Destruction de la couche d'ozone

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Image du plus grand trou dans la couche d'ozone jamais enregistré (septembre 2006).
Évolution de la couche d'ozone de 1957 à 2001
Plus la couleur est froide (vers le bleu), moins il y a d'ozone dans la stratosphère et plus les UV solaires délétères peuvent traverser l'atmosphère

La destruction de la couche d'ozone décrit ou fait référence à deux phénomènes distincts mais liés, observés depuis la fin des années 1970 : déclin significatif de 4 % toutes les décennies du volume total de l'ozone de la stratosphère terrestre (couche d'ozone), ainsi qu'une très importante exposition solaire (aux UV solaires notamment) dans les régions polaires de la terre. Le phénomène a plus tard[Quand ?] été désigné sous l'expression « trou dans la couche d'ozone ».

Histoire du phénomène[modifier | modifier le code]

Dans les années 1960 à 1980, des analyses de la colonne d'air atmosphérique, jusque à la stratosphère — dans ce cas faites grâce aux ballons-sondes — montrent des anomalies de plus en plus importantes et saisonnières de régression de la couche d'ozone, surtout au-dessus du pôle sud.

Au milieu des années 1980, alors que des travaux scientifiques cherchant à évaluer l'impact des effets des activités anthropiques sur l'ozone stratosphérique (O3) venaient de suggérer que les perturbations saisonnières sur l’ozone devraient rester faible pour au moins la prochaine décennie, les résultats des mesures faits in situ contredisent leurs conclusions.

Au vu de la réalité, c’est-à-dire des observations in situ qui montrent que les valeurs printanières pour l’ozone total en Antarctique sont au contraire alors en forte diminution, ces conclusions sont remise en question : les modèles jusqu'alors utilisés étaient très simplificateurs (à une dimension), sous estimant la complexité des réactions photochimiques à l’œuvre dans l'atmosphère polaire. Comme la circulation atmosphérique basse était a priori restée apparemment inchangée, des réactions chimiques complexes ont du être envisagées pour expliquer cette persistance du trou au printemps.

En 1985 Farman et al.[1] suggèrent que les températures très basses qui règnent au cœur de l'hiver et jusqu’à plusieurs semaines après l'équinoxe de printemps montrent de la Stratosphère antarctique est uniquement (selon eux) sensible à l’augmentation saisonnière du taux de composés inorganique du chlore (CLx), principalement via l'effet de cette augmentation sur le ratio NO2/NO. Ce phénomène, combiné avec le fait que l’irradiation UV est particulièrement élevée sans la stratosphère polaire, pourrait expliquer la perte d’ozone observées.

La signature du protocole de Montréal est suivie d'un lent processus d'amélioration, mais les suivis scientifiques montrent que des anomalies persistent : la concentration d’ozone de la stratosphère arctiques s’est par exemple réduite de 40 % l'hiver 2011 (un record, expliqué par des températures inhabituellement froides en antarctique et sans doute par la persistance dans l'atmosphère de gaz destructeurs d'ozone[2]).

Causes de l'augmentation du trou de la couche d'ozone[modifier | modifier le code]

La couche d'ozone est naturellement plus fine au-dessus des pôles, mais elle a commencé dans les années 1950 à saisonnièrement disparaitre sur une étendue de plus en plus importante (phénomène plus connu sous le nom de trou de la couche d'ozone). Et on a admis vers 2006 qu'elle se reconstituait plus lentement qu'attendu, sans doute pour partie en raison d'une utilisation persistante de gaz interdits par le protocole de Montréal (de 1987).

Cycle de Chapman[modifier | modifier le code]

Pour bien comprendre les causes du trou de la couche d'ozone, il est nécessaire de comprendre le processus naturel de formation et de destruction de l'ozone stratosphérique.

Réaction Durée de vie du réactif Bilan enthalpique
O2 + hν → 2 O 111 kcal/mol
O2 + O + M→ M + O3 O : 1s -25 kcal/mol
O3 + hv → O + O2 O3 : 100-1000s 39 kcal/mol
O3 + O → 2 O2 O : 100-1000s

O3 : 100 000-1 000 000s

-94 kcal/mol
O + O + M → M + O2 O : 100-1000s -111 kcal/mol
Cycle de Chapman

Le dioxygène est photodissocié suivant la première réaction. L'oxygène atomique en résultant va ensuite s'associer le plus souvent avec une autre molécule de dioxygène pour former de l'ozone, la tierce molécule M permettant de désexciter la nouvelle molécule par collision. L'oxygène atomique peut également, mais beaucoup plus rarement, s'associer avec un autre atome d'oxygène ou une molécule d'ozone.

L'ozone ainsi créé peut être détruit de deux manières : soit il est dissocié par rayonnement UV (la plus probable), soit il s'associe avec un atome d'oxygène pour former du dioxygène.

Le cycle de Chapman est ainsi fermé.

Ce processus explique comment l'ozone absorbe les UV lorsqu'il est détruit. Par ailleurs, cette réaction est exothermique et participe donc à réchauffer la stratosphère. Enfin, on comprend pourquoi l'ozone connaît un cycle annuel très marqué aux pôles. En effet, durant la nuit hivernale (resp. estivale), il n'y a aucun rayonnement UV au pôle nord (resp. pôle sud) ce qui explique que des quantités importantes d'UV se forment. Au contraire, en été (resp. en hiver), le fort rayonnement UV détruit cette couche d'ozone qui protège néanmoins la surface terrestre des rayons UV.

Causes chimiques[modifier | modifier le code]

Plusieurs facteurs sont à l'origine de la diminution (photochimique et catalytique) de la couche d'ozone, notamment un grand nombre de substances naturelles ou artificielles présentes dans l'atmosphère ou résultant de réactions chimiques.

Ces molécules sont regroupées sous le vocable SAO (Substances appauvrissant la couche d'ozone). Il s'agit principalement des CFC, des halons, du bromure de méthyle et des HCFC, mais les oxydes d'azote (NOx) contribuent également à cette destruction.

Voici comment se décompose cette réaction, pour X l'agent chimique responsable de la destruction d'ozone.

Réaction Effet de la réaction
O3 + X → XO + O2 Le réactif X détruit les molécules d'ozone
O3 + hv → O + O2 D'autres molécules d'ozone sont détruites par le rayonnement UV
O + XO → X + O2 Le réactif XO réagit également avec l'atome O et X se libère de sa liaison avec l'oxygène

Le bilan net de cette réaction est 2O3 + hv → 3O2 ,c'est pourquoi on peut dire que X agit comme un catalyseur.

Paul Crutzen a montré que les oxydes d'azotes NO et NO2 sont les plus importants dans ces réactions, mais ils sont très rares dans la stratosphère. En revanche, les CFC, libèrent du chlore sous l'effet du rayonnement UV au-dessus de 25 km d'altitude sous forme de Cl et de ClO, très efficaces pour détruire l'ozone.

Causes climatiques[modifier | modifier le code]

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Le froid en altitude est un facteur aggravant, car il rend les CFC (chlorofluorocarbones) présents plus destructeurs pour la couche d'ozone.

Or, l'effet de serre modifie l'albédo de l'atmosphère et sa température et il contribuent en réchauffant les basses couches de l'atmosphère à priver les hautes couches d'une partie des calories normalement renvoyée du sol vers l'espace. Paradoxalement, le réchauffement global peut se traduire par un refroidissement des hautes couches de l'atmosphère et ce froid intensifie les réactions chimiques de destruction de l'ozone[3].

Il est à noter que certaines gaz destructeurs de la couche d'ozone sont aussi des gaz à effet de serre, le bromure de méthyle par exemple.

Conséquences écologiques et écosystémiques[modifier | modifier le code]

Les UV solaires en excès sont mutagènes et facteur de pollution photochimique, mais selon des processus complexes, car ils catalysent certains processus de formation de polluants atmosphériques et de précurseurs de ces polluants, mais tout en détruisant d'autres polluants (par photolyse) ou les mêmes[4]. Les changements de qualité de l'air concernent les hautes couches (stratosphère) de l'atmosphère, mais aussi ses basses couches (troposphère)[5],[6].

Effet sur le réchauffement climatique[modifier | modifier le code]

Le trou dans la couche d'ozone pourrait contribuer de plusieurs manières au réchauffement climatique.

La première raison, qui conduit à une contribution faible au réchauffement climatique, c'est que le rayonnement UV qui n'est pas arrêté par la couche d'ozone est absorbé par la surface terrestre est contribue donc a la réchauffer.

Mais la raison la plus importante est que l'ozone en se dissociant et en absorbant les UV contribue à réchauffer la stratosphère. Par conséquent, la stratosphère est plus froide au niveau du trou de la couche d'ozone. Cela à des conséquences sur la circulation atmosphérique, sur la hauteur de la tropopause.

Le bilan de toutes ces contributions n'est pas évident à déterminer, mais selon les experts du GIEC, la reconstruction de la couche d'ozone au-dessus de l'antarctique suite au protocole de Montréal devrait freiner le réchauffement climatique global, même si elle participera à réchauffer le pôle sud en agissant comme un gaz à effet de serre[7].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Farman, J. C., Gardiner, B. G., & Shanklin, J. D. (1985). Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction (http://www.researchgate.net/publication/246650409_Large_Losses_of_Total_Ozone_in_Antarctica_Reveal_Seasonal_ClOxNOx_Interaction résumé])
  2. Goudet JL ; « Et l’on reparle du trou dans la couche d’ozone », Futura science, 5 avril 2011
  3. Un trou dans la couche d'ozone observé en Arctique, sur le site du journal Le Monde lemonde.fr ]
  4. (en) Tang X, Wilson SR, Solomon KR, Shao M, Madronich S « Changes in air quality and tropospheric composition due to depletion of stratospheric ozone and interactions with climate » Photochemical & Photobiological Sciences 2011;10(2):280-91. Epub 2011 Jan 20 (résumé)
  5. (en) Solomon KR, Tang X, Wilson SR, Zanis P, Bais AF « Changes in tropospheric composition and air quality due to stratospheric ozone depletion » Photochem Photobiol Sci. 2003;2(1):62-7 (résumé).
  6. (en) Wilson SR, Solomon KR, Tang X. « Changes in tropospheric composition and air quality due to stratospheric ozone depletion and climate change » Photochem Photobiol Sci. 2007;6(3):301-10. (résumé).
  7. (en) Seok-Woo Son, « Ozone hole and Southern Hemisphere climate change », Geophysical Research Letters,‎

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Couche d'ozone

Il existe une catégorie consacrée à ce sujet : Destruction de la couche d'ozone.

Source de traduction[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Livres de vulgarisation sur le sujet
  • (en) Philip Dray et Seth Cagin, Between earth and sky: how CFCs changed our world and endangered the ozone layer, New York, Pantheon Books,‎ (ISBN 0-679-42052-5)
  • (en) Sharon Roan, Ozone crisis: The 15-year evolution of a sudden global emergency, New York, Wiley,‎ (ISBN 0-471-52823-4)
  • (en) Harold Schiff et Lydia Dotto, The Ozone war, Garden City, N.Y, Doubleday,‎ (ISBN 0-385-12927-0)
Sur les actions des pouvoirs publics
Articles scientifiques, revues d'études
  • (en) Krupa SV, Kickert RN (1989) The Greenhouse effect: impacts of ultraviolet-B (UV-B) radiation, carbon dioxide (CO2), and ozone (O3) on vegetation ; Environ Pollut. 1989; 61(4):263-393.
  • (en) Solomon KR, Tang X, Wilson SR, Zanis P, Bais AF (2003 ); Changes in tropospheric composition and air quality due to stratospheric ozone depletion. Photochem Photobiol Sci. Janvier 2003 ; 2(1):62-7 (résumé)
  • (en) Wilson SR, Solomon KR, Tang X. (2007 ) Changes in tropospheric composition and air quality due to stratospheric ozone depletion and climate change. Photochem Photobiol Sci. 2007 Mar; 6(3):301-10. Epub 2007 Feb 6 (résumé)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]