Le trou dans la couche d'ozone : présentation

Découvreurs et définition de la couche d'ozone

Découvreurs

Léon TEISSENREC de BORT met en évidence en 1902 le rôle de la couche d'ozone qui absorbe le rayonnement solaire (en fait les ultraviolets).
En 1974 deux scientifiques américains : Mario MOLINA et F. SHERWOOD ROWLAND formulent pour la première fois la théorie de l'appauvrissement de la couche d'ozone sous l'impact des ChloroFluoroCarbones (CFC), composés chimiques apparus en 1938. Et, J. FARMAN du British Antarctica Survey (BAS) annonce en 1985 qu'un "trou" temporaire mais important (jusqu'à 50% de pertes) apparait chaque printemps dans la couche d'ozone au dessus de l'Antarctique depuis 1979 et se résorbe au début de l'automne.

Evolution du "trou" dans la couche d'ozone depuis 1982. On constate que sa taille a augmenté régulièrement.
Crédit : The Earth Observing System / NASA / NOAA

Qu'est-ce que l'ozone ?

L'ozone (O₃) est une forme chimique particulière de l'oxygène, très instable et réactive.
L'ozone est notamment généré par le bombardement de la molécule oxygène stable O2 par les utraviolets (UV). Condition indispensable : la présence d'oxygène qui a été produit en grande quantité avec la multiplication de micro-organismes photosynthétiques au Précambrien.

La couche d'ozone représente schématiquement la partie de l'atmosphère où sa concentration est la plus élevée. Ainsi, l'ozone est davantage présent à une distance du sol comprise entre 15 et 40 km (plus fortement vers 35 km) avec une concentration voisine de 8 ppmv (parties par million en volume), dans la couche appelée stratosphère. D'où l'appelation d'ozone stratosphérique à ne pas confondre avec l'ozone troposphérique induit en grande partie par la circulation automobile et qui irrite notamment les yeux et les voies respiratoires.
A cette altitude, la teneur en ozone résulte d'un équilibre entre formation et destruction sous la dépendance de l'activité solaire, de la température, de la présence d'autres substances chimiques.
En absorbant ensuite les UV, l'ozone contribue à réchauffer la statosphère. la formation de l'ozone est plus importante au dessus des tropiques puis gagne les pôles via la circulation des masses d'air. Cependant, il accuse une faible concentration de quelques parties par million au plus.

On parle de "trou" dans la couche d'ozone lorsque la valeur de la colonne intégrée en ozone est inférieure à 220 unités Dobson (la valeur normale étant 300 unités Dobson environ). Les unités Dobson expriment la totalité de l'ozone dans une colone qui part du sol et traverse toute l'atmosphère.

Le danger des rayons ultraviolets

La couche d'ozone est essentielle à la vie sur terre car elle la protège des rayonnements ultraviolets nocifs émis par le soleil. En effet, les UV dont la longueur d'onde est inférieure à 0,4 µm sont absorbés par l'ozone entre 0,24 et 0,3 µm.

Il existe différents types de rayons UV regroupés en trois grandes classes : les rayons UV-C, les rayons UV-B et les rayons UV-A.
95 % du rayonnement UV est constitué d'UV-A, les moins énergétiques avec des longueurs d'onde comprises entre 320 à 400 nanomètres. Les UV-B sont comprises entre 290 et 320 nanomètres. Or, l'impact des UV sur les organismes vivants dépend de la longue longueur d'onde de ces rayons : plus cette longueur d'onde est courte, plus le danger est grand. Les rayons UV-C sont ainsi les plus dangereux de la gamme. Heureusement, ils sont arrêtés presque en totalité par la couche d'ozone. Or, cette couche protectrice s'est amincie dangereusement, particulièrement à une altitude comprise entre 14 et 20 km.

Le 15 mars 1988, la NASA diffusait un rapport mené par une centaine de chercheurs dans le monde qui indiquait que la concentration en ozone stratosphérique avait diminué en moyenne de 1,7 à 3% dans l'hémisphère nord entre 1969 et 1986 malgré les variations naturelles constatées de 15 à 20%. De surcroît, le rayonnement moyen mondial des UV-B au niveau de la surface terrestre s'était élevé de 10 % entre 1986 et 1996.
La dégradation de la couche d'ozone implique une moindre filtration des rayons ultraviolets les plus nocifs et une élévation des risques pour la vie terrestre :

• brûlures superficielles, conjonctivites, cataractes
• augmentation des cancers et viellissement de la peau
• maladies du système immunitaire
• réduction de la photosynthèse : diminution des rendements et de la qualité des cultures, disparition du plancton, premier maillon des chaînes alimentaires aquatiques...

De plus, les UV-B :

• accélèrent la génération du smog photochimique, stimulant ainsi la production de l'ozone troposphérique qui est nocif
• diminuent "la durée de vie" de certains matériaux inorganiques comme les peintures et plastiques.

Par exemple, à Punta Arenas, au sud du Chili, la quantité d'ozone diminue de 30 à 50% durant le printemps Austral (notre automne au pôle Nord), obligeant les habitants à se protéger la peau.

Le "trou" dans la couche d'ozone au dessus des pôles

Évolution du "trou" d'ozone en Antarctique

Le trou dans la couche d'ozone, au dessus de l'Antarctique (au 15/05/2013)
Crédit : NASA, 15/05/2013

Les données pour l'Europe montrent des baisses de 5,4% par décennie depuis les années 80 en hiver et au printemps, avec une tendance à l'amélioration sur la période 1995-2000.

En 2000, 2001 et 2003, le trou dans la couche d'ozone a atteint une superficie jamais observée avant 2000, alors que celui de 2002 était le plus petit qui ait été observé depuis 1998. En effet, à la fin de l'été 2003, le trou a de nouveau atteint un record de superficie... Pour diminuer rapidement durant le mois d'octobre.

Selon l'Organisation Météorologique Mondiale ces "fluctuations aussi marquées sont dues aux variations interannuelles des conditions météorologiques régnant dans la stratosphère et non à la quantité totale de susbstances destructrices d'ozone dans cette couche de l'atmosphère." (OMM, 2004)

Evolution de l'étendue du "trou dans la couche d'ozone" au-dessus du pôle Sud, en millions de km2 et en unités Dobson
Crédit : NASA, 05/2013

En Antarctique, le trou dans la couche d'ozone est un phénomène annuel qui survient en hiver et au printemps à cause des températures extrêmement basses qui règnent dans la stratosphère et de la présence de substances nocives pour l'ozone (OMM, 2011).

Évolution du "trou" d'ozone en Arctique

En Arctique (pôle nord), les températures hivernales sont en moyenne plus élevées qu'au pôle Sud et les conditions météorologiques varient beaucoup d'une année à l'autre. Les conditions ne sont donc pas toujours réunies pour qu'une diminution importante d'ozone y soit observée (INSU, 04/2011). Toutefois, une étude publiée dans la revue Nature souligne que les trous d'ozone dans l'Arctique sont possibles même avec des températures beaucoup plus douces que celles de l'Antarctique.

Début 2011, pour la première fois dans l'histoire des relevés, un trou comparable à celui observé annuellement au dessus de l'Antarctique, s'est formé au dessus des régions boréales. Au plus fort du phénomène, la perte d'ozone a dépassé 80% à plus de 18-20 km d'altitude. D'une taille d'environ 2 millions de km², ce trou, d'une taille inégalée, s'est déplacé durant une quinzaine de jours au-dessus de l'Europe de l'Est, de la Russie et de la Mongolie, exposant parfois les populations à des niveaux élevés de rayonnements ultraviolets, selon les chercheurs.

Diminution du contenu total d'ozone en Arctique chaque année depuis 1994 estimé à partir des mesures du réseau SAOZ.
© F.Goutail / LATMOS