Introduction
La couche d'ozone est un élément vital de l'atmosphère terrestre, jouant un rôle crucial dans la protection de la vie sur Terre. Située dans la stratosphère, elle agit comme un bouclier naturel contre les rayons ultraviolets nocifs du soleil. Cet article explore en détail la définition de la couche d'ozone, son importance, les causes de son appauvrissement, les efforts internationaux pour sa préservation et son état actuel.
Définition et Localisation
La couche d'ozone est une région de la stratosphère terrestre, située entre 20 et 50 kilomètres d'altitude. C'est la partie de l'atmosphère où la concentration d'ozone (O3) est la plus élevée, de l'ordre de dix parties par million. Cette concentration, bien que faible, est suffisante pour absorber une grande partie des rayons ultraviolets (UV) dommageables, en particulier les rayons UV-B. 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.
Rôle et Importance
Le rôle principal de la couche d'ozone est d'absorber la plupart des rayons ultraviolets dommageables (rayons UV-B) sur le plan biologique. Sans cette action filtrante, les rayons UV-B pénétreraient librement l'atmosphère et atteindraient la surface de la Terre, provoquant des effets néfastes liés à l'exposition excessive aux rayons. Les UV-B altèrent l'ADN et s'avèrent à ce titre fortement mutagènes sur les plantes et les animaux.
En filtrant une grande partie des rayonnements ultraviolets (UV) solaires, principalement les UVC et les UVB, cette couche protège les êtres vivants, une surexposition aux UV pouvant avoir des effets néfastes sur la santé humaine (cataractes, cancers de la peau, affaiblissement du système immunitaire) et sur les végétaux (inhibition de l’activité photosynthétique des plantes).
L'absorption des rayons ultraviolets par l'ozone crée une source de chaleur qui forme la stratosphère (une région où la température augmente avec l'altitude). Elle joue donc un rôle déterminant dans la structure de la température de l'atmosphère terrestre.
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Le rôle essentiel de la couche d'ozone dans la biodiversité terrestre est bien connu : en filtrant les rayons ultraviolets (UV) nocifs provenant du Soleil, elle a permis l'émergence de la vie complexe. En effet, malgré des niveaux élevés d'oxygène depuis 2,4 milliards d'années, l'ozone atmosphérique est resté faible et instable jusqu'il y a environ 500 millions d'années en raison de la concentration élevée d'iode marin qui aurait perturbé la formation d'une couche d'ozone stable en détruisant l'ozone atmosphérique. Ce retard a probablement exposé la surface terrestre à un rayonnement UV intense, freinant l'apparition des plantes et animaux complexes jusqu'à la période cambrienne.
L'Appauvrissement de la Couche d'Ozone
Causes de l'appauvrissement
Les instruments terrestres et les satellites ont enregistré une baisse de l'ozone stratosphérique en raison des activités humaines avec les émissions de gaz tels que les CFC, les halons etc. La quantité d'ozone qui se situe au-dessus de certaines régions de l'Antarctique (qui porte le nom de colonne d'ozone) est appauvrie jusqu'à 60 % pendant le printemps en Antarctique (de septembre à novembre). Ce phénomène porte le nom de trou d'ozone antarctique.
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.
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). 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.
Parmi les substances appauvrissant la couche d'ozone, on trouve :
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- les CFC (Chlorofluorocarbones)
- le bromure de méthyle, un pesticide utilisé en horticulture
- les HCFC (HydroChloroFluoroCarbones)
- 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.
- le protoxyde d’azote (N₂O), principal destructeur d’ozone aujourd’hui, émis par l’agriculture intensive.
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.
"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.
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… 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?
Le "Trou" dans la Couche d'Ozone
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). Le 3 octobre 2022, la valeur d'ozone totale la plus faible était de seulement 101 unités Dobson au-dessus du pôle Sud. Lorsque le soleil polaire se lève, les scientifiques de la NOAA effectuent des mesures avec un spectrophotomètre Dobson, un instrument optique qui enregistre la quantité totale d'ozone entre la surface de la Terre et la stratosphère.
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Depuis les années 1980, chaque printemps, des scientifiques observent une diminution de la moitié de la couche d'ozone au-dessus du pôle Sud. A l'automne, la situation revient à la normale. Le nom donné alors à cette mystérieuse disparition est « trou ».
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.
Impact de l'Appauvrissement
La diminution de la couche d’ozone a de multiples effets, que ce soit sur la santé humaine ou la biodiversité.
- L’augmentation des cancers de la peau : cette maladie est directement liée aux rayons UV-B, particulièrement dommageables.
- Des taux élevés de rayonnement UV-B réduisent la photosynthèse et la croissance de la végétation et des cultures.
Efforts Internationaux et Mesures Prises
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. 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.
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. 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.
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. 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. 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.
Les CFC sont remplacés progressivement par d'autres gaz moins nocifs comme les hydrochlorofluorocarbures ou HCFC et hydrofluorocarbures ou HFC. Ces composés (HCFC-22, HCFC-141, HCFC-142b) ont une durée de vie limitée à quelques dizaines d'années dans l'atmopshère. 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. 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.
Déclin de la consommation de CFCs par grandes régions mondiales depuis 1988 avec l'adoption du protocole de Montréal. 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.
L’amendement de Kigali, signé en 2016 et entré en vigueur le 1er janvier 2019, vise à réduire la production et la consommation de produits chimiques libérant de puissants gaz à effet de serre dans l’atmosphère et utilisés dans les réfrigérateurs, les climatiseurs et les appareils connexes. Ce texte, qui encadre et établit des calendriers de réduction des productions et consommations en HFC pour l’ensemble des Parties au Protocole, a été ratifié par la France le 29 mars 2018.
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