Amincissement de la couche d'ozone.

Cette animation illustre l'évolution de la couche d'ozone du 01 septembre 1997 au 18 octobre 1997. Attention la date est inscrite de façon anglo-saxonne : du 09/01/97 au 10/18/97, les mois et les jours sont inversés. Pour relancer l'animation cliquer sur Actualiser du navigateur.

Figure 10. Évolution de la couche d'ozone du 01 septembre 1997 au 18 octobre 1997

Quelle est la vue observée ? Q elle est l'évolution au long de cette période ? Comment expliquer les mouvements observés ?

Cette animation illustre l'évolution de la couche d'ozone du 01 septembre 1995 au 08 décembre 1995. Attention la date est inscrite de façon anglo-saxonne : du 09/01/95 au 12/08/95, les mois et les jours sont inversés.

Figure 11. Évolution de la couche d'ozone du 01 septembre 1995 au 08 décembre 1995

Quelle est la vue observée ? Quelle est l'évolution au long de cette période ? Comment expliquer les mouvements observés ?

Aujourd'hui la responsabilité des émissions des composés organo-halogènes liées aux activités humaines sur les diminutions observées de la couche d'ozone stratosphérique doit être considérée comme un fait scientifique établi, résultant d'un large consensus au sein de la communauté scientifique internationale. De nombreuses incertitudes demeurent cependant sur notre compréhension quantitative des processus impliqués dans les équilibres stratosphériques. Celles-ci limitent fortement notre capacité à prévoir l'évolution future de la couche d'ozone, et ce d'autant plus qu'au fur et à mesure que nous identifions et comprenons les mécanismes mis en jeu, l'atmosphère terrestre se modifie sous l'effet permanent des perturbations anthropiques. De plus, le problème se trouve compliqué par les interactions nombreuses entre l'atmosphère, l'océan et la biosphère qui conduisent à un couplage étroit entre les différents problèmes d'environnement global identifiés aujourd'hui, à savoir :

Les principales incertitudes résultent :

Toutes ces incertitudes affectent considérablement notre capacité de prédiction concernant l'évolution future de la couche d'ozone et les conséquences potentielles sur le climat, la santé humaine et la biosphère.

Pour prédire aujourd'hui avec quelques chances de succès cette évolution future, il faudrait au minimum pouvoir quantifier de façon précise :

Malgré l'ampleur des recherches expérimentales et l'amélioration constante des modèles de simulation numérique, nous sommes encore loin du compte. Ainsi, si la relation directe de cause à effet entre le chlore d'origine anthropique et l'amincissement de la couche d'ozone antarctique est aujourd'hui démontrée, les diminutions d'ozone observées aux latitudes moyennes des deux hémisphères ne sont pas encore expliquées quantitativement.

Les processus de chimie hétérogène qui doivent aujourd'hui être pris en compte dans la chimie de la basse stratosphère, peuvent en effet contribuer de différentes façons à la destruction de la couche d'ozone. Aux diminutions d'ozone générées par la présence de chlore actif et le renforcement des cycles destructeurs des constituants hydrogènes dans la basse stratosphère, s'ajoutent celles liées au transport de masses d'air venant des régions polaires et ayant subi lors de leur passage dans les nuages stratosphériques polaires des réductions locales des concentrations d'ozone, ou une activation accrue des constituants détruisant l'ozone. S'il est donc généralement admis aujourd'hui que les diminutions à long terme de la couche d'ozone dans les régions de moyenne latitude sont directement liées à des mécanismes chimiques impliquant le chlore d'origine anthropique, l'importance relative des différents mécanismes susceptibles d'expliquer cette évolution reste difficile à quantifier précisément.

Si les CFC sont aujourd'hui définitivement supprimés, une grande incertitude demeure en ce qui concerne la date à laquelle le système stratosphérique, largement perturbé, retrouvera un équilibre qui sera probablement différent de celui des années pré-industrielles. En tout état de cause, ce retour à un équilibre de la stratosphère indépendant du contenu en chlore, ne se fera pas avant la deuxième partie du siècle prochain, au delà de l'année 2050.

La stratosphère nous réserve peut-être encore quelques surprises, que seul un effort de recherche maintenu pourra nous permettre d'identifier et de comprendre à temps. II importe en effet de souligner que dans les problèmes d'environnement, l'avancée des connaissances, par les découvertes nouvelles et la complexité croissante qu'elle implique, ne conduit pas nécessairement à une réduction des marges d'incertitude pour la prise de décision économique et politique.

C'est dans cette perspective d'un effort soutenu de recherche, que la communauté française s'investit fortement à court et moyen terme dans plusieurs projets d'envergure internationale qui couvrent l'ensemble des méthodes mises en œuvre pour comprendre et prédire le comportement de la couche d'ozone stratosphérique. Elle participe ainsi :

D'après G. Mégie, « L'ozone stratosphérique : un problème scientifique d'actualité » Janvier 1998.

Dans la stratosphère, le rayonnement solaire ultraviolet court (20 mm), très énergétique, casse différentes molécules. Les fragments se ré-associent pour former des dizaines de composés plus ou moins stables, dont l'ozone.

Ainsi, la photo-dissociation de l'oxygène O₂ libère des atomes isolés d'oxygène O qui se combinent avec d'autres molécules d'oxygène pour former des molécules d'ozone O₃.

Le bilan peut s'écrire : 3 O₂ → 2 O₃.

Les ultraviolets atteignant le sol ne sont pas assez énergétiques pour permettre directement la photo-dissociation de l'oxygène. Le dioxyde d'azote NO₂, polluant d'origine automobile, va alors prendre le relais et le bilan, très schématique, s'écrira :

NO₂ → NO + O puis O + O₂ → O₃

Cette réaction n'est possible qu'en présence d'hydrocarbure qui détourne NO de son rôle de destructeur de l'ozone et peut conduire l'été à des épisodes de pollution photochimique importants au cours desquels les concentrations d'ozone dépassent les seuils acceptables pour la santé et les écosystèmes.

L'ozone est photo dissocié : 2 O₃ → 3 O₂ sous l'action des radiations solaires UV.

Certains radicaux hydroxylés (OH), azotés (NO) ou chlorés (Cl) tendent à favoriser cette dissociation. Ces radicaux sont produits naturellement et il règne dans la stratosphère un équilibre entre le processus de formation et de destruction de l'ozone. Mais cet équilibre peut être perturbé par l'émission de certains gaz, tels que les CFC (Chlorofluorocarbone) issus des bombes aérosols et des liquides de refroidissement.

L'ozone est consommé par le monoxyde d'azote :

O₃ + NO → O₂ + NO₂

Cette réaction de destruction n'est pas photochimique, elle ne nécessite pas de rayonnement solaire. Elle est particulièrement observée en centre ville où le niveau de monoxyde d'azote est le plus élevé.

D'une façon générale, tant dans la stratosphère que dans la troposphère, les mécanismes et les constituants impliqués dans les réactions de formation et de destruction de l'ozone sont complexes et nombreux. Les équilibres chimiques qui en découlent sont très fragiles. Cette complexité ne permet pas de prévoir une évolution précise des niveaux d'ozone dans l'avenir.

Figure 14. Répartition en ppm de la quantité d'ozone dans l'atmosphère (elle conduit à délimiter la stratosphère)