Couche d'ozone

L’ozone est présent dans l’atmosphère depuis le sol jusqu’à une hauteur de plus de 50 km. La plus grande concentration d’ozone est située dans la partie de l’atmosphère qu’on nomme la stratosphère. La zone concentrant le plus d’ozone est la couche d’ozone, située entre 15 et 30 km au-dessus de la surface terrestre.
La couche d’ozone est importante parce qu’elle bloque une grande partie des rayons-UV nocifs du soleil.

 

Comment la couche d’ozone varie-t-elle avec la hauteur ?

L’ozone n’est pas réparti uniformément dans l’atmosphère. La distribution verticale, en particulier, est très variable. Il est important de l’étudier et la comprendre. Les observations de la distribution verticale de l’ozone peuvent être effectuées au moyen de plusieurs techniques, le sondage par ballon étant la plus utilisée. Dans la troposphère (jusqu’à 10 km d’altitude environ), la concentration en molécules d’ozone est très faible, à l’exception des épisodes d’ozone qui surviennent parfois l’été, lorsqu’un smog d’ozone est formé par l’action de polluants.

Au-dessus de la tropopause, la concentration d’ozone augmente brusquement et atteint un maximum au milieu de la stratosphère, à environ 25 km de hauteur. La figure ci-dessous montre un sondage d’ozone effectué à Uccle par l’IRM.

 

Résultat d’un sondage d’ozone. La ligne rose montre la distribution verticale de l’ozone. Le sondage par ballon a aussi permis d’enregistrer la température de l’air (rouge), l’humidité relative (vert), la direction du vent (bleu clair) et la vitesse du vent (bleu foncé).

Les concentrations d’ozone sont-elles toujours les mêmes ?

Comme nous l’avons rappelé plus haut, la quantité d’ozone varie avec l’altitude. En outre, la quantité d’ozone varie également dans le temps et l’espace. Ces fluctuations peuvent avoir une origine tant naturelle qu’anthropique. Pour les étudier, on recourt souvent au terme « épaisseur de la couche d’ozone ». L’épaisseur de la couche d’ozone (ou la quantité totale (de la colonne) d’ozone) est mesurée en utilisant des instruments spécifiquement conçus à cet effet (des spectrophotomètres). L’unité de mesure est l’unité Dobson (DU). L’unité Dobson correspond à une couche d’une épaisseur de 0,1 mm d’ozone gazeux pur à une température de 0°C et une pression de 1 atmosphère (1013.25hPa). Si nous comprimions tout l’ozone au-dessus de notre région dans ces conditions de 1 atmosphère et 0°C, la couche d’ozone aurait une épaisseur d’environ 3 mm.

 

Comment la couche d’ozone varie-t-elle dans le temps ?

L’épaisseur de la couche d’ozone varie à différentes échelles de temps. La figure ci-dessous montre les mesures de la couche d’ozone réalisées à Uccle par l’IRM.

 

Variation de la couche d’ozone observée à Uccle. Les lignes rouges représentent les valeurs journalières en 2015 disponibles à ce jour (avril 2015) et les lignes vertes représentent celles de l'année précédente. La ligne noire montre le cycle annuel moyen. 95% des observations se retrouvent dans la bande grise.

Cette figure montre que l’épaisseur de la couche d’ozone peut varier de plus de 20% sur une même journée. Les fluctuations les plus importantes sont enregistrées en hiver et au printemps.
Si l’on considère une échelle de temps plus importante, on remarque que l’épaisseur de la couche d’ozone varie avec les saisons : en moyenne, la couche d’ozone est la plus épaisse en mars et en avril, et la plus mince en octobre et en novembre. Ces fluctuations sont causées par les différences de circulation de l’air dans la stratosphère.
Sur une échelle encore plus large, la couche d’ozone varie en réaction à des éruptions volcaniques importantes, à de grosses variations dans les courants atmosphériques et aux effets des produits chimiques dans l’atmosphère. Il s’agit d’un thème de recherche scientifique. Plus d’informations à ce sujet peuvent être trouvées sur le site de l’IRM relatif à l’ozone, aux UV et aux aérosols.

 

Comment la couche d’ozone est-elle répartie sur Terre ?

L’épaisseur de la couche d’ozone varie avec la position de la Terre. En moyenne, la couche d’ozone est plus épaisse dans les latitudes supérieures par rapport aux latitudes inférieures. Ainsi, la concentration en ozone dans la stratosphère est plus élevée au-dessus du Nord de l’Europe, du Canada et de la Sibérie qu’à l’équateur. Une exception est le cas du trou d’ozone au-dessus de l’Antarctique.
Ci-dessous, on retrouve une vue globale de la couche d’ozone : les couleurs indiquent l’épaisseur de la couche. Les couleurs bleues indiquent des zones où la couche d’ozone est fine, alors que les couleurs rouges et roses montrent les endroits où la couche d’ozone est plus épaisse. On voit clairement que la couche d’ozone est beaucoup plus fine à l’équateur qu’au niveau du Pôle Nord.

 

Vue d’ensemble de l’épaisseur de la couche d’ozone, obtenue par assimilation de différentes bases de données via un modèle de transport chimique de l’atmosphère.