L'appauvrissement de la couche d'ozone au-dessus du pôle Nord entraîne des anomalies météorologiques

Beaucoup de gens connaissent le trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique, mais ce que l'on sait moins, c'est qu'occasionnellement, l'ozone protecteur de la stratosphère au-dessus de l'Arctique est également détruit, amincissant la couche d'ozone à cet endroit. Cela s'est produit pour la dernière fois au printemps 2020, et avant cela, au printemps 2011.

Chaque fois que la couche d'ozone a été amincie, les climatologues ont ensuite observé des anomalies météorologiques dans tout l'hémisphère nord. En Europe centrale et septentrionale, en Russie et surtout en Sibérie, ces printemps ont été exceptionnellement chauds et secs. Dans d'autres régions, comme les régions polaires, en revanche, les conditions humides ont prévalu. Ces anomalies météorologiques ont été particulièrement prononcées en 2020. La Suisse a également connu un printemps exceptionnellement chaud et sec.

La question de savoir s'il existe une relation de cause à effet entre la destruction de l'ozone stratosphérique et les anomalies météorologiques observées fait l'objet d'un débat dans la recherche sur le climat. Le vortex polaire dans la stratosphère, qui se forme en hiver et se désintègre au printemps, joue également un rôle. Les scientifiques qui ont étudié ce phénomène jusqu'à présent sont arrivés à des résultats contradictoires et à des conclusions différentes.

De nouvelles découvertes permettent aujourd'hui de faire la lumière sur cette situation, grâce à la doctorante Marina Friedel et au boursier Ambizione du Fonds national suisse de la recherche scientifique Gabriel Chiodo. Il et elle sont membres du groupe dirigé par Thomas Peter, professeur de chimie atmosphérique à l'ETH Zurich, et collaborent avec l'Université de Princeton et d'autres institutions.

Les simulations révèlent une corrélation

Pour découvrir une éventuelle relation de cause à effet, les chercheurs ont effectué des simulations intégrant l'appauvrissement de la couche d'ozone dans deux modèles climatiques différents. La plupart des modèles climatiques ne tiennent compte que des facteurs physiques, et non des variations des niveaux d'ozone stratosphérique, en partie parce que cela nécessiterait une puissance de calcul beaucoup plus importante.

Mais les nouveaux calculs sont clairs: la cause des anomalies météorologiques observées dans l'hémisphère nord en 2011 et 2020 est principalement l'appauvrissement de l'ozone au-dessus de l'Arctique. Les simulations effectuées par les chercheuses et chercheurs avec les deux modèles coïncident largement avec les données d'observation de ces deux années, ainsi qu'avec huit autres événements de ce type utilisés à des fins de comparaison. Toutefois, lorsque les scientifiques ont «désactivé» la destruction de l'ozone dans les modèles, elles et ils n'ont pas pu reproduire ces résultats.

«Ce qui nous a le plus surpris d'un point de vue scientifique, c'est que, même si les modèles que nous utilisions pour la simulation sont totalement différents, ils ont produit des résultats similaires», explique le co-auteur Gabriel Chiodo, boursier Ambizione du FNS à l'Institut des sciences atmosphériques et climatiques.

Le mécanisme expliqué

Le phénomène, tel que les cherchuses et chercheurs l'ont étudié, commence par l'appauvrissement de la couche d'ozone dans la stratosphère. Pour que l'ozone s'y décompose, les températures dans l'Arctique doivent être très basses. «La destruction de l'ozone ne se produit que lorsqu'il fait suffisamment froid et que le vortex polaire est fort dans la stratosphère, à environ 30 à 50 kilomètres au-dessus du sol», souligne Marina Friedel.

Normalement, l'ozone absorbe les rayons UV émis par le soleil, ce qui réchauffe la stratosphère et contribue à briser le vortex polaire au printemps. Mais s'il y a moins d'ozone, la stratosphère se refroidit et le vortex se renforce. «Un vortex polaire fort produit alors les effets observés à la surface de la Terre», précise Gabriel Chiodo. L'ozone joue donc un rôle majeur dans les changements de température et de circulation autour du pôle Nord.

Plus grande précision possible pour les prévisions à long terme

Ces nouvelles découvertes pourraient aider les climatologues à établir des prévisions météorologiques et climatiques saisonnières plus précises à l'avenir. Cela permet de mieux prévoir les changements de chaleur et de température, «ce qui est important pour l'agriculture», précise Gabriel Chiodo.

Marina Friedel ajoute: «Il sera intéressant d'observer et de modéliser l'évolution future de la couche d'ozone.» En effet, l'appauvrissement de la couche d'ozone se poursuit, même si les substances appauvrissant la couche d'ozone, comme les chlorofluorocarbones (CFC), sont interdites depuis 1989. Les CFC ont une très longue durée de vie et restent dans l'atmosphère pendant 50 à 100 ans; leur potentiel de destruction de l'ozone perdure pendant des décennies après leur retrait de la circulation. «Pourtant, les concentrations de CFC diminuent régulièrement, ce qui soulève la question de savoir à quelle vitesse la couche d'ozone se reconstitue et comment cela affectera le système climatique», dit-elle.