La couche d’ozone, un élément essentiel au bon fonctionnement des différents écosystèmes de la planète, fait office de protection entre les rayons ultraviolets émis par le Soleil et la Terre. Pourtant, depuis plusieurs décennies, elle est mise à mal par l’action humaine, ce qui a entraîné un appauvrissement de celle-ci jusqu’à la formation d’un trou devenu problématique.
La couche d’ozone: un bouclier protecteur
Aussi appelée “ozonosphère”, la couche d'ozone a pour rôle majeur de protéger les êtres vivants et les écosystèmes de la planète en absorbant la plus grande partie du rayonnement UV. Elle porte ce nom parce qu’elle est caractérisée par une concentration de ce gaz bien plus importante que les différentes autres parties de l'atmosphère. C’est un élément essentiel pour la bonne structure de la température atmosphérique terrestre ainsi qu’à la vie sur Terre.
En effet, c’est elle qui absorbe la majeure partie des rayonnements ultraviolets (UV-B) émis par le Soleil et pouvant causer des dommages. Ces rayons dommageables peuvent être extrêmement nocifs sur le plan biologique et sont considérés comme extrêmement mutagènes (altération de l’ADN des végétaux, des animaux et insectes). La concentration d’ozone dans l’atmosphère et dans la stratosphère reste variable. De nombreux facteurs sont à prendre en considération tels que la température, la zone géographique ou encore les conditions atmosphériques et météorologiques. Certaines substances contenues dans les émissions de gaz et cendres volcaniques peuvent aussi être responsables de certaines variations dans la concentration d’ozone.
Il faut tout de même noter que ces différents phénomènes naturels provoquent uniquement des variations de gaz dans l’atmosphère mais ne sont en aucun cas à l’origine du niveau de détérioration observé et de la création d’un trou dans cette barrière protectrice.
L'origine du trou dans la couche d'ozone: une responsabilité humaine
Ce ne sont pas des phénomènes naturels qui ont causé l’apparition d’un trou dans la couche d’ozone. C’est en 1974 que, Mario Molina et Frank Sherwood Rowland, deux scientifiques et chimistes américains, émettent la possibilité que la couche d’ozone soit en train de diminuer. Ils identifient rapidement la source de cet appauvrissement, qui se transformera avec les années en un trou dans celle-ci. La cause est identifiée comme étant les ChloroFluoroCarbones, plus connus comme CFC.
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Les CFC sont des substances chimiques artificielles apparues en 1938 et démocratisées dans les années 1970 par divers équipements tels que les réfrigérateurs, les aérosols, les climatiseurs ou encore les extincteurs. Ceux-ci étaient principalement destinés à l’industrie et aux consommateurs. Ces substances sont la raison pour laquelle la couche d’ozone est surveillée de très près depuis le début des années 1980. Leur utilisation ne l'a endommagé que légèrement mais a bel et bien provoqué la création d’un trou béant au-dessus de l’Antarctique. Ce trou se situe donc au Pôle Sud et sa taille atteignait presque celle de l’Amérique du Nord au moment de sa découverte par les scientifiques (environ 25 millions de km2).
Sa taille peut être calculée via des satellites équipés de caméras spécifiques pouvant détecter la lumière ultraviolette et donc les rayons ultraviolets. Ils ont alors pu identifier sa localisation et peuvent, par conséquent, évaluer les fluctuations et les évolutions (positives ou négatives). Le trou dans la couche d’ozone est causé par l’homme et celui-ci est, à l’heure actuelle, le deuxième plus gros impact négatif que l’homme ait pu avoir sur l’environnement et le climat juste après l’augmentation des gaz à effet de serre (dioxyde de carbone).
L'ozone est un gaz présent naturellement à l'état de traces dans l'atmosphère et se forme à partir de l'action du rayonnement solaire sur l'oxygène. Sa concentration est plus élevée dans la stratosphère, couche de l'atmosphère située entre 10 et 50 km au-dessus de la surface terrestre environ, avec un maximum entre 20 et 30 km d'altitude. La couche d'ozone joue un rôle essentiel pour les organismes vivants. À la suite de réactions chimiques complexes, l'épaisseur de la couche d'ozone varie naturellement en fonction des variations saisonnières de température et d'ensoleillement : elle diminue en hiver et au printemps dans les régions polaires.
Dans les années 1980, des chercheurs ont mis en évidence un amincissement sensible, voire une destruction de la couche d'ozone (phénomène de « trou dans la couche d'ozone »), particulièrement prononcé au pôle Sud au-dessus de l'Antarctique, mais également au pôle Nord (Arctique). Ce phénomène est provoqué par l'introduction dans l'atmosphère de substances chimiques contenant des molécules chlorées et bromées.
Dans le cadre des travaux sur les limites planétaires, les chercheurs ont retenu comme variable de contrôle la « concentration d'ozone dans la stratosphère » mesurée en unités Dobson. Une « unité Dobson » (Dobson Unit - DU) est définie comme une couche d'ozone de 0,01 mm d'épaisseur dans des conditions normales de température et de pression de l'atmosphère. Depuis les années 2000, grâce à une forte mobilisation internationale, la situation de la couche d'ozone s'est stabilisée. Ainsi, la concentration d'ozone dans la stratosphère est estimée depuis lors à 285 DU en moyenne, ce qui signifie que la limite planétaire est respectée.
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Conséquences du trou dans la couche d'ozone
Étant inévitablement exposés à des rayons UV trop importants et non filtrés, les êtres humains rencontrent de nouveaux risques. Parmi les conséquences directes et les plus graves, nous retrouvons un risque de développer différents types de cancers de la peau. Les muqueuses externes peuvent aussi être endommagées, par exemple, les yeux peuvent être touchés et des risques de cataractes peuvent survenir. Le système immunitaire est aussi mis à rude épreuve et à tendance à s’affaiblir face à une telle exposition aux rayonnements UV. Ces différents risques sur la santé de l’Homme sont identiques pour les animaux lors d’une exposition prolongée aux UV-B.
Ce trou est aussi une préoccupation pour le bien-être de l’environnement et de notre planète car tout notre écosystème pourrait se retrouver mis à mal par une trop forte et trop longue exposition aux rayons UV. Premièrement, c’est toute la croissance des organismes qui se retrouve bouleversée car cela entraîne une réduction de la productivité agricole puisque les végétaux ne réagissent plus de manière habituelle et doivent s’adapter à un nouvel environnement. Il faut aussi envisager, que si le trou dans la couche d’ozone ne se résorbe pas rapidement, il puisse engendrer la disparition de certaines espèces végétales. D’autant plus que les végétaux et écosystèmes sont intrinsèquement reliés entre eux, la disparition de certaines espèces liée au rayons UV-B pourrait avoir un effet papillon et déclencher la disparition d’autres espèces.
Rappelons aussi que les plantes sont une source de production majeure d’oxygène donc si une multitude d’espèces de végétaux venait à disparaître alors cela résulterait en un risque majeur pour l’humanité et l’environnement. L’écosystème aquatique est également impacté. Enfin, l’une des conséquences écologiques principale et inévitable dans de telles conditions est le réchauffement climatique.
La diminution de la couche d’ozone a de multiples effets, que ce soit sur la santé humaine ou la biodiversité. L’augmentation des cancers de la peau : cette maladie est directement liée aux rayons UV-B, particulièrement dommageables. Dans la basse atmosphère, l’ozone représente également un danger pour l’humain et pour l’environnement. Il contribue en effet à l’augmentation de l’effet de serre, un phénomène naturel par lequel une partie de la chaleur émise par le soleil est retenue dans l’atmosphère de la planète.
Le rôle essentiel de la couche d'ozone dans la biodiversité terrestre est bien connu : en filtrant les rayons ultraviolets (UV) nocifs provenant du Soleil, elle a permis l'émergence de la vie complexe. En effet, malgré des niveaux élevés d'oxygène depuis 2,4 milliards d'années, l'ozone atmosphérique est resté faible et instable jusqu'il y a environ 500 millions d'années en raison de la concentration élevée d'iode marin qui aurait perturbé la formation d'une couche d'ozone stable en détruisant l'ozone atmosphérique. Ce retard a probablement exposé la surface terrestre à un rayonnement UV intense, freinant l'apparition des plantes et animaux complexes jusqu'à la période cambrienne (J. Liu et al.
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En effet, l'impact des UV sur les organismes vivants dépend de leur longueur d'onde : plus cette longueur d'onde est courte, plus le danger est grand. Heureusement, ils sont arrêtés presque en totalité par la couche d'ozone.
Le Protocole de Montréal: une action internationale coordonnée
En réaction à la destruction de la couche d'ozone, la communauté internationale a adopté le Protocole de Montréal en 1987, dont l'objectif est de réduire drastiquement la production et la consommation de substances appauvrissant la couche d'ozone (CFC et halons dans un premier temps). C'est le premier traité international signé par l'ensemble des États reconnus par l'ONU. À la suite de sa mise en œuvre, la production et la consommation des CFC ont été très fortement réduites. Au niveau européen, le Protocole a été complété en 2009 par le règlement31 relatif aux substances qui appauvrissent la couche d'ozone (graphique 16). Ainsi, alors que le Protocole de Montréal régule la production et le commerce de ces substances, le règlement de 2009 interdit la plupart de leurs utilisations. La France a cessé sa production de halons en 1994 et celle de CFC en 1995. Toutefois, conformément au règlement relatif aux SAO, des dérogations sont prévues pour certaines utilisations : comme intermédiaires de synthèse, comme agents de fabrication, ou pour des utilisations essentielles en laboratoire et à des fins d'analyse.
Le protocole de Montréal est un accord international signé et entré en vigueur le 16 Septembre 1987. Lors de sa signature, ce sont 24 pays ainsi que la Communauté économique européenne qui se sont accordés sur certaines mesures à prendre afin de lutter contre l’urgence climatique que représente le trou dans la couche d’ozone. La première et essentielle décision mise en place par ce protocole est une restriction très stricte quant aux CFC (chlorofluorocarbones), aux HCFC (hydrochlorofluorocarbones), au bromure de méthyle et autres halons. En effet, les pays membres du protocole de Montréal se doivent de respecter certaines règles fondamentales afin de limiter l’utilisation de ces produits non réglementés. Pour ce faire, les pays membres doivent bannir toute utilisation, manufacture, importation ou exportation de ces substances ou de produits les utilisant comme composant. Les importations et exportations sont aussi interdites en provenance ou vers des Etats non membres du protocole. Seules les utilisations essentielles de ces produits peuvent être autorisées.
L’élimination de ces produits, suite à leur interdiction, a été réalisée progressivement, en commençant par les pays les plus développés. Les CFC ont été officiellement interdits dans le monde en 2010 et des contrôles sont effectués annuellement grâce à des rapports fournis au Secrétariat du Protocole afin de vérifier les importations, exportations et la consommation de chaque pays membre. Ce protocole a eu une résonance mondiale et est le premier protocole écologique international à voir le jour. Il devient, en 2009, le premier traité à atteindre la “ratification universelle”. Ce sont, maintenant, 197 pays qui se sont engagés à agir pour la restauration de la couche d’ozone. Il existe des outils tels que des détecteurs de fréons fixes ou portables permettant de contrôler la présence de ces substances.
À ce jour, près de 99 % des substances qui altèrent la couche d’ozone ont été éliminées. Cette réussite démontre qu’une action mondiale coordonnée peut effectivement inverser les dommages environnementaux causés par l’activité humaine.
Le 16 septembre 1987, 24 pays, dont la France, signent le Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone, sous l'égide du Programme des Nations Unies pour l'Environnement. Le protocole vise à protèger la couche d'ozone des dommages occasionnés par certaines substances chimiques industrielles connues sous le nom de Substances Appauvrissant l'Ozone (SAO). Le protocole a progressivement interdit la production de réfrigérants et de solvants contenant des chlorofluorocarbones (CFC), ainsi que la fabrication d'extincteurs contenant des halons.
Restauration de la couche d'ozone: un processus lent et continu
Reboucher ce trou n’est pas une tâche simple et rapide. Ce sont plusieurs années et même décennies qu’il faut afin d’arriver à un résultat total. Certes, grâce au protocole de Montréal ainsi qu’à la récente prise de conscience environnementale, la restauration du trou dans la couche d’ozone est sur la bonne voie, cependant, il faut continuer de multiplier les efforts afin d’y parvenir rapidement. Selon de nombreuses études, la situation devrait revenir à la normale d’ici 2030 dans l'hémisphère nord, en 2050 environ dans l’hémisphère sud et en 2060 dans les régions polaires. Pour cela, il faut bien entendu, poursuivre les efforts et continuer de prendre des mesures adéquates. S’il faut tant de temps pour inverser la tendance, c’est parce que la majorité des substances (CFC, HCFC, bromure de méthyle, etc) répandues par les activités humaines stagnent dans la stratosphère pendant une multitude d’années.
Dans un communiqué, l’ONU a déclaré que « la couche d’ozone dans certaines parties de la stratosphère s’est rétablie à un rythme de 1 à 3 % par décennie » depuis 2020. Lorsque ce trou a été découvert dans les années 1970, 10% de sa surface avait déjà disparu.
La restauration du trou dans la couche d’ozone, même si elle est sur la bonne lancée, reste tout de même fluctuante et peut stagner voire régresser. En 2022, les scientifiques déclarent que le trou dans la stratosphère était le plus grand jamais observé depuis 2015 et qu’il n’a cessé d’augmenter ces 3 dernières années. Lors des dernières études, il mesurait 26,4 millions de kilomètres carrés.
Après des décennies de détérioration, la couche d'ozone se reconstitue et le trou qui apparaît chaque printemps était plus petit en 2024 que les années précédentes, selon un nouveau rapport de l'Organisation météorologique mondiale (OMM).
Le Bulletin de l'ozone de l'OMM a été publié à l'occasion de la Journée internationale de la protection de la couche d'ozone, le 16 septembre, et du 40e anniversaire de la Convention de Vienne, qui a reconnu l'appauvrissement de la couche d'ozone stratosphérique comme un problème mondial et a fourni le cadre nécessaire à la coopération internationale sur le sujet.
Depuis la fin des années 1990, au dessus de la plupart des régions du monde, la couche d'ozone n'est pas devenue plus mince : elle semble se reconstituer. Les concentrations des composés chlorés et bromés provenant de la dégradation des SAO dans la stratosphère décroissent. En 2012, les niveaux combinés de chlore et de brome (exprimés par la charge en chlore effective stratosphérique) ont décru d'environ 10-15 % par rapport à leur maximum atteint il y a 10-15 ans.
En diminuant notablement les concentrations en CFC, le protocole de Montréal a permis aussi d'atténuer l'effet de serre.
Il fallu attendre fin 2017 et début 2018 pour que deux études confirment enfin que le trou dans la couche d'ozone se résorbe bien, en parallèle avec la diminution des concentrations en chlore (- 0,8 % par an). La couche d'ozone ne retrouvera probablement pas son état originel (des années 1950, d'avant l'arrivée des SAO anthropiques).
Les défis persistants et l'avenir de la couche d'ozone
Malgré la réduction drastique de la production industrielle de CFC et de halons depuis le Protocole de Montréal en 1987 et l'interdiction mondiale qui a suivi en 2010, ces composés de longue durée sont toujours abondants dans l'atmosphère.
Si le Protocole de Montréal est une réussite, il n'est pas une fin en soi. L'Amendement de Kigali au Protocole de Montréal vise à réduire progressivement la production et la consommation d'hydrofluorocarbures (HFC), des gaz puissants contribuant au réchauffement climatique qui ont remplacé les substances appauvrissant la couche d'ozone dans l'industrie de la réfrigération.
En réduisant progressivement les HFC, l'Amendement de Kigali pourrait permettre d'éviter jusqu'à 0,5°C de réchauffement d'ici 2100.
D'après la dernière évaluation scientifique de l'appauvrissement de la couche d'ozone (2022) menée conjointement par l'Organisation météorologique mondiale (OMM) et le PNUE, le trou de la couche d'ozone serait en voie de résorption. La restauration de la couche d'ozone demeure un processus très lent, car les substances chimiques ont une longue durée de vie dans l'atmosphère. Le Protocole de Montréal est ainsi considéré comme un succès majeur en matière de protection de l'environnement mondial. L'enjeu aujourd'hui est de trouver des produits de substitution ayant le moins d'impacts possible et de limiter nos besoins de climatisation par des solutions fondées sur la nature ou moins énergivores, ceci pour à la fois garantir l'intégrité de la couche d'ozone et préserver le système climatique planétaire.
Toutefois, si les hydrofluorocarbures (HFC) n'affectent pas la couche d'ozone, ils restent des gaz à effet de serre qui représentent, chaque année, l'émission d'environ 0,5 milliards de tonnes d'équivalent CO2, en augmentation d'environ 7 % par an… A ce rythme, ils devraient contribuer significativement au réchauffement climatique dans les prochaines décennies et pourraient représenter de 7 à 12 % de la part du CO2 sur l'effet de serre selon une étude de la NOAA.
En 2018, des scientifiques ont détecté une augmentation inattendue des émissions de CFC-11, traçant leur origine en Chine orientale où des usines produisaient illégalement cette substance. Il convient donc de continuer sur cette lancée.
Si le réchauffement climatique réchauffe les basses couches de l'atmosphère, il refroidit les plus hautes couches. Or ces conditions plus froides favorisent la formation de nuages et la perte d'ozone dans la stratosphère polaire avec la persistance du chlore et du brome, ce qui pourrait expliquer le trou record dans la couche d'ozone en 2020.
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