Comment la couche dozone absorbe les UV ?

Découvreurs du trou dans la couche d'ozone

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

Evolution du "trou dans la couche d'ozone de 1979 à 2013"
© A brief history of ozone - NASA

L'ozone : définition

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 s'est formée il y a environ 600 millions d'années et a atteint sa taille actuelle il y a environ 400 millions d'années.

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 10 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 colonne qui part du sol et traverse toute l'atmosphère.

Crédit : OMM

Le danger des rayons ultraviolets

La couche d'ozone est essentielle à la vie sur terre car elle absorbe partiellement les UV B qui sont des rayonnements ultraviolets très énergétiques et destructeur de l'ADN.

Il existe différents types de rayons UV regroupés en trois grandes classes : les rayons UV-C, UV-B et UV-A :

• 95 % du rayonnement UV est constitué d'UV-A, les moins énergétiques avec des longueurs d'onde comprises entre 315 à 400 nanomètres.
• Les UV-B sont compris entre 280 et 315 nanomètres.
• Les UV-C, compris entre 280 et 100 nanomètres, sont les plus dangereux de la gamme.

En effet, l'impact des UV sur les organismes vivants dépend de leur longueur d'onde : plus cette longueur d'onde est courte, plus le danger est grand. 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

Septembre est le mois où le "trou" dans la couche d'ozone est le plus important au dessus de l'Antarctique. Nous vous proposons de comparer le trou du mois en cours avec le mois de septembre précédent.

Comparaison du trou dans la couche d'ozone, au dessus de l'Antarctique entre le 30 septembre 2021 (à gauche) et le 19 septembre 2022 (à droite)
Crédit : NASA

Les données pour l'Europe montrent des baisses de 5,4% par décennie depuis les années 1980 en hiver et au printemps, avec une tendance à l'amélioration sur la période 1995-2000. Et pourtant, 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.

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

La déperdition en ozone au-dessus de l'Antarctique a atteint une superficie de 24 millions de km² en 2014, le record datant de 2000 avec 29,9 million de km². Actuellement, le trou dans la couche d'ozone est plus petit que durant la période 1998–2006 (NASA, 10/2014).

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). En effet, "la symétrie géographique du pôle Nord n'est pas comme celle du pôle Sud, de sorte que les grands systèmes météorologiques viennent déranger la circulation des vents, rendant la situation au-dessus de l'Arctique moins stable qu'au-dessus de l'Antarctique. Ces perturbations empêchent a stratosphère arctique de devenir aussi froide que la stratosphère antarctique et occasionnent la formation d'un moins grand nombre de nuages stratosphériques polaires", précise l'UNEP.

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.

Ainsi, après le "trou" record de 2011 au dessus du pôle Nord, en mars 2020, une diminution historique des niveaux d'ozone a été enregistrée en Arctique.

Les causes du trou dans la couche d'ozone

Suite aux travaux de l'expédition scientifique de 1986 en Antarctique, Susan SALOMON puis James ANDERSON ont démontré que les teneurs en chlore étaient nettement supérieures aux "normales" dans les régions les plus affectées par la disparition de l'ozone.
Paul CRUTZEN, Mario MOLINAS et Frank SHERWOOD ont ensuite établi 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 rayons ultraviolets (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.

"Le chlore et le brome s'accumulent dans le tourbillon polaire où ils restent chimiquement inactifs dans l'obscurité. Les températures dans le vortex peuvent descendre en dessous de -78 degrés Celsius et des nuages stratosphériques polaires peuvent se former, qui jouent un rôle important dans les réactions chimiques. Lorsque le soleil se lève au-dessus du pôle, des atomes de chlore et de brome chimiquement actifs sont libérés dans le vortex et détruisent rapidement les molécules d'ozone, provoquant la formation du trou", explique le Service pour la surveillance de l'atmosphère de Copernicus.

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 et a une durée de vie comprise entre 60 et 100 ans... Ainsi, leur concentration ne diminue que très lentement même si ils sont bannis de toute utilisation et production.

Ozone... Quelle évolution depuis 30 ans? par CNES.
Le temps de vie dans l'atmosphère des chlorofluorocarbones peut dépasser 100 ans. Ils sont à l'origine de la destruction de l'ozone stratosphérique. Comment le phénomène a-t-il évolué depuis 30 ans? Les réponses avec Carole Deniel, responsable des programmes en chimie de l'atmosphère au CNES.
Avec l'aimable autorisation du CNES

Les composés chimiques responsables du trou dans la couche d'ozone

Les composés halogénés synthétiques

Les substances à l'origine de la perdition d'ozone stratosphérique sont des halocarbures. Ils s'agit de composés halogénés synthétiques, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas produits par la nature (chlore, brome, iode et fluor). Ils regroupent toutes les Substances Appauvrissant la Couche d'Ozone (SAO ou SACO), soit :

• les chlorofluorocarbures (CFC),
• les hydrochlorofluorocarbures (HCFC),
• les bromofluorocarbures (aussi appelés halons),
• le méthylchloroforme (1,1,1-trichloroéthane),
• le tétrachlorométhane ou tétrachlorure de carbone (CCl4),
• le bromure de méthyle (CH3Br),

ainsi que les substances de remplacement des SAO, soit :

• les hydrofluorocarbures (HFC),
• les perfluorocarbures (PFC).

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.

Le protoxyde d'azote (N2O)

Depuis que les émissions des SAO sont contrôlés, le N2O, un puissant gaz à effet de serre, est maintenant le premier gaz responsable de la destruction de la couche d'ozone.

Or, un tiers des émissions de N2O sont liées aux activités humaines. L'agriculture est de loin la plus grande source d'émissions de N2O causée par l'être humain et représente 2/3 de ces émissions. Cependant, les autres sources importantes de N2O incluent la combustion de carburant industriel et fossile, les opérations de combustion et les eaux usées.

L'étrange présence du Tétrachlorure de carbone (CCL4)

Si l'ensemble des SAO diminuent significativement, la NASA a détecté, avec suprise, mi-2014 qu'un important gaz destructeur de la couche d'ozone, le tétrachlorure de carbone (CCL4) était encore très abondant dans la couche d'ozone, alors qu'il devrait tout simplement avoir disparu.

En effet, officiellement, entre 2007 et 2012, aucun pays n'a émis de CCL4 et pourtant, les mesures satellites, les avions, les capteurs au sol et les ballons-sondes météorologiques détectent bien le fameux composé chimique, principalement utilisé dans les extincteurs et le nettoyage à sec.

Si sa concentration atmosphérique a bien diminué avec la mise en application du Protocole de Montréal, elle reste bien trop élevée : au lieu de décroître de 4 % par an, sa présence dans l'atmosphère a diminué de seulement 1 % par an.
D'après les modèles de la NASA, une autre source d'émission non identifiée doit expliquer cette anomalie. Une autre possibilité serait une compréhension insuffisante de la chimie du CCL4.

Les causes naturelles du trou dans la couche d'ozone

Des facteurs naturels sont également à l'origine de l'appauvrissement de la couche d'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)
• les émissions de protoxyde d'azote (N2O) d'origine naturelle (Stratospheric ozone depletion due to nitrous oxide: influences of other gases - The Royal Society ; 12/2011)

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

Comment résorber le trou dans la couche d'ozone ?

Face à ce phénomène global et d'une extrême gravité, les pays industrialisés ont adopté un traité international : le protocole de Montréal en 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

Le 16 septembre 1987, 24 pays, dont la France, signent le Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone, sous l'égide du Programme des Nations Unies pour l'Environnement. Son objectif est d'éliminer progressivement la production et l'utilisation des produits les plus néfastes pour la couche d'ozone.

Depuis le 16 septembre 2009, le protocole de Montréal est ratifié par l'ensemble des 197 membres de l'ONU, ce qui en fait le seul traité universel.
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 (CCL4)
• 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.

Grâce au Protocole, entre 1988 et 2010, les émissions des SAO ont ainsi baissé de plus de 80 %. Depuis la fin des années 1990, au dessus de la plupart des régions du monde, la couche d'ozone n'est pas devenue plus mince : elle semble se reconstituer. Pour les Nations Unies, le Protocole de Montreal est le "traité ayant eu le plus de succès dans l'histoire des Nations Unies".

Les concentrations des composés chlorés et bromés provenant de la dégradation des SAO dans la stratosphère décroissent. En 2012, les niveaux combinés de chlore et de brome (exprimés par la charge en chlore effective stratosphérique) ont décru d'environ 10-15 % par rapport à leur maximum atteint il y a 10-15 ans. Cette diminution est due à part égale à la décroissance des concentrations du méthylchloroforme (CH3CCl3), du bromure de méthyle (CH3Br) et des chlorofluorocarbures (CFCs).

Selon un rapport du PNUE, le protocole de Montréal a permis d'éviter environ 2 millions de cancers de la peau par an, ainsi que des cataractes tout en économisant des milliards de dollars en soins de santé.

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, l'amendement de Kigali au Protocole de Montréal a entériné la fin de la production d'hydrofluorocarbones à 2029, une date toutefois trop tardive pour avoir une influence sur les objectifs en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre pour 2030, note le rapport 2017 de l’ONU sur l’écart entre les besoins et les perspectives en matière de réduction des émissions. Au niveau de l'Union Européenne, leur utilisation est déjà restreinte et leur fabrication est interdite depuis 2015.

Actuellement, les concentrations atmosphériques en hydrochloroflurocarbures continuent d'augmenter dans l'atmosphère (IPSL, 09/2014).

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 atmosphérique.

Par contre, leur utilisation nécessite la construction de nouveaux équipements industriels et ce sont toujours de puissants gaz à effet de serre.

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 sont entrées en vigueur au niveau de l'UE (UE; 09/2009).

Malgré la réduction drastique de la production industrielle de CFC et de halons depuis le Protocole de Montréal en 1987 et l'interdiction mondiale qui a suivi en 2010, ces composés de longue durée sont toujours abondants dans l'atmosphère. Selon l'Organisation météorologique mondiale, le chlore et le brome atmosphériques produits par l'homme ne devraient pas tomber en dessous de 50 % de leurs niveaux les plus élevés avant la fin de ce siècle.

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, bien plus complexe à atténuer.

Effet de serre et trou dans la couche d'ozone

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.

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.
Selon une étude du PNUE publiée en septembre 2014, avant l'application du Protocole de Montréal, les SAO ont émis dans l'atmosphère l'équivalent d'environ 10 milliards de tonnes de CO2 chaque année ! Le Protocole de Montréal et ses amendements ont donc été cinq fois plus efficaces que le Protocole de Kyoto dans sa première période d'engagement (2008-2012).

Toutefois, si les hydrofluorocarbures (HFC) n'affectent pas la couche d'ozone, ils restent des gaz à effet de serre qui représentent, chaque année, l'émission d'environ 0,5 milliards de tonnes d'équivalent CO2, en augmentation d'environ 7 % par an... A ce rythme, ils devraient contribuer significativement au réchauffement climatique dans les prochaines décennies et pourraient représenter de 7 à 12 % de la part du CO2 sur l'effet de serre selon une étude de la NOAA. Contreblançant ainsi les bons résultats du Protocole de Montréal.
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.

Le changement climatique favorise la destruction de la couche d'ozone

Si le réchauffement climatique réchauffe les basses couches de l'atmosphère, il refroidit les plus hautes couches. En effet, le vortex polaire connait des températures basses plus fréquentes et plus extrêmes selon une étude menée conjointement par l'UMD, le Centre Helmholtz de recherche polaire et marine de l'Institut Alfred Wegener et l'Institut météorologique finlandais, publiée dans la revue Nature Communications fin juin 2021.

Le vortex polaire et un sytème de basse pression qui se forme à une altitude d'environ 12 à 50 kilomètres au-dessus de l'Arctique chaque automne demeure pendant l'hiver et au printemps avec une durée variable.

Or ces conditions plus froides favorisent la formation de nuages et la perte d'ozone dans la stratosphère polaire avec la persistance du chlore et du brome, ce qui pourrait expliquer le trou record dans la couche d'ozone en 2020. En outre, l'augmentation alarmante des quantités de méthane dans la stratosphère augmente l'humidité, ce qui crée également des conditions propices aux réactions chimiques destructrices de la couche d'ozone dans l'Arctique.

Tous les modèles climatiques des chercheurs (sauf un) prévoient des hivers exceptionnellement froids au niveau du vortex polaire. "Et plus il y a d'émissions de gaz à effet de serre, plus la tendance est forte, ce qui signifie un plus grand appauvrissement de la couche d'ozone", avertit le professeur Ross Salawitch de l'Université du Maryland.

Ces nouvelles découvertes remettent en question l'hypothèse communément admise selon laquelle la perte d'ozone s'arrêterait en quelques décennies avec l'interdiction de la production de produits chimiques appauvrissant la couche d'ozone.
"Nous sommes dans une sorte de course entre le déclin lent et constant des CFC, qui mettent 50 à 100 ans à disparaître, et le changement climatique, qui provoque un refroidissement rapide des températures extrêmes des vortex polaires (...) Les températures de plus en plus froides créent des conditions qui favorisent l'appauvrissement de la couche d'ozone par les CFC. Ainsi, même si ces composés disparaissent lentement, l'appauvrissement de l'ozone arctique est en augmentation à mesure que le climat change." conclut Ross Salawitch.

Quand le trou dans la couche d'ozone sera-t-il résorbé ?

Il y a quelques années, les scientifiques considéraient que le trou dans la couche d'ozone devait se résorber totalement dans environ cinquante ans. Cependant, en 2015, l'Organisation météorologique mondiale indiquait que la couche d'ozone devrait être, en grande partie, reformée vers le milieu du XXIe siècle, et sans doute pas avant 2070 au-dessus de l'Antarctique. "Le Protocole de Montréal est en place et fonctionne bien. Toutefois, il se peut que nous continuions à observer des trous d'ozone étendus au-dessus de l'Antarctique jusqu'en 2025 environ, en raison des conditions météorologiques régnant dans la stratosphère et parce que les substances chimiques subsistent dans l'atmosphère pendant plusieurs décennies après avoir été stoppées", a déclaré M. Braathen, scientifique principal à la Division de la recherche sur l'environnement atmosphérique relevant du Département de la recherche de l'OMM.

Il fallu attendre fin 2017 et début 2018 pour que deux études confirment enfin que le trou dans la couche d'ozone se résorbe bien, en parallèle avec la diminution des concentrations en chlore (- 0,8 % par an). Pourtant, les données de 2020 contredisent cette tendance.

La couche d'ozone ne retrouvera probablement pas son état originel (des années 1950, d'avant l'arrivée des SAO anthropiques). En effet, ce sont maintenant les gaz à effet de serre (GES) qui prennent le relais de la destruction de l'ozone.

Références

• 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
• Nouvelles du Climat mondial - Organisation Météorologique Mondiale
• Journée internationale de la protection de la couche d'ozone
• Fluides frigorigènes fluorés - ADEME, 2012
• Réglementation européenne prise en application du Protocole de Montréal ; Clarisse Durand - Ministère de l'Environnement

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