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Partie I: le trou d'ozone et son histoire

La génèse ...

D'importantes pertes d'ozone dans la basse stratosphère en Antarctique furent observées pour la première fois dans les années 70 par un groupe de recherche britannique du British Antarctic Survey (BAS) qui effectuait des mesures de l'atmosphère au-dessus de l'Antarctique depuis une base de recherche du genre de celle représentée sur la photographie de droite.

Pour plus d'informations (en anglais) au sujet de la base de recherche de Halley

ou bien des stations de recherche du BAS en Antarctique

Pour la petite histoire, lors des premières mesures effectuées en 1985, la diminution du contenu de l'ozone dans la stratosphère était si importante que les scientifiques crurent d'abord à un défaut de leur instrument. D'autres mesures furent faites avec de nouveaux instruments et ce ne fut que plusieurs mois plus tard, après confirmation des premières mesures, que cette destruction d'ozone fut acceptée comme un fait réel.

Une autre histoire veut que les mesures satellitales TOMS ne montrèrent pas cette importante perte d'ozone car les programmes informatiques permettant d'analyser les données brutes fournies par l'instrument, étaient alors conçus pour traiter les basses valeurs d'ozone comme mesures erronées! Les analyses ultérieures de ces données brutes, après la publication des résultats obtenus par les scientifiques du British Antarctic Survey, confirmèrent alors leurs résultats et montrèrent même que la destruction d'ozone était un phénomène rapide et de grande échelle, affectant la presque-totalité du continent Antarctique.

Qu'est-ce que l'ozone et comment se forme-t'il?

L'ozone (O₃ : 3 atomes d'oxygène) est naturellement présent dans l'atmosphère.

L'atmosphère terrestre est composée de différentes couches. Nous vivons dans la "troposphère" où la plupart des phénomènes météorologiques ont lieu, tels la pluie, la neige et les nuages. Au-dessus de la troposphère se trouve la "stratosphère"; une région de l'atmosphère importante où se produisent le trou d'ozone et le réchauffement global de la planète. Les avions de lignes supersoniques comme Concorde, volent dans la partie inférieure de la stratosphère alors que les avions subsoniques des lignes commerciales se déplacent généralement dans la troposphère. La fine épaisseur d'atmosphère comprise entre les deux précédentes couches est appelée "tropopause".

L'ozone forme une couche dans la stratosphère, d'épaisseur minimale aux tropiques (à proximité de l'équateur) et plus dense au fur et à mesure que l'on s'éloigne vers les pôles. La quantité totale d'ozone au-dessus d'un point de la surface terrestre est mesurée en unités Dobson (DU pour Dobson Units en anglais) - en moyenne ~260 DU près des tropiques et plus forte partout ailleurs, avec d'importantes variations saisonnières. L'ozone est créé lorsque le rayonnement ultra-violet (lumière solaire) pénêtre la stratosphère, dissociant (ou "éclatant") une petite partie de l'oxygène moléculaire (O₂) en atomes d'oxygène (O). L'oxygène atomique se recombine alors très rapidement avec l'oxygène moléculaire pour former de l'ozone:

O2 + hv	->	O + O	(1)
O + O2	->	O3	(2)

(1/v = longueur d'onde < ~ 240 nm)

Bien qu'au sol, l'ozone soit nuisible à la santé - il s'agit d'un constituant principal des nuages de pollution d'origine photochimique -, sa présence dans la stratosphère est primordiale car ne nous ne pourrions survivre sans cela. Au-dessus de nous, dans la stratosphère, il absorbe une partie du rayonnement ultra-violet (UV) d'origine solaire (entre les longueurs d'onde 240 et 320 nm), nuisible à la santé car pouvant être entre autres, source de cancer de la peau et de dommages sur la végétation.

Bien que le rayonnement UV décompose la molécule d'ozone, l'ozone peut se reformer au moyen des réactions chimiques suivantes, qui ne se traduisent pas par une perte nette d'ozone :

O3 + hv	->	O2 + O	(3)
O + O2	->	O3	(2) (même réaction que ci-dessus)

L'ozone est aussi détruit par la réaction suivante :

O + O3

->

O2 + O2

(4)

Le cycle de Chapman

Les réactions précédentes, notées de (1) à (4) sont connues sous le nom de "cycle de Chapman". La réaction (2) est plus lente lorsque l'altitude augmente, alors que la réaction (3) s'accélère. La concentration en ozone résulte alors de l'équilibre entre ces deux réactions qui entrent en compétition entre elles. Dans la haute atmosphère où le rayonnement UV est important, l'oxygène atomique est prédominant. Au fur et à mesure que l'altitude décroît dans la stratosphère, l'air devient plus dense, l'absorption du rayonnement UV s'accentue et le maximum d'ozone se situe à environ 20 km d'altitude. Lorsque l'on continue à se rapprocher du sol, l'intensité du rayonnement UV diminue ainsi que la concentration en ozone. La couche d'ozone formée dans la stratosphère par ces réactions est appelée parfois "couche de Chapman".

Les réactions manquantes.

Mais la théorie de Chapman pose un problème : dans les années 60, on réalisa que la perte d'ozone par la réaction (4) était trop lente. Elle ne suffisait pas à elle-seule à détruire la quantité d'ozone requise pour obtenir les valeurs mesurées dans l'atmosphère réelle. Il devait exister d'autres réactions, plus rapides et contrôlant l'équilibre de l'ozone dans la stratosphère. Nous en apprendrons plus lors de la troisième partie de cette découverte du trou d'ozone.

Qu'est-ce que le trou d'ozone?

Le phénomène du trou d'ozone est généralement associé - à tort - et par la presse et par le public à celui du réchauffement global de la planète. Bien qu'il existe un lien car l'ozone est un gaz à effet de serre, le trou d'ozone est malgré tout un problème entièrement spécifique. Néanmoins, il s'agit d'un témoignage supplémentaire de l'effet des activités humaines sur l'environnement.

Une description plus détaillée de la chimie atmosphérique sera fournie en partie III.

Les niveaux de diminution d'ozone ont révélé l'incroyable degré d'instabilité de l'atmosphère, et l'ozone continue toujours à être détruit. L'association Greenpeace a répertorié les problèmes et questions que cela soulève.

Et qu'est-il fait pour y remédier?

Le premier accord global pour réduire les CFC fut la signature du Protocole de Montréal en 1987, avec pour objectif la réduction de moitié de leur production et de leur émission à l'horizon 2000. Deux amendements à cet accord ont été adoptés par la suite à la lumière des avancées de la recherche scientifique et de la meilleure compréhension du problème, le dernier en date ayant eu lieu en 1992. Un accord a été trouvé sur le contrôle de la production d'halocarbures par l'industrie jusqu'en 2030. Les principaux CFC ne sont plus produits par aucun des signataires après la fin de l'année 1995, excepté en quantités limitées pour des usages primordiaux comme en médecine.

Les pays membres de la Communauté Economique Européenne ont même adopté des mesures encore plus strictes que celles requises par le protocole de Montréal. Reconnaissant leurs responsabilités vis-à-vis de l'environnement et de la planète, ils se sont mis d'accord pour stopper toute production des principaux CFC au début de l'année 1995. Des délais plus courts pour mettre fin à l'utilisation d'autres substances réduisant la couche d'ozone ont également été adoptés.

Partie II. Les pertes d'ozone en Antarctique au cours des dernières années

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© 1999. Centre for Atmospheric Science, Université de Cambridge, Royaume-Uni. Ni textes, ni graphiques ne peuvent être utilisés sans une permission écrite et explicite au préalable. Cette version du site est maintenue à jour par le Dr. Glenn Carver. Le concept originel et le graphisme sont d'Owen Garrett.
Traduction française : Dr. Hubert Teyssèdre & Dr. Marielle Guirlet.