Le plus grand observatoire du climat au monde

Ce laboratoire spatial européen d’analyse du climat suit les changements climatiques à la trace. Pendant au moins cinq années, il devra fournir des données sur le réchauffement de la planète, la réduction de la couche d’ozone et les transformations climatiques. Ces données, manquantes à l’heure actuelle, sont absolument nécessaires et urgentes car elles sont à la base des décisions politiques.

Jusqu’à présent, seuls quelques privilégiés avaient la chance de pouvoir observer la Terre depuis l’espace et de se rendre compte de sa taille minuscule et de sa fragilité. «J’espère», dit Alexei Leonow, le premier spationaute à être sorti dans l’espace hors d’un vaisseau spatial, « que tous les hommes en ont conscience et protègent notre planète bleue comme leur propre foyer, leur patrie, l’endroit où ils sont nés, où ils vivent et où leurs enfants et petits-enfants vivront après eux.»

Cet espoir deviendra réalité grâce à Envisat qui est doté d’une vue exceptionnelle : ses dix instruments offrent tout ce que les scientifiques peuvent imaginer de mieux pour observer les dangers qui menacent notre planète. Cette station unique de surveillance de l’environnement depuis l’espace succède en toute continuité aux satellites européens de télédétection ERS 1 (1991) et ERS 2 (1995) déjà couronnés de succès. La protection du climat est l’affaire de tous.

C’est pourquoi l’ESA n’a pas lésiné sur les moyens. Le coût total du programme Envisat s’élève à environ 2,3 milliards d’euros, réparti sur 15 ans. Ce chiffre englobe le développement et la construction des instruments et du satellite, le lancement à bord d’Ariane 5 ainsi que les coûts d’exploitation du satellite pendant cinq ans. Autrement dit, chaque citoyen des 15 Etats membres de l’ESA investit ainsi 7 euros dans l’environnement. Ou plutôt : Envisat coûte environ l’équivalent d’une tasse de café par an à chaque Européen. En échange, le citoyen reçoit, pendant au moins cinq ans, des données exactes sur les transformations de l’environnement, c’est-à-dire sur le réchauffement de la planète, la réduction de la couche d’ozone et les changements climatiques. Ces données, manquantes à l’heure actuelle, sont absolument nécessaires et urgentes car elles sont à la base des décisions politiques.

L’atmosphère ne connaît pas de frontières politiques. Elle entoure le globe, sa circulation est planétaire. L’alerte n’est pas levée, ni en Europe ni nulle part ailleurs.

Une atmosphère malade

Les symptômes sont formels : l’atmosphère est malade. Quant à la gravité de la maladie, les savants n’arrivent pas à se mettre d’accord. La menace vis-à-vis de l’environnement se présente sous forme volatile. Elle est due à l’échappement dans l’air de gaz provenant des cheminées des maisons et des usines, de la combustion du bois, du charbon, du pétrole et du gaz ainsi que de l’essartage, des voitures ou des avions, des estomacs des ruminants, des bombes aérosols, des mousses synthétiques, des solvants, réfrigérants et produits de nettoyage. On trouve, parmi ces gaz, du monoxyde et du dioxyde de carbone, du méthane, de l’ozone, des oxydes d’azote ainsi que des chlorofluorocarbones (CFC), mais aussi de la vapeur d’eau. Même si ce ne sont que d’infimes quantités de gaz à l’état de trace comptant pour 0,04 % au total, elles peuvent être à l’origine de variations climatiques à l’échelle de la planète. Comme souvent, tout dépend de la dose.

Depuis plusieurs décennies, on enregistre une hausse constante des gaz à l’état de trace ayant une influence sur le climat, présents dans l’atmosphère. Ce qui est fâcheux, c’est que le processus est très lent. Toutes les matières se dégageant dans l’atmosphère feront effet quelque part à un moment donné. Mais, quand, où, à quel degré et avec quelles conséquences ? On peut difficilement le dire étant donné la complexité des processus climatiques. En plus, avec les interactions entre les différentes matières, rien n’est prévisible, précisément parce que toutes les matières dépendent les unes des autres.

«Lorsque j’ai commencé à étudier l’atmosphère, je me suis concentré exclusivement sur quatre réactions chimiques qui, à l’époque, passaient pour être déterminantes», explique Paul Crutzen, prix Nobel de chimie en 1995 pour ses recherches sur l’origine du trou de la couche d’ozone. «Aujourd’hui, dans nos modèles chimiques, nous devons travailler sur des centaines de réactions pour comprendre quelque chose.»

En aucun cas, il n’affirme catégoriquement qu’une matière est neutre ou nocive. Les CFC en sont le meilleur exemple. Il ont eu une brillante carrière et ont connu une métamorphose remarquable dans le passé. Découverts il y a 70 ans, on les considérait absolument inoffensifs, neutres et même, dans une large mesure, favorables à l’environnement, car ils ne sont ni toxiques, ni corrosifs, ni inflammables, incolores et inodores. Ils ont donc été utilisés dans de nombreux domaines : comme propulseurs dans les bombes aérosols, comme réfrigérants dans les réfrigérateurs et les climatisations, dans les mousses plastiques, pour stériliser les appareils médicaux, comme solvants et produits de nettoyage des textiles et des cuirs ou comme agents nettoyants pour les cartes de circuits imprimés en microélectronique.

Mais les CFC, si bons pour l’environnement, sont devenus des destructeurs d’ozone dont tout le monde veut se débarrasser. Il est maintenant de notoriété publique qu’ils détruisent la couche d’ozone et sont responsables du trou qui s’est formé au-dessus de l’Antarctique. Coupable et victime peuvent donc être très éloignés l’un de l’autre sur le plan spatial et temporel. Cet exemple montre aussi clairement combien il est nécessaire de considérer l’atmosphère comme un tout pour comprendre les processus climatiques.

Les scientifiques réagissent à leur façon : la passerelle qui s’est installée entre d’une part les théoriciens qui développent des modèles pour la chimie de l’atmosphère, et d’autre part les praticiens qui réalisent les mesures et développent des instruments de mesure, s’est avérée extrêmement utile. Une symbiose équivalente, très enrichissante, s’est mise en place entre les deux principaux experts en matière de climat, le néerlandais Paul Crutzen, directeur depuis longtemps de l’Institut de chimie Max Planck de Mayence, et le britannique John Burrows, qui s’est spécialisé en chimie de l’atmosphère à l’Institut de physique environnementale et de télédétection de l’université de Brême.

Les deux hommes sont liés par une amitié de longue date. C’est John Burrows, à la tête d’un groupe international de scientifiques, qui a proposé les instruments de mesure de l’ozone, GOME et SCIAMACHY, pour les satellites ERS ainsi que pour Envisat au milieu des années 1980, et qui a conduit ces projets. M. Burrows à propos de M. Crutzen : «C’est un fervent adepte du projet du satellite de surveillance de l’environnement Envisat de l’ESA. Mais c’est avant tout un modélisateur, contrairement à moi qui suis un expérimentateur. Nous nous complétons donc à merveille.»

L’ozone, un poison indispensable à la vie

L’ozone est l’un des principaux gaz à effet de serre. Mais il est à double tranchant. On le trouve depuis la surface de la Terre jusqu’à une altitude d’environ 110 km. Près de 10 % de l’ozone se trouvent dans la troposphère, 90 % dans la stratosphère, la partie présente dans la mésosphère est insignifiante. La couche d’ozone la plus importante se trouve dans la stratosphère entre 18 et 30 km d’altitude à l’équateur et entre 12 et 25 km aux latitudes plus élevées.

C’est grâce à l’ozone stratosphérique que la vie est apparue sur Terre il y a des milliards d’années. Il nous protège encore aujourd’hui des radiations ultraviolettes solaires nocives. Nous ne pourrions pas survivre s’il n’y avait pas d’ozone dans la stratosphère. L’ozone joue encore un peu le rôle de filtre à ultraviolets dans la troposphère supérieure. Mais au sol, c’est un risque pour notre santé. Les radiations solaires intenses sur les champs d’ozone proches du sol nous rendent la vie dure : elles génèrent le « smog ».

De fortes concentrations d’ozone dans la troposphère inférieure sont toxiques pour l’homme, le règne animal et végétal. «D’un autre côté, nous avons besoin de l’ozone dans la troposphère», explique Paul Crutzen, en haussant la voix, «car l’ozone est responsable de la formation de radicaux hydroxyles (OH). Ces radicaux veillent à ce que toutes les matières qui se retrouvent dans l’atmosphère soient de nouveau oxydées et ainsi s’en éloignent. Les radicaux hydroxyles, en liaison avec les radiations solaires ultraviolettes, sont donc en quelque sorte la « lessive miracle » de l’atmosphère. »

Bouclier percé

On confond souvent réchauffement de la planète et trou de la couche d’ozone. Certes, ces deux phénomènes sont liés car l’ozone contribue à l’effet de serre, ce qui crée des interdépendances. Mais il s’agit de deux aspects bien distincts. En 1985, des chercheurs britanniques ont découvert le trou de la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique. Ce trou apparaît tous les ans au printemps dans l’hémisphère sud, c’est-à-dire à l’automne chez nous. Ce n’est que des années plus tard qu’il est devenu évident que les pertes considérables d’ozone dans la stratosphère étaient dues aux radicaux chlorés et surtout aux CFC et que l’ensemble du processus dépendait de particules de glace. Une partie déterminante de l’énigme a été déchiffrée par l’Institut de chimie Max Planck de Mayence.

Le même phénomène se produit tous les ans au pôle sud depuis 1985 à notre connaissance et depuis le début des années 1970 à notre insu. Au printemps antarctique, la couche d’ozone de la stratosphère se décompose. Cette décomposition suit une évolution fulgurante. Le trou de la couche d’ozone s’agrandit d’année en année. Il s’étend actuellement sur environ 25 millions de km². La durée progresse également. La couche d’ozone commence désormais à s’amincir fin septembre et continue jusqu’en décembre.

Ce genre de phénomène est de plus en plus fréquent, même dans l’hémisphère nord. Toutefois, d’après M. Crutzen, «cela est lié à certains phénomènes météorologiques», et les intensités sont très différentes. Le trou d’ozone observé au-dessus du pôle nord au printemps se trouve également dans la stratosphère, entre 12 et 22 km d’altitude environ. Ce trou est dû bien évidemment aux CFC, donc aussi d’origine anthropique.

Même à des latitudes moyennes, comme par exemple au-dessus de Berlin, on a enregistré en mars des nuages stratosphériques polaires (PSC) dès 20 km d’altitude. Ces nuages sont constitués d’un mélange agressif de particules de glace et d’eau, d’acide sulfurique et d’acide nitrique, dans lesquelles des composés du chlore se transforment en radicaux chlorés destructeurs d’ozone.Résultat : une zone plus mince en ozone, désignée souvent « trou d’ozone ».

La menace réelle que représentent l’amincissement croissant de la couche d’ozone et les trous de l’atmosphère, c’est la destruction de notre bouclier protecteur. La couche d’ozone agit comme de gigantesques lunettes de soleil. Elle retient la plupart des radiations ultraviolettes dangereuses pour notre santé. Si la concentration d’ozone diminue dans la stratosphère, cette protection n’est plus aussi efficace. Conséquences : lésions aux yeux, cancer de la peau et affaiblissement du système immunitaire. Mais les radiations ultraviolettes connaissent de fortes variations naturelles. On ne sait pas encore précisément dans quelle mesure elles sont d’origine « naturelle » ou dues à une baisse de la teneur en ozone.

Des études empiriques menées en Europe du Nord et en Europe centrale révèlent une hausse de 0,5 % des ultraviolets par an au cours des dix dernières années. Au moment où le trou d’ozone de l’hémisphère nord atteint son maximum, c’est-à-dire entre janvier et mars, les radiations ultraviolettes peuvent augmenter jusqu’à 30 % en peu de temps. Ce phénomène concerne en particulier les skieurs, les autres vacanciers aussi d’ailleurs. En effet, à l’avenir, un bulletin météo spécial sur le rayonnement ultraviolet sera diffusé dans les stations balnéaires et les régions montagneuses. Ce sera quasiment un « sous-produit » dérivé de la détection précise de l’ozone à l’échelle planétaire par Envisat.

Découverte d’un nouveau cycle destructeur infernal

Un nouveau phénomène a été découvert au pôle nord, dans la couche la plus basse de l’atmosphère, la troposphère. Plusieurs fois pendant le printemps arctique, l’ozone disparaît complètement sur une surface de plusieurs milliers de kilomètres carrés. Voici l’explication de Paul Crutzen : « Le processus se déroule très rapidement. En l’espace de quelques heures, tout l’ozone peut être réduit à néant. Contrairement à celui de la stratosphère, ce trou d’ozone n’a pas de conséquences négatives. Bien au contraire : au sol, des concentrations élevées d’ozone sont dangereuses pour la santé ; nous pouvons le constater avec le « smog » en plein été. Cette observation stupéfiante a pourtant quelque chose de fascinant et, quelque part, de rassurant. Elle montre que la chimie de l’atmosphère n’a pas fini de nous surprendre et que les scientifiques sont loins de connaître toutes les intrigues qui se jouent dans l’atmosphère.»

Des campagnes de mesure réalisées sur des sommets et au Canada ont révélé un point commun entre le trou de la couche d’ozone de la troposphère et celui de la stratosphère : l’action d’un catalyseur, réduisant l’ozone à de l’oxygène normal diatomique, sans être lui-même utilisé. C’est pourquoi, même d’infimes quantités de cette substance peuvent avoir un énorme effet destructeur. Dans la stratosphère, ce catalyseur est le chlore ; dans la troposphère, c’est le brome. L’instrument GOME du satellite européen d’observation de la Terre ERS-2 a fourni des indices sur ce phénomène. L’action d’une particule de brome (oxyde de brome, BrO) sur 100 milliards de molécules d’eau suffit à déclencher le cycle infernal de destruction de l’ozone.

Si le brome réagit de manière si agressive, on se demande pourquoi les composés du brome peuvent rester aussi longtemps dans la troposphère. En effet, il se trouve, au même endroit, d’innombrables particules en suspension, appelées aérosols, qui absorbent ces substances et, de cette façon, les éliminent de la circulation.

«Des études plus précises ont montré», et M. Crutzen s’apprête à nous révéler l’autre découverte stupéfiante, «qu’en réalité, les aérosols agissaient à l’inverse. A l’intérieur d’eux-mêmes se produisent des réactions chimiques qui recyclent les composés de brome inactifs en formes actives.» Une partie des aérosols se composent de gouttelettes d’eau salée contenant elles-mêmes du brome et renforçant donc encore plus l’action du catalyseur. Mais d’où vient le brome ? Et pourquoi l’ozone n’est-il détruit qu’au printemps ? Le brome destructeur semble provenir principalement de l’eau de mer. Au départ, des aérosols salins «se déposent au bord de la banquise pendant la nuit arctique et s’y accumulent petit à petit. Au printemps, dès que le soleil se lève, il active le brome présent dans ces dépôts. Une fois mêlé aux aérosols frais de sel marin et emporté au-dessus de la banquise, c’est là qu’il déclenche l’extermination de l’ozone.»

Le praticien John Burrows ajoute : «Des chercheurs allemands de Brême et de Heidelberg ont découvert les premiers un trou dans la couche d’ozone troposphérique proche du sol au-dessus de l’Antarctique au printemps. Avec GOME, nous suivons les nuages. Avec l’instrument SCIAMACHY embarqué à bord d’Envisat, nous espérons pouvoir élucider les nombreuses questions en suspens concernant ce cycle infernal de destruction qui vient d’être découvert.»

L’atmosphère est un véritable gruyère. Il y a plusieurs trous d’ozone dans la stratosphère comme dans la troposphère. Dans la stratosphère, le catalyseur agressif est le chlore. Les trous d’ozone observés au-dessus de l’Antarctique, de l’Arctique et aux latitudes moyennes, sont « faits maison ». Ils ont été provoqués par les CFC d’origine anthropique. Par contre dans la troposphère, le catalyseur est le brome. A l’heure actuelle, on connaît deux trous d’ozone : au-dessus de l’Arctique (de janvier à mars) et au-dessus de l’Antarctique (en automne). Mais il s’agit là d’un phénomène naturel car le brome destructeur provient de l’eau de mer.

Cette nouvelle série policière n’a pas encore dévoilé tous ses secrets. Pour notre Sherlock Holmes et notre Dr Watson, ce n’est que le début d’un travail très méticuleux. «Nous étudions actuellement avec des modèles informatiques», dit Paul Crutzen, «si les halogènes réactifs, c’est-à-dire le chlore, le brome et l’iode, peuvent jouer un rôle dans la chimie de l’ozone aussi dans d’autres régions et à d’autres saisons.»

Fin de l’alerte ou apocalypse?

Ni l’un ni l’autre. Le protocole de Montréal de 1987 sur la protection de la couche d’ozone a été la première étape politique décisive visant à limiter et à freiner la dégradation de la couche d’ozone dans la stratosphère. D’autres étapes ont suivi où l’Europe a joué un rôle de précurseur. Mais il existe beaucoup trop d’échappatoires, même pour des délits environnementaux commis par les plus grands pays industrialisés et pourtant sanctionnés au niveau de l’Etat. L’inactivité en matière d’écologie n’a malheureusement pas encore nui aux politiques, car leurs prévisions à l’échelle régionale et nationale ne vont pas plus loin que les prochaines élections. La protection de l’environnement à l’échelle planétaire, sur la base de données scientifiques fiables comme celles que fournira Envisat, lance l’un des plus grands défis politiques. Avec Envisat, dit John Burrows, nous possédons aussi « un instrument efficace pour surveiller que les accords de Montréal et de Kyoto soient bien respectés. » Et bien plus encore : «Nous découvrirons probablement la part de l’origine naturelle et de l’origine anthropique des principales matières présentes dans l’atmosphère.»

Pendant combien de temps encore devrons-nous vivre avec le trou d’ozone ? Pour un optimiste réaliste comme M. Crutzen, il faut commencer déjà à prendre des mesures. «Dans le meilleur des cas, le trou d’ozone disparaîtra dans 40 ans. Mais d’autres problèmes peuvent apparaître. Nous observons que la stratosphère inférieure se refroidit.»

M. Crutzen soupçonne que l’effet de serre de la troposphère pourrait avoir des conséquences dévastatrices sur les phénomènes de la stratosphère. Des mesures montrent que la teneur en vapeur d’eau augmente aussi bien dans la troposphère que dans la stratosphère. Ce qui se passe dans cette dernière est loin d’être clair. Le refroidissement enregistré dans la stratosphère inférieure pourrait entraîner une plus grande formation de particules de glace qui, de leur côté, activeraient les radicaux chlorés. Il se formerait alors, dans l’hémisphère nord et aux latitudes moyennes, de légers nuages stratosphériques polaires (PSC), nécessitant relativement peu de chlore pour continuer le processus de destruction de l’ozone. Autrement dit : tout pourrait donc durer encore beaucoup plus longtemps car certains gaz (CFC-12) peuvent séjourner extrêmement longtemps, jusqu’à 110 ans, dans l’atmosphère.

La situation est tout aussi imprévisible en ce qui concerne les radiations ultraviolettes en Europe centrale. Même les experts du climat avancent à tâtons. On suppose qu’il faudra attendre encore au moins 40 à 50 ans pour revenir aux « valeurs normales » des années 1960 du siècle dernier. John Burrows se montre aussi très prudent : «on ne peut rien dire sur l’évolution de la situation pour l’instant. Il manque les mesures. Nous attendons Envisat.»

L’effet de serre

Il est certain que nous serions perdus sans l’effet de serre naturel. La température moyenne à l’échelle du globe chuterait de 33 °C, passant de +15 °C actuellement à –18 °C. La Terre deviendrait une planète de glace et la vie disparaîtrait. Sans l’effet de serre, la vie ne serait donc pas possible sur notre planète. Le principe est simple : des constituants traces de l’atmosphère agissent comme les vitres d’une serre. Ils laissent entrer l’énergie de la lumière solaire visible, mais retiennent la chaleur. L’air est donc chauffé et la température de l’atmosphère augmente. La vapeur d’eau contribue, à elle seule, à une hausse de la température de 20,6 °C. Le dioxyde de carbone est responsable de 7,2 °C de hausse. Le reste se répartit, entre autres, entre les gaz atmosphériques à l’état de trace, comme l’ozone proche du sol (2,4 °C), le protoxyde d’azote (1,4 °C) et le méthane (0,8 °C).

John Burrows pense que «le réchauffement est dû à environ 95 % aux activités humaines des 100 à 150 dernières années.» Sur le principe, les experts du climat sont d’accord : il fera probablement de plus en plus chaud, ce qui réjouira la plupart de nos contemporains. Mais l’effet de serre déclenché par l’homme risque d’avoir des conséquences de grande envergure : sécheresses catastrophiques et désertification de régions fertiles, pluies diluviennes et inondations côtières dévastatrices, décalage de zones climatiques. Les régions du nord et du centre risquent de devenir beaucoup plus chaudes, ce qui fera émerger de vastes zones du permafrost. Le niveau des océans, qui a déjà augmenté de 10 à 20 cm au cours des 100 dernières années, pourrait monter de 30 à 140 cm si les régions glaciaires continuent de fondre. Les retombées seraient catastrophiques au niveau régional, par exemple dans les zones côtières (Pays-Bas) et autour des deltas de fleuves (Gange-Brahmaputra). Des régions entières seraient menacées d’inondations.

Mais il est actuellement impossible de prévoir exactement les conséquences d’un accroissement de l’effet de serre. Les glaciers ont beau être des indicateurs précoces sensibles, ils ne peuvent rien nous dire de précis pour l’instant. Il en va de même avec le niveau des océans. Les océans retardent et masquent l’effet car ils retiennent environ la moitié du dioxyde de carbone généré chaque année. Les changements climatiques s’effectuent lentement, en liaison avec des variations naturelles. D’ici que l’on détecte un « signal » révélateur dans le « brouhaha » général du climat, il peut déjà être trop tard. Car « le cœur du problème, ce sont les changements climatiques provoqués par l’homme, qui se mettent en place trop progressivement pour être détectés avant qu’ils ne se soient véritablement imposés. Et quand on les découvre, il est trop tard pour les arrêter. Pour confirmer ou infirmer ces effets, il nous faut, d’après M. Burrows, « es modèles et des mesures à l’échelle du globe sur 20, 30 ou 40 ans. Nous pourrons alors déterminer quels sont les influences et leurs rôles.»

Quant à la façon de se protéger de l’effet de serre anthropique, les opinions divergent encore beaucoup. La priorité absolue devrait être l’utilisation efficace et rationnelle de l’énergie. Il faudrait développer des technologies de pointe économisant l’énergie pour faire baisser l’ensemble de la consommation d’énergie, remplacer les combustibles fossiles par d’autres sources d’énergie ne dégageant pas de dioxyde de carbone, et laisser s’étendre les surfaces boisées pour extraire encore plus de dioxyde de carbone de l’air. De manière générale, il s’agit de créer des technologies entraînant peu ou pas du tout d’émissions gazeuses et des circuits fermés qui n’attaquent pas l’environnement.

Envisat, station spatiale d’étude du climat

Depuis quarante ans, des satellites de météorologie, d’exploration de la Terre et de surveillance de l’environnement sont à notre disposition pour étudier les grands espaces. En 1991, l’Agence spatiale européenne (ESA) a démarré, avec le satellite ERS 1, un programme mondial d’exploration de la Terre parfaitement réussi, poursuivi en 1995 par ERS 2, le meilleur observateur de l’ozone au monde. Son instrument GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) a permis tout d’abord d’établir une carte mondiale complète de l’ozone tous les trois jours. Ces cartes mises bout à bout constituaient un film accéléré très impressionnant montrant l’étendue dramatique du trou d’ozone chaque année.

Envisat, construit à partir des expériences d’ERS, est un satellite plus puissant, d’un niveau bien supérieur, permettant de surveiller l’environnement en trois dimensions. Il est tout à fait justifié de parler au superlatif de cette gigantesque mission d’auscultation de notre planète. Avec Envisat, l’ESA a créé une plate-forme observant régulièrement un système aussi complexe que notre environnement à multiples facettes, avec tous les principaux phénomènes partiels se produisant dans l’atmosphère, les régions glaciaires polaires, les océans et les terres émergées. Les données peuvent être comparées de façon remarquable, condition préalable déterminante pour reconnaître les phénomènes en cours sur la Terre. «GOME a été déjà un beau succès», dit John Burrows avec recul, «mais avec ENVISAT, nous pourrons véritablement jouer dans la cour des grands au niveau international. GOME avait déjà une longueur d’avance sur les systèmes américains, mais Envisat est vraiment le nec plus ultra pour mesurer l’environnement. Nous, européens, pourrons nous constituer à partir de là nos propres fichiers indépendants.»

Trois des dix instruments de mesure d’Envisat sont destinés à la recherche sur le climat : GOMOS, MIPAS et SCIAMACHY. «Ces trois instruments nous fournissent les données les plus précises sur la répartition de l’ozone et sur des douzaines d’autres gaz à effet de serre influençant le climat, à des altitudes allant du niveau du sol à 150 km. Ensemble, ces mesures donnent une vision complexe de la chimie de l’atmosphère et nous aident à préciser encore les modèles», explique John Burrows.

«SCIAMACHY, en particulier», poursuit M. Burrows, «fera avancer notre recherche sur la qualité de l’air. C’est un sujet d’une actualité brûlante. Les émissions de gaz en ville entraînent la formation d’ozone dans des fumées qui se propagent loin aux alentours. Le seuil d’ozone non toxique peut donc être rapidement dépassé quand il fait beau, comme ici à Brême. SCIAMACHY nous fournira des données sur le transport de ces substances dangereuses dans l’air pour que nous puissions suivre leur déplacement. C’est un problème qui ne connaît pas de frontières. Une partie de la pollution de l’environnement en Europe est due à la pollution de l’air en Amérique. Et nous envoyons à notre tour cet air pollué à l’Asie, puis les Asiatiques le renvoient en Amérique.»

Il en est ainsi de la circulation planétaire. Cet exemple souligne aussi combien il est urgent et obligatoire de mettre en place une coopération internationale étendue sur le plan scientifique, politique et pratique. Les données d’Envisat sont à la disposition de tous les scientifiques pour les besoins de leurs recherches. Plus de 700 projets internationaux sont déjà en cours, et leurs participants attendent le début de la phase opérationnelle avec impatience.

Un tournant dans l’étude du climat est nécessaire

Récapitulons : les prévisions sur l’avenir du climat mondial sont extrêmement compliquées. Il ne suffit pas d’enregistrer des paramètres un par un et d’en faire une interpolation linéaire. Il nous faut des modèles bien plus complexes qui seront toujours comparés aux nouvelles données de mesure et modifiés en conséquence. De grandes incertitudes planent sur les modèles océan-terre-atmosphère liés entre eux ainsi que sur les mécanismes d’interaction des différents paramètres. Le problème principal, ce sont les nuages. Vont-ils renforcer ou atténuer l’effet de serre anthropique attendu ? Ces incertitudes sont liées au fait que, pour la même base de sortie de données, la hausse moyenne de la température du globe envisagée varie actuellement entre 1,4 et 5,8 °C en fonction des modèles. «Ce dont nous avons impérativement besoin en recherche environnementale», réclame John Burrows, «c’est de pouvoir extraire et exploiter des données à long terme et en continu. C’est pourquoi je suis inquiet que l’on n'ait pas encore prévu de successeur à Envisat.»

L’inquiétude de M. Burrows, sur un ton à la fois d’avertissement et de recommandation, est fondée sur des faits solides. Le trou d’ozone a été découvert plutôt par hasard. MM. Burrows et Crutzen en savent quelque chose : tout aurait pu être bien pire. Pour bien comprendre combien ces mesures réclamées sans arrêt sont indispensables, voici ce que rappelle Paul Crutzen à propos de la découverte du trou d’ozone : «quand je pense qu’avant 1974, personne ne se souciait des conséquences des rejets de chlore et de brome dans l’atmosphère, je ne peux qu’en conclure que nous avons eu beaucoup de chance. Ceci prouve bien qu’il faut être constamment sur ses gardes quant aux conséquences possibles d’émissions de nouveaux produits dans l’environnement. Une surveillance permanente de la composition de la stratosphère reste donc une priorité absolue pour les nombreuses années à venir.» Ceci promet des heures supplémentaires à nos criminologues du climat à Mayence et à Brême. Et ailleurs aussi.

Note à la rédaction : toutes les photos sur ce sujet se trouvent à l’adresse suivante : http://www.esa.int/. Cet article fait partie d’une série d’articles sur le programme Envisat et ses applications.

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Glossaire

Atmosphère
Telle un oignon, l’atmosphère terrestre se compose de plusieurs couches. De haut en bas, on distingue la troposphère (de 8 à 17 km d’altitude environ), la stratosphère (de 12 à 30 km environ), la mésosphère (de 30 à 80 km environ), l’ionosphère (jusqu’à environ 400 km) et l’exosphère allant jusqu’à l’espace extra-atmosphérique (à partir de 400 km). Les recherches se concentrent pour l’instant sur les zones de la troposphère et de la stratosphère déterminantes pour la météorologie et les processus climatiques mondiaux.

Troposphère
Couche la plus basse de l’atmosphère se situant à environ 8 km d’altitude aux pôles et 17 km à l’équateur. C’est là que se déroulent les phénomènes météorologiques et que s’effectue la circulation atmosphérique. La couche supérieure de la troposphère est appelée tropopause. Au-dessus, c’est la stratosphère.

Stratosphère
Couche partielle de l’atmosphère située entre environ 12 km d’altitude aux pôles et 30 km à l’équateur. Elle comprend peu d’humidité ce qui explique qu’aucun nuage ne puisse s’y former. Cette couche est limitée par la stratopause.

Mésosphère
Couche partielle de l’atmosphère entre 30 et 80 km d’altitude. Dans sa partie inférieure, jusqu’à environ 50 km, la température augmente jusqu’à environ 50 °C. C’est ici qu’une fine couche d’ozone transforme une partie des radiations solaires en chaleur. La température baisse jusqu’à –80 °C à la limite supérieure de la mésosphère.

Temps
Etat de l’atmosphère à un moment donné dans un lieu donné. Le beau ou le mauvais temps peut durer des heures ou des jours.

Climat
Le temps se compose des conditions atmosphériques de plusieurs jours à une saison entière. Au-delà, on appelle cela le climat, l’ensemble des données statistiques des conditions atmosphériques et météorologiques. Ce terme est précisé en fonction de l’étendue géographique. On distingue donc, entre autres, microclimat, climat local, urbain, zonal, régional ou mondial.

Anthropique
Résultant de ou produit par l’homme.

Aérosols
Minuscules particules solides (poussière) ou liquides (brouillard) en suspension dans l’air, très finement réparties. Les aérosols jouent un rôle important dans la chimie de l’atmosphère car il peut se produire entre eux des réactions chimiques entraînant la formation de substances agressives.

Ozone (O3)
Gaz à l’état de trace important, influençant le climat, d’odeur âcre, toxique pour la flore et la faune, présent dans toutes les couches de l’atmosphère jusqu’à 110 km d’altitude. L’ozone apparaît dans la stratosphère tout d’abord sous l’influence des radiations solaires à ondes courtes. Environ 90 % de l’ozone se trouvent dans une couche épaisse de la stratosphère inférieure. La couche d’ozone, telle des lunettes de soleil, filtre les rayons ultraviolets du Soleil dangereux pour la vie. Elle s’amincit suite à l’action des CFC (trou d’ozone), ce qui l’empêche de jouer son rôle de protecteur.

Méthane (CH4)
Gaz à l’état de trace important, influençant le climat, inodore. Chaque année, 500 millions de tonnes de méthane se déversent dans l’atmosphère, provenant de la décomposition de substances organiques à l’abri de l’air (zones marécageuses, décharges, estomacs des ruminants) et d’émissions dégagées lors de l’extraction du charbon, du pétrole et du gaz naturel. Chaque ruminant rejette chaque jour 120 l de méthane dans l’atmosphère. Le cheptel bovin mondial de plus d’un milliard de têtes à l’heure actuelle, en perpétuelle augmentation, a considérablement fait progresser la production de méthane.

Oxydes d’azote
Composés d’oxygène et d’azote. Il s’agit, entre autres, du protoxyde d’azote ou gaz hilarant (N2O) et du monoxyde d’azote (NO). La présence croissante de gaz hilarant est due à des influences anthropiques (engrais azotés, combustion de biomasse et de combustibles fossiles). Le problème, c’est que ces gaz peuvent séjourner jusqu’à plus de 150 ans dans l’atmosphère.

CFC
Les chlorofluorocarbones (CFC) sont des liquides ou des gaz inodores et inoffensifs. Ils sont utilisés comme réfrigérants dans les réfrigérateurs et les climatisations et, jusqu’à il y a quelques années, ont très souvent servi de propulseurs d’aérosols. Les CFC importants techniquement et produits en grande quantité sont les composés CFC-11 (CCl3F) et CFC-12 (CCl2F2). Le premier reste environ 50 ans dans l’atmosphère, le second environ 110 ans.

Radicaux
En chimie, les radicaux sont des atomes, molécules ou ions comprenant un électron seul. Ils sont donc très réactifs. Ils agissent comme intermédiaires dans les réactions chimiques et se recombinent ensuite. Exemple de radical : le radical hydroxyle (OH).

GOME
Instrument de surveillance de l’ozone à l’échelle du globe (Global Ozone Monitoring Experiment), installé à bord du satellite européen de télédétection ERS-2 (lancé en avril 1995). Cet instrument explore les radiations solaires diffusées par réflexion par la surface de la Terre, verticalement par rapport à la Terre (mode nadir). Le spectre qui en résulte permet de tirer des conclusions sur la quantité et la répartition de l’ozone, de la vapeur d’eau, du protoxyde d’azote, de l’oxyde de brome ainsi que sur les aérosols et paramètres des nuages présents dans l’atmosphère. Pour cela, GOME détecte les longueurs d’ondes entre 240 et 793 nm.

SCIAMACHY
Le spectromètre d’absorption à balayage et prise d’images pour la cartographie de l’atmosphère (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography) est le principal capteur de l’atmosphère monté sur Envisat. Il fonctionne sur le même principe que GOME, mais dans une gamme de longueurs d’ondes plus étendue, de 240 à 2380 nm. Il utilise en plus des modes de mesure différents : non seulement la mesure au nadir, mais également la mesure au limbe (visée dirigée au-delà de l’horizon à la limite de la couche atmosphérique), la mesure par occultation (mesure de la lumière du Soleil et de la Lune atténuée par l’atmosphère), ainsi que des mesures combinées. Ces données peuvent nous informer sur d’autres gaz à l’état de trace ainsi que sur leur répartition en trois dimensions dans la troposphère et la stratosphère inférieure.

GOMOS
L’instrument de surveillance de l’ozone à l’échelle du globe par occultation d’étoiles (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars) permet de mesurer très précisément l’ozone présent dans la stratosphère ainsi que le profil des gaz à l’état de trace présents dans la troposphère supérieure et la mésosphère. GOMOS vise les étoiles au-delà de l’horizon et mesure leur spectre lumineux dans l’atmosphère. A partir de ces valeurs de mesure, on peut déterminer la quantité d’ozone et de vapeur d’eau présente dans l’atmosphère à des altitudes entre 20 et 100 km.

MIPAS
L’interféromètre de Michelson pour le sondage passif de l’atmosphère (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) est utilisé par Envisat pour mesurer les émissions gazeuses dans le spectre infrarouge moyen. On peut alors déterminer les gaz à l’état de trace comme l’ozone ou la composition des rejets gazeux industriels. Ces données doivent servir aussi à étudier la composition chimique, la dynamique et le bilan radiatif de l’atmosphère moyenne.