QUELLES SONT LES CAUSES DE LA CAVITE DANS LA COUCHE D'OZONE?
QUELLES SONT LES CONSEQUENCES DE LA CAVITE DANS LA COUCHE D'OZONE?
1)Comment les chlorofluorocarbures (CFC) arrivent-ils à la stratosphère en étant plus lourds que l'air?
Les CFC atteignent la stratosphère parce que l'atmosphère terrestre est toujours en mouvement et mélange les produits chimiques qu'on y ajoute.
Les molécules de CFC sont en effet plus lourdes que l'air. Par contre, les milliers de mesures prises par des ballons, des avions et des satellites démontrent qu'il y a des CFC dans l'atmosphère. Ce phénomène s'explique par les vents et autres mouvements de l'air qui mélangent l'atmosphère jusqu'à des altitudes qui dépassent la stratosphère, à une vitesse qui empêche les molécules de subir les effets de leur poids. Les gaz insolubles dans l'eau comme les CFC et qui sont presque inertes à basse altitude se mélangent relativement vite et arrivent donc à la stratosphère malgré leur poids.
Les changements mesurés des concentrations de composantes en altitude nous en apprennent encore plus long sur le destin des composés que l'on retrouve dans l'atmosphère. À titre d'exemple, le tétrafluorure de carbone (CF4) produit principalement comme sous-produit de la fabrication de l'aluminium, et le CFC-11 (CCl3F), utilisé dans diverses activités humaines, sont tous les deux plus lourds que l'air.
Le tétrafluorocarbure est complètement inerte à des altitudes de moins de 50 kilomètres dans l'atmosphère. Les mesures démontrent qu'il est réparti presque uniformément dans l'atmosphère, comme l'illustre la figure ci-dessous. Les mesures prises au cours des deux dernières décennies sur des gaz complètement inertes plus légers que l'air (le néon) et plus lourds que l'air (argon et krypton) révèlent qu'ils se mélangent en montant dans la stratosphère, indépendamment de leur poids.
Le CFC-11 est inerte en basse atmosphère et y est mélangé uniformément, comme illustré. Cependant, le CFC diminue en abondance à mesure que le gaz monte en altitude car il est décomposé par les rayons ultraviolets solaires haute énergie. Le chlore dégagé par cette décomposition du CFC-11 et autres CFC demeure dans l'atmosphère pendant plusieurs années, où tous les atomes de chlore détruisent plusieurs milliers de molécules d'ozone.
2)Quelles sont les preuves à l'effet que le chlore et le bromure détruisent l'ozone stratosphérique?
De nombreuses enquêtes et analyses de laboratoires des mesures prises dans la stratosphère ont démontré que les produits chimiques contenant du chlore et du bromure détruisent les molécules d'ozone.
Des études de recherche en laboratoire démontrent que le chlore (Cl) réagit très rapidement avec l'ozone. Elles révèlent également que le monoxyde de chlore (ClO) réactif issu de cette réaction peut subir d'autres procédés qui régénèrent le chlore original et permettent à l'enchaînement de se répéter plusieurs fois (réaction en chaîne). Le bromure et l'ozone réagissent de la même façon.
Ces réactions qui détruisent l'ozone se produisent-elles dans le vrai monde? Les preuves scientifiques accumulées démontrent que cette réaction chimique se produit également dans la nature. Plusieurs autres réactions (y compris celles d'autres espèces chimiques) se produisent en même temps que celle-ci dans la stratosphère, ce qui rend les liens entre les changements difficiles à isoler. Quoiqu'il en soit, il se produit réactions qui détruisent l'ozone dès que le chlore (ou le bromure) est en présence d'ozone.
Il arrive qu'un petit nombre de réactions chimiques soient tellement dominantes dans des circonstances naturelles que les liens deviennent aussi clairs que dans des expériences de laboratoire. Ce genre de réaction se produit dans la stratosphère antarctique pendant la formation printanière du trou d'ozone. Des mesures indépendantes prises au moyen d'instruments au sol, de ballons, d'avions et de satellites ont permis de comprendre les détails des réactions chimiques dans la stratosphère antarctique.
De grandes régions atteignent des températures tellement basses (moins de -80oC ou de -112oF) qu'on assiste à la formation de nuages stratosphériques. Cette situation est rare, sauf pendant les hivers polaires. Ces nuages stratosphériques polaires permettent les réactions chimiques qui transforment les espèces de chlore de celles qui n'appauvrissent pas la couche d'ozone à celles qui l'appauvrissent. Le monoxyde de chlore est une de ces dernières. Il entreprend la destruction de l'ozone en présence de la lumière solaire. Les quantités de chlore réactif dans ces régions sont beaucoup plus élevées que celles observées à des latitudes moyennes, ce qui accélère la destruction chimique de l'ozone. Les études en laboratoire menées dans des conditions qui simulent les conditions naturelles de l'atmosphère ont permis de bien comprendre les réactions chimiques qui se produisent en présence de ces nuages.
Les scientifiques ont maintes fois observé de grandes quantités d'espèces chimiques au-dessus de l'Antarctique depuis 1986. L'ozone et le monoxyde de chlore sont deux des produits mesurés. Ce dernier est le produit chimique réactif identifié en laboratoire comme un des éléments des réactions à la chaîne de la destruction de l'ozone. Les cartes satellites illustrées ci-dessous font état de l'accumulation de monoxyde de chlore observée au-dessus de l'Antarctique et de l'appauvrissement de la couche d'ozone qui se produit en quelques jours au-dessus de régions semblables.
Des réactions semblables impliquant le chlore et le bromure ont été observées dans les régions polaires arctiques au cours de l'hiver et du printemps, ce qui occasionne un appauvrissement chimique de l'ozone dans cette région. La formation de nuages stratosphériques est moins fréquente dans cette région, car il n'y fait pas toujours un froid persistant, de sorte que l'appauvrissement est moins prononcé en Arctique, ce dont on discutera dans une autre question.
3)Le chlore dans la stratosphère provient-il surtout de sources humaines ou naturelles?
Presque tout le chlore contenu dans la stratosphère provient d'activités humaines, comme l'indique la figure ci-dessous.
Plusieurs composés contenant du chlore sont libérés au sol. Les composés qui se dissolvent dans l'eau ne peuvent pas atteindre la stratosphère en grandes quantités parce qu'ils sont dilués dans la pluie et la neige dans l'atmosphère. Les grandes quantités de chlore proviennent de l'eau de mer sous forme de particules de sel marin (chlorure de sodium). Comme le sel marin est soluble à l'eau, ce chlore se loge dans les nuages ou la glace, la neige et les gouttes de pluie, et n'atteint pas la stratosphère. Le chlore dans les piscines et dans le javellisant domestique est une autre source de chlore au sol. Le chlore dégagé de ces sources est rapidement transformé sous une forme qui se dissout dans l'eau et qui est ainsi éliminée en basse atmosphère. Ce chlore n'atteint jamais la stratosphère en grandes quantités. Les volcans dégagent de grandes quantités de chlorure d'hydrogène mais ce gaz est rapidement transformé en acide chloridrique qui se dissout dans l'eau de pluie, la glace et la neige et qui n'atteint pas la stratosphère. Le chlorure d'hydrogène contenu dans les émanations volcaniques qui s'élèvent très haut dans l'atmosphère est lui aussi éliminé dans les précipitations avant d'atteindre la stratosphère. Enfin, les vapeurs d'échappement de la navette spatiale et de certaines fusées injectent du chlore directement dans la stratosphère, mais ces quantités sont très petites (moins de 1 % des quantités qui proviennent des halocarbures dans l'atmosphère actuelle.)
Les halocarbures appauvrissant la couche d'ozone produits par l'être humain, tels que les chlorofluorocarbures (CFC) et le tétrachlorure de carbone (CCl4), ne sont pas solubles à l'eau, ne réagissent pas avec la neige ou autres surfaces naturelles et ne sont pas décomposés dans la basse atmosphère. Ces substances, ainsi que toutes les autres substances contenant du chlore fabriquées par l'homme, atteignent la stratosphère.
Plusieurs preuves confirment que les halocarbures sont la source principale de chlore dans la stratosphère. Premièrement, les mesures prises démontrent que les espèces de chlore qui s'élèvent dans la stratosphère sont surtout des composés fabriqués (surtout des CFC, du tétrachlorure de carbone, du méthylchloroforme et des hydrochlorofluorocarbures (HCFC), qui remplacent les CFC) jumelés à de petites quantités d'acide chloridrique (HCl) et de chlorure de méthyle (CH3Cl), qui sont d'origine partiellement naturelle. Deuxièmement, les chercheurs ont mesuré presque tous les gaz connus contenant du chlore contenus dans la stratosphère et ont découvert que tout le chlore contenu dans la stratosphère provient d'émissions d'halocarbures fabriqués par l'être humain et de sources naturelles beaucoup plus petites. Troisièmement, l'augmentation totale de chlore mesurée dans la stratosphère de 1980 à 1998 correspond à l'augmentation connue des concentrations d'halocarbures fabriqués par l'être humain pendant cette période.
4)Les changements observés sur la plan de l'ozone peuvent-ils être attribuables aux changements naturels tels que l'ensoleillement ou les éruptions volcaniques?
Bien que les fluctuations des quantités d'ozone puissent subir certaines forces naturelles, il n'existe aucune preuve à l'effet que les changements naturels sont des facteurs déterminants de la tendance à long terme de diminution de l'ozone.
L'ozone stratosphérique est créé en grande partie par le rayonnement ultraviolet (U.V.) provenant du soleil. L'ensoleillement affecte donc la vitesse à laquelle l'ozone est produite. L'apport énergétique du soleil (comme lumière U.V. et comme particules chargées telles que les électrons et les protons) varie, surtout pendant le cycle de taches solaires de 11 ans bien connu. Les observations des autres cycles solaires (depuis 1960) révèlent un écart de 1 à 2 % entre les quantités maximum et minimum d'ozone pendant un cycle donné. Les changements d'ensoleillement ne peuvent pas causer les changements à long terme observés dans l'ozone car la chute des quantités d'ozone dépasse de beaucoup les 1 à 2 %. L'apport énergétique du soleil a atteint son maximum en 1980 et en 1991 et son minimum en 1985 et en 1996, comme l'illustre la figure ci-dessous. Il est encore à la hausse et devrait atteindre son prochain maximum vers 2002. Par contre, les chiffres concernant l'ozone ont été à la baisse tout au long de cette période. Les tendances de l'ozone présentées dans la présente et autres évaluations scientifiques internationales ont été établies en évaluant les changements à long terme de l'ozone en fonction de l'influence du soleil (comme dans la figure ci-dessous).
Les grosses éruptions volcaniques peuvent injecter des matières directement dans la couche d'ozone. Les observations et les modèles de calcul révèlent que les particules volcaniques ne peuvent pas appauvrir l'ozone à elles seules. L'appauvrissement est dû à l'interaction du chlore fabriqué par l'homme avec la surface des particules qui favorise l'appauvrissement de la couche d'ozone dans l'atmosphère d'aujourd'hui. En particulier, les mesures et les observations de l'atmosphère ont révélé que les réactions chimiques à la surface et à l'intérieur des particules volcaniques injectées dans la stratosphère contribuent à détruire l'ozone en augmentant la concentration de molécules de chlore chimique actives produites par les composés fabriqués par l'être humain comme les chlorofluorocarbures (CFC). Les éruptions du Mont Agung (1963), du Mont Fuego (1974) d'El ChichË n (1982) et surtout du Mont Pinatubo (1991) en sont des exemples. L'éruption du Mont Pinatubo a provoqué une augmentation de 30 à 40 fois la surface totale des particules ayant la capacité d'améliorer les réactions chimiques. Les conséquences de ces phénomènes naturels sur la coche d'ozone dépendent de la concentration des molécules de chlore et des particules qui se trouvent dans la stratosphère, comme dans les nuages stratosphériques polaires. Comme les particules disparaissent de la stratosphère en 2 à 5 ans, les conséquences sur l'ozone sont temporaires de sorte que ces événements ne peuvent pas être la cause des changements à long terme observés. Les observations et les calculs révèlent que les faibles niveaux records d'ozone observés en 1992-1993 sont le résultat du très grand nombre de particules produit par l'éruption du Mont Pinatubo jumelé à la quantité beaucoup élevée de chlore stratosphérique fabriqué par l'être humain dans les années 1990, si l'on compare ces résultats à ceux des éruptions volcaniques antérieures.
5)Quand a-t-on observé le trou d'ozone antarctique pour la première fois ?
Le trou d'ozone antarctique est un nouveau phénomène qui a été observé pour la première fois au début des années 1980.
La quantité moyenne d'ozone observée pendant les mois de septembre, octobre et novembre au-dessus de la station d'étude antarctique britannique de Halley, en Antarctique, a commencé à diminuer de façon importante au début des années 1980, comparativement aux données recueillies précédemment depuis 1957. Le trou d'ozone est formé chaque année où il y a une réduction importante (actuellement de 60 %) de la quantité totale d'ozone au-dessus d'une grande partie de l'Antarctique pendant environ trois mois (septembre à novembre), plus particulièrement pendant le printemps dans l'hémisphère sud. Les quantités d'ozone enregistrées vers la fin de l'été (janvier à mars) ne révèlent pas de baisse marquée pendant les années 1980 et 1990. Les observations aux trois autres stations de l'Antarctique et des instruments sur satellite révèlent les mêmes baisses printanières de l'ozone. Les instruments sur ballon révèlent des changements importants dans la façon dont l'ozone est distribuée en altitude. Presque tout l'ozone disparaît à certaines altitudes lors de la formation du trou au printemps comparativement au profil normal de l'ozone d'avant les années 1980, comme illustré dans la figure ci-dessous provenant du site de Syowa. Comme expliqué dans une question antérieure, il a été démontré que le trou d'ozone est le résultat de la destruction de l'ozone stratosphérique par des gaz contenant du chlore et du bromure provenant surtout d'halocarbures gazeux fabriqués par l'être humain.
Les niveaux printaniers naturels de l'ozone en Antarctique étaient d'environ 30 à 40 % plus bas que les niveaux d'ozone printaniers de l'Arctique, avant l'influence du chlore et du bromure fabriqués par l'être humain sur la stratosphère. Cette différence naturelle entre la situation en Antarctique et en Arctique a été observée pour la première fois par Dobson, vers la fin des années 1950. Elle est créée par les températures exceptionnellement froides et les différentes configurations des vents dans la stratosphère antarctique comparée à l'Arctique. Ce n'est pas le même phénomène que la tendance vers la diminution de l'ozone observée au cours des dernières années.
Les changements météorologiques de la stratosphère ne peuvent pas expliquer le trou d'ozone. Les mesures révèlent que les températures hivernales de la stratosphère antarctique n'ont pas changé au cours des dernières années, avant la création du trou d'ozone au mois de septembre. Par contre, les mesures terrestres, par avion et par satellite ont clairement démontré le rôle important du chlore et du bromure chimiques provenant de composés fabriqués par l'être humain dans l'appauvrissement de la couche d'ozone au cours des dernières années.
6)Pourquoi le trou d'ozone s'est-il formé au-dessus de l'Antarctique lorsque les CFC et les halons sont surtout dégagés dans l'hémisphère nord?
Les vents déplacent continuellement l'atmosphère terrestre au-dessus du globe, de sorte que les gaz sont mélangés partout dans l'atmosphère, y compris en Antarctique, quelque soit l'endroit d'où ils proviennent. Les conditions météorologiques spéciales qui prévalent en Antarctique favorisent l'action appauvrissante de l'ozone à cet endroit.
Les émissions humaines de chloroflurocarbures (CFC) et de halons (gaz contenant du chlore et du bromure) proviennent surtout de l'hémisphère nord. Environ 90 % des gaz ont été dégagés à une latitude qui correspond à l'emplacement de l'Europe, de la Russie, du Japon et de l'Amérique du Nord. Les gaz tels que les CFC et les halons, qui sont insolubles dans l'eau et presque inertes, sont mélangés en basse atmosphère dans un délai d'un an ou deux. Les CFC et les halons contenus dans cet air bien mélangé montent de la basse atmosphère jusqu'à la stratosphère, surtout dans les latitudes des tropiques. Les vents déplacent ensuite cet air vers les pôles, le pôle Nord et le pôle Sud, à partir des tropiques, ce qui a pour effet de répartir assez également le chlore et le bromure dans la stratosphère terrestre.
Le pôle Sud, dans l'hémisphère sud, fait partie d'une grande masse terrestre (l'Antarctique) complètement entourée d'eau. La symétrie est démontrée dans les conditions météorologiques qui favorisent pendant l'hiver la formation d'une région très froide dans la stratosphère située au-dessus du continent Antarctique, isolée par des vents violents qui circulent autour du pôle près du 65eoS. Les températures atmosphériques très basses entraînent la formation de nuages (nuages stratosphériques polaires) qui causent les changements chimiques qui favorisent la production de chlore et de bromure chimiques actifs. L'activation du chlore et du bromure entraîne une perte rapide de l'ozone lors du retour du soleil en Antarctique en septembre et en octobre de chaque année, ce qui entraîne la formation du trou d'ozone. L'ampleur de la perte d'ozone a augmenté dans les années 1980, comme illustré ci-dessous, en proportion directe avec l'augmentation des composés humains appauvrissant l'ozone dans l'atmosphère.
Ces conditions n'existent pas en Arctique. Les températures hivernales dans la stratosphère arctique ne sont pas systématiquement basses pendant le même nombre de semaines qu'en Antarctique, ce qui entraîne un appauvrissement moins important de la couche d'ozone (voir la prochaine question).
7)Y a-t-il un trou d'ozone au-dessus de l'Arctique?
D'importantes réductions de la concentration d'ozone dans la stratosphère au-dessus de l'Arctique ont été observées vers la fin de l'hiver et le début du printemps (janvier-mars) au cours de 6 des 9 dernières années. Toutefois, ces réductions, généralement de 20 à 25 %, sont beaucoup moins élevées que celles observées au-dessus de l'Antarctique au printemps (trou d'ozone).
La différence entre les concentrations d'ozone aux deux pôles (voir la figure ci-dessous) est attribuable aux différentes conditions atmosphériques. Le continent Antarctique est une grande masse de terre entourée d'océans. Cette situation symétrique crée des températures stratosphériques très basses à l'intérieur d'une région météorologique isolée, appelée le tourbillon circumpolaire, qui s'étend du 65eoS au pôle. Les températures froides occasionnent la création de nuages que l'on appelle les nuages stratosphériques polaires. Ces nuages créent des changements chimiques qui favorisent la production de chlore et de bromure chimiques actifs qui détruisent rapidement l'ozone. Les conditions qui favorisent les concentrations élevées de chlore et de bromure chimiques actifs persistent jusqu'en septembre et octobre en Antarctique, lorsque le soleil revient dans la région pour amorcer l'appauvrissement de l'ozone.
Tout comme dans l'hémisphère sud, les conditions météorologiques hivernales de l'hémisphère nord entraînent la formation d'une région isolée entourée de vents violents où la température est assez froide pour qu'il y ait formation de nuages stratosphériques polaires. Par contre, 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. Ces perturbations empêchent a stratosphère arctique de devenir aussi froide que la stratosphère antarctique et occasionnent la formation d'un moins grand nombre de nuages stratosphériques polaires. Il y a quand même formation de composés de chlore et de bromure chimiques actifs au-dessus de l'Arctique, comme en Antarctique, à cause des réactions à la surface des nuages. Les conditions froides s'étendent rarement jusqu'au mois de mars, lorsque les quantités de soleil deviennent suffisantes pour provoquer un appauvrissement important de l'ozone.
Il y a eu plusieurs hivers anormalement froids en Arctique au cours des dernières années, par rapport aux 30 années précédentes. Le froid et les conditions persistantes ont augmenté l'appauvrissement de l'ozone, surtout que les concentrations de gaz appauvrissant la couche d'ozone ont été considérablement élevées au cours des dernières années. Les changements de conditions météorologiques observés demeurent inexpliqués. Ces conditions peuvent persister au cours des prochaines années ce qui, le cas échéant, favoriserait l'appauvrissement de l'ozone. Par contre, il est aussi possible qu'au cours des prochaines années, les conditions reviennent à ce qu'elles ont été il y a plus de dix ans. Le cas échéant, on assisterait à une diminution de l'appauvrissement chimique de la couche d'ozone en Arctique.
Bien qu'il y ait eu un appauvrissement important de l'ozone au-dessus de l'Arctique au cours des dernières années, il est difficile de prévoir ce que l'avenir nous réserve, car il est impossible de prédire avec certitude le climat futur de la stratosphère arctique.
8)L'appauvrissement de la couche d'ozone provoque-t-il une augmentation des rayons ultraviolets au sol?
En général, l'appauvrissement de l'ozone entraîne une augmentation des rayons ultraviolets au sol parce que l'ozone absorbe efficacement le rayonnement ultraviolet.
Le soleil émet des rayons couvrant toute une gamme d'énergies, dont 2 % sous forme de rayonnement ultraviolet (U.V.) haute énergie. Une part de ce rayonnement U.V. (UV-B) cause des dommages aux êtres vivants, comme par exemple des coups de soleil, le cancer de la peau et des dommages aux yeux. La quantité de rayonnement U.V. reçue à un endroit donné sur la Terre dépend de la position du soleil au-dessus de l'horizon, la quantité d'ozone dans l'atmosphère, de la nébulosité locale et de la pollution. Les scientifiques s'entendent pour dire qu'en l'absence de changements dans les nuages ou la pollution, une diminution de l'ozone atmosphérique peut entraîner une augmentation du rayonnement U.V. au sol.
Les diminutions les plus marquées de l'ozone au cours des 15 dernières années ont été observées au-dessus de l'Antarctique, surtout pendant les mois de septembre et octobre, lors de la formation du trou d'ozone. Des mesures simultanées du rayonnement U.V. et de la concentration totale d'ozone ont été prises dans diverses stations antarctiques au cours des dernières années. Le rayonnement ultraviolet dommageable du point de vue biologique mesuré au-dessus de l'Antarctique vers la fin du printemps est supérieur à celui de San Diego, où le soleil est beaucoup plus loin au-dessus de l'horizon.
Les augmentations de rayonnement UV-B sont plus difficiles à déceler dans les régions où l'appauvrissement de la couche d'ozone a été observé. Le dépistage des tendances de rayonnement UV-B associé aux baisses de l'ozone peut être rendu plus compliqué en raison des changements de la nébulosité, de la pollution locale et de la difficulté à maintenir l'instrument de détection exactement dans le même état pendant plusieurs années. Il n'existait pas d'instruments possédant la précision et la stabilité nécessaires pour mesurer les petites tendances à long terme du rayonnement UV-B au sol avant la fin des années 1980. Par conséquent, les données obtenues de zones urbaines possédant des instruments plus âgés et moins spécialisés sont moins fiables, surtout en l'absence de mesures simultanées des changements de nébulosité et dans la pollution locale. Les mesures de haute qualité prises dans d'autres régions situées loin des grandes villes et de la pollution qui leur est associée révèlent que les diminutions d'ozone sont régulièrement accompagnées d'augmentations du rayonnement UV-B. Cette situation est illustrée dans la figure ci-dessous, où les mesures prises dans six différentes stations dans un ciel clair démontrent que la diminution de l'ozone entraîne une augmentation du rayonnement UV-B au sol, en quantité conforme aux calculs (courbe «modèle»).
9)L'appauvrissement de l'ozone crée-t-il des changements climatiques?
Bien qu'il existe de nombreux liens entre l'appauvrissement de l'ozone et le changement climatique, l'appauvrissement de la couche d'ozone n'est pas la cause du changement climatique.
L'ozone atmosphérique a deux conséquences sur l'équilibre de température de la Terre. Il absorbe le rayonnement ultraviolet solaire, qui réchauffe l'atmosphère, et il absorbe également le rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre, emprisonnant efficacement la chaleur dans la troposphère. Par conséquent, l'impact des changements de concentration de l'ozone sur le climat varie selon l'altitude à laquelle ces changements d'ozone se produisent. Les pertes importantes d'ozone observées en basse stratosphère à cause des gaz contenant du chlore et du bromure ont l'effet de refroidir la surface de la Terre. D'autre part, les augmentations de l'ozone qui se seraient produits dans la troposphère à cause des gaz de la pollution de surface ont un effet de réchauffement à la surface de la Terre et contribuent ainsi à l'effet de serre.
Les effets de ces deux changements sont difficiles à calculer avec précision comparativement aux effets des changements dans les autres gaz atmosphériques. Les niveaux supérieurs des effets possibles sur les changements d'ozone sont indiqués par des barres ouvertes dans le schéma ci-dessous, tandis que les niveaux inférieurs sont indiqués par des barres pleines.
L'augmentation de dioxyde de carbone est le facteur le plus déterminant du changement climatique comme indiqué sur la figure. Les concentrations de dioxyde de carbone augmentent dans l'atmosphère, surtout à cause de la combustion du charbon, du mazout et du gaz naturel pour l'énergie et le transport. La concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est d'environ 30 % de plus qu'il y a 150 ans. La schéma montre également l'impact relatif des autres gaz à effet de serre sur le climat.
Il existe un autre facteur qui établit un lien indirect entre l'appauvrissement de l'ozone et le changement climatique, à savoir que les gaz qui sont à l'origine de l'appauvrissement de l'ozone contribuent également au changement climatique. Ces gaz, tels que les chlorofluorocarbures (CFC), sont des gaz à effet de serre qui absorbent une part du rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre, réchauffant ainsi efficacement la surface de la Terre.
Dans la même veine, les changements climatiques de la Terre pourraient affecter le comportement de la couche d'ozone car l'ozone subit l'influence des conditions météorologiques et des changements de la composition atmosphérique qui pourraient être occasionnés par le changement climatique. Le point le plus important dans ce débat est que la stratosphère se refroidira sûrement en réaction au changement climatique ce qui protégera pendant une période plus longue les conditions favorables à l'appauvrissement dans la basse stratosphère, surtout dans les régions polaires. L'envergure et l'étendue d'un tel refroidissement à l'heure actuelle, et par conséquent du retard dans la récupération de la couche d'ozone, n'ont pas encore été évaluées.
10)Quelle est la gravité de l'appauvrissement de l'ozone à l'heure actuelle?
L'appauvrissement de l'ozone stratosphérique, causé par des concentrations croissantes de produits chimiques de fabrication humaine, a augmenté depuis les années 1980. La perte printanière en Antarctique est l'appauvrissement le plus marqué. La couche d'ozone dans les régions non polaires est appauvrie de plusieurs pourcentages aujourd'hui comparativement à il y a une vingtaine d'années.
L'ampleur de l'appauvrissement de l'ozone varie d'une région de la Terre à l'autre, comme l'indique la figure ci-dessous. À titre d'exemple, il y a eu peu ou pas d'appauvrissement de la couche d'ozone au-dessus des tropiques (environ 20 degrés de part et d'autre de l'équateur). L'ampleur de l'appauvrissement varie aussi selon les saisons. Les pertes d'ozone observées au-dessus de nos têtes de 1979 à 1997 ont été de 5 à 6 % dans les latitudes moyennes de l'hémisphère nord et de 3 % pendant l'été et l'automne, et d'environ 5 % toute l'année dans les latitudes moyennes de l'hémisphère sud. Un trou d'ozone s'est formé au-dessus de l'Antarctique au cours de tous les printemps de l'hémisphère sud (septembre à novembre) depuis la fin des années 1970, où l'ozone connaît un appauvrissement de 60 %. L'appauvrissement de l'ozone a aussi été observé au-dessus de l'Arctique depuis 1990. Il a été de 20 à 25 % du mois de janvier jusqu'à la fin mars au cours de la plupart des dernières années. Toutes ces diminutions sont supérieures aux écarts naturels connus.
L'augmentation marquée des concentrations atmosphériques de composés de chlore et de bromure fabriqués par l'être humain a causé la formation du trou d'ozone antarctique. De plus, les preuves accablantes révèlent qu'elles ont aussi contribué à l'appauvrissement de l'ozone dans l'Arctique et aux latitudes moyennes.
Outre ces changements à long terme, des effets temporaires ont également été observés dans la couche d'ozone stratosphérique après d'importantes éruptions volcaniques comme celle du Mont Pinatubo en 1991. Les concentrations d'ozone ont chuté à de nouvelles valeurs record en 1992 et en 1993. À titre d'exemple, l'appauvrissement printanier a dépassé les 20 % dans certaines régions peuplées de latitude moyenne de l'hémisphère nord, et les niveaux dans le trou arctique ont chuté pour atteindre de nouveaux records. Ces chutes à court terme anormalement importantes de 1992 et de 1993 seraient attribuables en partie aux grandes quantités de particules volcaniques rejetées dans la stratosphère, qui ont temporairement augmenté l'appauvrissement de l'ozone causé par les composés de chlore et de bromure de fabrication humaine, tout comme l'augmentation des nuages stratosphériques polaires augmentent les effets de ces produits chimiques sur l'appauvrissement dans les régions polaires. Comme ces particules se déposent à l'extérieur de la stratosphère au bout de quelques années, les concentrations d'ozone sont presque revenues aux niveaux d'appauvrissement correspondant à la tendance à la baisse observée avant l'éruption du Mont Pinatubo. S'il devait y avoir une autre éruption de ce genre au cours de la prochaine décennie, on pourrait s'attendre aux mêmes niveaux d'appauvrissement de la couche d'ozone car les niveaux de chlore et de bromure dans l'atmosphère seront encore élevés.
11)La couche d'ozone s'en remettra-t-elle? Si oui, quand?
L'appauvrissement de la couche d'ozone causée par les composés de chlore et de bromure fabriqués par l'être humain devrait se dissiper graduellement d'ici le milieu du 21e siècle car les procédés naturels éliminent graduellement ces substances de la stratosphère. Cet exploit environnemental sera réalisable grâce à un accord international sur le contrôle de la production et de l'utilisation de substances appauvrissant la couche d'ozone. Le respect complet de l'accord sera nécessaire pour que ce rétablissement puisse se réaliser.
En 1987, la reconnaissance du pouvoir destructeur du chlore et du bromure sur l'ozone stratosphérique a donné lieu au Protocole de Montréal sur les substances qui appauvrissent la couche d'ozone, comme composante de la Convention de Vienne pour la protection de la couche d'ozone de 1985, qui avait pour but de réduire la production de substances appauvrissant la couche d'ozone à l'échelle mondiale. Par la suite, les observations de l'appauvrissement marqué de la couche d'ozone à l'échelle mondiale ont donné lieu aux amendements visant à renforcer le traité. L'amendement de Londres de 1990 porte sur l'interdiction de fabriquer les substances qui contribuent le plus à l'appauvrissement de la couche d'ozone, avant l'an 2000 dans les pays industrialisés et avant 2010 dans les pays en développement. L'amendement de Copenhague de 1992 a devancé la date de l'interdiction à 1996 dans les pays industrialisés. D'autres restrictions concernant les substances appauvrissant la couche d'ozone ont fait l'objet d'une entente à Vienne en 1995 et à Montréal en 1997.
La figure ci-dessous illustre les concentrations stratosphériques antérieures et prévues de chlore et du bromure sans le Protocole, en vertu des dispositions originales du Protocole et en vertu de ses dispositions actuelles. Si ce n'était du Protocole de Montréal, l'utilisation continue des chlorofluorocarbures (CFC) et d'autres substances appauvrissant la couche d'ozone serait de 10 fois supérieure au niveau de 1980 en 2050. De telles concentrations élevées de chlore et de bromure auraient causé d'importantes pertes d'ozone qui auraient dépassé largement les niveaux observés à ce jour.
Par opposition, les accords internationaux actuels qui réduisent dorénavant les émissions humaines de gaz appauvrissant la couche d'ozone ont entraîné dès 1995 une réduction des concentrations troposphériques de composés contenant du chlore et du bromure. Compte tenu du délai de 3 à 6 ans nécessaire pour que les mélanges de la troposphère parviennent à la stratosphère, on peut affirmer que les concentrations de chlore commencent à atteindre un plafond et qu'elles devraient commencer à descendre lentement par la suite. Le respect complet des accords permettra d'éliminer la plupart des émissions des principaux gaz appauvrissant la couche d'ozone. Étant donné la conséquence des autres facteurs, la couche d'ozone devrait revenir à l'état normal vers le milieu du prochain siècle. Cette récupération lente, comparativement à la rapidité à laquelle l'ozone a été appauvrie par les CFC et les émissions de halons contenant du bromure, est liée principalement aux délais nécessaires pour que les procédés naturels éliminent les CFC et les halons de l'atmosphère. La plupart des CFC et des halons ont des durées de vie dans l'atmosphère qui varient de 50 à plusieurs centaines d'années.
Par contre, il n'y a pas que les concentrations stratosphériques de chlore et de bromure de fabrication humaine qui entrent en ligne de compte en ce qui concerne l'état de la couche d'ozone. Cette-ci est également affectée en partie par les changements de concentration de plusieurs autres éléments de fabrication humaine tels que le méthane, l'oxyde nitreux et les particules de sulfate, ainsi que par le changement climatique de la Terre. Par conséquent, la couche d'ozone ne sera sans doute jamais identique à ce qu'elle était avant les années 1980. Néanmoins, la découverte et la caractérisation du problème d'appauvrissement de la couche d'ozone causé par les composés de chlore et de bromure et un respect complet de la réglementation internationale sur les émissions à l'échelle mondiale élimineront, comme indiqué, la détérioration de la couche protectrice de la Terre contre le rayonnement ultraviolet.
Effets des accords internationaux sur le chlore et le bromure stratosphérique appauvrissant la couche d'ozone