La couche d'ozone en Antarctique
Une molécule d'ozone est constituée de trois atomes d'oxygène au lieu des deux habituels. Elle n'existe dans l'atmosphère qu'à l'état de traces. Les molécules d'ozone sont formées par l'interaction du rayonnement ultraviolet (UV) du soleil avec les molécules d'oxygène : Lorsqu'une molécule d'O2 est divisée, les deux atomes d'oxygène libres se lient à d'autres molécules d'O2 pour former des molécules d'O3.
Le rayonnement UV étant intense en altitude, où l'air est plus fin, c'est dans la stratosphère que la majeure partie de l'ozone est produite : Les scientifiques ont calculé que si la couche d'ozone était ramenée au niveau de la mer, elle aurait une épaisseur de 3 mm, alors que dans l'Antarctique, l'épaisseur de l'ozone peut n'être que de 1 mm. L'ozone de la stratosphère s'appauvrit sous l'effet de divers gaz d'origine humaine et un "trou" se forme au-dessus de l'Antarctique.
Le trou d'ozone au-dessus de l'Antarctique
Par le Goddard Space Flight Center de la NASA [Public domain], via Wikimedia Commons
Le trou dans la couche d'ozone est l'un des impacts les plus importants que l'homme ait eu sur l'Antarctique. Entre les années 1940 et 1990, l'industrialisation rapide et l'élévation du niveau de vie ont entraîné l'émission de chlorofluorocarbones, d'hydrochlorofluorocarbones, de halons et de bromure de méthyle, créant ainsi un "trou" dans l'ozone au-dessus du continent antarctique.
Le trou d'ozone a été détecté par les scientifiques lorsqu'ils ont comparé la quantité d'ozone trouvée au début des années 1980 avec des mesures remontant à 1956. Il a été constaté que le trou variait en taille et qu'il se formait au cours des mois de septembre et d'octobre. Chaque hiver, un vortex polaire se forme dans la stratosphère au-dessus de l'Antarctique et les températures chutent jusqu'à - 85° Celsius dans la basse atmosphère. À ces basses températures, des nuages de glace se forment et servent de sites où les produits chimiques contenant du chlore et du brome sont transformés en composés qui détruisent l'ozone.
L'étude des nuages est essentielle pour comprendre le trou d'ozone
Plus précisément, les nuages stratosphériques polaires (PSC) constituent des surfaces où se produisent des réactions chimiques impliquant du chlore qui détruit les molécules d'ozone. Les nuages stratosphériques polaires se forment autour de 60° de latitude sud, à une altitude comprise entre 10 et 25 kilomètres, au cours de l'hiver et au début du printemps. Les nuages sont classés en types I et II en fonction de la taille des particules et de la température de formation.
Les PSC de type I sont beaucoup plus fins que les nuages de type II et leur seuil de formation se situe entre 5 et 8° Celsius au-dessus du point de congélation. Ces nuages se composent principalement de gouttelettes d'acide nitrique et d'acide sulfurique, tandis que les nuages de type II, également connus sous le nom de nuages nacrés, sont composés de cristaux de glace et se forment lorsque les températures sont inférieures au point de congélation de la glace (généralement en dessous de - 83°C).
Malgré des décennies de recherche, les connaissances sur les PSC restent lacunaires, notamment en ce qui concerne le moment et la durée des événements PSC, leur étendue géographique et leur répartition verticale, ce qui a une incidence sur la précision des modèles d'appauvrissement de la couche d'ozone. Au printemps, lorsque la lumière du soleil revient dans l'Antarctique, la destruction de l'ozone dans le vortex polaire commence, atteignant un maximum au début du mois d'octobre et diminuant ensuite jusqu'à la fin du mois de décembre.
La couche d'ozone nous protège des rayonnements nocifs
La majeure partie de l'ozone dans l'atmosphère terrestre se trouve entre 15 et 30 km d'altitude : dans la stratosphère, où il absorbe les rayonnements nocifs du soleil :
Environ 2 % de la lumière émise par le soleil se présente sous la forme de rayons ultraviolets (UV) à haute énergie, dont certains (UV-B) causent des dommages aux êtres vivants, notamment des coups de soleil, des cancers de la peau et des lésions oculaires. La quantité de rayonnement UV sola qui atteint la Terre en tout lieu dépend de la position du soleil au-dessus de l'horizon, de la quantité d'ozone dans l'atmosphère, de la nébulosité locale et des niveaux de pollution. Avec la formation d'un trou d'ozone au-dessus de l'Antarctique, les scientifiques constatent une forte augmentation des UV-B au cours du printemps antarctique.
Un accord mondial pour stopper les produits chimiques destructeurs d'ozone
Depuis la signature du protocole de Montréal en 1989, qui fixe des délais pour la réduction et l'élimination de la production et de l'utilisation des substances qui appauvrissent la couche d'ozone, on a assisté à une réduction significative des substances chimiques destructrices de l'ozone dans l'atmosphère. Néanmoins, la date de ce retour est incertaine en raison de l'incertitude des modèles utilisés pour prévoir les changements futurs.
Le trou dans la couche d'ozone se réduit
Une étude récente a montré que le trou dans la couche d'ozone que l'on trouve au-dessus de sa tête lors d'une expédition en Antarctique présentait des signes de diminution sur la base de 15 années d'observations au sol et par satellite, la taille du trou dans la couche d'ozone étant moins importante en 2014 par rapport à la moyenne 1995-2005. L'étude a révélé que le trou d'ozone était de 20,9 kilomètres carrés, soit le sixième trou le plus petit sur la période 1991-2004. Les données montrent que depuis 1998, le trou d'ozone se réduit à un rythme de 0,17 kilomètre carré par an.
Toutefois, la cause de la réduction du trou d'ozone n'est pas claire. Les substances appauvrissant la couche d'ozone stratosphérique dans l'Antarctique sont estimées à l'aide du chlore stratosphérique effectif équivalent (CSEE), qui est une combinaison de chlore et de brome. Une moyenne de 5,2 années est utilisée pour calculer le CESE et, depuis le pic de 3,70 parties par milliard (ppb) atteint en 2000-2002, le CESE est passé à 3,49 ppb, soit une diminution de 0,34 ppb ou de 9 %. Cela signifie que les niveaux du CESE ont chuté de 20 % pour atteindre le niveau de 2,05 ppb de 1980, année considérée par les chercheurs comme la "période précédant le trou de la couche d'ozone".
Le lien entre la couche d'ozone et le climat
L'Australian Antarctic Division a mené des recherches sur la manière dont la reconstitution de la couche d'ozone produira des rétroactions significatives sur le climat de surface de l'Antarctique et de l'hémisphère sud pendant le reste du21e siècle, en termes de changements dans les cycles saisonniers et de tendances à long terme en matière de température et de vent.
Pour mieux comprendre la situation, l'Australian Antarctic Division développe un modèle climatique chimique par l'intermédiaire de l'Australian Community Climate Earth System Simulator (ACCESS). ACCESS intègre le modèle de chimie et d'aérosols du Royaume-Uni (UKCA). Le principal objectif du projet australien ACCESS est de fournir des analyses et des conseils sur les effets des rétroactions de la reconstitution de l'ozone sur le climat de l'hémisphère sud. Plus précisément, le projet vise à intégrer pleinement le modèle chimique UKCA dans le modèle ACCESS et à comparer les résultats des scénarios standard avec les observations historiques à l'échelle régionale.
Recherche australienne sur la couche d'ozone
Les résultats attendus du programme ACCESS sont la mise en œuvre d'une nouvelle capacité de modélisation du système terrestre pour l'Australie et une analyse évaluée par les pairs sur les changements dans les processus climatiques de l'Antarctique et de l'hémisphère sud pour les revues scientifiques et les conseils aux agences gouvernementales.
En outre, le projet devrait favoriser une coopération transtasmanienne accrue entre l'Australie et la Nouvelle-Zélande : Le NIWA néo-zélandais a mené des recherches sur le trou d'ozone de l'Antarctique, car il a un effet majeur sur le climat local, qui à son tour influence le climat mondial et les changements du niveau de la mer.
En particulier, la modélisation par le NIWA de la chimie atmosphérique des processus de rétroaction entre l'ozone stratosphérique et le climat de l'Antarctique permettra d'accroître la précision des modèles de changement climatique mondial. Jusqu'à présent, le modèle australien se concentrait sur les prévisions météorologiques et les projets climatiques et n'intégrait pas la chimie interactive de la stratosphère.
En outre, ACCESS vise à renforcer la coopération entre les scientifiques australiens et internationaux sur la modélisation chimie-climat et les effets régionaux de la reconstitution de l'ozone dans l'hémisphère sud. En outre, la division antarctique australienne mène des recherches sur les PSC, le LIDAR de la station Davis étant utilisé depuis 2001 pour étudier les nuages stratosphériques. Les mesures sont utilisées pour étudier la climatologie des nuages et leur relation avec la structure de la température de la stratosphère.