À la mémoire de Gérard Mégie,
enseignant et chercheur passionné

conception graphique : Atelier Daniel Leprince
relecture : Valérie Gautheron

Le Pommier, 2007

Tous droits réservés

ISSN : 1625-1245

ISBN : 9782746514546

170 bis, boulevard du Montparnasse 75014 Paris
www.editions-lepommier.fr

Collection développée avec le concours du ministère de la Culture et de la Communication (Centre national du livre et Cité des sciences et de l’industrie), dans le cadre du Fonds Jules-Verne.

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Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo.

Le trou dans la couche d’ozone stratosphérique défraya la chronique il y a déjà vingt ans de cela. Ce phénomène spectaculaire, survenant chaque printemps au-dessus du continent Antarctique, constitue, il est vrai, un problème majeur pour l’environnement global. Cette destruction observée de l’ozone à haute altitude est la manifestation flagrante que les activités humaines contribuent à perturber l’équilibre naturel de l’atmosphère et du climat. Malgré sa masse de cinq millions de milliards de tonnes, l’enveloppe gazeuse qui entoure notre planète est en effet un milieu fragile et le rejet chaque année de milliards de tonnes de polluants dans l’atmosphère par les activités industrielles et agricoles parvient à modifier la teneur de gaz présents en concentrations extrêmement ténues dans l’air.

Mais qu’en est-il aujourd’hui du trou dans la couche d’ozone ? À la fin des années 1980, la ratification du protocole de Montréal et de ses différents amendements a permis de mettre en place les mesures internationales que l’on croyait nécessaires pour préserver l’ozone stratosphérique. On pouvait espérer que ces mesures prises à grands coûts par les principaux industriels concernés seraient suffisantes pour enrayer cet effritement d’une couche qui agit comme un bouclier protecteur pour la vie à la surface de la Terre. Vingt ans plus tard, l’ozone stratosphérique est-il donc guéri ? Et s’il ne l’est pas encore, quelle en est la raison ? Quand cette menace sur l’environnement sera-t-elle écartée ? Nous essayons dans la suite de ce livre d’apporter les réponses à ces questions. Car autant dévoiler la triste vérité sans plus tarder. Même si les médias ont parfois négligé de nous tenir régulièrement informés de l’état de santé de la couche d’ozone, celle-ci se porte toujours aussi mal. Aucune amélioration visible. Pire. Le trou d’ozone observé en 2006, par exemple, a même été un des plus profonds jamais enregistrés. Une superficie grande comme cinquante fois la France a été frappée par ce phénomène de grande ampleur. Il apparaît donc important de se pencher de nouveau sur ce problème et de se demander si le trou dans la couche d’ozone est rebouché ou, plus précisément, quand il le sera.

Cette question étant posée, d’autres interrogations viennent spontanément à l’esprit. Quel lien y a-t-il entre le problème de la couche d’ozone et le changement climatique ? Y a-t-il d’ailleurs un lien entre le renforcement de l’effet de serre et la destruction de l’ozone dans la haute atmosphère ? La machine climatique est aussi complexe que fragile et l’on se doute déjà que ces deux problèmes majeurs pour l’environnement ne peuvent être indépendants l’un de l’autre. Comme nous le verrons, l’ozone est en effet un gaz climatique et une perturbation d’aussi grande ampleur que le trou d’ozone a immanquablement un impact sur le climat. De même, il convient de comprendre comment le réchauffement global du climat peut en retour affecter la guérison de cette couche d’ozone et modifier son évolution future.

On s’interroge également, et à juste titre, sur le lien qu’il peut y avoir entre la pollution à l’ozone dans les villes, dont l’on nous parle chaque été de manière de plus en plus fréquente et alarmante, et la destruction de l’ozone dans la haute atmosphère. Comment une même molécule peut-elle être un polluant tout en étant un bouclier nécessaire à la vie sur Terre ? L’ozone serait-il le Dr Jekyll et Mr Hyde de la chimie atmosphérique ? Nous verrons que la compréhension du problème posé par le trou d’ozone demande de bien prendre en compte ces différents points et que les observations expérimentales et les modèles mathématiques montrent qu’aujourd’hui, l’ensemble de la planète est concerné par le problème de l’ozone atmosphérique et par ses conséquences climatiques et environnementales.

Prendre
l’air

L’atmosphère terrestre

L’atmosphère est une enveloppe gazeuse extrêmement mince entourant notre planète. À une vitesse de 100 km/h, il faut à peine le même temps pour couvrir la distance Paris-Amiens que celle séparant le sol du sommet de l’atmosphère. Pourtant, cette fine pellicule de gaz permet la vie sur Terre et le maintien des conditions climatiques que nous connaissons. Sans cette couche d’une centaine de kilomètres d’épaisseur, notre planète serait aussi inhospitalière que ses sœurs jumelles Vénus et Mars.

L’atmosphère est constituée de plusieurs couches suivant la verticale. Ces couches sont définies par la variation de la température de l’air suivant l’altitude. Dès la fin du XIXe siècle et les premières mesures à bord de ballons, on a pu distinguer deux régions importantes de l’atmosphère. La troposphère est la partie basse de l’atmosphère. Cette couche s’étendant du sol jusqu’à une altitude d’environ 10 km représente 80 % de la masse de toute l’atmosphère. Elle est caractérisée par une diminution de la température avec l’altitude : plus l’on s’éloigne de la surface réchauffée chaque jour par le Soleil et plus l’atmosphère se refroidit. Il fait plus froid en montagne qu’en plaine et nous savons qu’à l’altitude de vol des avions, la température extérieure est inférieure à – 20 °C. La troposphère, dont l’étymologie vient du grec tropos (tourbillon), est le siège des phénomènes météorologiques que nous connaissons et est perpétuellement brassée par les mouvements de l’air chauffé au contact du sol. Au-dessus de cette couche s’étend la stratosphère. La stratosphère, du mot latin stratum (couche), s’étend d’une altitude de 10 km à 50 km au-dessus du sol. Cette couche est caractérisée par une augmentation de la température de l’air suivant la verticale. Nous verrons dans la suite de ce chapitre l’origine de cette mystérieuse source de chaleur à haute altitude. Contrairement à la troposphère, qui est le siège de mouvements perpétuels de l’air, la stratosphère est une couche stable et organisée en strates. Ces deux régions principales de l’atmosphère ne sont pas superposées de manière complètement hermétique. Elles sont séparées par une barrière, la tropopause, où la température de l’air atteint un minimum de – 60 °C et qui n’est pas complètement imperméable. Des échanges de matière peuvent donc survenir entre ces deux régions de l’atmosphère. Un élément extrêmement important, comme nous le verrons dans la suite de ce livre.

C’est au milieu du XVIIIe siècle que la nature chimique du gaz atmosphérique, que nous appelons « air », fut identifiée. Auparavant, on reconnaissait à l’air ses propriétés physiques mais on ne lui prêtait aucun rôle chimique. C’est à cette époque que les chimistes Joseph Priestley, en Angleterre, et Carl Scheele, en Suède, identifièrent l’oxygène sous sa forme moléculaire (O₂) comme composant de l’air atmosphérique. En France, Antoine Laurent Lavoisier déterminera les proportions relatives d’oxygène et d’azote (N₂) dans l’air : 78 % d’azote moléculaire et près de 21 % d’oxygène moléculaire que nous respirons. Si nous ajoutons à ces deux constituants majeurs quelques gaz rares comme l’argon ou l’hélium, nous expliquons pratiquement 99,9 % de la composition de l’air. L’ensemble de ces gaz n’a pourtant aucun effet sur le climat. Si la Terre possède le climat que nous lui connaissons, c’est uniquement grâce à un ensemble d’autres constituants qui représentent à peine 0,1 % de la composition de l’air ! Leur abondance est tellement faible que l’on n’utilisera plus le pourcent mais plutôt le millionième, le milliardième ou le millième de milliardième pour exprimer leur teneur dans l’air.

On imagine donc aisément la fragilité de l’atmosphère terrestre. Une fine enveloppe gazeuse dont l’épaisseur ne représente qu’à peine 2 % du rayon de la planète et qui est constituée pour seulement 0,1 % de gaz climatiques qui maintiennent le climat et donc la vie sur Terre. L’homme, par ses activités industrielles et agricoles et ses rejets de polluants dans l’atmosphère qui y sont associés, est parvenu à modifier la composition de l’air en gaz minoritaires et à perturber ce milieu fragile.