Quatre composés destructeurs de la couche d'ozone mesurés pour la première fois dans l'atmosphère

Vendredi, 14 mars 2014

Une équipe internationale, à laquelle participaient des chercheurs français du Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement (LGGE/OSUG, CNRS / UJF) et du "Grenoble image, parole, signal, automatique" (GIPSA, Institut polytechnique de Grenoble / CNRS / UJF / Université Grenoble 3 / Université Pierre-Mendes-France / INRIA), vient de réaliser pour la première fois la mesure des concentrations atmosphériques de trois chlorofluorocarbures et d’un hydro-chlorofluorocarbure, des composés qui contribuent à la destruction de la couche d’ozone. En travaillant sur des échantillons d’air ancien, les chercheurs ont également pu estimer que l’émission de ces composés avait commencé au début des années 1960 et que les concentrations de l’un d’eux étaient en croissance depuis de début du siècle.

Il y a une trentaine d’années, sept chlorofluorocarbures (CFCs) et six hydro-chlorofluorocarbure (HCFCs) ont été identifiés comme espèces contribuant à la destruction de la couche d'ozone. En conséquence, leurs émissions ont été régulées, et progressivement bannies pour la plupart d’entre eux, par le protocole de Montréal (1987) et les amendements successifs dont il a fait l’objet. Cependant, les CFCs n’étant que très lentement détruits dans l'atmosphère, il faut attendre plusieurs décennies pour qu’ils en disparaissent. Grâce à ce protocole, l'abondance mondiale d'ozone s’est stabilisée, mais de grands appauvrissements d'ozone stratosphérique continuent à se produire chaque année dans les régions polaires.
 
Dans le cadre d’une étude internationale, un chercheur britannique a analysé une série d’échantillons d'air, collectés dans l’atmosphère australienne et préservés depuis 1978, en utilisant de nouvelles techniques plus précises de mesure et de nouvelles méthodes de calibration récemment mises au point. Il a ainsi pu mesurer pour la première fois les concentrations atmosphériques de trois chlorofluorocarbures (CFC 112, 112a et 113a) et d’un hydro-chlorofluorocarbure (HCFC 133a), des composés qui n’avaient pu être détectés jusqu’à présent en raison de leurs faibles concentrations dans l’atmosphère.

Ce chercheur a mesuré de la même manière les concentrations de ces composés dans des échantillons d'air interstitiel prélevés dans la neige compactée du Groenland dans le cadre du forage international NEEM, qui impliquait 14 pays dont la France(1). Mais comment dater cet air interstitiel et traduire les mesures correspondantes en concentrations atmosphériques ? C’est sur cette question que se sont penchés les chercheurs français de la collaboration.
Le camp du forage glaciaire NEEM au Groenland. © NEEM ice core drilling project, Tim Burton
Les 50 à 100 premiers mètres des calottes de glace du Groenland et de l'Antarctique sont constitués de neige qui se compacte progressivement sous l'effet de son poids. Entre les grains de cette neige compactée, l'air circule lentement. Des prélèvements effectués à des profondeurs croissantes permettent donc d'accéder à de l'air de plus en plus ancien. Grâce à une collaboration étroite entre deux laboratoires grenoblois, le LGGE et le GIPSA, les chercheurs français ont pu développer de nouveaux modèles très performants de transport des gaz dans la neige compactée, qui permettent de convertir les profils de concentration d’une substance dans la neige en fonction de la profondeur en évolution temporelle de la concentration de cette même substance à la surface de la calotte, c'est à dire dans l'atmosphère.
Les chercheurs ont ainsi pu reconstruire l’évolution passée des concentrations atmosphériques de ces quatre composés à partir des données issues de la neige compactée du Groenland et en particulier montrer que ces composés n'étaient pas présents dans l'atmosphère avant les années 1960. Ce résultat et le fait que les concentrations soient plus élevées dans l’atmosphère groenlandaise que dans l’atmosphère australienne en période d’émissions, lesquelles se produisent majoritairement dans l’hémisphère Nord, suggèrent que ces composés ont été émis par les activités humaines.
Évolution, en fonction du temps, des concentrations atmosphérique des 4 composés [fourchette de concentrations dans l’atmosphère groenlandaise (pointillés noirs) et concentrations dans l’atmosphère australienne (points et lignes continues noirs)] et de leurs émissions annuelles (lignes rouges). Les émissions sont plus élevées dans l’hémisphère Nord que dans le Sud en période de fortes émissions, mais elles s’égalisent, grâce au transport par les vents, en période d’émissions faibles ou nulles.

Munis de cet historique des concentrations atmosphériques, les chercheurs britanniques de la collaboration ont estimé, en prenant en compte la durée de vie de ces substances, que 74 000 tonnes de ces composés avaient été émises dans l'atmosphère avant 2013, des émissions qui restent faibles par rapport au maximum d'émission des espèces régulées dans les années 1980. En revanche, ils ont constaté que la concentration du CFC-113a avait fortement augmenté dans l'atmosphère depuis l’an 2000, ce qui va à l'encontre des intentions du protocole de Montréal.
Les sources d'émission de ces composés ne sont pas encore clairement identifiées. Parmi les sources possibles, on compte des produits chimiques utilisés dans la fabrication des insecticides et des solvants utilisés pour le nettoyage de composants électroniques.

Note(s): 
  1. La contribution française au projet de forage glaciaire NEEM a été organisée à travers un projet "Vulnérabilité Milieux Climat 2007" de l'Agence nationale de la recherche.
Source(s): 

Johannes C. Laube et al., Newly detected ozone depleting substances in the atmosphere, Nature Geoscience, 09 March 2014, doi: 10.1038/ngeo2109

Contact(s):
  • Patricia Martinerie, LGGE/OSUG
    martinerie [at] lgge [dot] obs [dot] ujf-grenoble [dot] fr, 04 76 82 42 14
  • Emmanuel Witrant, GIPSA-lab
    emmanuel [dot] witrant [at] gipsa-lab [dot] inpg [dot] fr, 04 76 82 62 37

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