Diminution record d'ozone au pôle Nord

Des conditions météorologiques exceptionnelles conduisent ces dernières semaines à une diminution d’ozone sans précédent en arctique. Les observations (sol et satellite) par les chercheurs du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/UVSQ/UPMC) et les modèles français indiquent une diminution qui atteignait environ 40 % à la fin du mois de mars. Ce phénomène s’explique par un hiver stratosphérique très froid et persistant qui a conduit à une destruction importante d’ozone, laquelle s’est prolongée de façon inhabituelle jusqu’au printemps.

La couche d’ozone agit comme un bouclier qui protège la vie sur terre des rayons ultraviolets solaires nocifs. Les concentrations en ozone et son contenu total sont surveillés en continu depuis qu’un traité international, le Protocole de Montréal signé en 1987, réglemente la production des halocarbures, des composés chimiques qui contiennent du chlore et du brome et qui sont à l’origine de la destruction de l’ozone dans la stratosphère (la partie de l’atmosphère qui s’étend d’environ 10 à 50 km d’altitude et dans laquelle l’ozone est le plus abondant). Comme les halocarbures persistent dans l’atmosphère durant plusieurs dizaines d’années, il faudra encore plusieurs décennies avant que leur concentration retrouve leur niveau d’avant 1980.

La destruction de l’ozone stratosphérique se produit dans les régions polaires lorsque les températures descendent en dessous de -80 °C. A ces températures des nuages se forment dans la basse stratosphère au sein desquels des réactions chimiques transforment des composés issus des halocarbures – et inoffensifs vis-à-vis de l’ozone-, en composés actifs. Ces processus conduisent à une destruction rapide de l’ozone au retour de la lumière solaire au-dessus du pôle. En Antarctique, le « trou d’ozone » (qui correspond à une destruction de plus de la moitié du contenu total d’ozone au printemps) est un phénomène récurrent en raison des températures extrêmement basses dans la stratosphère chaque hiver. En Arctique en revanche, les températures hivernales sont en moyenne plus élevées qu’au pôle Sud et les conditions météorologiques varient beaucoup d’une année à l’autre. Les conditions ne sont donc pas toujours réunies pour qu’une diminution importante d’ozone y soit observée. Cette année les conditions météorologiques extrêmes sont responsables de l’évènement record observé.

Les chercheurs du Laboratoire atmosphère, milieux, observations spatiales (CNRS/UVSQ/UPMC) disposent d’une série de stations de mesure(1), et de systèmes d’observation par sondage infrarouge (2) et UV-visible (3), pour surveiller l’ozone au jour le jour et tout autour du globe. Ces observations font partie du dispositif international d’observation continue de l’ozone atmosphérique ozone, sous l’égide de l’Organisation météorologique mondiale et du Programme des Nations Unies sur l’environnement. Cet hiver, les observations de ces équipes et les simulations qu’elles ont réalisées avec le modèle Reprobus (4) leur ont permis de mettre en évidence une diminution très importante, et sur une zone étendue, du contenu total d’ozone (figure 1). La persistance et l’intensité de cette diminution, qui dure depuis plusieurs semaines et a atteint 40 % à la fin mars, sont tout à fait exceptionnelles (figure 2).

Actuellement, des équipes françaises (5) et européennes sont mobilisées sur le terrain au-delà du cercle polaire (Kiruna, Suède) pour échantillonner finement ces conditions exceptionnelles à l’aide d’instruments embarqués sous ballons stratosphériques opérés par le CNES (6). Quant aux instruments de la station d’observation de Haute Provence (sondes sous ballons et système lidar(7)), ils permettront de détecter l’impact de cet évènement sur les plus basses latitudes lorsqu’à la suite du réchauffement de la stratosphère polaire au printemps, les masses d’air appauvries en ozone se déplaceront vers ces régions.

Sans le Protocole de Montréal, cette destruction de l’ozone aurait été bien pire. Tant que le contenu de la stratosphère en chlore et en brome demeurera élevé, une forte diminution d’ozone semblable à celle observée cette année pourra se reproduire lors d’hivers arctiques exceptionnellement froids. Selon le dernier rapport international d’évaluation de l’état de la couche d’ozone, l’ozone devrait retrouver son niveau des années 1980 autour de 2045-60 au pôle Sud, et probablement une ou deux décennies plus tôt au pôle Nord.

Figure 1 : Distribution du contenu total d'ozone mesurée par l'instrument IASI à bord du satellite MetOp, pour les périodes 18-20 mars et 26-28 mars 2011. Les couleurs jaunes à rouges indiquent les régions de fortes concentrations d'ozone, les couleurs bleues celles de concentrations deux fois plus basses. Les structures grises sont des nuages. © M. George, LATMOS.

Figure 2. Diminution du contenu total d'ozone en Arctique chaque année depuis 1994 estimée à partir des mesures du réseau SAOZ. © F.Goutail LATMOS.

Notes :

(1) réseau de mesure SAOZ en région arctique : Consulter le site web (suivi au LATMOS par Florence Goutail, Andrea Pazmino)
(2) satellite IASI/MetOp : Consulter le site web (suivi au LATMOS par Cathy Clerbaux)
(3) satellite GOMOS/ENVISAT (suivi au LATMOS par Alain Hauchecorne, Slimane Bekki)
(4) modèle Reprobus : Consulter le site web (suivi au LATMOS par Franck Lefevre)
(5) du Laboratoire de physique moléculaire pour l’atmosphère et l’astrophysique (CNRS/UMPC) de l’Institut Pierre Simon Laplace, du Laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’Espace (CNRS/Université d’Orléans) et du Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique (CNRS/Université de Reims)
(6) projet ENRICHED : Consulter le site web
(7) mesures par sondes sous ballon et lidar à l’Observatoire de Haute-Provence : Consulter le site web (suivi au LATMOS par Sophie Godin-Beekmann, Gérard Ancellet)