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Le trou d'ozone et le réchauffement planétaire

Lorsqu'on parle de problèmes environnementaux, on a parfois tendance à relier le trou d'ozone et le réchauffement planétaire. Le fait est que le trou d'ozone n'est pas une conséquence directe du réchauffement planétaire, et le réchauffement planétaire n'est pas non plus une conséquence directe du trou d'ozone. Mais comme presque tout les processus qui font le climat ont des interactions entre eux, il existe quand même des liens entre les deux effets.

Le grand malentendu

La recherche sur le climat étant plutôt nouvelle, peu de gens ont eu des cours sur cette thématique à l'école.  Il n'est donc pas vraiment surprenant que les deux problèmes environnementaux majeurs actuels - le réchauffement planétaire et le trou d'ozone-, soient souvent l'objet de malentendus.
 
De plus en plus de voitures roulent sur notre planète, et consomment de l'essence, et de plus en plus d'énergies fossiles sont consommées par les industries et les gens. Mais ce n'est pas la raison pour laquelle le trou d'ozone se forme. De même, la formation du trou d'ozone ne mène pas au réchauffement de la Terre.
  
Cependant, ces deux phénomènes sont le résultat de l'impact de l'activité humaine sur l'atmosphère et il existe des liens entre eux.

Comment sont-ils reliés ?

Le réchauffement planétaire est un phénomène qui affecte principalement la vie des hommes et tend à réchauffer la troposphère. Le trou dans la couche d'ozone se forme dans la stratosphère. En réduisant la quantité d'ozone aux altitudes comprises entre 15 et 40 kilomètres, le trou d'ozone laisse passer le rayonnement ultraviolet nocif vers la Terre.

Les chlorofluorocarbones (CFC) jouent un rôle à la fois dans le réchauffement planétaire et dans la formation du trou d'ozone.  Dans la troposphère, ils agissent en tant que gaz à effet de serre. Ils absorbent le rayonnement infrarouge qui provient de la surface terrestre et, en emprisonnant cette chaleur près de la Terre, ils contribuent à son réchauffement. Dans la stratosphère, ils sont décomposés par le rayonnement solaire ultraviolet intense pour former des radicaux de chlore, qui détruisent l'ozone. Certains autres gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone et le méthane, n'ont pas ce rôle important de destruction de l'ozone.

Comme l'ozone empêche le rayonnement ultraviolet intense d'atteindre la surface terrestre et contribue au réchauffement  de la stratosphère, on pourrait supposer que la formation du trou de la couche d'ozone change le bilan radiatif de la planète. C'est en effet le cas. Cependant, l'affaiblissent des concentrations d'ozone et la formation des trous au dessus des pôles ne mène pas à un réchauffement supplémentaire de la troposphère, mais plutôt à un léger refroidissement.

Les conséquences du trou d'ozone sur le bilan radiatif terrestre

Il n'est cependant pas évident que le trou d'ozone devrait causer un " forçage radiatif négatif ", c'est à dire mener à un refroidissement de la troposphère. Intuitivement on a tendance à penser que si la couche d'ozone devient moins épaisse, il y aura plus de rayonnement ultraviolet très énergétique qui atteindra la surface de la terre. Ceci signifie donc que le soleil devrait procurer davantage d'énergie. C'est certainement vrai, et c'est la raison majeure de l'augmentation du risque de cancer de la peau. Cependant, il existe un effet qui va à l'encontre de ceci.

On sait que l'absorption du rayonnement ultraviolet par les molécules d'ozone réchauffe la stratosphère. Une partie de cette chaleur émise dans la stratosphère est transférée vers la troposphère ce qui la réchauffe aussi un peu. En outre, dans la basse stratosphère, l'ozone peut agir en tant que gaz à effet de serre pour absorber le rayonnement infrarouge provenant de la surface de la Terre. Ainsi l'absorption par l'ozone des rayonnements ultra-violet et infrarouge conduit à un réchauffement de la troposphère supérieure.  Si les teneurs en ozone diminuent, la troposphère supérieure devrait donc se refroidir.

Mais il y a également un effet contraire.  Une absorption diminuée du rayonnement ultraviolet par l'ozone signifie plus de lumière et, en conséquence, plus d'énergie solaire atteignant la planète. Si cette énergie est convertie en chaleur, la troposphère devrait se réchauffer.  Cela dit, une partie du rayonnement solaire qui pénètre dans la troposphère est simplement réfléchie vers l'espace et cette énergie est perdue.

C'est au-dessus de l'Antarctique que cette réflexion est la plus intense, là où l'épuisement de l'ozone est le plus fort. En effet la neige et la terre recouverte de glace ont un albédo très élevé (entre 0,6 et 0,8 - ce qui signifie qu'entre 60 et 80% du rayonnement qui frappe la terre est renvoyé directement vers l'espace).  En raison de cette réflexion élevée, seule une petite fraction du rayonnement ultraviolet supplémentaire qui a pénétré la troposphère à cause de la déperdition de l'ozone cause un réchauffement. 

De façon générale, l'effet de refroidissement dû à la baisse des concentrations d'ozone est prépondérant, et la diminution des niveaux d'ozone a tendance à refroidir non seulement la stratosphère, mais également dans une moindre mesure aussi la troposphère.

Les conséquences du réchauffement climatique sur le trou d'ozoneLa page suivante, qui traite du refroidissement stratosphérique, montre comment le réchauffement planétaire de la troposphère engendre un refroidissement de la stratosphère. Ce refroidissement favorise l'épuisement de l'ozone dans l'hémisphère sud et même peut-être aussi dans l'hémisphère nord.

A propos de cette page:

auteur: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germany
relecteur scientifique: Dr. Christoph Bruhl - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz
relecteur pédagogique: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-08-07
dernière version :11.05.2004