Antarctique:une combinaison complexe de processus conduit au "trou" d'ozone

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Les chlorofluuorocarbures

sont à l’origine de la destruction de la couche d’ozone. Très stables, leur durée de vie dans l’atmosphère est longue, ce qui leur laisse le temps de se répartir dans toute l’atmosphère et même dans la stratosphère située au-dessus de l’Antarctique, bien loin des lieux d’émissions des régions industrielles. Le contenu en chlore a ainsi été multiplié par 6 depuis la période préindustrielle. Mais une augmentation de la quantité de CFC ne suffit pas à expliquer l’impressionnante destruction de l’ozone au-dessus de l’Antarctiquë — heureusement, d’ailleurs, sinon la couche d’ozone serait réduite sur l’ensemble de la planète.

Les molécules de chlorofluorocarbures n’attaquent pas directement l’ozone. Sous l’action du rayonnement, un certain nombre d’entre elles se rompent et produisent des atomes de chlore qui sont en revanche très actifs. Ces atomes servent en effet de catalyseurs à la réaction de destruction de la molécule d’ozone; même s’ils entrent dans la réaction, qui se produit beaucoup moins facilement en leur absence, on les retrouve intacts en fin de compte. Ainsi, un même atome de chlore peut provoquer la destruction de nombreuses molécules d’ozone. Heureusement, le chlore sous forme active reste en proportion très faible dans la stratosphère, sauf au début du printemps dans les régions polaires au- dessus de l’Antarctique.

En effet, pendant la nuit polaire, la stratosphère au-dessus de l’Antarctique atteint des températures très basses, le plus souvent inférieures à -80 °C. Ce froid résulte non seulement de l’absence d’ensoleillement mais également d’un régime particulier de la circulation: un grand tourbillon tournant d’ouest en est, le vortex polaire, se développe au- dessus de l’Antarctique et isole ces latitudes des régions tempérées, plus chaudes. Des températures aussi basses permettent l’apparition des nuages nacrés, dits nuages stratosphériques polaires, formés par condensation du peu de vapeur d’eau disponible à des altitudes atteignant 10 à 20 km. Ces nuages sont la clé de l’intensification du processus de destruction de l’ozone.

Au sein de ces nuages, de nombreux composés chlorés ou azotés se dissolvent dans les cristaux de glace et sont entraînés avec eux hors de la stratosphère. Reste sur place une bien plus grande proportion de chlore actif permettant la destruction massive observée au début du printemps austral à ces latitudes. Le mécanisme est interrompu par le retour d’un ensoleillement plus fort et la désintégration du tourbillon polaire. L’air se réchauffe et les nuages disparaissent.

Circulation, rayonnement, nuages et pollution atmosphérique se combinent ainsi pour aboutir à cette forte diminution de l’ozone. A ces conditions s’en ajoute une autre néanmoins: il faut, semble-t-il, que la quantité de chlore dépasse un certain seuil critique pour que le processus se déclenche, ce qui s’est produit à partir de 1979 lorsque la concentration de chlore a dépassé le seuil des 2 parties par milliard.

au début du printemps austral semble provenir de la conjonction de deux phénomènes: d’une part, la forte augmentation du contenu en chlore de la stratosphère qui résulte de l’utilisation massive des chlorofluorocarbures et, d’autre part, la persistance de très basses températures qui permettent la formation de nuages stratosphériques polaires au sein desquels se produisent des réactions chimiques particulières qui favorisent le rôle catalytique des atomes de chlore dans les réactions de destruction de l’ozone .

Et au-dessus du pôle Nord?

La situation s’avère moins critique au-dessus de l’Arctique. Aucune diminution récurrente n’a été observée. Dans ces régions, le thermomètre descend rarement au-dessous de – 80 °C dans la stratosphère, car la présence des continents provoque des incursions d’air plus chaud en provenance des latitudes tempérées qui maintiennent en moyenne des températures hivernales plus élevées de 20 °C que dans l’hémisphère sud. Néanmoins des nuages stratosphériques parviennent à se former localement. Beaucoup moins au début du printemps austral semble provenir de la conjonction de deux phénomènes: d’une part, la forte augmentation du contenu en chlore de la stratosphère qui résulte de l’utilisation massive des chlorofluorocarbures et, d’autre part, la persistance de très basses températures qui permettent la formation de nuages stratosphériques polaires au sein desquels se produisent des réactions chimiques particulières qui favorisent le rôle catalytique des atomes de chlore dans les réactions de destruction de l’ ozone .

fréquents et moins étendus, ils créent cependant des conditions propices à une altération de la couche d’ozone. Plusieurs campagnes de mesure, menées par la communauté internationale au cours des années 1990, ont mis en évidence des épisodes de destruction de l’ozone en hiver au-dessus de l’Arctique, d’amplitude et d’extension cependant plus faibles qu’au-dessus de PAntarctique. Néanmoins, il est possible que la concentration croissante de chlore soit capable, à terme, de déclencher un processus de destruction significative de l’ozone au-dessus de l’Arctique.

Les mesures récentes semblent confirmer une telle éventualité : au cours des hivers particulièrement froids de 1994-1995 et 1995-1996, des destructions d’ozone de 30% ont été mesurées sur une région aussi large que dans l’hémisphère sud. Accident météorologique ou premiers signes de l’extension du phénomène de destruction polaire à l’Arctique, les spécialistes ne peuvent pas encore se prononcer.

Quel avenir pour l’ozone?

La découverte du «trou» d’ozone au-dessus de ¡’Antarctique a beaucoup sensibilisé l’opinion publique et les pouvoirs politiques au problème de la pollution par les chlorofluorocarbures. Elle a conduit à la signature du protocole de Montréal en 1987 visant à réglementer leur production et leur utilisation. Vers l’an 2000, ce protocole devrait permettre de diminuer de moitié la production de CFC par rapport à 1986.

Ce contrôle des émissions devrait à terme limiter les dégâts dus aux CFC mais, en attendant, les quantités déjà émises subsisteront dans l’atmosphère pendant des décennies et continueront à attaquer l’ozone. Le retour au niveau de concentration qui existait avant l’apparition du phénomène de destruction polaire de l’ozone ne sera pas atteint avant les années 2040-2050, du fait de la très longue durée de vie des chlorofluorocarbures. Mais si l’ozone stratosphérique diminue, l’ozone contenu dans la basse atmosphère tend en revanche à augmenter.

L’ozone troposphérique

Si l’ozone en général nous protège des UV-B, l’ozone troposphérique représente un danger. En trop grande quantité, l’ozone provoque des gênes respiratoires et endommage les végétaux de façon irréversible. Or, certains jours, la production d’ozone dans la basse atmosphère peut atteindre des seuils critiques dans des grandes agglomérations comme Los Angeles ou Mexico, avec des taux jusqu’à dix fois supérieurs à l’ordinaire. A l’échelle globale, la quantité d’ozone troposphérique a déjà doublé depuis un siècle. Les principales causes sont l’activité industrielle et la pollution automobile qui, en dégageant des oxydes d’azote ou d’autres composés organiques, favorisent la production d’ozone.

Il est probable que l’augmentation de l’ozone troposphérique masque en partie les effets négatifs de la diminution de l’ozone stratosphérique quant au filtrage des rayons UV-B. En effet, bien que les concentrations normales d’ozone soient dix fois plus faibles dans la troposphère que dans la stratosphère, les molécules d’ozone de la troposphère absorbent bien plus efficacement les rayons UV-B que ne le font celles de la stratosphère. Réfléchis, diffusés par les nuages, les molécules, et les particules en suspension, les rayons lumineux traversent plusieurs fois les couches de la troposphère et permettent une plus grande absorption par les molécules d’ozone, contrairement à ce qui se produit dans la stratosphère où l’air est raréfié. On ne peut pas pour autant en conclure qu’il suffit de produire plus d’ozone dans la troposphère pour compenser la perte d’ozone stratosphérique car nous risquerions ainsi d’atteindre un niveau de concentration toxique.