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La SAI pourrait-elle retarder le rétablissement de la couche d’ozone ?
La couche d’ozone, qui protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs, se reconstitue progressivement après avoir été endommagéeparl’activité humaineà la fin du 20e siècle. Injection d’aérosol stratosphérique (SAI), une solution proposée pour refroidir la Terre en pulvérisant de minuscules particules réfléchissantes à la stratosphère qui abrite la couche d’ozone, pourrait ralentir encore ce processus de rétablissement.
Principaux points à retenir:
- Les dommages causés à la couche d'ozone stratosphérique par des polluants à base de chlorofluorocarbones (CFC) ont été détectés pour la première fois dans les années 1970.
- Les efforts de la communauté internationale pour réduire les émissions de CFC ont été couronnés de succès, mais en raison de leur longue durée de vie dans l'atmosphère, le « trou » dans la couche d'ozone ne se résorbe que lentement.
- Le SAI affecte la chimie de la stratosphère, avec des répercussions sur la couche d'ozone qui pourraient retarder de plusieurs décennies la résorption du trou dans la couche d'ozone.
Ozone is present throughout the atmosphere, but the highest concentrations are in the stratosphere. This ozone layer filters out most of the harmful UV-B and UV-C radiation from the sun.
The ozone layer
UV-A
UV-B
Earth
UV-C
Troposphere
Stratosphere
Source: NASA
L’ozone est une molécule qui se regénère naturellement dans la stratosphère – C’est une couche de l’atmosphère située entre 10et 50km au-dessus de la surface de la Terre. La couche d’ozone empêche certains des rayons ultraviolets les plus nocifs du soleil (UV-B et UV-C d’atteindre la Surface de la Terre. Les dommages causés à la couche d’ozone a des répercussions sur la santé humaine et celle des écosystèmes, notamment l’augmentation des taux de cataractes (opacification du cristallin) et de cancer de la peau, ainsi que la perturbation de la chaîne alimentaire marine
L’appauvrissement de la couche d’ozone stratosphérique – ou le «trou dans la couche d’ozone» – est le résultat de l’activité humaine, mais grâce à la coopération internationale, des changements ont été apportés qui ont permis de réduire les dégâts.
Le SAI est la méthode de réflexion de la lumière solaire – la plus couramment étudiée. Il s’agit d’un ensemble de technologies hypothétiques qui pourraient contrecarrer la hausse des températures en réfléchissant davantage de lumière solaire loin de la surface de la Terre.
Les modèles suggèrent que le SAI pourrait permettre la diminution du réchauffement de la planète de la même manière que les grandes éruptions volcaniques qui libèrent du dioxyde de soufre (SO2) dans l’atmosphère. Le SO2 réagit avec d’autres molécules de l’atmosphère pour former de minuscules particules de sulfate qui réfléchissent la lumière en provenance du soleil et subsistent dans la stratosphère pendant un à deux ans.
Cependant, la mise en œuvre de la SAI affecterait aussi la composition chimique de la stratosphère, avec de potentiels impacts sur la reconstitution de la couche d’ozone.1 L’ampleur de ces impacts est incertaine. Des études suggèrent que les impacts pourraient dépendre de facteurs tels que la composition chimique des les aérosols diffusés et l’emplacement géographique de la diffusion.
Comment les humains ont endommagé la couche d’ozone
Les chlorofluorocarbones (CFCs) — un groupe de produits chimiques autrefois couramment utilisés dans les emballages, les bidons de solvants, et la réfrigération — a endommagé la couche d’ozone. Bien que ces produits chimiques ne sont pas toxiques et persistent longtemps dans la basse atmosphère, elles subissent une transformation rapide une fois qu’elles pénètrent dans la stratosphère et détruisent l’ozone.2
La destruction de l’ozone se produit principalement à la surface des nuages stratosphériques polaires, qui se forment à des températures extrêmement froides (<−78°C), principalement au-dessus de l’Antarctique pendant l’hiver dans l’hémisphère sud. Les CFC se concentrent sur les surfaces de ces nuages, où ils forment des composés réactifs qui dégradent l’ozone lorsque la lumière du soleil réapparaît au printemps polaire.3
Des vents violents circulent en hiver autour de l’Antarctique dans l’hémisphère sud, piégeant l’atmosphère dans un vortex polaire – une vaste région où l’air est en rotation. Ces vents forts persistent jusqu’au printemps, favorisant la formation de nuages stratosphériques polaires et aggravant l’appauvrissement de la couche d’ozone. Cette partie de la stratosphère privée d’ozone est appelée « trou d’ozone ».”.
Dès que les vents faiblissent vers la fin du printemps, des masses d’air aux concentrations d’ozone appauvri se mélangent au reste de la stratosphère. Ceci a pour conséquence l’amincissement de la couche d’ozone et une augmentation du rayonnement UV dans toutesles régions du monde, mais particulièrement dans les pays de l’hémisphère sud tels que l’Australie et la Nouvelle-Zélande.
Des mesures prises par la communauté internationale ont permis d’éviter une catastrophe environnementale
Les scientifiques ont commencé à surveiller l’ozone stratosphérique au-dessus de l’Antarctique en 1956. Dans les années 1980, il est devenu évident que les concentrations d’ozone diminuaient et que les CFC en étaient responsables.3
La réaction de la communauté internationale à l’appauvrissement de la couche d’ozone a débuté dans les années 1970 avec le Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE), qui a appelé à une recherche et à une surveillance intensives. Le Protocole de Montréal, qui appelait à l’élimination progressive des produits chimiques appauvrissant la couche d’ozone, a été adopté en septembre 1987.
Le Protocole de Montréal a réuni des représentants du secteur, des groupes environnementaux et des gouvernements. Il a été décrit par l’ancien secrétaire général de l’ONU Kofi Annan comme « peut-être l’accord international le plus réussi à ce jour » en 2005.
Depuis 1987, les produits chimiques responsable de l’appauvrissement de la couche d’ozone ont été progressivement retirés de la production à l’échelle mondiale. Cependant, les CFC ont une très longue durée de vie dans l’atmosphère et de faibles quantités de CFC continuent d’être émises. – principalement à partir d’ancien équipements.4 Le trou dans la couche d’ozone réapparaît à chaque printemps polaire, mais il continue de diminuer à mesure que les CFC deviennent moins abondants dans l’atmosphère.
Le représentant des Maldives ont signé le Protocole de Montréal.
(Photo: United Nations)Quels sont les liens entre le trou dans la couche d’ozone et le changement climatique ?
Les dommages causés à la couche d’ozoner ne sont pas à l’origine du changement climatique. Cependant, le changement climatique peut exacerber l’appauvrissement de la couche d’ozone.5
Le réchauffement de la basse atmosphère est lié au refroidissement de la stratosphère.6 Ceci renforce la formation de nuages stratosphériques polaires et la puissance du vortex polaire, ce qui peut accroître l’appauvrissement de la couche d’ozone.7
Bien que le changement climatique puisse aggraver l’appauvrissement de la couche d’ozone, le protocole de Montréal a eu ses propres impact imprévu sur le changement climatique. Les hydrofluorocarbones, adoptés pour remplacer les CFC, sont de puissants gaz à effet de serre.8 En 2016, un amendement au Protocole de Montréal a permis d’éliminer progressivement leur production, ce qui a réduit leur impact sur la hausse des températures.
Le SAI pourrait-il interférer avec la régénération de la couche d’ozone?
Des études suggèrent que les effets du SAI sur la composition chimique de la stratosphère pourraient avoir des répercussions sur la restauration de la couche d’ozone. Certains modèles ont montré que les concentrations d’ozone augmenteraient si des sulfates étaient injectés à des latitudes moyennes dans l’hémisphère nord.9
Cependant, l’augmentation des concentrations d’aérosols stratosphériques dans les régions polaires accroît également la surface des réactions qui détruisent l’ozone. Ainsi, les aérosols injectés se comporteraient comme des nuages polaires stratosphériques et se transformeraient en sites d’appauvrissement de l’ozone, ce qui entraînerait une fragilisation de la couche d’ozone au printemps au-dessus de l’Antarctique..1
Des recherches récentes suggèrent que le SAI utilise des produitssans sulfate les particules qui réfléchissent la lumière solaire pourraient avoir un impact différent sur l’ozone stratosphérique.10 Par exemple, les particules d’alumine amincissent l’ozone de la même manière que les sulfates,11 mais les particules de calcite quant à elles empêchant ou limitent cet effet.10 Cependant, les recherches sur les particules non sulfatées utilisées dans le cadre du SAI sont limitées.
Les nuages polaires stratosphériques qui constituent le support idéal pour les réactions chimiques de destruction de l’ozone. Les nuages photographiés se trouvent en Norvège, bien qu’ils soient plus rares dans l’Arctique que dans l’Antarctique qui est beaucoup plus froid et où ils se forment chaque année (Photo: Brillern).
La lente résorption du trou dans la couche d’ozone, a elle été rendue plus lente ?
Les acteurs de la communauté internationale travaillent ensemble depuis plus de 50 ans pour résoudre le problème de la destruction de la couche d’ozone stratosphérique. Les efforts déployés pour éliminer les substances chimiques nuisibles à l’ozone dans l’atmosphère ont été largement couronnés de succès et le trou dans la couche est en train de se résorber lentement.
La question de savoir si, et dans quelle mesure, le SAI pourrait compromettre la reconstitution de la couche d’ozone n’est pas encore tranchée, et la question est suivie par le Groupe de l’évaluation scientifique du Protocole de Montréal. Les évaluations internationales suggèrent que la mise en œuvre du SAI au moyen de sulfates pourrait retarder la reconstitution de la couche d’ozone de plusieurs décennies, mais n’entraînerait pas un appauvrissement de la couche d’ozone de la même ampleur que celui observé au 20e siècle.1
Questions ouvertes
- Quelle est l'importance des risques d'appauvrissement de la couche d'ozone liés à la SAI utilisant du sulfate par rapport aux risques de changement climatique qu'elle pourrait contribuer à réduire ?
- La SAI au moyen de sulfates pourrait-elle être déployé stratégiquement de manière à minimiser son impact sur la restauration de la couche d'ozone ?
- Des aérosols alternatifs pour la SAI pourraient-ils contribuer au refroidissement de la planète sans nuire à la reconstitution de la couche d'ozone?
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Notes de fin d'ouvrage
- Haywood J, Tilmes S, Keutsch F, et al. (2022) Chapter 6: Stratospheric Aerosol injection and its Potential Effect on the Stratospheric Ozone Layer. In: Scientific Assessment of Ozone Depletion 2022. pp. 325–375. https://csl.noaa.gov/assessments/ozone/2022/downloads/Chapter6_2022OzoneAssessment.pdf
- Molina MJ, Rowland FS (1974). Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: Chlorine atomic-atalysed destruction of ozone. Nature; 249: 810–812. https://doi.org/10.1038/249810a0
- Toon OB, Turco RP (1991). Polar Stratospheric Clouds and Ozone Depletion. Sci Am; 264: 68–75. https://www.jstor.org/stable/24936942
- Lickley MJ, Daniel JS, Fleming EL, et al. (2022). Bayesian assessment of chlorofluorocarbon (CFC), hydrochlorofluorocarbon (HCFC) and halon banks suggest large reservoirs still present in old equipment. Atmos Chem Phys; 22: 11125–11136. https://doi.org/10.5194/acp-22-11125-2022
- Certains modèles ont prédit que la baisse des températures stratosphériques entraînerait une « super récupération » de l’ozone stratosphérique, en particulier si les émissions de gaz à effet de serre sont élevées.1 Toutefois, cette reconstitution modélisée n’est pas uniforme dans la stratosphère et peut être entravée par d’autres réactions chimiques qui pourraient empêcher une « super reconstitution » de l’ozone dans la haute stratosphère au-dessus de l’Antarctique.12
- Hartmann DL, Wallace JM, Limpasuvan V, et al. (2000). Can ozone depletion and global warming interact to produce rapid climate change? PNAS; 97: 1412–1417. https://doi.org/10.1073/pnas.97.4.1412
- Tabazadeh A, Drdla K, Schoeberl MR, et al. (2002). Arctic “ozone hole” in a cold volcanic stratosphere. PNAS; 99: 2609–2612. https://doi.org/10.1073/pnas.052518199
- Molina M, Zaelke D, Sarma KM, et al. (2009). Reducing abrupt climate change risk using the Montreal Protocol and other regulatory actions to complement cuts in CO2 emissions. PNAS; 106: 20616–20621. https://doi.org/10.1073/pnas.0902568106
- Bednarz EM, Butler AH, Visioni D, et al. (2023) Injection strategy – a driver of atmospheric circulation and ozone response to stratospheric aerosol geoengineering. Atmos Chem Phys; 23: 13665–13684. https://doi.org/10.5194/acp-23-13665-2023
- Keith DW, Weisenstein DK, Dykema JA, et al. (2016). Stratospheric solar geoengineering without ozone loss. Proc Natl Acad Sci USA; 113: 14910–14914. https://doi.org/10.1073/pnas.1615572113
- Vattioni S, Luo B, Feinberg A, et al. (2023). Chemical Impact of Stratospheric Alumina Particle Injection for Solar Radiation Modification and Related Uncertainties. Geophys Res Lett; 50. DOI: 10.1029/2023GL105889. https://doi.org/10.1029/2023GL105889
- Maliniemi V, Nesse Tyssøy H, Smith-Johnsen C, et al. (2021). Effects of enhanced downwelling of NOx on Antarctic upper-stratospheric ozone in the 21st century. Atmos Chem Phys; 21: 11041–11052. https://doi.org/10.5194/acp-21-11041-2021
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