Protégeons la terre

Lorsque l'on évoque les changements de l'environnement global, il est fréquemment fait référence dans les medias et dans le public à deux problèmes d'environnement qui sont parfois traités de façon totalement distincte,  mais fréquemment confondus comme s'il s'agissait d'un seul et même problème : il s'agit d'une part de l'ozone stratosphérique et du célèbre "trou d'ozone" et d'autre part de l'augmentation des gaz à effet de serre (GES) et du changement climatique qui en découle. Or il s'agit de deux problèmes très différents. On peut en première approximation traiter le problème du changement climatique sans inclure la stratosphère et le sort de l’ozone en ignorant le changement climatique. Mais cependant les problèmes ne sont pas totalement indépendants ; il existe entre eux de nombreuses interactions et nous en évoquerons quelques unes.

 Les nuages sont les grands responsables du trou d'ozone

Il n’est pas question de traiter, dans ce texte du problème climatique dans son ensemble. Celui-ci dû à l’augmentation des GES, se situe essentiellement dans les basses couches de l’atmosphère, la troposphère. Nous ne parlerons ici que de la stratosphère où se trouve la avec les problèmes qu’elle a suscité au cours des dernières décennies, ainsi que des impacts de la stratosphère sur le climat.

Rappelons que la stratosphère est le premier lieu où a été mis en évidence un changement de l'environnement d'origine anthropique indiscutable. Alors que la réalité du changement climatique (c’est-à-dire de la température à la surface de la terre) était encore mise en doute en 1995 (second rapport du GIEC), c'est 10 ans plus tôt, en 1984, que l’on découvrait que l'ozone stratosphérique avait diminué de moitié au-dessus de l'Antarctique au début du printemps austral.

Lexique

Effet de serre

Phénomène thermique bien connu sur les planètes comme la Terre et Vénus où l'atmosphère laisse passer une partie du rayonnement du Soleil qui vient frapper le sol. Réchauffé, celui-ci émet un rayonnement infrarouge qui est en partie ou totalement piégé par l'atmosphère rendue "imperméable" par la présence de gaz dont principalement la vapeur d'eau sur Terre, et le Co2 (sur Venus et à moindre degré sur Terre).

Il y a alors une isolation accrue de la planète et un réchauffement général de celle-ci. A noter que l'effet de serre existe aussi sur Mars bien que beaucoup plus faible.

Troposphère

La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface de la Terre et une altitude de 8 à 15 kilomètres. Elle est plus épaisse à l'équateur qu'aux pôles. La frontière entre la troposphère et la stratosphère s'appelle la tropopause. Cette couche atmosphérique contient 85% de la masse totale de l'atmosphère... et l'air qu'on respire.

Stratosphère

La stratosphère est la couche de l'atmosphère terrestre qui se situe au-dessus de la troposphère (et donc de la tropopause), et qui s'étend jusqu'à la mésosphère, à 50 km d'altitude. La zone frontière entre la stratosphère et la mésosphère s'appelle la stratopause.

Mésosphère

Située entre 50 et environ 80 kilomètre d'altitude, la mésosphère se situe au-dessus de la stratosphère (elle-même au-dessus de la troposphère, en contact avec le sol).

Elle est séparée de la stratosphère par la stratopause et de la couche supérieure (la thermosphère) par la mésopause.

Protocole de Kyoto

Le Protocole de Kyoto vise à lutter contre le changement climatique en réduisant les émissions de gaz carbonique.

Le Sommet de la Terre, à Rio en 1992, a marqué la prise de conscience internationale du risque de changement climatique. Les états les plus riches, pour lesquels une baisse de croissance ne semblait plus supportable et qui étaient en outre responsables des émissions les plus importantes, y avaient pris l'engagement de stabiliser en 2000 leurs émissions au niveau de 1990. C'est le Protocole de Kyoto, en 1997, qui traduisit en engagements quantitatifs juridiquement contraignants cette volonté.

1 - Les gaz à effet de serre concernés sont :

• le gaz carbonique ou dioxyde de carbone (CO2) provenant essentiellement de la combustion des énergies fossiles et de la déforestation,

• le méthane (CH4) qui a pour origine principale l'élevage des ruminants, la culture du riz, les décharges d'ordures ménagères, les exploitations pétrolières et gazières,

• les halo carbures (HFC et PFC) sont les gaz réfrigérants utilisés dans les systèmes de climatisation et la production de froid, les gaz propulseurs des aérosols,

• le protoxyde d'azote ou oxyde nitreux (N2O) provient de l'utilisation des engrais azotés et de certains procédés chimiques,

• l'hexafluorure de soufre (SF6) utilisé par exemple dans les transformateurs électriques.

Les pays signataires dits «de l'annexe» (les pays développés ou en transition vers une économie de marché comme la Russie) ont accepté globalement de réduire de -5,5% leurs émissions de gaz à effet de serre sur la période 2008-2012 par rapport au niveau atteint en 1990.

Parmi ces pays, les États-Unis ont accepté une réduction de 7%, le Japon de 6% et l'Union européenne de 8%. A la suite de cet engagement, l'Union européenne a estimé nécessaire de procéder à une répartition de la charge de cet objectif entre les quinze États membres. A l'horizon 2008-2012, la France devra donc stabiliser ses émissions de gaz à effet de serre à leur niveau de 1990.

L'entrée en vigueur du Protocole de Kyoto (le 16 février 2005) a eu lieu dès lors qu'au minimum 55 pays de la Convention sur les changements climatiques avaient déposé leurs instruments de ratification. Parmi ces pays, devaient figurer des pays développés dont les émissions de dioxyde de carbone représentaient en 1990 au moins 55% des émissions totales de ces pays à la même date.

La Russie a ratifié également le Protocole de Kyoto. Néanmoins les États-Unis, qui à eux seuls émettent 30 à 35% du total des gaz à effet de serre d'origine humaine, ont décidé en 2001 de ne pas ratifier le Protocole. Mais la mise en œuvre effective est désormais acquise et interviendra officiellement aujourd'hui.

Les engagements souscrits par les pays développés sont ambitieux. Pour faciliter leur réalisation, le protocole de Kyoto prévoit, pour ces pays, la possibilité de recourir à des mécanismes dits " de flexibilité " en complément des politiques et mesures qu'ils devront mettre en œuvre au plan national.

2 - Ces mécanismes sont au nombre de trois :

• les " permis d'émission ", cette disposition permet de vendre ou d'acheter des droits à émettre entre pays industrialisés ;

• la " mise en œuvre conjointe " (MOC) qui permet, entre pays développés de procéder à des investissements visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre en dehors de leur territoire national et de bénéficier des crédits d'émission générés par les réductions ainsi obtenues ;

• le " mécanisme de développement propre " (MDP), proche du dispositif précédent, à la différence que les investissements sont effectués par un pays développé, dans un pays en développement.

Au niveau international, la Conférence des parties au Protocole de Marrakech de décembre 2001 a permis de fixer les critères d'éligibilité des projets au titre des mécanismes de mise en œuvre conjointe ou de développement propre :

• le projet doit être «additionnel», c'est à dire générer une baisse effective des émissions pour l'activité concernée par rapport à ce qui se serait produit en l'absence du projet en question ;

• le pays hôte, qui doit au préalable ratifier le Protocole de Kyoto, doit ensuite approuver formellement le projet si celui-ci s'inscrit dans sa stratégie de développement durable.

Au niveau communautaire, l'Union européenne achève de mettre en place les instruments juridiques nécessaires et traduit ainsi sa volonté d'appliquer les dispositions du Protocole de Kyoto.

3 - La mise en place des permis d'émission et du système d'échanges

Le marché européen des permis d'émission est une réalité depuis le 1er janvier 2005. Le système d'échanges est instauré le 1er janvier 2005 grâce à la directive 2003/87 " quotas ", afin d'expérimenter le dispositif de marché et d'anticiper sur la période d'engagement prévue par le Protocole de Kyoto (2008-2012). Il vise dans un premier temps les émissions de CO2 des secteurs les plus gros émetteurs (papier, verre, ciment, secteur énergétique et raffineries), soit 45 à 50% du total des émissions de CO2 de l'industrie. Environ 12 000 installations de l'Union européenne à 25 sont concernées.

Le principe est le suivant. Les États membres fixent, pour chaque période, des objectifs de réduction d'émission à chacune des installations concernées à travers un plan national d'affectation des quotas (dit PNAQ) préalablement validé par la Commission. Au début de chaque période, ils affectent un volume donné de quotas aux exploitants des installations, sur la base des émissions des activités concernées. Un quota correspond à l'émission de l'équivalent d'une tonne de CO2. Deux périodes de mise en œuvre sont prévues : 2005-2007 et 2008-2012.

Les exploitants doivent restituer à la fin de chaque période le nombre de quotas correspondant à leurs émissions de CO2. L'intérêt économique du système de quotas réside dans le fait que ces quotas sont transférables et négociables. En effet, les quotas peuvent être échangés par les exploitants des installations. Cet outil de marché favorisera une répartition efficace des efforts entre les acteurs concernés par la directive. Les exploitants pour lesquels les coûts de réduction de leurs émissions seront trop élevés pourront atteindre leur objectif (i.e. restituer le nombre de quotas correspondant à leurs émissions sur la période) en achetant des quotas supplémentaires à des exploitants pour qui les coûts sont moindres et qui auraient un excédent à revendre (i.e. un nombre de quotas correspondant à un volume de CO2 supérieur à leurs émissions sur la période).

Au niveau national, le mécanisme de marché de quotas d'émission, instauré à l'échelle communautaire, ne peut toutefois suffire à lui seul au respect des engagements internationaux. S'il vise le principal gaz à effet de serre, en volume d'émissions, qu'est le dioxyde de carbone, il ne concerne qu'une partie du secteur industriel et énergétique, exclut le secteur de l'agriculture, des transports et du résidentiel et du tertiaire. Or, ces deux derniers secteurs sont, en France, les principaux émetteurs de gaz à effet de serre et, contrairement au secteur industriel et énergétique, leurs émissions continuent de croître.

Avec une température minimale d'environ -100 °C, c'est la couche la plus froide de l'atmosphère. La vapeur d'eau peut y geler, formant des nuages particuliers, les nuages nacrés (noctilucent en anglais), à l'aspect irisé.

L'ozone un constituant important de l'atmosphère

L’ozone est un gaz naturellement présent dans l’atmosphère, bien qu’en très faible quantité par rapport aux autres molécules d’azote (78%) et d’oxygène (21%) qui, avec l’addition de quelques gaz rares (argon, hélium…), représentent  99% de la composition de l’air. La molécule d’ozone est formée de 3 atomes d’oxygène et elle est représentée par la dénomination chimique O₃ et provient de la dissociation de la molécule d’oxygène moléculaire (O₂) par le rayonnement ultraviolet. La plus grande quantité d’ozone (90%) se situe dans la stratosphère,  et constitue la « couche d’ozone » Le reste de l’ozone (10%) se situe dans la troposphère, c’est-à-dire entre la surface du sol et environ 10 à 16km, et notamment très près du sol où sa présence provient de la pollution de l’air. La figure 1 montre clairement en rouge de 15 à 40 km le « bon » ozone (celui qui protège de l’ultraviolet) et du sol à environ 1 à 2km le « mauvais » ozone (celui qui correspond à la pollution). Le maximum de l’ozone se situe vers 25km où la concentration d’ozone ne représente qu’environ 5 à 10 millionièmes de la concentration atmosphérique.

La plus grande quantité d’ozone (90%) se situe dans la stratosphère dans ce que l’on appelle « la couche d’ozone » entre 15 et 40 km. L’augmentation de l’ozone dans la troposphère est due à la pollution provenant des activités humaines.

Malgré sa très faible concentration, l’ozone est essentiel à la vie sur terre puisque sa présence assure la protection de la vie à la surface de la Terre en filtrant le rayonnement ultraviolet nocif pour les êtres vivants et les végétaux. Le développement de la vie sur notre planète a été conditionné par la formation autour de la terre de la molécule d’ozone (O₃). En effet, le rayonnement solaire dans l'ultraviolet-B (entre 280 et 315 nm) est partiellement absorbé par la couche d'ozone et ainsi ce rayonnement très énergétique destructeur de l'ADN n'atteint pas la surface. Par contre le rayonnement ultra-violet A (entre 315 et 400 nm) n'est que très faiblement absorbé par l'ozone et parvient jusqu'au sol.

Fragilité de la couche d'ozone et observation de sa destruction

L’épaisseur totale de la couche d’ozone qui conditionne la pénétration de l’ultraviolet varie en fonction de la latitude et de la saison, mais sa valeur moyenne pendant les dernières 70 années où de nombreuses mesures sont disponibles, a été remarquablement stable et ceci jusqu’aux années 70-80. Dans les années 1970 la communauté scientifique s’est inquiété de l’effet que pourrait avoir sur l’ozone les émissions d’oxydes d’azote et de chlore sur la stabilité de l’ozone. Ce sont ces travaux qui ont valu à Paul Crutzen, Sherwood Rowland et Mario Molina le Prix Nobel de Chimie en 1985.

Ces inquiétudes se sont particulièrement manifestées en relation avec le développement de l’avion supersonique Concorde qui devait créer des quantités importantes d’oxydes d’azote dans la stratosphère. Mais en fait les composés les plus dangereux pour l’ozone se sont avérés être les composés organiques halogénés, dont les chlorofluorocarbures (CFC) qui  sont des molécules synthétiques très stables chimiquement et donc sans danger direct pour les êtres vivants. C’est d’ailleurs pour cette raison que celles-ci ont été développées et qu’elles ont été utilisées dans de nombreuses applications: réfrigérants (frigorifiques, climatiseurs), gaz propulseur dans les bombes aérosols, mousses synthétiques, solvants...et ont ainsi jouer un rôle très bénéfique pour l’amélioration de notre mode de vie. Du fait de leur très grande stabilité, ces gaz restent dans l’atmosphère pendant des décennies (50 à 100 ans), et ils sont progressivement transportés dans la stratosphère, où, soumis à l’influence du rayonnement ultraviolet solaire, ils sont dissociés et libèrent du chlore qui a alors la capacité de rentrer dans des cycles de réactions chimiques catalytiques conduisant à la destruction de l’ozone.

La destruction met en jeu deux réactions chimiques, l’une transforme l’oxyde de chlore ClO en atome de chlore Cl qui ultérieurement détruit l’ozone, mais en restituant l’oxyde ClO, ce qui permet au cycle de recommencer un grand nombre de fois. Le chlore joue ainsi un rôle de catalyseur et une très faible quantité de ClO peut détruire un grand nombre de molécules d’ozone, à condition d’être en présence d’oxygène atomique, ce qui est le cas grâce à la décomposition de l’ozone par l’ultraviolet  solaire.

Au-delà des faibles diminutions de l'épaisseur de la couche d'ozone qui avaient été prévues et observées depuis la fin des années 1970 dans les régions de moyenne latitude, l’apparition du "trou d'ozone" au-dessus du continent antarctique en 1985 a été la première manifestation spectaculaire de l'effet des activités humaines sur les équilibres physicochimiques globaux de l'atmosphère. Dans cette région, la quasi-totalité de l’ozone entre 15 et 20 Km se trouve détruite chaque année au printemps et l’épaisseur totale d’ozone est alors diminuée de moitié. Une diminution de l’ozone se produit également, mais avec une moindre amplitude, au printemps au-dessus de l’Arctique. La différence de comportement entre les deux régions polaires provient d’une différence dans la circulation atmosphérique qui est plus régulière au-dessus du continent antarctique, et cette circulation maintient dans la stratosphère polaire antarctique une température très froide favorable à une forte destruction de l’ozone.

Le Protocole de Montréal et ses conséquences

Dès l’observation du « trou d’ozone » en 1985, des travaux expérimentaux et théoriques ont été entrepris pour en comprendre la cause. En 1987 l’explication scientifique était donnée et elle mettait en cause les composés chlorés, tout particulièrement les CFC. Très rapidement les mesures à prendre ont pu l’être et elles ont conduit à proscrire la production et l'usage des CFC, grâce à la mise en place du Protocole de Montréal dès 1987. La plupart des pays producteurs et utilisateurs de CFC ont ratifié cet accord et les industriels ont rapidement mis sur le marché des produits de remplacement, ou substituts, beaucoup moins nocifs pour l’ozone. Au fil des ans, le Protocole de Montréal a dû être renforcé pour tenir compte des substituts disponibles et des possibilités des pays à les utiliser.

"Effet du Protocole de Montréal et de ses amendements successifs sur l'abondance des particules chlorées (en haut) et sur l'excès de cas de cancers de la peau (en bas)."

Mais depuis 1987, les scientifiques ont découvert dans l’atmosphère d’autres substances aussi nocives que le chlore, si ce n’est plus. Il s’agit notamment des composés contenant du brome, comme le bromure de méthyle utilisé pour la culture des fruits. Le brome est en effet un agent 60 fois plus efficace que le chlore dans les processus de destruction catalytique de l’ozone. L’interdiction de l’utilisation du bromure de méthyle a suivi de peu cette prise de conscience et on commence à en voir les effets sur la quantité de brome présent dans la stratosphère.

Le résultat du Protocole de Montréal et de ses amendements successifs est maintenant tout à fait visible, comme on le voit dans la figure 5. Celle-ci représente l’évolution de la production et de la présence des substances destructrices d’ozone, de l’ozone total et du rayonnement ultraviolet depuis les années 70 jusqu’à 2100. La date de 1980 est indiquée comme correspondant au début de la mise en évidence expérimentale de la destruction de l’ozone.

a) Production des substances destructrices d’ozone (ODS) avant et après la signature du Protocole de Montréal en 1987. En noir les CFCs, en gris les HCFCs substituts qui ont été utilisés après 1987 et qui sont moins nocifs pour l’ozone que les CFCs.

b) Abondance effective des composés du chlore et du brome présents dans la stratosphère. L’incertitude est liée au délai entre l’émission de ces substances à la surface du sol et leur présence dans la stratosphère.

c) Evolution de la colonne d’ozone total en dehors des régions polaires (60°N-60°S). Les traits en noir représentent les mesures, les régions grises correspondant aux résultats des modèles. Les valeurs d’avant 1980 sont utilisées comme référence pour définir l’état non perturbé.

d) Evolution du rayonnement ultraviolet pour le soleil au zénith. En gris l’estimation à partir des modèles en réponse au changement de l’ozone. En hachuré, l’estimation prend en compte l’influence de modification dans la nébulosité et la présence d’aérosols sous l’effet du changement climatique.

(extrait du résumé du dernier rapport WMO-UNEP sur l’état de l’ozone)

On remarque sur la figure précédente que malgré les mesures prises, le problème de l’ozone n’a cependant pas disparu et persistera jusqu’au milieu du siècle. Cependant en 2006 on a constaté, pour la première fois depuis 30 ans, que l’ozone a cessé de diminuer à moyenne latitude. S’il est prématuré de pouvoir affirmer que son retour à l’état précédent est amorcé, étant donné les fluctuations et les incertitudes dans les mesures, on a toute raison de croire que la période de récupération a commencé. La poursuite de ce retour à l’état initial implique pour tous les pays le respect du Protocole de Montréal et de ses amendements.

L'observation d'un trou d'ozone très accentué en Antarctique en Septembre 2006 ne doit pas être considéré comme un signe alarmant, car on s'attend à observer d'une année à l'autre ce type de fluctuations d'origine météorologique. De toute façon, malgré les mesures prises, on ne verra en aucun cas un retour rapide à la situation préindustrielle. En effet d'une part, les composés chlorés et bromés restent dans l'atmosphère pendant plusieurs décennies, et malheureusement il existe encore des stocks très importants de ces produits qui sont encore utilisés illégalement dans certaines parties du monde, y compris dans les vieux frigidaires dont il convient de ne pas relâcher le contenu dans l'atmosphère. D'autre part, le changement climatique global subi par l'atmosphère, se traduisant notamment par le refroidissement de la stratosphère, pourrait avoir comme conséquence que l'on ne retourne jamais à l'état antérieur. Le trou d'ozone en Antarctique et les diminutions d'ozone au printemps arctique se manifesteront encore au-delà de la moitié du 21ème siècle, avec une variabilité qui rend difficile une prédiction plus précise.

Prévision de récupération de la couche d’ozone : valeurs observées entre 1980 et 2005 et prévision d’après les modèles.  Le panneau supérieur correspond aux latitudes moyennes, le panneau inférieur à l’antarctique. On voit que les valeurs d’ozone  précédant sa destruction par les CFCs ne se retrouveront que vers le milieu du siècle.

Etant donné que l’ozone atmosphérique absorbe l’ultraviolet solaire, toute diminution d’ozone (en dehors de toute autre modification de l’atmosphère) doit entraîner une augmentation de la pénétration du flux ultraviolet au niveau du sol dans une proportion à peu près équivalente. Les mesures confirment qu’il en est bien ainsi. Ces mesures sont délicates car d’autres facteurs, comme la pollution ou la nébulosité, peuvent également perturber la transmission du flux ultraviolet. Les augmentations de l’ultraviolet les plus évidentes ont été observées au voisinage des pôles. En effet lorsque la destruction d’ozone au-dessus du pôle Sud cesse avec la fin du printemps, les masses d’air au-dessus des régions voisines de l’Antarctique sont pauvres en ozone, et des régions comme le Sud de l’Argentine et du Chili et l’Australie sont alors soumises à des flux ultraviolet dangereux. Le même phénomène se produit mais plus faiblement sur l’Europe au printemps, et cette augmentation peut parfois être critique à haute altitude où il convient toujours de se protéger d’exposition trop longue au soleil. Le changement d’ozone étant minimum aux latitudes tropicales, l’augmentation du flux UV y est minimum ou nulle. Ailleurs, par exemple en France, l’augmentation est de l’ordre de 5% .

Changement du rayonnement ultraviolet UV-B à la surface entre 1979 et 1992.

Si cette diminution de l'épaisseur de la couche d'ozone, aux pôles comme aux moyennes latitudes, s’était amplifiée, le monde entier aurait été soumis aux mêmes effets. Une telle augmentation de l’ultraviolet aurait présenté pour l’ensemble de la planète des risques importants tant pour l'homme que pour les animaux (cancers de la peau, cataractes...),  pour les forêts et les cultures (diminution de la photosynthèse).

Comparaison de profils d’ozone obtenus récemment par rapport aux profils moyens obtenus avant l’action des CFCs. On observe dans ces exemples que l’ozone est quasi-complètement détruit entre 14 et 20 km au dessus de l’Antarctique, alors  que la destruction observée au dessus de l’Arctique n’est que partielle.

La stabilité des masses froides au dessus de l’Antarctique est responsable de cette asymétrie entre les deux hémisphères. Beaucoup ont été surpris que « trou d’ozone » apparaisse au-dessus d’un continent non pollué par les activités humaines, alors que les CFC et autres composés halogénés sont surtout émis dans l’hémisphère Nord. Mais, après leur émission et lorsqu’ils atteignent la stratosphère, ils sont soumis à la circulation atmosphérique à grande échelle. Après une ou deux années dans la troposphère, ils sont répartis à toutes les latitudes, même très loin des régions où ils sont émis, et notamment au-dessus de l’Antarctique, là où les températures plus froides sont plus favorables à la destruction de la couche d’ozone que dans toute autre région du globe.  

Variation de la température arctique et antarctique pendant l'hiver

Cela serait bien que la terre soit ronde..... Exemple

Relation entre le changement climatique et le problème de l'ozone

Ces deux sujets sont très fréquemment confondus, alors que, comme il vient d’être montré la diminution d’ozone stratosphérique relève d’un problème tout à fait distinct de celui du changement climatique. Ils diffèrent à la fois quant à leurs causes et quant à leurs conséquences. En effet le changement climatique est la conséquence de l’augmentation des gaz à effet de serre, tandis que la diminution de l’ozone provient de la présence dans la stratosphère d’espèces chlorées, bromées et nitrées qui ne sont pas à priori des gaz à effet de serre. Les conséquences du premier concernent le changement de la température de surface, du régime de précipitations et de l’occurrence d’évènements extrêmes. La conséquence du second est tout d’abord l’augmentation du flux ultraviolet solaire au niveau du sol. Il apparaît donc difficile de confondre les deux problèmes. Cependant la complexité des interactions atmosphériques est telle que des influences mutuelles sont inévitables entre les deux phénomènes.

Voyons d’abord les impacts directs des changements de la stratosphère sur le climat. D’une part l'ozone est un GES. Sa diminution entraîne une diminution du forçage radiatif de l'atmosphère du fait de la diminution de l'absorption UV dans une atmosphère appauvrie en ozone dans la stratosphère. Cet effet est maximum si le changement de concentration se situe au voisinage de la tropopause. La diminution d'ozone stratosphérique depuis le début de l'ère industrielle représente ainsi une diminution de l’ordre de 5 % du forçage radiatif dû à l'augmentation des autres GES. En sens inverse, le retour à la situation précédente de l’ozone stratosphérique correspondra à une augmentation du forçage radiatif. D’autre part les CFC et la plupart des substituts mis au point pour les remplacer sont des puissants gaz à effet de serre. Globalement ils sont responsables d'environ 13% de l'effet de serre additionnel dû à l’ensemble des gaz à effet de serre depuis le début du 20ièm siècle Le contrôle de leur production est donc essentiel pour la surveillance des changements climatiques et s’inscrit alors dans le contexte de la Convention relevant du Climat.

Responsabilité des différents gaz à effet de serre dans le changement climatique : On voit dans cette figure que les gaz Halogènes , tant ceux qui jouent un rôle dans la destruction de l’ozone et les substituts mis en place pour obéir aux régulations, représentent environ 13% des gaz à effet de serre, dont le plus important est le dioxyde de carbone CO₂.

Il est d’ailleurs fort intéressant de voir comment l’application du Protocole de Montréal a servi à lutter contre le réchauffement climatique. Une étude récente montre que les interdits portant sur les substances destructrices d’ozone (SDO) ont fait plus pour satisfaire les objectifs du Protocole de Kyoto que les réductions d’émission de gaz à effet de serre (GES) jusqu’à ce jour. En effet, les plus utilisées des SDO dans les années 1980 étaient les CFCs qui sont de puissants GES et ont une longue durée de vie. Si leur croissance avait continué au rythme des années 70, ils auraient eu à long terme sur le réchauffement de la planète un effet considérable. Grâce au Protocole de Montréal, mis en place en 1987, ceux-ci ont été interdits et leur présence dans l’atmosphère a diminué depuis cette date, comme le montre très bien la figure 9. Les substances de remplacement développés et utilisés depuis 1987 doivent donc satisfaire 2 critères : ne pas être des ODS et ne pas être des GES. D’où les résultats relativement satisfaisant aujourd’hui quant à leur rôle comparé à celui du CO₂.

Figure 9a : Quantité relative des différentes substances destructrices d’ozone en fonction du temps. On voit clairement leur diminution depuis la ratification du Protocole de Montréal en 1987. Celle des CFC, des halons et HCFC avaient déjà commencé comme le montre la figure 9b

Figure 9b : Comparaison du Potentiel d’Echauffement Global du CO₂ (trait rouge) et des SDO (trait noir). En vert ce qui serait arrivé si Molina et Rowland* n’avaient pas émis de craintes dès 1970, et en bleu s’il n’y avait eu le Protocole de Montréal.

Figure 9c : Forçages radiatifs comparés du CO₂ et des SDO.

Outre le rôle sur le climat des GES que sont l’ozone, les CFC et leurs substituts, le changement climatique lui-même exerce des effets sur la stratosphère ; en effet on assiste actuellement à un refroidissement de la stratosphère, conséquence de la diminution d'ozone et de l'augmentation des GES, et qui est déjà observé à nos latitudes (environ 1°K/dec à 25 km, 2°K/dec à 50 km). Les modèles les plus récents montrent que ce refroidissement va ralentir le retour de l'ozone à la normale qui ne devrait pas avoir lieu avant un demi-siècle.

Influence indirecte de la stratosphère sur le climat

Certaines fluctuations de la température au sol, qui se superposent à  la croissance continue due aux GES, sont d'origine naturelle, solaire et volcanique, et elles sont transmises et/ou amplifiées par la stratosphère.

Les différents processus affectant le système troposphère -  stratosphère : les émissions de gaz à effet de serre, les éruptions volcaniques, le flux solaire ultraviolet et visible et les échanges dynamiques à  travers la tropopause.

Influence de la variabilité solaire sur l'atmosphère et le climat

Bien que le mécanisme par lequel les changements d'activité solaire influencent le climat ne soit pas encore totalement compris, le mécanisme le plus probable fait appel à l'absorption du rayonnement UV par l'ozone stratosphérique qui conditionne la température de la stratosphère. Tout changement dans le flux solaire (qui se produit pour la majeure partie dans l'UV) entraîne des changements du gradient de température entre l'équateur et les pôles et donc des modifications de la circulation stratosphérique. Celles-ci se transfèrent à la troposphère et peuvent entraîner des changements de température au sol : Ts beaucoup plus importants que ceux qui seraient uniquement dus au changement de flux radiatif. La compréhension de ce mécanisme d'amplification par l'intermédiaire de la dynamique est un sujet qui évolue rapidement actuellement et qui pourrait enfin répondre à  la question des relations soleil-climat ouverte depuis de nombreuses années. Outre les fluctuations observées dans Ts, ceci permettrait d'expliquer le petit âge glaciaire et sa relation avec le minimum de Maunder à la fin du  XVI siècle.  

Les aérosols stratosphériques

Lors d'éruptions volcaniques violentes, l'injection dans la stratosphère de grandes quantités de dioxyde de souffre, qui est converti rapidement en aérosols sulfatés, peut d'une part contribuer à détruire l'ozone et d'autre part jouer un rôle d'écran pour le flux solaire et refroidir ainsi la surface. Le processus de lessivage par les pluies n'opérant pas, la durée de vie de ces aérosols dans la stratosphère peut atteindre 5 années. La plus récente éruption, celle du Mont Pinatubo en 1991, a entraîné un refroidissement de la surface atteignant 0.6°C en été 1992, mais cet effet est passager (1 - 2 ans).

Les échanges dynamiques entre stratosphère et troposphère

La tropopause est loin d'être une barrière infranchissable entre 2 régions de l'atmosphère qui s'ignoreraient. Les échanges de matière et d'énergie sont très fréquents, mais encore mal quantifiés : d'une façon générale, il y a transfert de bas en haut au niveau des tropiques, transfert latéral à moyenne latitude et transfert vers le bas au niveau des pôles. Mais de nombreux transferts ont lieu en dehors des régions tropicales et des pôles, notamment lorsque des langues d'air stratosphérique pénètrent dans la troposphère, lors de ce que l'on appelle les foliations de tropopause. La notion de tropopause (parfois définie comme l'altitude du minimum de température) est elle-même revue actuellement. Il s'agirait non d'une fine surface bien définie, mais d'une couche de  1 à 2 km d'épaisseur. De plus, on commence à observer des changements dans l'altitude et la température de la tropopause sous l'effet de l'augmentation des GES. Les conséquences de tels changements sur le climat ne sont pas encore modélisées, mais elles ne sont vraisemblablement pas négligeables.

Les connections entre stratosphère et troposphère

L'existence de telles connections fait actuellement l'objet de considérations sérieuses , notamment  la propagation de l'Oscillation Arctique (A.O.) vers la troposphère et la surface, et la similitude de sa structure annulaire avec celle de l'Oscillation Nord Atlantique.  Les radiosondages des 50 dernières années ont permis de mettre en évidence l'existence de deux modes de situation météorologique sur l'Europe  : chaud et humide / froid et sec) suivant la force du vortex polaire et la température dans la stratosphère (vortex fort et température stratosphérique très basse / vortex étiré et température relativement élevée). L'impact sur la prévision météorologique peut évidemment bénéficier de l'existence de telles connections, et dès maintenant les modèles de prévision à moyen terme comme le modèle du U.K. Met Office utilise ces données pour étendre leurs prévisions de 5 à 40 jours.

Conclusion

A l'échelle de la planète, le problème du maintien de la couche d'ozone stratosphérique qui entoure la Terre est un excellent exemple de problème d'environnement global. La façon dont il a été abordé, et dont il a été en grande partie résolu par la communauté scientifique dans les deux dernières décennies peut être considéré comme un modèle à suivre dans d'autres domaines environnementaux par la rapidité de la compréhension scientifique et l'application immédiate de mesures exemplaires. Celles-ci se sont avérées fructueuses à plusieurs titres.

D’autre part les travaux des dernières décennies ont montré, qu’il existe un couplage entre la troposphère et la stratosphère qu’il convient de ne pas ignorer, notamment si l’on veut interpréter les variations de la réponse du climat aux phénomènes d’origine naturelle. Ceci implique une introduction de la stratosphère avec ses processus dans les modèles climatiques et donc une  augmentation de la complexité.

Extrait du site www.futura-sciences.com

Haut de page

Referencement google - Annuaire web Flesko - environnement sur e-annuaire - ecologie - Annuaire gratuit - Environnement