Quel est l'état de la couche d'ozone? Le point sur l'évaluation la plus récente effectuée par l'OMM/PNUE

Par le Seecrétariat de l'OMM¹

L'évaluation de l’état de la couche d’ozone réalisée en 2014, la plus récente en date, établit des prévisions concernant le retour aux valeurs d'avant 1980. Sous les latitudes moyennes de l'hémisphère Nord (35-60°N), la concentration d'ozone total est aujourd'hui inférieure d'environ 3,5 % à ce qu'elle était pendant la période 1964-1980. Sous les latitudes moyennes de l'hémisphère Sud (35-60°S), elle est inférieure de 6 % environ. La déperdition plus importante observée dans l'hémisphère Sud est liée au trou qui se forme dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique. Après la baisse du taux d'ozone total observée au cours des années 1980 et 1990, la situation s'est stabilisée depuis 2000. Il semblerait que de légères hausses soient survenues au cours des récentes années, mais elles sont masquées par la variabilité interannuelle et ne sont pas statistiquement significatives. À une altitude d'environ 40 km, on relève des signes d'une augmentation récente plus nette de la concentration d'ozone dont la signification statistique devra faire l'objet d'études plus approfondies.

Le Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d’ozone, signé en 1987, a donné des résultats probants puisque les concentrations atmosphériques de chlorofluorocarbures (CFC) diminuent désormais lentement. Cependant on a tendance à penser, à tort, que le problème est entièrement résolu et que la couche d'ozone est maintenant revenue à son état d'origine. En réalité, l'atmosphère contient toujours suffisamment de chlore et de brome issus des substances appauvrissant la couche d'ozone (SAO) pour entraîner une destruction totale de l'ozone entre 14 et 20 km d'altitude dans la stratosphère de l'Antarctique. L'équivalent chlore stratosphérique effectif (EESC) est une mesure communément employée de la concentration atmosphérique de substances destructrices d'ozone. Il tient compte de l'action combinée du chlore et du brome. Après avoir atteint un sommet de 3,79 parties par milliard (ppb) en 2000-2002, cet indice a depuis été réduit de 9,0 % pour atteindre 3,45 ppb. Il faudra attendre plusieurs décennies avant qu'il ne retombe au niveau d’avant 1980, soit 2,05 ppb (l'année 1980 est souvent retenue en guise de date de référence puisque c'est à cette époque qu'est apparu pour la première fois le trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique).

C'est au début des années 1970 que les scientifiques ont commencé à publier des mises en garde concernant les dangers potentiels de certaines activités humaines pour l'intégrité de la couche d'ozone. Le premier danger identifié concernait les émissions d’oxydes d’azote (NO_x) liées aux projets de développement de flottes d'avions de ligne supersoniques comme le Concorde. Peu après, on a commencé à s'inquiéter des émissions d'acide chlorhydrique produites par les moteurs-fusées de la navette spatiale de la NASA. Puis, en 1974, dans un article qui fait date, Sherwood Rowland et Mario Molina avertissaient que le chlore issu des chlorofluorocarbures (CFC) risquait de détruire la couche d'ozone stratosphérique.

Toutes ces mises en garde ont incité l'OMM à lancer en 1975 la première évaluation internationale de l'état de la couche d'ozone. En 1977, le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE), en collaboration avec l'OMM, établissait le Plan mondial d'action pour la couche d'ozone. En 1981, l’OMM et le PNUE publiaient la première édition de l’Évaluation scientifique de l'appauvrissement de la couche d'ozone dont les éditions suivantes ont été publiées en 1985, 1988, 1991 et 1994. Préparées en collaboration avec de nombreuses organisations environnementales nationales, les évaluations ont depuis été publiées tous les quatre ans, la plus récente datant de 2014. Une des missions du programme de la Veille de l’atmosphère globale (VAG) de l'OMM est de contribuer à ces évaluations scientifiques qui étayent les politiques environnementales.

Les observations de la VAG sur la colonne totale d’ozone et sur sa répartition verticale fournissent des données essentielles à l'évaluation de l'état de la couche d'ozone stratosphérique et de son évolution – La carte ci-contre montre l'emplacement des stations de la VAG mesurant la colonne totale d’ozone qui ont transmis des données après le 1^er janvier 2012. Les données sont stockées au Centre mondial de données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet, hébergé par Environnement Canada à Toronto. Elles sont libres d'accès.

Le trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique réapparaît tous les printemps, ce qui ne saurait surprendre compte tenu des quantités de SAO actuellement présentes dans l'atmosphère. Chaque année, d'août à novembre, la stratosphère antarctique subit une destruction importante de ce gaz.

Profil vertical de l'ozone mesuré à la station allemande Neumayer de la terre de la Reine-Maud, en Antarctique, le 15 octobre 2014. On observe une déperdition pratiquement totale de l'ozone entre 14 et 21 km d'altitude, la quantité mesurée étant réduite à 9 DU dans cette couche de l'atmosphère.

Les nuages stratosphériques polaires, qui s'observent plus fréquemment dans le sud que dans le nord, engendrent des réactions chimiques qui convertissent des gaz réservoirs inertes (HCl et ClONO2) en chlore actif (ClO) qui détruit l'ozone par réaction catalytique. Le cycle catalytique ainsi engendré accentue le processus de destruction: une seule molécule de chlore (Cl2) peut détruire des milliers de molécules d'ozone. Ce phénomène explique comment quelques parties par milliard de chlore peuvent détruire plusieurs parties par million d'ozone (Diagramme: Finn Bjørklid, Institut norvégien de recherche atmosphérique (NILU)).

L'Arctique peut lui aussi subir une déperdition importante d'ozone stratosphérique, mais le phénomène est moins prononcé que dans l’Antarctique. Si l’on observe de fortes déperditions d’ozone à chaque hiver et chaque printemps dans le sud, ce n’est pas le cas dans le nord. Cette différence peut s'expliquer par les conditions météorologiques qui caractérisent la stratosphère arctique et antarctique. La région arctique peut parfois connaître des hivers stratosphériques froids, mais qui restent entrecoupés par des hivers plus doux. En Antarctique en revanche, les hivers sont toujours froids. En hiver et au printemps 2011, la stratosphère arctique a été particulièrement froide, ce qui a conduit à une déperdition importante d'ozone, comme il était à prévoir dans de telles conditions. En 2011, le degré de déperdition d'ozone était comparable à celui observé en Antarctique vers 1982/83 – le trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique n'a cessé de s'agrandir au cours des 20 années qui ont suivi.

Pourquoi la déperdition d'ozone est-elle plus importante dans les régions polaires qu'aux latitudes moyennes? Cette différence est due aux conditions météorologiques ainsi qu'à la présence de nuages stratosphériques qui se forment aux pôles. La stratosphère est beaucoup plus sèche que la troposphère, ne contenant qu'environ 5 ppm de vapeur d'eau. Aussi y observe-t-on rarement des nuages. Cependant, lorsqu'il fait suffisamment froid – c'est-à-dire, lorsque la température descend au-dessous de -78°C – des nuages peuvent se former dans la stratosphère. De telles conditions de température ne s'observent que dans les régions polaires, et beaucoup plus souvent dans le sud que dans le nord.

Sous réserve du respect intégral des dispositions du Protocole de Montréal, la couche d'ozone devrait lentement retrouver son état d'origine, c'est-à-dire son état d'avant 1980. Cette reconstitution devrait s'achever d'ici le milieu du XXI^e siècle aux latitudes moyennes et en Arctique, et un peu plus tard au-dessus de l'Antarctique.

L'évolution de la couche d'ozone au cours de la seconde moitié du siècle dépendra dans une large mesure de la concentration atmosphérique des principaux gaz à effet de serre persistants – dioxyde de carbone (CO₂), oxyde nitreux (N₂O) et méthane (CH₄). Une augmentation des concentrations de CO₂ et de CH₄ entraînera une hausse des concentrations globales d'ozone, tandis qu'une augmentation des concentrations de N₂O réduira l'ozone puisque le N₂O est une source d'oxydes d'azote (NO_x) dans la stratosphère.

Sous les tropiques, on prévoit de fortes déperditions dans la colonne d’ozone au cours de ce siècle en raison du renforcement de la circulation de Brewer-Dobson dû à l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre persistants comme le CO₂, le N₂O et le CH₄.

Globalement, le Protocole de Montréal fonctionne et la communauté internationale a beaucoup fait pour récupérer et éliminer les SAO. D'autres actions sont envisageables pour lutter contre la déperdition future de l'ozone, mais elles sont limitées. Une question reste sujette à débat pour les Parties au Protocole de Montréal: celle des réserves de SAO qui persistent dans les équipements périmés attendant d'être récupérés et détruits – par exemple, les vieux réfrigérateurs mis au rebut sans être recyclés. Ces appareils se détérioreront lentement et libéreront inévitablement les SAO qu'ils contiennent, ce qui ralentira le processus de reconstitution de l'ozone. En supposant que le Protocole soit respecté, les émissions issues de ces sources devraient contribuer davantage à l'appauvrissement de la couche d'ozone que celles provenant des activités futures de production de SAO.

Une autre question est récemment venue préoccuper les Parties au Protocole de Montréal: la réduction plus lente que prévu des concentrations atmosphériques de tétrachlorure de carbone (CCl₄). Les expériences de modélisation inverse réalisées à partir des quantités observées dans l'atmosphère montrent que les émissions actuelles de cette substance sont beaucoup plus importantes que celles déclarées par les Parties au Protocole. Il existe donc quelque part une source inconnue de CCl₄. Cette découverte montre l'importance et l'utilité des mesures atmosphériques pour le contrôle indépendant de l'application des traités sur la protection de l’environnement.

Lorsqu'il est apparu clairement, au milieu des années 1980, que les CFC étaient responsables du trou formé dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique et qu'il conviendrait donc d'en interdire la fabrication, l'industrie chimique a rapidement mis au point de nouveaux composés moins dangereux. Ces substances – par exemple, les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), ne présentent d'ordinaire que 10 % de la capacité d'appauvrissement de la couche d'ozone qui caractérise les CFC puisqu'elles persistent beaucoup moins longtemps dans atmosphère. Le remplacement des CFC par les HCFC nous a permis de gagner du temps, mais nous devrons tout de même réduire la production de ces substances et les éliminer complètement d'ici 2040 en application du Protocole de Montréal.

Les hydrofluorocarbures (HFC), une autre classe de produits de substitution, ne contiennent pas de chlore ni de brome destructeurs d'ozone, mais sont de puissants gaz à effet de serre. Leurs concentrations atmosphériques restent très faibles, mais elles augmentent rapidement et contribueront à l'avenir à exacerber le changement climatique si rien n'est fait pour en limiter l'utilisation. La question de savoir si les HFC devraient être interdits en vertu des dispositions du Protocole de Montréal, compte tenu du fait qu'ils sont sans effet sur la couche d'ozone, fait l'objet d'intenses débats. Ces substances ont été élaborées pour lutter contre la déperdition d'ozone, mais elles contribuent à aggraver un autre problème: le réchauffement planétaire. Des réunions des Parties au Protocole de Montréal sont prévues plus tard cette année afin de chercher une solution à la menace que posent les HFC.

Grâce au Protocole de Montréal, les concentrations atmosphériques de CFC sont en baisse. La colonne totale d’ozone montre des premiers signes d'embellie, mais les changements observés ne sont toujours pas statistiquement significatifs. La concentration d'ozone à 40 km d'altitude a nettement augmenté au cours des dernières années, mais de plus amples études seront nécessaires pour confirmer la signification statistique de ce changement.

Il existe d'autres enjeux importants liés à la couche d'ozone et au Protocole de Montréal. Des informations plus détaillées sont disponibles sur les sites Web suivants:

Veille de l’atmosphère globale

Évaluation OMM/PNUE de la couche d'ozone

Bulletins sur la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique diffusés par l’OMM

¹ Geir Braathen , Atmospheric Research Programme, WMO