Le trou dans la couche d'ozone : causes et solutions

Les causes de l'amincissement de la couche d'ozone

Suite aux travaux de l'expédition scientifique de 1986 en Antarctique, Susan SALOMON puis James ANDERSON démontrent que les teneurs en chlore sont nettement supérieures aux "normales" dans les régions les plus affectées par la disparition de l'ozone.
Paul CRUTZEN, Mario MOLINAS et Frank SHERWOOD établissent ensuite que les responsables sont des molécules chimiques produites par l'homme : les ChloroFluoroCarbones (CFC) et les halons.
Ces composés très stables montent lentement vers la stratosphère où ils catalysent la destruction de l'ozone. En effet, au contact des UV, ces gaz libèrent leur chlore par photolyse. De plus, les cristaux de glace présents dans les nuages d'altitude transforment les composés chlorés de l'atmosphère en chlore actif susceptible de détruire l'ozone.

"La destruction de l'ozone stratosphérique se produit dans les régions polaires lorsque les températures descendent en dessous de -80 °C. À ces températures des nuages se forment dans la basse stratosphère au sein desquels des réactions chimiques transforment des composés issus des halocarbures - et inoffensifs vis-à-vis de l'ozone - en composés actifs. Ces processus conduisent à une destruction rapide de l'ozone au retour de la lumière solaire au-dessus du pôle". (INSU, 04/2011).

Comme ces molécules chimiques introduites par les activités humaines persistent longtemps, leur action n'est neutralisée qu'après des dizaines d'années En effet, une molécule de CFC met environ 25 ans avant d'atteindre la stratosphère. Leur concentration ne diminuera que très lentement même lorsqu'ils seront bannis de toute utilisation et production.

Les composés chimiques responsables

Les ChloroFluoroCarbones (CFC) sont des molécules composées de carbone, de fluor et de chlore.
Ces molécules furent utilisées (notamment en remplacement d'hydrocarbures inflammables) car elles restent très stables et ne présentent donc aucune toxicité chimique pour l'homme. Leurs propriétés physico-chimiques très intéressantes expliquent pourquoi on les a utilisées très largement dans un grand nombre de processus industriels et de produits de consommation :

• liquide de refroidissement dans les systèmes frigorifiques (domestiques, industriels et commerciaux) et les conditionnements d'air
• solvant et gaz propulseur dans les aérosols
• solvant pour le nettoyage d'appareils mécaniques et électroniques
• agent gonflant pour la production de mousses plastiques
• Les halons, contenant du brome, ont été utilisés notamment comme produits extincteurs dans la lutte contre les incendies
  A ces deux catégories de composés sont venues s'ajouter d'autres substances, également impliquées dans la dégradation de la couche d'ozone :
• des solvants chlorés : le trichloréthane et le tétrachlorure de carbone
• le bromure de méthyle, un pesticide utilisé en horticulture. Son utilisation à des fins de quarantaine et de traitement avant expédition est encore autorisée en Europe afin de garantir l'absence d'organismes nuisibles dans les cultures commerciales, dans la mesure où des solutions de remplacement pour cette utilisation spécifique tardent à être développées (Commission européenne, 07/2005)
• les HCFC, HydroChloroFluoroCarbones et les HFC, HydroFluoroCarbones développés par l'industrie pour remplacer les CFC dans la plupart de leurs applications. Ils contiennent de l'hydrogène, ce qui provoque leur dégradation plus rapide dans la haute atmosphère. Ils attaquent la couche d'ozone mais moins longtemps que les CFC. Par contre, ils contribuent à accroître "l'effet de serre", un autre problème écologique très préoccupant.

En se décomposant sous l'action de la lumière, ces composés libèrent le chlore qui casse alors les molécules d'ozone.
L'atome de chlore avec une durée de vie pouvant atteindre la centaine d'années, détruira plusieurs milliers de molécules d'ozone avant de disparaître.

Des facteurs naturels sont également à l'origine de l'appauvrissement de la concentration en ozone :

• le cycle des tâches solaires (11 ans) influe de 1 à 2 % entre le maximum et le minimum d'un cycle typique
• les émissions volcaniques d'aérosols de sulfate (Ex. juin 1991, l'éruption du mont Pinatubo aux Philippines)
• la vapeur d'eau contribue également à la destruction de l'ozone stratosphérique via les nuages (A. NICOLAS, 2004)

Cependant, mis à part quelques émissions volcaniques exceptionnelles, les facteurs naturels influent peu sur les changements de la couche d'ozone.

Les réponses et les solutions

Face à ce phénomène global et d'une extrême gravité, les pays industrialisés ont adopté un traité international : le protocole de Montréal le 16 septembre 1987 qui fait suite à la Convention de Vienne de mars 1985. Ce premier prévoyait de réduire la production de CFC de moitié pour l'an 2000 et est entré en vigueur en 1989.

Cependant, avec l'urgence du problème, il est décidé en 1990, avec l'amendement de Londres puis celui de Copenhague en 1992, l'arrêt total de la production de CFC pour l'an 2000. Il a également été amendé en 1995 à Vienne, en 1997 à Montréal et en 1999 à Beijing.

Le protocole de Montréal

Depuis le 16 septembre 2009, le protocole de Montréal est ratifié par l'ensemble des 196 membres de l'ONU.
Le protocole vise à protèger la couche d'ozone des dommages occasionnés par certaines substances chimiques industrielles connues sous le nom de Substances Appauvrissant l'Ozone (SAO). Le protocole a progressivement interdit la production de réfrigérants et de solvants contenant des chlorofluorocarbones (CFC), ainsi que la fabrication d'extincteurs contenant des halons. Il a fixé un calendrier précis aux fins de l'élimination progressive d'autres substances nocives telles que les hydrochlorofluorocarbones (HCFC) et le bromure de méthyle.
Au total, 8 SAO sont réglementées par le protocole de Monréal :

• Chlorofluorocarbures (CFC)
• Tétrachlorure de carbone (CCI₄)
• Halons
• 1,1,1 - Trichloroéthane (C₂H₃CI₃)
• Bromure de méthyle (CH₃Br)
• Hydrochlorofluorocarbures (HCFC)
• Hydrobromofluorocarbures (HBFC)
• Bromochlorométhane (BCM)

Les résultats de l'application du protocole de Montréal

Suite au protocole, à ses amendements et à l'arrêt total de la production de CFC depuis 1994, les concentrations de produits appauvrissant l'ozone dans la basse atmosphère (la troposphère) ont atteint leur point culminant en 1995 et sont depuis en baisse dans la troposphère et la stratosphère. Les scientifiques estiment que les gaz ont atteint leur pic de concentration dans la stratosphère antarctique en 2001.
Les CFC sont remplacés progressivement par d'autres gaz moins nocifs comme les hydrochlorofluorocarbures ou HCFC et hydrofluorocarbures ou HFC. Pour autant, l'abandon de toute substance chlorée et fluorée devra s'échelonner jusqu'en 2030 (IFEN, 2002).

Les substituts de première génération : les hydrochlorofluorocarbures (HCFC)

Ces composés (HCFC-22, HCFC-141, HCFC-142b) ont une durée de vie limitée à quelques dizaines d'années dans l'atmopshère. Cependant, ils contiennent encore du chlore qui contribue, certes plus modestement, à la diminution de la couche d'ozone.
Le HCFC-22 est le plus utilisé et ses concentrations ont progressé plus d'une fois et demie plus vite en 2007-2008 qu'en 2003-2004.

Suite à l'interdiction des CFC, les HCFC ont été massivement employés, ce qui a conduit, en 2007, à un accord visant à accélérer l'élimination des HCFC contenus généralement dans les systèmes de climatisation. En effet, "Les HCFC sont à la fois des substances qui appauvrissent la couche d'ozone et de puissants gaz à effet de serre : le plus utilisé est 2 000 fois plus puissant que le dioxyde de carbone du point de vue du réchauffement de la planète" a déclaré le Secrétaire général des Nations Unies M. Ban Ki-moon.

C'est pourquoi, leur production mondiale s'arrêtera en 2029. Au niveau de l'Union Européenne, leur utilisation est déjà restreintre et leur fabrication sera interdite en 2015.

Les substituts de deuxième génération : les hydrofluorocarbures (HFC)

Ces HFC (HFC-23, HFC-32, HFC-134a) ne contiennent pas de chlore, ils ne participent donc pas à la destruction de l'ozone atmopshérique.

Par contre, leur utilisation nécessite la construction de nouveaux équipements industriels.

Déclin de la consommation de CFCs par grandes régions mondiales depuis 1988 avec l'adoption du protocole de Montréal. La consommation a été divisée par 8 passant de près de 800 000 tonnes en 1988 à 100 000 tonnes en 2001.
Source : GEO Data Portal, d'après le secrétariat à l'ozone de l'UNEP - 2004

L'Union européenne a progressivement éliminé plus de 99 % de sa production de SAO, grâce à la participation proactive du secteur industriel et à une stricte application de la législation communautaire relative aux SAO par la Commission et les États membres. À compter de 2010, des restrictions supplémentaires concernant les SAO entreront en vigueur au niveau de l'UE (UE; 09/2009).

L'adoption rapide du protocole de Montréal et la mobilisation unanime des pays producteurs de CFC est sans doute l'exemple le plus encourageant de notre capacité à nous mobiliser contre une atteinte grave à notre support de vie. Cependant, sur cette question, le consensus scientifique était sans équivoque, les conséquences clairement identifiées et les pays impliqués peu nombreux ; ce qui n'est pas le cas du changement climatique.

La résorption du trou réduit l'effet de serre

En diminuant notablement les concentrations en CFC, le protocole de Montréal a permis aussi d'atténuer l'effet de serre. En effet, les CFC sont aussi de puissants gaz à effet de serre. Grâce au protocole de Montréal, leur concentration sera en 2010 moitié moins importante qu'en l'absence de traité. Ainsi, c'est environ 11 Gt éqCo2 par an qui seront évités (OMM, 11/2008).

Toutefois, les SAO sont de plus en plus remplacées par des hydrofluorocarbones (HFC), dont le potentiel de réchauffement planétaire est jusqu'à 14 800 fois plus élevé que celui du dioxyde de carbone, le principal gaz à effet de serre.
C'est pourquoi, en juillet 2009, les parties au protocole de Montréal ont engagé des discussions sur une proposition visant à limiter et à réduire la consommation mondiale de HFC.

Et demain ?

Il y a peu, les scientifiques considéraient que le trou dans la couche d'ozone devait se résorber totalement dans environ cinquante ans. Cependant, un nouveau rapport d'évaluation scientifique publié en août 2006 par l'Organisation météorologique mondiale et le Programme des Nations Unies pour l'environnement, indique que "la couche d'ozone situé au-dessus des latitudes moyennes, devrait se reconstituer d'ici à 2049, soit cinq ans plus tard que ne le laissait entendre la précédente évaluation (2002). Enfin, au-dessus de l'Antarctique, la reconstitution de la couche d'ozone ne devrait pas intervenir avant 2065, c'est-à-dire 15 ans plus tard que prévu."

La concentration de gaz nocifs pour la couche d'ozone a atteint son pic dans la stratosphère antarctique aux alentours de l'an 2000. Actuellement, elle diminue lentement, au rythme annuel de 1 % environ selon l'OMM.

En savoir plus

Références

• Actualités sur le trou dans la couche d'ozone
• Ozone Hole Watch - NASA
• Tous les chiffres sur le trou dans la couche d'ozone par le South Pole Ozone Program data (en anglais)
• Secrétariat de l'Ozone - Programme des Nations Unies pour l'Environnement
• Ozone Resource Page (en anglais) - NASA
• Liste des substances réglementées par le protocole de Montréal
• Nouvelles du Climat mondial - Organisation Météorologique Mondiale
• Journée internationale de la protection de la couche d'ozone
• Fluides frigorigènes fluorés - ADEME, 2012

Auteur

• Christophe MAGDELAINE, responsable du site