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trou dans la couche d'ozone

Le Trou dans la couche d’ozone


Un trou dans la couche d’ozone désigne une région de la couche d’ozone stratosphérique qui a été détruite à plus de 50 %.

Premières études sur le trou dans la couche d’ozone

Ou plutôt : les trous.

Des scientifiques ont commencé à s’intéresser aux substances susceptibles de déstabiliser l’équilibre de l’ozone stratosphérique dès le milieu des années 1970.

L’oxyde nitrique

Dès 1970, Paul Crutzen a montré que les émissions d’oxyde nitrique détruisent la couche d’ozone. Cette inquiétude est à mettre en relation avec le développement de l’avion supersonique Concorde. Son premier vol a eu lieu en 1969. Il a été en service commercial de 1976 à 2003. Cet avion devait créer des quantités importantes d’oxydes d’azote dans la stratosphère.

Les CFC

CFC 11, une molécule contribuant au trou dans la couche d'ozone

Les CFC sont une famille de molécules contenant du chlore, du fluor et du carbone.

En 1974,  les chimistes Frank Rowland et Mario Molina ont compris que le mécanisme chimique de destruction de l’ozone par des émissions d’oxyde nitrique avait un analogue avec les émissions de chlorofluorocarbones, les CFC. Les travaux des trois chercheurs virent leur bien-fondé reconnu en 1976 par l’Académie nationale des sciences américaine. En récompense de leurs travaux, Paul Crutzen, Frank Rowland et Mario Molina reçurent le prix Nobel de chimie 1995.

L’emploi des CFC comme gaz propulseur dans les aérosols fut banni dès 1978 par le Canada, la Norvège et les États-Unis. Les CFC, ou Chlorofluocarbure / Chlorofluorocarbone, sont des composés chimiques qui ont commencé à être utilisés comme réfrigérants dans les années 1930. Ils ont été également été utilisés comme gaz propulseur des aérosols. Mais aussi comme matières premières dans la synthèse de composés organiques, comme solvants, comme extincteurs et comme agents d’expansion dans les mousses de matières plastiques… Après la seconde guerre mondiale, le mode de vie « moderne » s’est développé. On a alors utilisé beaucoup de CFC pour que chaque foyer puisse avoir son réfrigérateur.

Des trous dans la couche d’ozone identifiés aux pôles

2 trous dans la couche d'ozone

Le premier trou a été identifié dans les années 1980 au-dessus de l’Antarctique. Il apparaît et disparaît au rythme des saisons (formation au printemps et disparition à l’automne). (images)

En 2011, on a observé une diminution record de la couche d’ozone à l’autre pôle. L’Arctique est également affectée par cette problématique. La perte d’ozone y a alors atteint une valeur de 80 % (entre 15 et 20 km d’altitude).

Comment surveille-t-on l’ozone stratosphérique ?

Actuellement, les chercheurs utilisent les observations des instruments IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) de satellites pour surveiller l’ozone au quotidien. Les chercheurs disposent aussi d’une série de stations de mesures au sol (réseau SAOZ).

Les observations possibles au XIXème siècle

1889 : Alfred Cornu, un physicien français, constate la présence d’un « trou » dans le spectre de la lumière solaire dans l’ultraviolet, autour de la longueur d’onde de 300 mm. Il observe que l’effet est plus marqué lors du cocher du soleil. Il en déduit que l’effet observé sur le spectre est dû à une absorption dans l’atmosphère. Un an plus tard, W. N. Hartley émet l’hypothèse que l’absorption de la lumière ultraviolette du soleil dans l’atmosphère terrestre est due à l’ozone. Ce sont les premières observations de la présence d’ozone dans la stratosphère.

Les apports de Gordon Dobson

On utilise l’unité Dobson  (DU). Cette unité vient du physicien Gordon Dobson. Il a mis au point le premier instrument de mesure de l’ozone depuis le sol, en 1924 : le spectromètre Dobson.  La spectrométrie consiste à décomposer la lumière provenant d’une source lumineuse en ses différentes composantes de couleurs. Cette technique permet d’analyser la composition de cette lumière et d’obtenir des informations. C’est la technique utilisée par Cornu en 1889. Avec Dobson, on a un instrument, utilisé au sol, qui sert à « observer » l’ozone.

1 dobson correspond à une couche d’ozone qui aurait une épaisseur de 10 µm à une pression de 1 atm (conditions normales de pression au niveau du sol). Par exemple, 300 DU d’ozone ramenées au niveau du sol formeraient une couche de 3 mm d’épaisseur. En moyenne globale, la quantité d’ozone est d’environ 350 DU.

1957. Année géophysique internationale

A l’occasion de l’année géophysique internationale, on a installé de nombreux nouveaux observatoires de la couche d’ozone à travers le monde. En particulier, on crée les stations dans l’Antarctique auxquelles on devra la découverte du « trou » de la couche d’ozone dans les années 1980.

Les causes de la formation du trou dans la couche d’ozone

La destruction de l’ozone stratosphérique se produit dans les régions polaires lorsque les températures descendent en dessous de -80 °C. À ces températures, des nuages se forment dans la basse stratosphère. Des réactions chimiques transforment en composés actifs des composés halocarbonés inoffensifs pour l’ozone. Ces processus conduisent à une destruction rapide de l’ozone lorsque la lumière solaire revient au-dessus du pôle.

Les CFC, molécules chlorées

Les chlorofluorocarbures ou CFC sont des gaz qui ont longtemps été utilisés dans des récipients sous pression (systèmes de réfrigérants, mousses isolantes, etc.). Ils sont parfaitement inoffensifs pour les êtres vivants terrestres, mais pas pour l’ozone stratosphérique ! 

Les CFC ont un autre effet négatif. Comme tous les halocarbures, ils absorbent très fortement les infrarouges, beaucoup plus que le dioxyde de carbone à poids égal. Ils contribuent ainsi à l’effet de serre. Ils ont, à masse égale, un pouvoir réchauffant 5.000 à 14.000 fois plus élevé que le dioxyde de carbone (CO2) !

Les molécules contenant du brome

bromure de méthyle
Une molécule qui détruit la couche d’ozone

Intéressons-nous maintenant aux composés contenant non du chlore comme les CFC mais du brome comme le bromure de méthyle. On utilise ce gaz depuis les années 1930 essentiellement comme traitement de préplantation par fumigation du sol.

Les substances contenant du brome sont encore plus dangereux que les CFC pour la couche d’ozone. Le brome est en effet un agent 50 à 60 fois plus efficace que le chlore dans les processus de destruction catalytique de l’ozone.

En 1992, 58000 tonnes étaient utilisés. On injectait le bromure de méthyle dans le sol à une profondeur de 30 à 60 cm avant plantation des cultures. Le bromure de méthyle est un gaz plus lourd que l’air. Ainsi, cela stérilisait le sol jusqu’à 1 m de profondeur de tout insecte ou herbe indésirable. Immédiatement après injection, le sol était recouvert de bâches de plastique pour accroître le temps de contact du bromure de méthyle avec le sol, entre 24h et 3 mois. A la fin, les bâches enlevées, 50 à 95 % du bromure de méthyle s’échappaient dans l’atmosphère. Outre son effet destructeur de la couche d’ozone, c’est, lui aussi, un puissant gaz à effet de serre.


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