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L’évolution de l’ozone
atmosphérique
Le point en
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Composition du groupe de travail
Marie-Lise CHANIN Correspondant de l’Académie des sciences — Directeur
de recherche émérite au Centre national de la recherche
scientifique (CNRS) – LATMOS/IPSL
Cathy CLERBAUX Directeur de recherche au Centre national de la recherche
scientifique (CNRS) – LATMOS/IPSL
Sophie GODIN-BEEKMANN Directrice de recherche au Centre national de la
recherche scientifique (CNRS) – LATMOS/IPSL
Ce rapport a été adopté par le Comité des sciences de l’environnement de
l’Académie des sciences le 5 mai 2015 et par l’Académie des sciences en
séance plénière le 16 juin 2015.

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Table des matières
Préambule
Résumé
Summary
Introduction
Chapitre 1 – L’ozone troposphérique
1. Mécanismes de production et de destruction de l’ozone troposphérique
1.1. Troposphère naturelle
1.2. Troposphère polluée
2. Distribution d’ozone à l’échelle globale
3. Surveillance et prévision de la pollution en ozone
Chapitre 2 – L’ozone stratosphérique
1. Rappels
2. Destruction d’ozone polaire
3. Évolution et résultats récents
4. Propositions pour accélérer le retour de l’ozone à son niveau de référence
Chapitre 3 – Relations ozone-climat
1. Impact des changements de l’atmosphère sur l’ozone stratosphérique
2. Impact de la diminution de l’ozone stratosphérique sur le climat
3. Rôle du Protocole de Montréal sur le changement climatique
Conclusions et recommandations
Références bibliographiques

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Préambule
Aujourd’hui l’homme est en mesure d’imposer à son environnement naturel des
modifications sensibles, sous les actions multiples d’une population qui est passée de trois à
sept milliards d’humains de 1960 à nos jours (et qui pourrait atteindre 11 milliards vers 2100,
sans que l’atteinte d’un palier soit encore bien affirmée). L’activité humaine est ainsi en
mesure de modifier la composition de l’atmosphère et de manière plus générale de certaines
parties de la biosphère en rejetant des produits variés en quantité suffisante pour modifier
certains de leurs grands équilibres.
Ce rapport est consacré à l’état des observations et de la recherche sur l’ozone dans
l’atmosphère. L’ozone est une variété de l’oxygène qui se forme sous l’action du
rayonnement ultraviolet solaire et subsiste dans l’atmosphère grâce à un ensemble de
réactions chimiques avec de nombreux composants. Le rapport met en évidence des
phénomènes distincts, qu’il ne faut pas confondre, car les remèdes éventuels ne sont pas les
mêmes pour les uns et pour les autres.
Pour ce qui est de l’ozone atmosphérique, il convient de plus de distinguer deux sous-
problèmes séparés :
(i) Le premier concerne les basses altitudes (jusqu’à 10 ou 16 km selon la latitude).
Dans cette région, appelée troposphère, règne une instabilité permanente gouvernée par les
changements de phase de l’eau (glace, liquide, vapeur). L’activité humaine, en particulier
dans les villes par les voitures et l’industrie, injecte dans l’air des molécules de polluants
divers avec pour conséquence la formation d’ozone nocif pour les voies respiratoires. Le
problème est d’autant plus sérieux qu’on estime qu’en 2050 60 % de la population mondiale
vivra dans des villes de vingt à trente millions d’habitants, principalement dans les pays du
Sud. Pour résoudre ce problème de pollution locale, il convient de faire appel à des solutions
au niveau régional pour réduire les émissions de ces molécules ; elles se mettent d’ailleurs
progressivement en place.
(ii) Le second concerne l’ozone stratosphérique, au-dessus de la troposphère, jusqu’à 50
km d’altitude. Dans cette région règne la stabilité, gouvernée par l’action du rayonnement
ultraviolet solaire sur les molécules présentes. Ce n’est qu’en 1985 que l’impact de l’activité
humaine sur les équilibres photochimiques stratosphériques a été démontré, avec la
découverte du « trou d’ozone » antarctique. Très rapidement, la cause en a été identifiée, à
savoir l’introduction dans l’atmosphère (principalement dans l’hémisphère nord !) de
composés fluorés et chlorés (appelés CFC) servant dans les bombes aérosols et les
réfrigérateurs. Avec la participation forte des industries chimiques, des gaz nouveaux ont été
développés pour remplacer les composés incriminés, dont un traité, le Protocole de Montréal ,
signé en 1987 et mis en application en 1989, a interdit la fabrication et l’usage. On espère
ainsi ramener la concentration de l’ozone stratosphérique à son niveau initial dans une
quarantaine d’années.
Le problème de l’ozone stratosphérique n’est pas un problème climatique. Son impact
sur la biosphère a été l’augmentation, légère locale dans l’espace et limitée dans l’année, du
rayonnement solaire ultraviolet proche (de quelques %, excepté au voisinage de
l’Antarctique), avec des incidences avérées sur le risque de cancer de la peau. Sa solution a
été rendue possible par l’absence de conséquences économiques majeures liées à la
substitution des CFC par d’autres gaz ; ceux-ci étaient en développement et relativement

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faciles à produire, et leur remplacement a amorcé le rétablissement de l’ozone stratosphérique
et l’effet bénéfique attendu sur la santé des populations. C’est pourquoi un règlement
international a été assez facilement négocié et vite appliqué (avec des ajustements successifs).
Il a déjà produit des effets significatifs : la quantité de composés chlorés dans la stratosphère a
diminué de 15 % et l’ozone total à l’échelle globale a cessé de décroître et montre même une
légère tendance à l’accroissement. On ne pouvait guère s’attendre à mieux, étant donné la
durée de vie des CFC dans l’atmosphère (de l’ordre de 50 et 100 années).
L’ozone présente donc bien deux sous-problèmes distincts d’aspect apparemment
contradictoire : trop d’ozone dans certaines régions de la troposphère (grandes villes), pas
assez dans certaines régions de la stratosphère (Antarctique).
Note : Une inquiétude distincte tient au fait que les CFC sont des gaz à effet de serre.
En effet, les climatologues estiment que les émissions anthropiques de gaz à effet de serre
sont responsables du changement climatique observé depuis le début du XXe siècle. La
suppression des CFC, à la suite du protocole de Montréal, a évité l’injection de quantités
importantes de ces gaz, équivalentes à 10 gigatonnes de CO2 par an. Il s’agit là d’un problème
climatique, à ne pas confondre, comme on le fait trop souvent, avec « le problème de
l’ozone ».
Le problème de l’ozone stratosphérique est en voie de solution parce que, très
rapidement après sa mise en évidence, le monde industriel a développé des produits de
remplacement pour les CFC ; la mise en œuvre du Protocole de Montréal ne posait de
difficultés majeures ni au plan technique, ni au plan économique. Il en va tout autrement pour
le problème des gaz à effet de serre dont la réduction des émissions constitue un problème
énergétique majeur qui nécessitera un effort industriel auquel nous ne sommes pas préparés et
un effort sociétal long et continu.