troposphérique ou d'un niveau au sol

• L'ozone troposphérique (O3) ou l'ozone de niveau au sol est un gaz présent dans la couche la plus basse de l'atmosphère terrestre, la troposphère, qui s'étend jusqu'à 10 kilomètres. 
• Ce que nous respirons est principalement créé par des interactions photochimiques entre deux types majeurs de polluants de l'air : les composés organiques volatils (COV) et les oxydes d'azote (NOx). Ces réactions dépendent traditionnellement de la chaleur et de la lumière du soleil, entraînant des concentrations plus élevées d'ozone ambiant pendant la journée.
• Lorsque l'ozone est piégé à l'intérieur, il peut irriter le système respiratoire, notamment chez les personnes asthmatiques, et peut même nuire aux plantes. Sans air frais de l'extérieur, les niveaux d'ozone à l'intérieur tombent naturellement à presque zéro, créant des conditions idéales pour la croissance de moisissures, de bactéries et de virus. Pour maintenir une bonne qualité de l'air et prévenir ces problèmes, il est important de garder les niveaux d'ozone intérieur dans une plage sûre, car une mauvaise qualité de l'air peut entraîner des problèmes de santé et de l'inconfort.

Saviez-vous cela ? L'ozone a une demi-vie d'environ quelques heures à plusieurs heures à l'intérieur, selon la ventilation et les interactions de surface. C'est un gaz toxique, et les émissions d'ozone élevées provenant des photocopieurs constituent une préoccupation reconnue pour la qualité de l'air intérieur, particulièrement pour ceux qui travaillent à proximité des machines.

L'ozone au niveau du sol se forme dans l'atmosphère à partir des gaz émis par les pots d'échappement, les cheminées, les industries et d'autres sources de pollution. Lorsque ces gaz entrent en contact avec la lumière du soleil, ils réagissent, produisant de la pollution par l'ozone. 

Source ambiante : Beaucoup de gens pensent que des niveaux élevés d'ozone ne se produisent que dans les grandes villes, mais ce n'est pas vrai. L'ozone peut se former n'importe où, y compris dans des villes plus petites. Ce n'est pas non plus un problème local ; l'ozone et ses contributeurs, les COV (composés organiques volatils) et les NOx (oxydes d'azote), peuvent parcourir des centaines de miles, affectant la qualité de l'air dans les zones urbaines et rurales. Les niveaux d'ozone sont généralement les plus élevés l'après-midi lorsque la lumière du soleil est la plus forte. Cependant, les zones situées sous le vent des sources de pollution peuvent connaître des pics d'ozone plus tard dans la journée ou même la nuit alors que les vents l'emportent loin de l'endroit où il a été créé. Cela signifie que des niveaux élevés d'ozone peuvent se produire dans des zones éloignées et à différents moments de la journée. 

Vous avez peut-être remarqué que les avertissements de "jour d'action pour l'ozone" déconseillent souvent des activités comme tondre votre pelouse ou conduire votre voiture. Cela est dû au fait que les gaz d'échappement des tondeuses à gazon et les vapeurs d'essence libèrent des NOx et des COV, des gaz qui se combinent avec la chaleur et la lumière du soleil pour former de l'ozone.

De plus, cela a également des sources intérieures. Celles-ci incluent : 

1. Photocopieurs : Les émissions d'ozone provenant des photocopieurs ont été découvertes comme une pollution de l'air intérieur dangereuse pour les travailleurs et les clients qui se trouvent très près de la machine pendant son fonctionnement. Un photocopieur à papier ordinaire produit une image en réfléchissant la lumière de l'objet original sur un tambour ou une courroie électriquement chargée. Pendant ce processus, des polluants tels que l'ozone, les hydrocarbures, les COV et la poussière sont émis, posant un risque environnemental. La photocopie libère le principal polluant, l'ozone (O3), une forme instable d'oxygène. 
2. Certains systèmes de purification de l'air peuvent produire de l'O3, ce qui peut nuire à la santé d'une personne. Quelques purificateurs d'air émettent intentionnellement de grands niveaux d'O3, la principale cause du smog.
3. Lampes ou lumières UV : La lumière UV allant de 160 à 240 nm peut diviser les molécules d'O2 en deux atomes, ce qui entraîne la formation d'O3. Elles se lient ensuite à d'autres molécules d'O2. Et cela produit de l'ozone (O3).
4. Appareils électriques domestiques : De nombreux équipements domestiques, y compris les réfrigérateurs, les climatiseurs, les laveurs de légumes et les steamer faciaux, comprennent des producteurs d'ozone intégrés, communément appelés ioniseurs.
5. Désinfectants : L'ozone a un pouvoir oxydant élevé. Par conséquent, il est utilisé dans divers agents stérilisants et désinfectants que l'on trouve couramment dans les hôpitaux. Cependant, ces désinfectants génèrent du gaz ozone, qui, s'il est piégé, peut être nocif.

De fortes concentrations d'ozone se trouvent sous le vent des sources de NOx et de COV dans les zones urbaines, car les polluants mettent un certain temps à réagir avec la lumière du soleil. La concentration maximale se produit généralement pendant les heures de l'après-midi lorsqu'il y a plus de lumière du soleil. Cependant, des pics l'après-midi et le soir sont observés dans les zones sous le vent des principales sources, car ses précurseurs sont transportés sur de longues distances par le vent. Ainsi, dans les zones éloignées, des niveaux élevés d'ozone peuvent se produire à divers moments de la journée, y compris tôt le soir ou la nuit.

Plusieurs pays ont établi des réglementations pour limiter la quantité d'ozone troposphérique dans l'air libre. Ces lois établissent des restrictions reflétées dans l'Indice de Qualité de l'Air (IQA), qui inclut l'ozone total, l'ozone modéré et d'autres contaminants. Les seuils varient en fonction de l'emplacement géographique, de la saison et de l'heure de la journée.

Les concentrations de rupture décrivant la qualité de l'air en fonction des concentrations d'ozone au sol pour différents pays sont ici. En Inde, les niveaux quotidiens d'O3 allant jusqu'à 100 µg/m3 sont considérés comme satisfaisants.

Tableau : Seuils de l'Ozone (µg/m3)

La loi sur l'air pur régit la plupart des réglementations sur l'ozone troposphérique aux États-Unis. L'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (EPA) établit des directives nationales sur la qualité de l'air en matière d'ozone pour protéger la santé publique et l'environnement. 

L'Union européenne réglemente l'ozone dans l'air ambiant en vertu de la Directive 2002/3/CE du Parlement européen et du Conseil. Assurer une bonne protection contre les risques sanitaires liés à l'exposition à l'ozone est essentiel. Les effets négatifs de l'ozone sur la flore, les écosystèmes et l'environnement devraient être minimisés autant que possible. La nature transfrontalière de la pollution de l'ozone nécessite une action communautaire.

À l'échelle mondiale, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) recommande des niveaux maximaux de concentration d'ozone au sol. Le rapport de l'OMS de 2021 indique qu'elle recommande un niveau maximal d'ozone de 100 µg/m3 basé sur des temps de moyenne de 8 heures, ou l'équivalent d'environ 47 parties par milliard (ppb).

Impact sur la santé

Quiconque passe du temps dehors dans des zones avec des niveaux élevés de pollution par l'ozone peut être en danger. L'exposition à l'ozone peut avoir divers effets sur votre santé. Par exemple, les dangers augmentent si les niveaux d'ozone augmentent, si vous respirez plus rapidement lorsque vous travaillez ou faites de l'exercice à l'extérieur, ou si vous passez plus de temps à l'extérieur.

Lors d'une exposition à l'O3, cela peut provoquer un large éventail de maladies et d'inconforts. L'ozone à des concentrations élevées peut irriter la peau et provoquer des dommages cellulaires. L'ozone peut avoir une variété de conséquences sur la santé du corps humain.

L'ozone peut irriter les yeux, le nez et la gorge et aggraver l'asthme et d'autres maladies pulmonaires, y compris la bronchite, les maladies cardiaques, la capacité pulmonaire réduite, etc. L'ozone peut irriter le système respiratoire, provoquant de la toux et une sensation désagréable dans la poitrine. Cependant, l'ozone peut continuer à nuire à vos poumons si les niveaux restent élevés après la disparition des symptômes.

Les individus souffrant déjà de maladies cardiaques ou pulmonaires lorsqu'ils sont exposés à des niveaux élevés d'ozone peuvent augmenter leur risque de décès prématuré. Les enfants, en particulier ceux qui passent beaucoup de temps à l'extérieur, sont particulièrement à risque sous des concentrations élevées d'ozone.

Étiez-vous au courant de cela ? L'Association Américaine du Poumon a révélé que 131 millions de personnes, soit plus d'un tiers des États-Unis, sont exposées à une pollution par l'ozone et les particules malsaines. Suite à des normes fédérales plus strictes concernant la pollution par les particules, ce chiffre total représente une augmentation de 11,7 millions par rapport à l'année précédente.

Impact environnemental 

L'exposition à l'ozone diminue la productivité des plantes en endommageant les cellules et en détruisant les tissus foliaires. En conséquence, l'ozone épuise la capacité de photosynthèse des plantes et de production de nourriture. Cela réduit également les rendements des cultures et du bois, entraînant des millions de dollars de pertes économiques.  Étiez-vous au courant de cela ? Une étude a trouvé une diminution des rendements de 2 % à 14 % pour le maïs, le blé et le soja à l'échelle mondiale attribuable à la pollution par l'ozone au niveau du sol. 

La photolyse de l'ozone par la lumière UV entraîne la suppression des hydrocarbures de l'air. Cependant, elle forme également des composants de brouillard (c'est-à-dire, le brouillard ou la brume intensifiés par la fumée ou d'autres polluants de l'air), tels que les nitrates de peroxyacétyle (PAN), qui peuvent être de puissants irritants oculaires. Les rayons UV ont un impact significatif sur le plancton. Ceux-ci sont plus haut dans la chaîne alimentaire aquatique. La destruction du plancton affecte tous les organismes de la chaîne alimentaire.

La première étape est le suivi de l'O3 pour identifier les zones avec des niveaux élevés d'O3 ou des zones où la qualité de l'air ne respecte pas les normes nationales de l'O3. En plus de cela, les mesures correctives suivantes peuvent être prises :

• Des mesures plus strictes mises en œuvre à l'échelle nationale en vertu de la loi fédérale sur l'air pur ont contribué à réduire les polluants qui entraînent la formation d'ozone. Les centrales électriques, les sites industriels et les véhicules sur la route sont plus propres qu'auparavant, ce qui entraîne une amélioration nationale de la qualité de l'air. 
• Les individus peuvent prendre des mesures pour se protéger les jours où les niveaux de polluants de l'air sont malsains et demander aux décideurs à tous les niveaux du gouvernement de continuer à exiger le nettoyage de la pollution de l'air. 
• Faites une promenade, utilisez des vélos, les transports en commun ou faites du covoiturage chaque fois que cela est possible.
• Faites le plein de votre véhicule après la tombée de la nuit et évitez de faire déborder votre réservoir.
• Évitez de laisser votre véhicule au ralenti pendant longtemps. 
• Promouvez les carburants alternatifs et améliorez les carburants de qualité avec des taux d'émission élevés. 
• Entretenez/pannez périodiquement vos véhicules pour améliorer leur performance et réduire les émissions. 
• Évitez l'utilisation inutile de peintures ou d'autres produits qui libèrent des solvants.
• Évitez également l'activité physique à l'extérieur lorsque les niveaux de pollution sont élevés, surtout par journées chaudes. Restez à l'intérieur jusqu'à ce qu'il fasse plus frais à l'extérieur et que l'air soit frais.

Différentes principes de fonctionnement pour la surveillance de l'ozone dans l'environnement ambiant sont la photométrie U.V., la chimiluminescence de phase gazeuse, les semi-conducteurs et l'électrochimie.

Photométrie U.V.: L'échantillon d'air prélevé par le moniteur d'ozone est divisé en deux parties. À partir d'une partie de l'échantillon, O3 est retiré de l'air à l'aide d'un dépurateur pour fournir une intensité de référence nulle. L'échantillon d'air dans le moniteur O3 fonctionnant sur le principe de la photométrie U.V. est exposé à la lumière ultraviolette (UV) à une longueur d'onde de 254 nm, où l'ozone présent dans l'échantillon d'air absorbe la lumière UV en proportion de sa concentration. L'absorption est mesurée à l'aide d'un détecteur UV, et la concentration d'ozone est calculée par rapport à l'échantillon sans ozone. C'est la méthode conventionnelle la plus largement utilisée pour mesurer les concentrations d'O3. 

[Source: https://slideplayer.com/slide/14795597/]

Chimiluminescence de phase gazeuse: C'est une ancienne méthode de surveillance de l'ozone. Ici, l'air ambiant et l'éthylène sont directement envoyés ensemble dans une zone de mélange du moniteur O3, où l'ozone dans l'air réagit avec l'éthylène. Comme cette réaction est photolytique, elle émet de la lumière proportionnelle à la concentration d'O3 dans l'échantillon d'air, qui est détectée par un tube photomultiplicateur. Le photocourant mesuré est amplifié et converti en valeurs de concentration d'O3.

Semi-conducteur - Lorsqu'un moniteur O3 basé sur un semi-conducteur en oxyde métallique est exposé à un échantillon d'air, les molécules d'ozone réagissent sur la surface en oxyde métallique du capteur et se dissocient en ions chargés qui modifient la résistance du film. Cette interaction est mesurée comme un signal et est convertie en la concentration de gaz respective. Cependant, la consommation d'énergie de tels moniteurs d'ozone est supérieure à celle des autres moniteurs O3.

Électrochimique- Les moniteurs d'ozone fonctionnant sur le principe électrochimique sont opérationnels sur la base de la diffusion du gaz ozone dans le capteur, produisant un signal électrique proportionnel à la concentration d'O3. Il permet une mesure précise même des faibles concentrations d'ozone de surface, essentiel dans la surveillance de l'O3 dans l'air ambiant. 

[Source: https://docs.smartcitizen.me/Components/sensors/Electrochemical%20Sensors/]

Oizom fournit une gamme de modules de capteurs d'ozone (O3) pour surveiller les niveaux variables d'O3 en fonction de vos besoins. Nos capteurs mesurent avec précision l'O3 dans des conditions ambiantes, détectant des concentrations en ppb/ppm. Ce capteur surveille l'ozone en temps réel. Ce capteur est intégré dans un boîtier métallique et des électroniques de support à ultra-faible bruit, le rendant compact et fiable. Cela permet une détection précise des gaz même à des concentrations très faibles dans l'atmosphère. Ce capteur fonctionne sur le principe de fonctionnement électrochimique pour mesurer la qualité de l'air environnemental.

Ce capteur subit une calibration utilisant des gaz et des outils standards pour garantir une haute sensibilité et précision. Chaque capteur de gaz est calibré avec des vérifications de zéro et d'étendue dans un laboratoire contrôlé, conformément à la section 12.2 du Manuel d'Assurance Qualité de l'USEPA pour les Systèmes de Mesure de la Pollution de l'Air Volume II. La calibration est effectuée en utilisant des standards de gaz traçables NIST pour des performances fiables.

Ce module de capteur O3 est utilisé dans les systèmes Polludrone et AQBot d'Oizom. Il est parfait pour des applications telles que les initiatives de villes intelligentes, les campus intelligents, la surveillance aéroportuaire, la surveillance en bord de route, les projets de recherche et les évaluations de l'impact environnemental. En utilisant ce module de capteur, les utilisateurs peuvent s'assurer qu'ils reçoivent des données précises et en temps réel sur les niveaux d'O3, aidant ainsi à surveiller et gérer efficacement la qualité de l'air dans divers environnements.

1. Compact : Nos capteurs sont petits et faciles à installer, parfaits pour une utilisation dans n'importe quel espace, ce qui les rend idéaux pour la surveillance portable de la qualité de l'air. Les capteurs O3 sont pré-calibrés et peuvent être rapidement remplacés en quelques minutes en retirant l'ancien capteur et en le remplaçant par un nouveau. 
2. Durable : Le capteur O3 a une longue durée de vie de presque deux ans.
3. Efficace énergétiquement : Il n'est pas nécessaire de se soucier de la consommation d'énergie car nos capteurs sont précis et écoénergétiques. Alimenté par seulement 3,3 à 5V pour un fonctionnement efficace et fiable !
4. Technologie de capteur interne : Oizom applique des algorithmes avancés de traitement des données pour compenser les effets de la température et de l'humidité sur les sorties du capteur. L'algorithme est conçu pour se mettre à jour automatiquement en fonction des conditions météorologiques et des changements saisonniers, supprimant son influence sur la performance du capteur. Les algorithmes avancés compensent également l'effet du gaz croisé sensible.
5. Électronique à ultra-basse consommation : Le design du module capteur est crucial pour des mesures précises. Chaque capteur est logé dans un boîtier métallique avec une électronique à ultra-basse consommation et un PCB de base. Le boîtier métallique protège le capteur et l'électronique des interférences électromagnétiques, empêchant les lectures fausses.
6. Conforme RoHS : Nos capteurs respectent les critères RoHS pour la restriction des substances dangereuses dans les dispositifs électriques et électroniques.

• L'ozone au niveau du sol est l'un des polluants atmosphériques critiques produits indirectement à partir de diverses sources communes, telles que les émissions des véhicules et la production d'énergie, entraînant une mauvaise qualité de l'air dans les zones urbaines et rurales.
• L'O3, en plus d'affecter la santé humaine et l'environnement, joue un rôle majeur dans la formation de brouillard, ce qui nuit à la santé et à l'environnement. 
• Des niveaux élevés d'O3 nuisent aux tissus pulmonaires, et une exposition continue peut affecter le système respiratoire longtemps après que les symptômes aient disparu. Des niveaux d'ozone élevés inhibent la croissance des plantes, entraînant une diminution de la productivité agricole.  
• La surveillance de l'O3 est un moyen efficace de détecter l'accumulation de niveaux élevés d'O3 auxquels nous sommes exposés et nous alerte lorsqu'un certain niveau est dépassé. 
• La surveillance en temps réel des niveaux d'O3 aide à calculer l'indice de qualité de l'air pour fournir des conseils de santé et formuler un plan d'action pour respecter les normes.  
• Sensibiliser aux effets de l'ozone et d'autres polluants atmosphériques est une étape cruciale pour atteindre des résultats environnementaux favorables.[Citation nécessaire : le nom et la source de l'étude de surveillance scolaire référencée doivent être vérifiés avant la publication de cette statistique.]