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Sophie Godin-Beekmann. Directrice de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)

Les changements climatiques peuvent soit retarder, soit accélérer la reconstitution de la couche d’ozone

11 février 2021 à 10 h 20 min

Le trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique, considéré comme l’un des plus grands, s’est refermé fin décembre. Sophie Godin-Beekmann, directrice de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) revient sur le phénomène qui ne cesse de surprendre.

– L’un des plus grands et plus durables trous dans la couche d’ozone, au-dessus de l’Antarctique, s’est refermé en décembre, selon les observations de l’Organisation météorologique mondiale des Nations unies. Un commentaire ?

La problématique du trou d’ozone dure depuis de nombreuses années maintenant. Vers la fin des années 70 et début des années 80, nous avons constaté l’apparition d’un trou dans la couche d’ozone qui est lié à l’émission de gaz dangereux pour elle par les activités humaines et l’industrie chimique. Cela a donné lieu à une intense recherche scientifique.

Les résultats ont alors mis en évidence la responsabilité des ces gaz sur la destruction de l’ozone en Antarctique, aussi en Arctique et plus globalement dans les moyennes latitudes et aux tropiques. Né alors le protocole de Montréal. A la suite de ce dernier, qui a pour objectif de réglementer l’utilisation des gaz qui sont dangereux pour la couche d’ozone, il y a eu plusieurs amendements. Aujourd’hui, nous sommes dans une phase ou la concentration de ces gaz dans l’atmosphère et la stratosphère en particulier, a fini d’augmenter à la fin des années 90’.

Et donc, depuis les années 2000, on assiste à une très lente réduction de la concentration de ces gaz dans la stratosphère. Ca veut dire que pour l’instant, on est un peu dans une phase de transition ou on attend que les effets du protocole de Montréal soient vraiment visibles sur la couche d’ozone. Mais les choses sont relativement lentes compte tenu de la très longue durée de vie de ces gaz qui sont dangereux pour l’ozone dans l’atmosphère. On est donc plus sensibles à des effets climatiques parce que le trou d’ozone à une variabilité importante d’une année sur l’autre.

– Quelle est la relation entre le vortex et le trou d’ozone ?

Le trou d’ozone est inclus dans une structure dynamique atmosphérique qui s’appelle le vortex polaire. Et suivant l’évolution de ce dernier, le trou d’ozone va durer plus au moins longtemps.

Il se trouve que cette année, le vortex polaire était très stable et a pu durer jusqu’à fin décembre. Cette situation n’est donc pas liée au fait qu’il y a eu plus de gaz dangereux pour l’ozone qui ont été émis, mais c’est plutôt lié à la variabilité d’une année sur l’autre et des conditions météorologiques dans la stratosphère.

De plus, il y a eu, cette année, beaucoup moins de processus dynamiques qui déplacent le vortex polaire vers les moyennes latitudes qui le réchauffent et qui à la fin finissent par le rompre. Ces processus étaient très faibles et donc on a assisté à un trou d’ozone et un vortex polaire qui a duré jusqu’à la fin décembre.

– Cela est-il attribuable aux changements climatiques ?

On peut effectivement se poser la question sur l’un impact du changement climatique sur l’évolution de la stratosphère. Il faut savoir que le changement climatique réchauffe la troposphère. D’ailleurs, on peut le constater avec la température qui augmente un peu partout dans le monde, j’imagine en Algérie aussi. Par contre, dans la stratosphère, l’effet est un peu inverse.

Ça a plutôt tendance à la refroidir pour des raisons physiques liées au dioxyde de carbone et ses particularités microscopiques et aux conditions de températures dans cette dernière.

En tant que scientifiques, nous sommes en pleine réflexion et recherche pour savoir si un événement un peu extrême comme celui que l’on a observé en cette fin d’année 2020 est attribuable aux changements climatiques ou pas. Pour l’heure, on en n’est pas encore la !

– Comment expliquer cette fermeture en dépit de la présence de substances détruisant l’ozone dans l’atmosphère ?

Pour bien répondre à cette question, il est essentiel de revenir à l’explication du trou d’ozone. Ce dernier se forme car il y a ce vortex polaire qui existe dans la stratosphère. Il est présent au pôle Nord et au pôle Sud. Il s’agit d’une structure dynamique à cyclone qui se forme au-dessus des régions polaires et qui empêche le mélange des masses d’air polaires avec des masses d’air avoisinantes.

C’est un phénomène naturel. En Antarctique, il s’avère que cette structure dynamique est très stable, car dans l’hémisphère Sud, les continents ne remontent pas très haut en latitude par rapport à l’hémisphère Nord. Ainsi, les processus dynamiques qui pourraient perturber ce vortex sont très faibles par rapport à l’hémisphère Nord. Je rappelle aussi que le vortex se forme tous les ans à peu près au mois de mai et se rompe vers les mois d’octobre, novembre ou décembre.

C’est très variable d’une année à l’autre. Ce qui se passe donc en Antarctique est que, étant donné que l’air à l’intérieur de ce vortex va se refroidir car le soleil disparaît à l’horizon dans les régions polaires, il y a formation de nuages, qu’on appelle nuages stratosphériques polaires, qui vont activer les composés qui détruisent l’ozone.

– Ce sont donc ces composés qui détruisent l’ozone ?

En fait, ces composés en eux-mêmes ne détruisent pas l’ozone. Simplement, ils donnent lieu, lorsqu’ils arrivent dans la stratosphère, à des composés chlorés et bromés, qu’on appelle composés inorganiques, qui eux vont détruire l’ozone. Il se trouve que dans les régions polaires, il y a, en plus, une activation de ces composés inorganiques.

Celle-ci est liée à la formation de ces nuages stratosphériques polaires. C’est-à-dire : il y a un certain nombre d’espèces qui sont issus de ces composés. Certaines sont inactives pour l’ozone et d’autres sont actives. Et dans toute la stratosphère, il y a, normalement, une majorité d’espèces qui sont relativement inactives.

Elles jouent certes un rôle, mais ce n’est pas aussi rapide que dans le cas de la stratosphère polaire. Et dans le cas de cette dernière, toutes les espèces dans certaines régions d’altitude en Antarctique, sont activées. C’est-à-dire que ce n’est plus une seule espèce qui représente les composés chlorés dans la stratosphère. Et lorsque le soleil revient à l’horizon, il y a une destruction très rapide de l’ozone qui se produit au cours du mois de septembre.

Suite à cela, il y a formation du trou qui reste ensuite relativement stable. Mais dès que le vortex commence à se mélanger et à se rompre, le trou d’ozone va se diluer sur tout l’hémisphère Sud. D’où le fait que le trou d’ozone soit devenu un phénomène un peu saisonnier. Il se forme tous les ans avec le vortex et se rompe avec le lui également.

– En mars 2020, des chercheurs du Centre aérospatial allemand (DLR) observaient un trou particulièrement important dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique. Puis, en avril, les images du programme européen de surveillance de la Terre Copernicus montrent que celui-ci s’est refermé. Cette nouvelle fermeture n’est-elle donc pas si réjouissante ?

 Le phénomène du trou d’ozone en Antarctique est saisonnier. On s’attend à ce qu’il disparaisse progressivement vers 2060 à peu près. Si ça prend autant de temps, c’est car il faut attendre qu’il y ait cette lente réduction. Il faut savoir que vers 2040, on sera revenu vers des niveaux de chlore qui préexistaient avant l’apparition du trou d’ozone.

Concernant l’hémisphère Nord, tous les satellites qui mesurent l’ozone ont pu voir qu’il y avait des conditions très spécifiques. Il faut dire que 2020 a été une année un peu atypique. On a eu à la fois une destruction record d’ozone. Elle-même la plus importante qu’on ait jamais observée en Arctique. Et en Antarctique, il y a eu ce trou d’ozone qui a duré très longtemps. On commence donc à se poser la question et voir si cela est lié aux changements climatiques.

Ce se qui s’est passé donc en Arctique est un peu similaire à la situation en Antarctique. C’est-à-dire qu’on a eu un vortex polaire qui a duré très longtemps, ce qui est très inhabituel en Arctique, car dans l’hémisphère Nord, il est beaucoup moins stable, beaucoup plus chaud et se déplace plus vers les moyennes latitudes.

Il y a aussi beaucoup moins ces nuages, qui activent les composés chlorés, qui se forment. Et donc, en général, la destruction de l’ozone est relativement limitée. Dans le sens où on commence à voir un petit début de destruction d’ozone en janvier qui peut s’arrêter en février ou en mars.

L’année 2020 était donc une année record, car on a observé des conditions qui ont permis d’arriver à des valeurs d’ozone extrêmement faibles dans une couche située vers 18- 20 km d’altitude a peu près. Cette année par contre, ça ne sera pas le cas, car on a déjà observé un réchauffement du vortex polaire.

– Pensez-vous que l’injection de soufre dans l’atmosphère peut être considérée comme solution afin de diminuer l’impact du réchauffement climatique ?

 C’est ce qu’on appelle la géo-ingénierie. L’objectif est de injecter des particules de soufre dans la stratosphère de façon à refroidir la surface. C’est ce qu’on appelle l’effet parasol qui réfléchirait l’énergie solaire qui arrive au niveau de la stratosphère ce qui permettrait d’atténuer le réchauffement en surface. Mais il faut souligner que la géo-ingénierie reste un processus très controversé car ça fait un peu « apprenti sorcier », car on ne maîtrise pas du tout les phénomènes climatiques.

Cela risque donc d’avoir un impact, non seulement sur les précipitations et les phénomènes de mousson, ce qui perturbera les schémas climatiques qui sont bien connus de tout le monde, mais ralentira aussi la reconstitution de la couche d’ozone. En fait, ce qu’on a observé est qu’il y a un grand volcan qui est entré en éruption en 1991 et qui a injecté beaucoup d’aérosols dans la stratosphère. Et à ce moment là, on a vu qu’il y a eu une augmentation très importante de la destruction de l’ozone.

La raison derrière cela est que si on met beaucoup de particules dans la stratosphère, il y a des réactions qui se produisent à la surface des particules de ces nuages qui vont activer les composés chlorés et donc activer les cycles de destruction d’ozone liés à ces composés. Peut-être que d’ici 50 ans, ça n’aurait plus d’effet sur l’ozone.

Mais si on fait ça maintenant, ou la décroissance de la concentration de ces composés est très lente dans l’atmosphère, on aura une destruction accrue d’ozone.

– Peut-on espérer une reconstitution plus rapide de la couche d’ozone ?   

C’est justement cela que nous sommes en train d’étudier. En fait, le changement climatique a une influence sur la stratosphère. A la fois, il y a un refroidissement lent qui peut se produire mais il peut y avoir aussi des processus dynamiques qui sont accélérés et qui peuvent donc accentuer la reconstitution de la couche d’ozone. C’est pour cette raison qu’on ne sait pas encore vraiment bien s’il y aura accélération ou retard dans la reconstitution.

Bio express

Sophie Godin-Beekmann est directrice de recherche au CNRS. Physicienne de formation, elle s’est spécialisée dans la mise au point d’instruments lidar pour la mesure de paramètres atmosphériques.

Son activité de recherche concerne l’impact des activités humaines sur la couche d’ozone stratosphérique et les interactions croisées entre la destruction d’ozone et le changement climatique. Elle a également participé à des travaux interdisciplinaires concernant notamment les effets du rayonnement ultraviolet sur la santé et l’adaptation au changement climatique.

Membre du Scientific Advisory Group pour l’ozone de l’Organisation météorologique mondiale et de l’Advisory Committee for the Vienna Convention Trust Fund, elle a participé en tant que co-auteure ou auteure principale aux différents rapports internationaux d’évaluation de l’état de la couche d’ozone, dont le plus récent est paru en 2018.

Elle est présidente de la Commission internationale sur l’ozone depuis 2016 et a été élue membre honoraire de l’Union internationale de géodésie et géophysique en 2015. Elle a également dirigé l’Observatoire de Versailles Saint-Quentin en Yvelines de 2012 à 2017.


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