La couche d’ozone est une composante essentielle de notre système climatique car elle nous protège des rayons ultraviolets du Soleil. Il s’agit donc d’un élément auquel les scientifiques prêtent une attention particulière, notamment depuis sa dégradation récente via les émissions anthropiques de gaz halogénés. Une branche du programme scientifique européen Copernicus fournit un tel suivi. Les animations qui l’accompagnent lui offrent en outre une réelle dimension pédagogique.
Le Copernicus Atmosphere Monitoring Service (acronyme anglais CAMS) est une branche du programme européen de surveillance de la Terre Copernicus. Elle est destinée au suivi de la composition de l’atmosphère terrestre – en gaz et en particules. De nombreux produits sont disponibles sur le site du service. Par exemple, une page est dédiée au suivi de la couche d’ozone australe. On y retrouve entre autres l’animation présentée un peu plus bas. Elle nous montre l’évolution de la concentration en ozone (O3) dans l’hémisphère sud entre le 1 juillet 2018 et le 25 novembre 2018. Ces données proviennent d’un modèle de chimie atmosphérique dans lequel ont été intégrées les observations acquises par les satellites et les mesures in situ.
Il s’agit ici d’une vue en coupe. L’axe vertical est gradué en hectopascals (hpa) et représente l’altitude. La surface se situe tout en bas, avec le relief du continent antarctique au milieu, en beige. La transition entre la troposphère et la stratosphère se situe vers les 100 à 300 hpa – suivant la latitude. L’axe horizontal représente la ligne de coupe selon un méridien passant par le pôle. Enfin, les nuances de couleurs correspondent au contenu en O3 – l’unité est le millipascal (mPa). Plus celles-ci sont chaudes, plus le contenu est élevé.
En visionnant cette animation, on remarque plusieurs choses, comme l’aspect turbulent de la couche d’ozone – en particulier aux moyennes et hautes latitudes. Ou encore le fait qu’elle est plus élevée en zone tropicale qu’au pôle, une propriété liée à la température moyenne de la colonne d’air. Mais la caractéristique la plus remarquable est probablement le développement progressif et désormais familier du trou de la couche d’ozone au-dessus du continent austral à mesure que le printemps approche. La concentration de ce gaz commence à diminuer substantiellement vers fin août et s’écroule entre les mois de septembre et d’octobre. Il devient possible de situer avec précision les limites latérales du vortex polaire sur l’animation – un tourbillon d’air froid qui se forme à chaque saison froide dans la stratosphère suite au déficit d’ensoleillement.
Un processus complexe et une amélioration de la situation très progressive
Si le trou coïncide avec le vortex austral, c’est qu’il offre les conditions environnementales favorables à la destruction de l’ozone. La présence de températures glaciales, inférieures à -80/-85 °C, mène à la formation de nuages stratosphériques polaires qui jouent un rôle important dans le processus – qu’on ne détaillera pas ici. Entre la fin de l’hiver et le début du printemps, tandis que les premiers rayons du Soleil commencent à apporter de l’énergie, des réactions chimiques impliquant des atomes de chlore et de brome se mettent en place. Elles conduisent à la destruction des molécules d’ozone qui ne peuvent pas être renouvelées par un apport extérieur – i.e. en provenance des moyennes latitudes et des tropiques. En effet, les puissants vents d’ouest qui forment le vortex polaire isolent l’air contenu dans le tourbillon.
Il faudra attendre l’avancée du printemps avec la disparition du tourbillon polaire pour que le contenu en O3 augmente à nouveau. Cela se fait parfois de manière brutale, mais avec une forte variabilité d’une année à l’autre. C’est ce que l’on observe vers la fin de l’animation : des poussées sont perceptibles sur les bords du vortex, associées à des ondes atmosphériques de grande échelle. Elles s’accentueront jusqu’à ce que celui-ci finisse par « lâcher » et se briser. Le mélange entre le pôle et les basses latitudes est à nouveau possible. Le trou disparaît alors et peut même être remplacé par des concentrations en ozone relativement élevées.
Depuis la signature du protocole de Montréal en 1987 visant à bannir les substances impliquées dans la destruction de l’ozone stratosphérique, la tendance générale est à l’amélioration. Toutefois, elle est lente et lorsque les conditions météorologiques sont favorables (fort vortex polaire, température stratosphérique très froide…), le déficit d’O3 peut encore atteindre des valeurs proches des records, voire les battre.
Notons pour conclure que ce type de visualisation permet au grand public de mieux appréhender le fonctionnement et l’évolution de notre atmosphère. En effet, il expose une richesse phénoménologique et spatio-temporelle qui ne saurait être retranscrite avec aisance et clarté uniquement par les mots ou les représentations schématiques. Ainsi, le développement et la diffusion grandissante de ces produits revêtent une importante dimension pédagogique.
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