Menu Close
En 2006, le trou de la couche d'ozone (en bleu et violet) atteignait une taille record moyenne: 27,5 millions de kilomètres carrés. NASA

Heurs et malheurs de la couche d’ozone à travers son histoire

Un récent rapport du programme pour l’environnement des Nations unies annonce que le « trou » de la couche d’ozone serait bien en train de se refermer grâce à l’arrêt progressif de l’utilisation de gaz qui détruisent la couche d’ozone, comme les chlorofluorocarbures (CFC). Une bonne nouvelle à plusieurs titres, notamment car la couche d’ozone empêche une partie des rayonnements ultraviolets, nocifs, de pénétrer jusqu’à nous.

La couche d’ozone a toujours été fragile, attaquée de l’intérieur par des gaz présents dans l’atmosphère (dont certains d’origine anthropique, comme les CFC). Mais elle est aussi attaquée de l’extérieur par les particules interstellaires du « rayonnement cosmique », auquel la Terre est soumise en permanence ! Ces particules cosmiques déclenchent une cascade de réactions chimiques qui détruisent les molécules d’ozone. Heureusement, le champ magnétique terrestre dévie en grande partie ce flux de particules et protège la couche d’ozone… normalement.

La protection de la couche d’ozone par le champ magnétique varie en effet, comme lui, dans le temps. Nous avons en effet récemment montré que ce n’est pas la première fois que l’épaisseur de la couche d’ozone varie. D’après nos résultats, il y a 40 000 ans, au moment de la disparition de Néandertal, la couche d’ozone aurait été plus fine qu’à notre époque.

Enquêter sur la couche d’ozone au temps de Néandertal

La disparition mystérieuse de Néandertal ne s’est pas faite en un jour. Elle résulte sûrement d’une combinaison de nombreux facteurs. Un élément avéré est qu’elle est très proche dans le temps d’une baisse de l’intensité du champ magnétique terrestre, ce qui a amené certains auteurs à relier les deux événements.

En effet, l’affaiblissement du champ magnétique aurait pu engendrer un amincissement de la couche d’ozone, qui protège la surface terrestre des rayons ultraviolets du soleil. Or, on sait maintenant que ceux-ci augmentent le risque de cancers de la peau, altèrent la vue, et impactent les capacités immunitaires. Des effets néfastes contre lesquels Néandertal aurait été moins bien équipé que Sapiens, le rendant plus sensible à la hausse des rayons UV.

Comment savoir si la couche d’ozone a été réellement amincie il y a 40 000 ans ? Peut-on reconstruire cette épaisseur au fil de l'histoire ?

Apparition et dynamique de la couche d’ozone

Depuis son apparition, la couche d’ozone joue un rôle fondamental dans la présence et l’évolution de la vie sur Terre. En effet, l’ozone est un gaz qui absorbe une partie des rayons UV émis par le Soleil. La couche d’ozone permet donc d’éviter que ces rayons UV ne parviennent jusqu’à la surface des continents.

La couche d’ozone se trouve dans la stratosphère. Elle filtre les rayons ultraviolets, mais peut être attaquée de l’extérieur par les rayons cosmiques et par l’intérieur par le dioxyde d’azote, un polluant courant. Guillaume Paris, Université de Lorraine, Fourni par l'auteur

Si la Terre est vieille d’environ 4,5 milliards d’années, la couche d’ozone, elle, est apparue bien plus tard. En effet, l’ozone (O3) est produit par un ensemble de réactions chimiques à partir de l’oxygène (O2), qui n’est apparu dans l’atmosphère qu’il y a 2,4 milliards d’années.

Depuis, l’ozone formé se retrouve à la base de stratosphère, à 35 kilomètres d’altitude, juste au-dessus de la troposphère. Là, il peut être détruit soit par d’autres gaz, comme les CFC, soit par les particules du rayonnement cosmique non déviées par le champ magnétique terrestre.

Quand le champ magnétique terrestre ne protège plus l’atmosphère

Or, il y a environ 41 000 ans, le champ magnétique terrestre a connu un affaiblissement majeur, voire une inversion temporaire de sa polarité, pendant quelques siècles.

Cet affaiblissement du champ magnétique, bien connu des géologues sous le nom d’« excursion magnétique de Laschamps », aurait été suffisamment marqué pour que les particules cosmiques pénètrent jusqu’à la couche d’ozone et y détruisent des molécules d’O3. Plus de rayons UV auraient alors pu atteindre la surface de la Terre.

C'est pour ces raisons que cet évènement a été proposé comme une des causes de la disparition des Néandertalien·ne·s puisqu’Homo neanderthalensis n'aurait pas eu pas la même capacité de lutte contre les effets néfastes des UV qu’Homo sapiens.

Comme aucune donnée n'avait jusqu'à présent permis de confirmer de manière directe un amincissement de la couche d'ozone à cette époque, nous avons cherché à savoir si certaines particules atmosphériques de cette époque, piégées depuis dans les glaces polaires, avaient été ou non exposées aux UV.

Grâce à cette information, nous pouvons évaluer si la couche d'ozone les a protégées du rayonnement solaire - et donc en déduire l'épaisseur de celle-ci lors de la disparition de Néandertal.

L’épaisseur de la couche d’ozone enregistrée dans la glace des pôles

Nous avons étudié les isotopes d’aérosols de soufre piégés dans des échantillons de carottes de glace formée à cette époque.

Les aérosols sont des microparticules en suspension. Certains contiennent du soufre, dont les isotopes peuvent nous aider. Un isotope du soufre est un atome de soufre avec une masse très légèrement différente des autres, et les isotopes du soufre des aérosols ne réagissent pas tous pareils aux rayons UV.

Mécanismes d’acquisition de l’« empreinte UV » des aérosols. Avec la couche d’ozone actuelle, les rayons UV néfastes n’atteignent pas la troposphère et seuls les aérosols émis par les éruptions stratosphériques acquièrent une empreinte UV. Avec une couche d’ozone plus mince, comme lors de l’excursion magnétique du Laschamps, les aérosols n’atteignant pas la stratosphère acquièrent une telle empreinte car les rayons UV pénètrent plus bas dans l’atmosphère et atteignent la surface des continents. Guillaume Paris, Fourni par l'auteur

Si un aérosol est exposé aux UV, le rapport des différents isotopes du soufre enregistre une « empreinte UV ». Cette « empreinte » permet ainsi d’aider à comprendre si les aérosols soufrés émis par une éruption volcanique ont été, ou non, soumis aux rayons UV. Si c’est le cas, cela veut dire que ces aérosols ont circulé au-dessus de la couche d’ozone, dans la stratosphère. Cela implique donc que l’éruption a été particulièrement puissante : on parle d’éruption « stratosphérique ».

Cette méthode a par le passé permis de retrouver dans les carottes de glace l’empreinte de l’éruption du Tambora. Cette éruption, bien qu’ayant eu lieu en Indonésie, généra des couchers de soleil flamboyants en Europe qui ont inspiré le peintre William Turner. Deux cents ans plus tard, grâce aux isotopes du soufre d’aérosols projetés par le volcan, puis piégés des carottes de glace, les géochimistes ont pu reconstituer la dynamique atmosphérique des émissions du volcan. Ils ont montré que ses cendres sont restées de longs mois dans la stratosphère avant de retomber sur Terre, perturbant le climat et l’agriculture.

Pour comprendre l’évolution de l’épaisseur de la couche d’ozone lors de l’excursion magnétique de Laschamps, nous avons utilisé les isotopes du soufre d’une manière un peu différente. En effet, nous avons extrait des aérosols piégés dans les glaces antarctiques lors de l’excursion magnétique il y a 40 000 ans. Ces aérosols ne sont pas associés à une éruption stratosphérique comme celle du Tambora : au contraire, ils sont restés dans la troposphère et ont dû – en théorie – être protégés des UV par la couche d’ozone.

Or, l’« empreinte UV » de ces aérosols montre qu’ils ont été soumis aux rayons UV. Ceux-ci pénétraient donc assez bas dans l’atmosphère : cela implique que la couche d’ozone laissait passer davantage de rayonnement solaire et qu’elle était plus mince qu’aujourd’hui, sans qu’on puisse vraiment parler de trou.

Ces résultats sont la première observation directe d’un amincissement passé de la couche d’ozone et en fait un mécanisme possible pour la disparition des Néandertalien·ne·s.

Une couche d’ozone toujours menacée

De nos jours, d’autres menaces existent et les activités humaines mettent en danger la couche d’ozone. En effet, un certain nombre de réactions chimiques sont liées aux gaz libérés par les activités de nos sociétés thermo-industrielles. En 1985, un « trou » de la couche d’ozone apparu au-dessus de l’Antarctique été mis en évidence par Joe Farman et ses collaborateurs. Celui-ci a été causé par les chlorofluorocarbones, une famille de gaz anciennement présents dans les systèmes de réfrigérations, utilisé en grande quantité à partir des années 1950. En 10 ans, la chimie industrielle à grande échelle avait ainsi entraîné la destruction de 40 % de l’ozone de notre atmosphère.

Moins qu’un trou, il s’agit en réalité d’une zone au-dessus des pôles où les concentrations en O3 de la couche d’ozone sont très faibles. La signature du protocole de Montréal en 1987 a abouti à l’arrêt de l’utilisation de ces gaz, mais le trou ne se résorbe que très lentement.

De plus, de nombreux autres gaz et particules émis par les humains contribuent toujours à détruire l’ozone, comme le protoxyde d’azote (N2O). Ce puissant gaz à effet de serre est émis notamment par l’épandage et les engrais azotés. La hausse de sa concentration dans l’atmosphère non seulement contribue au réchauffement climatique, mais aussi à la dégradation de la couche d’ozone. Malgré les accords de Montréal, les humains continuent donc de prendre le risque d’amincir cette enveloppe qui protège la vie sur Terre.

Cette menace anthropique est d’autant plus sérieuse que l’intensité du champ magnétique terrestre a décru de près de 20 % depuis 150 ans et sur les dernières décennies baisse à une vitesse 10 fois supérieure au taux moyen normal.

Cette baisse de l’intensité du champ va-t-elle perdurer et, sous l’effet d’actions humaines concomitantes, sera-t-elle associée à la création d’une « fenêtre UV » ayant des conséquences sur la santé des populations ?

Mieux nous comprendrons l’histoire et la réactivité de la couche d’ozone, mieux nous pourrons appréhender ces questions actuelles.

Want to write?

Write an article and join a growing community of more than 158,500 academics and researchers from 4,546 institutions.

Register now