L’appauvrissement de la couche d’ozone n’est pas en lui-même le principal responsable du changement climatique. Cependant, parce que l’ozone est un gaz à effet de serre qui absorbe les rayons du soleil, les changements subis par la couche d’ozone et ceux subis par le climat sont liés à bien des égards. L’érosion de l’ozone stratosphérique et l’accumulation d’ozone troposphérique global, qui ont été observées ces dernières décennies, contribuent au changement climatique. Cette contribution n’est pas négligeable, mais reste limitée si on la compare à la contribution totale émanant de tous les autres gaz à effet de serre. Changement de l’ozone et changement climatique sont indirectement liés puisque les gaz radiatifs et les gaz de substitution contribuent au changement climatique.

Forçage radiatif du changement climatique

Activités humaines et processus naturels ont conduit à l’accumulation dans l’atmosphère de plusieurs gaz radiatifs actifs de longue durée connus sous le nom de « gaz à effet de serre ». L’ozone en fait partie ainsi que le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), et les gaz halogènes. L’accumulation de ces gaz dans l’atmosphère terrestre change l’équilibre entre les rayons solaires qui arrivent et les rayons infrarouges qui repartent. Les gaz à effet de serre font généralement pencher la balance vers un réchauffement de la surface de la planète en absorbant les rayons qui repartent. On appelle ce changement dans l’équilibre radiatif de la Terre un forçage radiatif de changement climatique […]. Tous les forçages représentés sont liés à des activités humaines. Les forçages positifs induisent généralement un réchauffement et les forçages négatifs, un refroidissement de la surface de la Terre. L’accumulation de dioxyde de carbone constitue le facteur de forçage le plus important. L’augmentation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère est principalement le résultat de la combustion du charbon, du pétrole et du gaz naturel pour l’énergie et le transport ainsi que de la fabrication du ciment. Le taux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère est actuellement plus élevé de 35% par rapport à il y a 250 ans, avant l’ère industrielle.

D’autres évaluations internationales indiquent que le réchauffement de la surface des 50 dernières années est en grande partie lié à l’augmentation des concentrations de CO2 et autres gaz radiatifs provoquée par les activités humaines.

Changement climatique dû aux changements de gaz. Activités humaines depuis le début de l’ère industrielle

L’érosion de l’ozone stratosphérique entraîne un forçage radiatif négatif, tandis que l’accumulation d’ozone troposphérique entraîne un forçage radiatif positif. Ce forçage positif dû à l’accumulation d’ozone troposphérique est actuellement plus important que celui, négatif, associé à l’érosion de l’ozone stratosphérique. Ce forçage négatif contrebalance le forçage positif induit par les gaz halogènes qui érodent la couche d’ozone.

Gaz halogènes et hydrofluorocarbures

Autre lien d’importance entre l’appauvrissement de l’ozone et le changement climatique, le forçage radiatif provoqué par les gaz halogènes et les hydrofluorocarbures. Les halogènes sont responsables de l’érosion de la couche d’ozone et les hydrofluorocarbures sont des gaz de substitution. Ces deux groupes induisent un forçage radiatif dans l’atmosphère mais avec des portées très variables. Les principaux gaz de chaque groupe sont comparés dans la figure Q18-2 à partir de leur potentiel d’appauvrissement de l’ozone (ozone depletion potential ODP) et leur potentiel de réchauffement climatique (global warming potential GWP), qui indiquent l’efficacité de chaque gaz à provoquer respectivement l’un ou l’autre phénomène. On a attribué à l’ODP des CFC-11 et CFC-12, et au GWP du CO2 une valeur de 1,0. Pour ce qui est de l’érosion de l’ozone, les haloalcanes sont les gaz les plus efficaces (à masse égale) et les HFC n’ont aucun effet. Au niveau du changement climatique, tous les gaz participent, le CFC-12 et le HFC-23 étant les plus efficaces (à masse égale). Les mesures du Protocole de Montréal se sont soldées par une réduction des concentrations de chlorofluorocarbures et une augmentation des concentrations d’hydrochlorofluorocarbures et d’hydrofluorocarbures: cela a réduit le forçage radiatif global de ces gaz. Il est important de noter qu’en dépit d’un potentiel de réchauffement limité comparé à beaucoup d’autres gaz à effet de serre, le CO2 reste le gaz à effet de serre issu des activités humaines le plus nuisible, parce que sa concentration dans l’atmosphère est considérablement supérieure à celle des autres gaz.

Pour la période de l’ère industrielle, les principaux gaz halogènes, pris en groupe, représentent un forçage radiatif direct et positif comparable à celui imputable au méthane, le deuxième plus important gaz à effet de serre. Dans les décennies à venir, on s’attend à une baisse de la concentration de ces gaz et des forçages positifs induits. La croissance à venir des émissions d’hydrofluorocarbures, quoique incertaine, imprimera un forçage positif qui contrera l’érosion causée par les gaz nuisibles à la couche d’ozone. Enfin, la réduction des quantités de gaz radiatifs sera suivie d’une baisse de l’appauvrissement de la couche d’ozone et du forçage radiatif négatif induit.

Impact du changement climatique sur l’ozone

Certains changements dans le climat terrestre peuvent avoir des conséquences sur l’avenir de la couche d’ozone. L’ozone stratosphérique est sensible aux variations de température et aux vents dans la stratosphère. Par exemple, des températures plus basses et des vents polaires plus forts pourraient aggraver l’étendue et la gravité du trou dans l’ozone polaire en hiver. Si l’on s’attend d’une part à ce que la surface de la Terre se réchauffe en conséquence du forçage radiatif positif net induit par l’accumulation des gaz à effet de serre, on s’attend d’autre part à ce que la stratosphère se refroidisse. Une stratosphère plus froide impliquerait un allongement de la période durant laquelle les nuages polaires stratosphériques (PSC) sont présents dans les régions polaires avec pour résultat une aggravation de l’érosion de l’ozone en hiver. Dans la haute stratosphère, à des altitudes supérieures à celles où se forment les nuages polaires stratosphériques, une baisse de la température devrait impliquer une hausse des quantités d’ozone. Cela devrait accélérer le retour à la normale parce que des températures plus basses favorisent la production d’ozone plutôt que son érosion. De manière similaire, les variations dans la composition de l’atmosphère qui réchauffent le climat peuvent également jouer sur les quantités d’ozone.

Les activités humaines depuis le début de l’ère industrielle (aux alentours de 1750) ont provoqué l’accumulation de plusieurs gaz à effet de serre de longue durée, affectant l’équilibre radiatif de l’atmosphère terrestre. Ces gaz à effet de serre induisent des forçages radiatifs qui peuvent influer sur le climat. D’autres évaluations scientifiques internationales ont montré que les forçages radiatifs les plus importants sont dus en premier lieu au dioxyde de carbone, suivi du méthane, de l’ozone troposphérique, des gaz halogènes et du protoxyde d’azote. Les hausses de la concentration d’ozone dans la troposphère résultent de la pollution issue des activités humaines. Tous ces forçages positifs sont responsables du réchauffement de la surface de la Terre. Par contraste, l’appauvrissement de l’ozone stratosphérique constitue un forçage négatif minime qui refroidit la surface de la Terre. Dans les décennies à venir, on s’attend à ce que les concentrations en gaz halogènes et l’érosion de la couche d’ozone connaissent une baisse entraînant une réduction des forçages radiatifs qui en découlent. Le lien entre ces deux facteurs de forçage est un aspect important du forçage radiatif du changement climatique.