L’ozone peut être bénéfique ou nuisible, selon sa position dans l’atmosphère. Dans la stratosphère, il protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs du soleil. Cependant, près du sol, l’ozone est un polluant dangereux qui peut causer des problèmes de santé chroniques tels que des douleurs thoraciques, des difficultés respiratoires et une altération de la fonction pulmonaire.
Dans la haute troposphère, juste en dessous de la stratosphère où volent la plupart des avions, l’ozone agit comme un puissant gaz à effet de serre contribuant au réchauffement climatique. Bien que de nombreux pays aient tenté de réduire les sources d’ozone à la surface, des signes montrent que l’ozone continue d’augmenter dans la haute troposphère. Les scientifiques du MIT ont confirmé que cette augmentation est largement due aux activités humaines.
Dans un article publié aujourd’hui dans la revue Environmental Science & Technology, les chercheurs ont détecté un signal clair d’influence humaine sur les tendances de l’ozone dans la haute troposphère en analysant des données satellitaires sur une période de 17 ans, à partir de 2005.
« Nous confirmons qu’il existe une tendance claire et croissante de l’ozone dans la haute troposphère aux latitudes moyennes nord, attribuable aux activités humaines plutôt qu’à la variabilité climatique, » déclare Xinyuan Yu, auteur principal de l’étude et étudiant diplômé au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT (EAPS).
« Nous pouvons maintenant approfondir nos recherches pour comprendre quelles activités humaines spécifiques sont à l’origine de cette tendance, » ajoute Arlene Fiore, co-auteure et professeure Peter H. Stone et Paola Malanotte Stone en sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes.
Les co-auteurs de l’étude incluent Sebastian Eastham et Qindan Zhu du MIT, Benjamin Santer de l’Université de Californie à Los Angeles, Gustavo Correa de l’Université de Columbia, Jean-François Lamarque du Centre national de recherche atmosphérique, et Jerald Zimeke du Centre de vol spatial Goddard de la NASA.
La complexité de l’ozone
Comprendre les causes et les influences de l’ozone est complexe. L’ozone n’est pas émis directement mais est formé à partir de « précurseurs » tels que les oxydes d’azote et les composés organiques volatils (COV), qui réagissent en présence de la lumière du soleil. Ces précurseurs proviennent des gaz d’échappement des véhicules, des centrales électriques, des solvants chimiques, des processus industriels, des émissions des avions, et d’autres activités humaines.
La persistance de l’ozone dans l’atmosphère dépend de nombreuses variables, y compris le type et l’étendue des activités humaines et la variabilité climatique naturelle. Par exemple, une année El Niño peut influencer la circulation atmosphérique et affecter les concentrations d’ozone, indépendamment des émissions humaines.
Il est particulièrement difficile de distinguer les causes anthropiques des causes climatiques de l’évolution de l’ozone, surtout dans la haute troposphère. Dans la basse troposphère, l’ozone a cessé d’augmenter et a même diminué dans certaines régions des latitudes moyennes nord, grâce aux efforts de réduction de la pollution industrielle en Amérique du Nord et en Europe.
« Près de la surface, on observe une diminution de l’ozone dans certaines régions, étroitement liée aux émissions humaines, » note Yu. « Dans la haute troposphère, les tendances de l’ozone sont moins bien surveillées et semblent se dissocier de celles proches de la surface, étant plus influencées par la variabilité climatique. Nous ne savons donc pas dans quelle mesure cette augmentation de l’ozone dans la haute troposphère est due aux humains. »
Un signal humain au milieu du bruit climatique
Yu et Fiore se sont demandé si une « empreinte » humaine dans les niveaux d’ozone, causée par les activités humaines, pourrait être détectable dans les observations satellitaires de la haute troposphère. Pour cela, ils ont utilisé des simulations du climat terrestre et de la chimie atmosphérique.
En simulant plusieurs variations climatiques possibles avec des sources humaines identiques d’émissions de précurseurs d’ozone mais avec des conditions climatiques initiales légèrement différentes, ils ont pu identifier le bruit climatique. Par déduction, tout signal commun dans les scénarios simulés serait dû à des causes humaines, formant une « empreinte digitale » de l’ozone d’origine humaine à rechercher dans les observations satellitaires.
L’équipe a utilisé un modèle climatique chimique de pointe pour effectuer des simulations couvrant la période de 1950 à 2014. Ils ont identifié un signal clair et commun dans tous les scénarios, qu’ils ont identifié comme une empreinte digitale humaine. Ils ont ensuite comparé ce signal aux données satellitaires sur l’ozone troposphérique de 2005 à 2021, et ont constaté que le signal prédit par leurs simulations était bien présent.
Le signal est particulièrement prononcé en Asie, où l’activité industrielle a fortement augmenté et où les conditions météorologiques transportent la pollution vers la haute troposphère.
Yu et Fiore cherchent maintenant à identifier les activités humaines spécifiques responsables de l’augmentation de l’ozone dans la haute troposphère.
« D’où vient cette tendance croissante ? Est-ce dû aux émissions de surface provenant de la combustion de combustibles fossiles dans les moteurs de véhicules et les centrales électriques ? Est-ce les avions qui volent dans la haute troposphère ? Est-ce l’influence des feux de forêt ? Ou une combinaison de tout cela ? » se demande Fiore. « Pouvoir séparer les impacts humains des variations climatiques naturelles peut aider à élaborer des stratégies pour lutter contre le changement climatique et la pollution atmosphérique. »
Cette recherche a été financée en partie par la NASA.
