Aperçu

La dégradation de la couche d’ozone stratosphérique au cours de la seconde moitié du 20ème siècle résulte de l’action à long-terme de composés chimiques halogénés produits à la surface de la Terre par les activités humaines. La diminution récemment observée de la concentration de ces espèces halogénées résulte du contrôle des émissions imposé par le Protocole de Montréal (puis par ses amendements et modifications). L’ozone stratosphérique devrait ainsi se reconstituer au cours du 21ème siècle en raison du déclin des concentrations atmosphériques de ces substances appauvrissant la couche d’ozone. Il devient par contre de plus en plus clair que l’évolution future de la couche d’ozone et son éventuelle reconstitution seront très liées au changement climatique et à l’évolution des concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre (principalement le dioxyde de carbone).

Le couplage de modèles de chimie stratosphérique avec des modèles de climat a conduit au développement d’une nouvelle génération de modèles, dénommés modèles de chimie-climat (CCM). Ils constituent des outils essentiels à la compréhension et la prévision de l’évolution de l’ozone et de son interaction avec le reste du système climatique. Le projet SPARC (issu du programme WCRP des Nations Unies) de validation de modèles chimie/climat (CCMVal) fournit une base essentielle aux rapports d’expertise de l’OMM/PNUE sur la destruction de la couche d’ozone. Le rapport le plus récent vient d’être publié en 2010. En voici les principales conclusions.

 Résultats

• En ce qui concerne l’évolution future de la couche d’ozone, les modèles prédisent :
  — une augmentation régulière du contenu en ozone aux moyennes latitudes et dans les régions polaires de l’hémisphère nord, avec un retour à la normale (contenus de l’année 1980) avant celui des espèces halogénées, prévu pour la fin du siècle.
  — une lente reconstitution de la colonne d’ozone aux moyennes latitudes et dans les régions polaires de l’hémisphère sud, avec un retour à la normale qui devrait intervenir un peu avant celui des halogènes ; l’occurrence d’un trou d’ozone résiduel par intermittence n’est pas exclue.

• Ces changements sont majoritairement liés à la baisse de la concentration des substances destructrices d’ozone, mais sont également associés au renforcement de la circulation de Brewer-Dobson et au refroidissement de la haute stratosphère.

• De nouvelles analyses des données satellite et issues de radiosondages suggèrent de manière claire une diminution des températures stratosphériques entre 1980 et 2009 (baisse globale de l’ordre de 1-2 K dans la basse stratosphère et de 4-6 K dans la haute stratosphère entre 1980 et 1995). Ces températures devraient continuer à décroître au cours du 21ème siècle, principalement en raison de l’augmentation du dioxyde de carbone.

• Les simulations numériques suggèrent que l’augmentation des gaz à effet de serre ont conduit à une accélération de la circulation stratosphérique de Brewer-Dobson. Ce renforcement pourrait avoir des conséquences importantes, avec notamment une baisse des contenus en ozone dans les régions tropicales et une augmentation partout ailleurs. Toutefois, les mécanismes responsables cette accélération restent encore mal compris et aucune confirmation par des observations n’a été publiée.

• De nouvelles analyses semblent montrer que le trou d’ozone antarctique a eu un impact sur le climat de surface dans l’hémisphère sud. Les modèles climatiques ont montré que le trou d’ozone est le principal responsable des changements observés dans les vents de surface pendant l’été austral dans les moyennes et hautes latitudes de l’hémisphère sud. Les tendances observées dans les vents de surface en été dans l’hémisphère sud ne devraient pas persister dans les deux prochaines décennies. Cela est lié à l’effet antagoniste de la reconstitution de la couche d’ozone et de l’augmentation des gaz à effet de serre.

 Récemment

Dans le but d’améliorer encore le réalisme des modèles de chimie-climat, il semble important de prendre en compte les processus chimiques à l’oeuvre dans la troposphère. Dans ce but de rapprocher les communautés travaillant sur les deux sujets, le programme conjoint IGAC/SPARC Chemistry-Climate Model Initiative (CCM-I) a été créé pour coordonner l’évaluation et le développement des nouveaux modèles de chimie-climat qui incluront une chimie atmophérique complète.

Dans le cadre de ce projet CCM-I, une première série de simulations (durant l’année 2013) va servir à la rédaction du nouveau rapport sur l’évolution de l’ozone prévu en 2014. Le CNRM-GAME a participé à cet exercice d’intercomparaison avec le modèle CNRM-CCM (modèle de circulation générale ARPEGE-Climat couplé au module de chimie stratosphérique REPROBUS, cf Michou et al. 2011). La principale amélioration par rapport à la version précédente du modèle concerne la simulation de l’oscillation quasi-biennale (alternance de vents d’ouest et d’est dans la stratosphère équatoriale avec une période moyenne de 28 mois).

 Chercheurs concernés

Martine Michou, David Saint-Martin et Éric Paul (CAIAC)

 Publications récentes

SPARC CCMVal (2010), SPARC Report on the Evaluation of Chemistry-Climate Models, V. Eyring, T. G. Shepherd, D. W. Waugh (Eds.), SPARC Report No. 5, WCRP-132, WMO/TD-No. 1526

Michou, M., D. Saint-Martin, H. Teyssèdre, A. Alias, F. Karcher, D. Olivié, A. Voldoire, B. Josse, V.-H. Peuch, H. Clark, J. N. Lee, and F. Chéroux (2011), A new version of the CNRM Chemistry-Climate Model, CNRM-CCM : description and improvements from the CCMVal-2 simulations, Geosci. Model Dev., 4, 873-900, DOI:10.5194/gmd-4-873-2011

 Liens utiles

Site internet du projet CCMVal : CCMVal

Site internet du projet CCM-I : CCM-I

Secrétariat de l’ozone (OMM) : OMM