Les longues séries suisses de mesure de la couche d'ozone (GAW)

La Suisse possède de très longues séries temporelles de mesure de l'ozone atmosphérique (voir aussi Ozone Monitoring), qui sont transmises au centre mondial des données d'ozone. Elles sont brièvement présentées ci-dessous. Des renseignements complémentaires, en particulier scientifiques, peuvent être obtenus auprès des responsables de ce programme de mesure de MétéoSuisse.

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La couche d'ozone se situe dans la stratosphère entre 10 et 40 km d'altitude. Sa forte teneur en ozone constitue une protection vitale contre le rayonnement ultra-violet du soleil pour toutes les formes de vie sur terre. En particulier, un fort rayonnement UV peut provoquer des cancers de la peau chez l'être humain. Près du sol, par contre, des concentrations élevées d'ozone sont nocives pour l'homme et la nature.

En 1926 déjà, le Prof. P. Götz de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Zürich débuta à Arosa des mesures de la quantité d'ozone dans l'atmosphère à l'aide d'un spectrophotomètre développé en Angleterre par le Prof. Dobson. Ces mesures d'ozone se sont poursuivies de manière presque continue jusqu'à ce jour permettant ainsi de reconstituer l'évolution de l'ozone atmosphérique sur plus de 80 ans. Les données des différents instruments Dobson qui ont été en service à Arosa ont été très soigneusement homogénéisées. Leurs résultats sont illustrés dans la Figure ci-dessous.

Dans la Figure ci-dessus, les périodes d'utilisation des différents instruments de type Dobson et Brewer sont représentées par des segments de ligne. Les valeurs annuelles validées de l'ozone total, dont les 80-90% selon la saison se trouvent dans la couche d'ozone stratosphérique, sont marquées d'un rectangle. Cette très longue série de mesure documente la diminution de la quantité d'ozone atmosphérique qui s'est produite entre les années 1970 et 1995. Cette diminution a atteint ~17 unités Dobson [DU], ou 5% de la moyenne entre 1926 et 1970. Le début de cette diminution est fixé à 1970 dans le graphique, en accord avec le début de l'augmentation massive des émissions des substances détruisant la couche d'ozone. En 1991-1992, des poussières volcaniques ont accentué la diminution de l'ozone stratosphérique. Depuis le milieu des années 90, l'affaiblissement de la couche d'ozone ne s'est pas poursuivi au-dessus de la Suisse. Cette bonne nouvelle est aussi valable au niveau mondial, mais il faut relever que le trou d'ozone printanier sur l'Antarctique apparaît chaque année. Les conventions internationales interdisant des substances détruisant la couche d'ozone ont ainsi commencé leur mission de protection de la couche d'ozone. Des signes du début de rétablissement de la couche d'ozone n'apparaissent toutefois pas encore de manière fiable. Ils sont prévus au cours des prochaines décennies. L'année 2010 (pas encore représentée sur la figure) fût marquée par une circulation atmosphérique renforcée entre les tropiques et le pôle Nord. Ceci a entraîné de hautes valeurs de colonne d'ozone sur l'Europe.

Les mesures d'ozone in situ effectuées à l'aide de sondes emportées par un ballon ont été introduites en Suisse en 1966 par le Prof. H. U. Dütsch de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Zürich. Une telle sonde permet un enregistrement du profil d'ozone entre le sol et environ 33 km d'altitude avec une résolution d'environ 100 m. A partir de 1968, ces mesures furent confiées au personnel de la station aérologique de MétéoSuisse à Payerne qui était déjà spécialisé dans la mesure des profils de paramètres météorologiques (pression, température, humidité, vent) de l'atmosphère par ballon-sonde. Ces mesures sont effectuées aux sondages de midi du lundi, du mercredi et du vendredi. Cette série ininterrompue de sondages permet de reconstituer l'évolution temporelle de la quantité d'ozone dans les différentes couches de l'atmosphère.

Changement des concentrations de l'ozone atmosphérique entre 1970 et 1995, à différentes altitudes entre 1 et 31 km/mer . Ces valeurs sont exprimées en pourcent par 10 ans, en prenant comme référence la concentration initiale au niveau considéré.

Au-dessus d'environ 15 km d'altitude (stratosphère), les concentrations d'ozone ont diminué entre 1970 et 1995. Au-dessous de 10 km (troposphère), elles ont par contre augmenté. Entre ces 2 altitudes, aucun changement statistiquement significatif ne peut être détecté. Sur la figure ci-dessus, les valeurs moyennes des changements sont marquées d'un point noir, et la plage de valeurs statistiquement significatives à 95% est grisée. Tous les changements de concentration d'ozone de cette période sont hautement significatifs, car la zone grise ne touche jamais la valeur zéro. Ces résultats statistiques tiennent déjà compte des influences connues des fluctuations de différents paramètres climatiques, en particulier de l'activité solaire, des éruptions volcaniques et des circulations atmosphériques à grande échelle. Les évolutions montrées dans la figure sont donc principalement attribuables aux activités humaines. En valeur absolue, la diminution de l'ozone dans la stratosphère est nettement plus grande que son augmentation dans la troposphère, puisqu'il y a beaucoup plus d'ozone dans la stratosphère que dans la troposphère (cf. graphique climatologique). En conséquence, la protection contre le rayonnement UV qu'assure l'ozone atmosphérique a diminué entre 1970 et 1995. L'épaisse ligne verticale en traitillé rouge correspond à la diminution de la colonne d'ozone entre 1970 et 1995 (cf première figure), avec les limites des valeurs statistiquement significatives à 95% en trait plus fin.

Changement des concentrations de l'ozone atmosphérique entre 1996 et 2009, à différentes altitudes entre 1 et 31 km/mer. Ces valeurs sont exprimées en pourcent par 10 ans, en prenant comme référence la concentration initiale au niveau considéré.

Cette figure a été calculée avec la méthode utilisée pour la figure précédente, mais elle porte sur la période 1996 - 2009. Entre 15 et 18 km d'altitude (basse stratosphère), les concentrations d'ozone sont toujours à la baisse. Une faible tendance à la hausse apparaît au-dessus de 18 km (stratosphère moyenne), mais sans être statistiquement significative à plus de 95%. Entre 10 et 15 km, aucune tendance n'est détectée. Au-dessous de 10 km (troposphère), les concentrations d'ozone ont tendance à diminuer; pour la plupart des niveaux, ceci n'est toutefois pas statistiquement significatif à 95%. Ces résultats statistiques tiennent également compte des influences connues des fluctuations de différents paramètres climatiques, en particulier de l'activité solaire, des éruptions volcaniques et des circulations atmosphériques à grande échelle. Les conventions internationales interdisant l'utilisation à grande échelle des substances détruisant la couche d'ozone commencent à montrer leur efficacité. Plusieurs années seront toutefois encore nécessaires avant de pouvoir certifier de manière fiable un début de rétablissement de la couche d'ozone. Mais on peut dire que l'effet protecteur de la couche d'ozone sur le rayonnement UV n'a plus diminué en moyenne sur ces dernières années. L'épaisse ligne verticale traitillée rouge correspond à la stabilité de la colonne d'ozone depuis 1996 (cf première figure), avec les limites de valeurs statistiquement significatives à 95% en trait plus fin.

La poursuite de ces mesures est indispensable afin de pouvoir contrôler le rétablissement de la couche d'ozone dans les prochaines décennies.

• Appenzeller C, AK. Weiss and J. Staehelin (2000), North Atlantic Oscillation modulates total ozone winter trends, Geophys. Res. Let., 27, 1131-1134.
• Weiss AK, J. Staehelin, C. Appenzeller, NRP Harris (2000), Chemical and dynamical contributions to ozone profile trends of the Payerne (Switzerland) balloon soundings, J. Geophys. Res., 106 (D19), p. 22685.
• Staehelin J, NRP Harris, C. Appenzeller, J. Eberhard (2001), Ozone trends: A review, Rev. Geophys., 39 (2), p. 231.
• Favaro G, P. Jeannet, R. Stübi (June 2002), Re-evaluation and trend analysis of the Payerne ozone soundings, Publication of MeteoSwiss Nr. 63, p. 99.