Les observations de cet hiver ont montré une diminution significative du contenu en ozone de la stratosphère durant plusieurs semaines, sur une large zone autour du Pôle Nord. © Kotangens, Adobe Stock

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Formation d'un trou dans la couche d'ozone en Arctique

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Des chercheurs du Laboratoire atmosphères et observations spatiales ont découvert la formation d'un petit trou d'ozone en Arctique ces dernières semaines. Un phénomène dû aux températures extrêmement basses de la stratosphère.

Des conditions météorologiques exceptionnelles, à savoir un hiver stratosphérique très froid et persistant, ont conduit à la formation d'un petit trou d'ozone en Arctique ces dernières semaines. Les observations, au sol et par satellites, des chercheurs du Laboratoire atmosphères et observations spatiales (Latmos/IPSL, CNRS/Sorbonne Université/UVSQ/Cnes) indiquent une importante diminution d'ozone d'environ 30 % à la date du 16 mars.

La couche d'ozone agit comme un bouclier qui protège la vie sur Terre des rayons ultraviolets nocifs. Les concentrations en ozone sont surveillées en continu depuis qu'un traité international, le protocole de Montréal signé en 1987, réglemente la production des halocarbures, des composés chimiques qui contiennent du chlore et du brome et sont à l'origine de la destruction de l'ozone dans la stratosphère (la partie de l'atmosphère qui s'étend de plus ou moins 10 à 50 kilomètres d'altitude). Comme ces composés persistent dans l'atmosphère durant plusieurs dizaines d'années, il faudra plusieurs décennies pour que leurs concentrations reviennent aux niveaux d'avant 1980.

En Antarctique, le « trou d'ozone », qui correspond à la destruction, au printemps, de plus de la moitié du contenu total en ozone au-dessus du pôle Sud, est un phénomène récurrent dû aux températures hivernales extrêmement basses de la stratosphère. En revanche, au pôle Nord, les conditions météorologiques ne sont en général pas propices à une diminution significative de l'ozone au printemps.

Distribution d’ozone mesurée chaque année à la fin de l’hiver (1-16 mars) par l’instrument IASI à bord du satellite Metop. Les couleurs du jaune au rouge indiquent les régions où les concentrations d’ozone sont élevées, les couleurs bleues indiquent des concentrations deux fois plus faibles (2011 et 2020). © Anne Boynard (Latmos/IPSL)

Une augmentation du rayonnement ultraviolet 

Les chercheurs du Latmos disposent d'une série de stations de mesures au sol (réseau SAOZ) et d'observations par satellite (les trois instruments IASI) pour surveiller l'ozone au quotidien tout autour du globe. Or, les observations de cet hiver ont montré une diminution significative du contenu en ozone de la stratosphère durant plusieurs semaines, sur une large zone autour du pôle Nord, avec comme conséquence une augmentation du rayonnement ultraviolet à la surface de la Terre. La persistance et l'intensité de l'événement sont exceptionnelles : en effet, si les mesures SAOZ montrent un évènement d'amplitude équivalente en 2011, les mesures IASI qui permettent de couvrir tout l'hémisphère nord montrent que, sur les 13 dernières années, le trou d'ozone dans l'hémisphère nord n'est apparu qu'à 2 reprises, en 2011 et 2020, et que la superficie couverte dépasse cette année celle de 2011.

Diminution d’ozone en Arctique de décembre 2019 à mars 2020, estimée à partir des stations sol du réseau de mesure SAOZ. © Florence Goutail (Latmos/IPSL)

Un réchauffement climatique qui retarde le recouvrement

Tant que le contenu en chlore et en brome de la stratosphère demeurera élevé, une forte diminution d'ozone semblable à celle observée cette année pourra se reproduire lors d'hivers arctiques très froids. Selon le dernier rapport d’évaluation international de l'état de la couche d'ozone, l'ozone devrait revenir à son niveau des années 1980 vers 2030 au pôle Nord et 2060 au pôle Sud. Sans le protocole de Montréal, la destruction de l'ozone aurait été bien pire cette année. En revanche, le changement climatique a tendance à retarder ce recouvrement, car plus la température augmente dans les basses couches, plus elle diminue, par compensation, plus haut dans l'atmosphère !

Diminution d’ozone en Arctique de décembre à mars, depuis 1994, estimée à partir des mesures du réseau sol SAOZ. © Florence Goutail (Latmos/IPSL).
Pour en savoir plus

Record : trou géant dans la couche d'ozone au-dessus de l'Arctique

De très faibles concentrations d'ozone dans la stratosphère ont été mesurées à la fin de l'hiver 2010 au-dessus de l'Arctique, correspondant à un trou dans la couche d'ozone grand comme cinq fois l'Allemagne environ. Une première !

Article de Bruno Scala, publié le 3/11/2011

Alors que l'on considérait que le problème du trou de la couche d'ozone était essentiellement réservé à l'Antarctique, une nouvelle étude publiée dans Naturevient de mettre en évidence la formation d'un trou au-dessus de l'Arctique, d'une grandeur semblable à celui de l'Antarctique au milieu des années 1980.

La première observation d'un trou dans la couche d’ozone a eu lieu en 1985, au-dessus de l'Antarctique, bien que des scientifiques se soient inquiétés dès les années 1970 de l'impact que pouvait avoir l'industrie sur cette couche protectrice. C'est à cette époque que les premières mesures de l'épaisseur de la couche ont été réalisées et pendant la décennie qui suivit, elle demeura relativement stable.

Le froid comme responsable

Mais sous l'intensification de l'activité humaine, notamment via l'utilisation des chlorofluorocarbures (CFC), l'épaisseur de la couche d’ozone a fortement diminué jusqu'à devenir critique. C'est alors qu'est née l'expression « trou de la couche d'ozone ». Ce phénomène est notamment dû à l'effet du chlore, qui entre en relation avec les molécules d'ozone (O3) pour former de l'oxyde de chlore (ClO). Depuis 1987 et le protocole de Montréal, l'utilisation des CFC a été interdite, mais leur effet néfaste est décalé dans le temps. En outre, la libération de chlore dans la stratosphère s'effectue via d'autres moyens et est en plus favorisée par des températures faibles.

Concentration d'ozone au sein de la stratosphère. Les faibles concentrations au-dessus de l'Arctique témoignent du trou dans la couche d'ozone. © Manney et al. 2011 - Nature

Quand ces processus de destruction ne sont pas compensés par la création d'ozone, on observe une diminution de l'épaisseur de la couche. Cela se produit également pendant les périodes froides puisque c'est le rayonnement solaire, en séparant les atomes d'oxygène (O) des molécules de dioxygène (O2), qui permet la création d'ozone. Ainsi, la concentration d'ozone dans la stratosphère diminue pendant les périodes de froid, mais a tendance à augmenter quand la température est plus élevée.

Un trou grand comme cinq fois l’Allemagne !

C'est pour cela que l'on observe une faible épaisseur de la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique, continent le plus froid de la Terre. Mais cette fois-ci, c'est bien le trou au-dessus de l'Arctique qui fait parler de lui. Après l'hiver 2010, un gigantesque trou a été observé dans la couche d'ozone qui abrite l'Arctique. Sa taille équivaut à environ cinq fois la superficie de l'Allemagne soit à peu près 2 millions de kilomètres carrés. Si des pertes importantes d'ozone avaient été observées en 2005, 2000 et 1997, c'est bien la première fois, en 2011, qu'il est possible de parler de trou dans la couche d'ozone. C'est entre 18 et 20 km au-dessus de la Terre que la couche est la plus touchée avec des pertes d'ozone allant jusqu'à 80 %.

Cependant, les scientifiques ont du mal à comprendre, pour l'instant, les raisons de ce record. Si le froid inhabituellement prolongé en Arctique l'année dernière y est pour beaucoup, ils sont en revanche incapables d'expliquer cette fraîcheur durable. C'est bien sûr cet aspect que les chercheurs vont désormais explorer.

L'accroissement du trou d'ozone est un problème majeur puisque cette couche protectrice empêche la pénétration des rayons ultraviolets au sein de la troposphère. Or ces rayons ont la capacité d'endommager l'ADN présent dans les cellules des êtres vivants.

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