Fiche de révision : Les enjeux de la couche d'ozone et du changement climatique

📋 Plan du Cours

1. Ozone troposphérique et ozone stratosphérique
2. Mesure de l’ozone stratosphérique et unités Dobson
3. Cycle de Chapman et équilibre photochimique
4. Découverte du trou d’ozone et rôle des CFC
5. Lien eau potable et risques sanitaires
6. Évolution de la production agricole et impacts nutritionnels
7. Biodiversité : fragmentation des habitats et vulnérabilité
8. Diversité génétique et diversité spécifique
9. Désertification et réversibilité à l’échelle humaine
10. Accès à l’énergie et émissions de gaz à effet de serre
11. Accord de Paris et objectifs climatiques
12. MRV des émissions forestières et télédétection

📖 1. Ozone troposphérique et ozone stratosphérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Ozone troposphérique : Ozone présent dans la troposphère, considéré comme nocif car il se forme surtout lors de trafic élevé et de fortes chaleurs.
• Ozone stratosphérique : Ozone situé dans la stratosphère, qualifié de protecteur car il absorbe les UV et contribue à limiter leur impact.
• Cycle de Chapman : Cycle photochimique de l’ozone qui décrit la formation et la destruction de l’ozone sous l’action des UV dans la stratosphère.
• Dobson Unit : Unité de mesure utilisée pour exprimer la quantité d’ozone dans l’atmosphère à partir de l’absorption des UV.
• CFC : Chloro-fluoro-carbures, gaz relativement inertes en basse atmosphère, capables de dégrader la couche d’ozone une fois atteignant la stratosphère.

📝 Points essentiels

• L’ozone troposphérique est local et associé à des conditions de trafic et de chaleur, tandis que l’ozone stratosphérique protège en absorbant les UV.
• L’ozone est mesuré via satellites et instruments au sol, et l’absorption des UV permet d’en déduire la concentration atmosphérique.
• L’ozone ne se raréfie pas quand on monte en altitude, avec un pic autour de 20 km.
• Sous 220 Dobson Unit, on observe une raréfaction appelée « trou » (baisse de concentration d’ozone).
• Le cycle de Chapman inclut une production par UV (O2 → O puis O + O2 → O3) et une destruction par UV (O3 → O puis O + O3 → O2).
• L’équilibre dynamique du cycle de Chapman ne suffit pas à expliquer les observations, car d’autres réactions doivent intervenir en plus des réactions UV simples.

💡 Astuce mémo

Troposphère = toxique (trafic + chaleur) ; Stratosphère = filtre UV (bon ozone).

📖 2. Mesure de l’ozone stratosphérique et unités Dobson

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité Dobson : Unité de mesure qui exprime la quantité totale d’ozone dans la colonne atmosphérique, utile pour comparer l’état de la couche d’ozone dans le temps et entre régions.
• Ozone stratosphérique : Ozone présent dans la stratosphère, qui absorbe une partie du rayonnement UV et joue un rôle central dans l’évolution du “trou” d’ozone.
• Copernicus : Programme européen de surveillance par satellites qui mesure l’ozone et d’autres gaz atmosphériques pour détecter et suivre les variations.
• ODS : Substances appauvrissant la couche d’ozone, dont les émissions illégales peuvent provoquer des hausses mesurables de la concentration d’ozone.

📝 Points essentiels

• Les variations de concentration en CFCs dans l’atmosphère sont détectables par les scientifiques, ce qui permet d’identifier des augmentations anormales.
• En 2018, une hausse de la concentration liée aux CFCs conduit à la découverte de productions illégales d’ODS en Asie du Sud-Est et dans certaines zones de Chine.
• La surveillance internationale crée une pression qui pousse les pays concernés à corriger la situation, par exemple en fermant des usines illégales.
• Copernicus surveille l’ozone par satellite et suit aussi d’autres espèces comme le dioxyde d’azote et le méthane.
• La mesure par satellites complète les observations au sol/mer, ce qui améliore la capacité à suivre l’évolution spatio-temporelle de l’ozone.

💡 Astuce mémo

Dobson = “colonne d’ozone” : plus la valeur est grande, plus l’ozone total dans la colonne est élevée.

📖 3. Cycle de Chapman et équilibre photochimique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle de Chapman : Cycle photochimique de l’atmosphère qui décrit la formation et la destruction de l’ozone sous l’action du rayonnement UV.
• Équilibre photochimique : État où les vitesses de production et de destruction d’une espèce chimique atmosphérique se compensent, rendant sa concentration relativement stable.
• Amplification polaire : Renforcement du réchauffement aux hautes latitudes, lié à des rétroactions qui amplifient l’effet initial.
• Albédo : Pouvoir réfléchissant d’une surface, qui détermine la part du rayonnement renvoyée vers l’espace.
• Feedback positif glace-neige : Rétroaction où la diminution de la glace réduit l’albédo, ce qui augmente l’absorption d’énergie et accélère encore le réchauffement.

📝 Points essentiels

• La fonte de l’Antarctique et du Groenland contribue à l’augmentation du niveau de la mer.
• L’Arctique se réchauffe plus vite que le reste du monde, car il absorbe davantage d’énergie.
• L’amplification polaire est attribuée à un feedback positif lié à l’albédo de la glace et de la neige.
• Réduire la boucle de rétroaction est présenté comme une priorité pour limiter l’emballement du réchauffement.
• La température moyenne observée est donnée à 1,57°C, et l’objectif de l’accord de Paris est déjà dépassé dans le contenu source.

💡 Astuce mémo

Glace ↓ albédo ↓ → absorption ↑ → réchauffement ↑ : boucle qui s’emballe.

📖 4. Découverte du trou d’ozone et rôle des CFC

🔑 Notions clés & Définitions

• Trou d’ozone : Le trou d’ozone désigne une diminution locale de la couche d’ozone, ce qui laisse davantage d’UV atteindre la surface terrestre.
• CFC : Les CFC sont des composés chlorés utilisés autrefois en industrie et qui peuvent contribuer à la destruction de l’ozone.
• Ozone : L’ozone est une forme d’oxygène qui absorbe une partie des rayonnements UV et limite l’énergie reçue au sol.
• Rayonnement UV : Le rayonnement UV est une partie du spectre solaire dont une fraction est filtrée par l’ozone avant d’atteindre la Terre.

📝 Points essentiels

• L’ozone renvoie/absorbe les UV, ce qui réduit l’énergie solaire arrivant au sol et diminue l’absorption par la Terre.
• Moins d’ozone signifie davantage d’UV transmis, donc un filtrage solaire moins efficace.
• La couche d’ozone agit comme un filtre : elle contrôle la quantité d’UV qui peut contribuer au réchauffement de surface.
• Les CFC sont associés à la destruction de l’ozone, ce qui favorise l’apparition d’une zone appauvrie en ozone.
• Le rôle de l’ozone est protecteur : plus d’ozone implique en général moins d’UV atteignant la surface.

💡 Astuce mémo

Ozone = pare-soleil UV : moins d’ozone → plus d’UV → plus d’énergie au sol.

📖 5. Lien eau potable et risques sanitaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Upwelling : Phénomène océanique de remontée d’eaux froides depuis les profondeurs vers la surface, modifiant la température de l’océan.
• El Niño : Perturbation du Pacifique qui affaiblit les trade winds et réduit le contraste de température entre les deux côtés de l’océan.
• La Niña : Phénomène opposé à El Niño qui renforce les trade winds et accentue le déplacement d’eau chaude vers l’Amérique.
• Paludisme : Maladie transmise par des moustiques, dont le risque augmente quand les conditions favorisent la prolifération des insectes.
• Vagues de chaleur : Épisodes de températures élevées qui deviennent plus fréquents et plus marqués, avec une mortalité croissante.

📝 Points essentiels

• L’upwelling crée un contraste de température entre l’Afrique et l’Amérique, ce qui influence la formation des nuages et des pluies via l’air chaud montant et l’air frais redescendant.
• El Niño affaiblit les trade winds, diminue les remontées d’eau froide et réchauffe les zones normalement plus froides du Pacifique, ce qui modifie vents et pluies.
• Les impacts d’El Niño touchent surtout les tropiques, avec plus de risques d’inondation (ex. Pérou) et de sécheresse (ex. Indonésie, Inde, Brésil).
• Le GIEC (2007) relie El Niño à une hausse des épidémies de paludisme et malaria via l’augmentation des pluies, donc plus de moustiques.
• Après El Niño, un effet inverse peut survenir : La Niña, qui renforce les trade winds et tend à abaisser les températures globales avec des effets opposés.
• Le réchauffement climatique augmente la fréquence et l’intensité des vagues de chaleur, et leur mortalité augmente avec le temps.

💡 Astuce mémo

Trade winds : El Niño = vents faibles → moins de pluie/plus de déséquilibre ; La Niña = vents forts → effets opposés.

📖 6. Évolution de la production agricole et impacts nutritionnels

🔑 Notions clés & Définitions

• Sédentarisation : Processus par lequel l’installation durable des humains devient possible grâce à l’agriculture.
• Anthropocène : Période définie par le fait que l’activité humaine bouleverse l’équilibre géophysique de la planète.
• Bombe démographique : Période de forte hausse de la population liée à un accroissement naturel élevé, avec plus de naissances que de décès.
• Indice de fécondité : Indicateur qui correspond au nombre moyen d’enfants par famille et qui sert à suivre l’évolution démographique.
• One Health : Approche reliant la santé humaine à celle des animaux et des écosystèmes pour protéger la santé globale.

📝 Points essentiels

• L’agriculture favorise la sédentarisation et permet l’essor de civilisations, puis certaines s’effondrent aussi pour des causes environnementales.
• La révolution industrielle marque l’entrée dans une nouvelle ère géologique attribuée à l’action humaine, appelée Anthropocène.
• Vers 1900, la croissance démographique s’accélère avec l’urbanisation et les progrès médicaux, passant d’environ 1 milliard (1800) à 8 milliards (2022).
• Un taux d’accroissement de 2% double la population environ tous les 35 ans.
• La transition démographique se décrit en phases : pré-transition (natalité et mortalité élevées), phase 1 (mortalité baisse), phase 2 (natalité baisse), post-transition (croissance proche de 0).
• L’indice de fécondité mondial passe d’environ 5 à 2,3 entre 1960 et 2020, ce qui contribue à stabiliser la population mondiale.

💡 Astuce mémo

2% → double en ~35 ans (2→35).

📖 7. Biodiversité : fragmentation des habitats et vulnérabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• One Health : Approche de santé globale reliant la santé humaine à celle des écosystèmes, car les perturbations de la nature rejaillissent sur les risques sanitaires.
• Théorie du Donut : Cadre qui définit un espace sûr et juste pour l’humanité en équilibrant besoins sociaux et limites écologiques à ne pas dépasser.
• Courbe de Kuznets : Modèle reliant revenu et pollution en prévoyant une hausse initiale puis une baisse après un certain niveau de revenu.
• Good Move : Action de gouvernance visant à améliorer la qualité de l’air, avec un effet mesurable après quelques années.
• UNFCCC : Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques qui organise la coopération internationale via un cycle de mise en œuvre de 5 ans.

📝 Points essentiels

• La fragmentation et la modification des habitats par l’Homme affectent les biomes et peuvent augmenter l’exposition des humains à de nouvelles espèces (ex. parasites).
• Les interactions développement–environnement sont complexes car elles ne suivent pas une relation simple uniquement liée à la démographie ou à la pauvreté.
• À l’échelle locale, la courbe de Kuznets suggère qu’une hausse du revenu augmente d’abord la pollution, puis la réduit quand elle devient trop coûteuse pour les individus.
• À l’échelle régionale, la dégradation environnementale peut être subie par d’autres que ceux qui la génèrent, créant une déconnection spatiale et temporelle.
• À l’échelle globale, la dynamique peut conduire à une croissance des impacts, même si le bien-être individuel augmente avec le revenu.
• La qualité de l’air peut s’améliorer après des mesures publiques : en Belgique, après deux ans, la qualité de l’air s’est améliorée suite à une action de type Good Move.

💡 Astuce mémo

Donut = Social OK + Écologie OK : vivre “dans l’anneau” sans dépasser les limites.

📖 8. Diversité génétique et diversité spécifique

🔑 Notions clés & Définitions

• Diversité spécifique : La diversité spécifique regroupe le nombre et la variété d’espèces présentes dans un milieu.
• Diversité génétique : La diversité génétique correspond à la variété des gènes au sein d’une même espèce.
• Biodiversité des petits organismes : La biodiversité peut concerner surtout les micro-organismes et invertébrés, pas uniquement les grands mammifères.
• Réservoir de biodiversité : Un écosystème peut agir comme un réservoir de biodiversité en hébergeant de nombreuses formes de vie.

📝 Points essentiels

• Dans les forêts tropicales, la biodiversité ne se limite pas aux grands animaux, elle concerne aussi de nombreux petits organismes.
• Une forêt tropicale à maturité fonctionne comme un réservoir de carbone et de biodiversité.
• La diversité spécifique et la diversité génétique contribuent ensemble à la biodiversité d’un écosystème.
• La perte d’espèces peut s’accompagner d’une baisse de diversité génétique, ce qui réduit la capacité d’adaptation des populations.
• Les conditions climatiques et la structure en étages de la canopée favorisent la coexistence d’organismes variés, donc la diversité.
• Même sans “immuabilité”, la forêt peut maintenir une forte biodiversité grâce à un équilibre dynamique et des cycles saisonniers inattendus.

💡 Astuce mémo

Biodiversité = espèces + gènes : “qui vit” (spécifique) et “avec quelles variantes” (génétique).

📖 9. Désertification et réversibilité à l’échelle humaine

🔑 Notions clés & Définitions

• Déforestation : La déforestation correspond à la perte de couverture forestière, souvent liée à des usages du sol concurrents comme l’agriculture, l’exploitation et les infrastructures.
• Réversibilité forestière : La réversibilité forestière désigne la capacité d’une forêt à repousser après coupe, sans garantir le retour complet de la biodiversité.
• Définition de forêt FAO : La définition de forêt fixe des seuils (surface, hauteur, couvert) et exclut les terres à vocation agricole ou urbaine prédominante.
• Télédétection spatiale : La télédétection spatiale utilise des satellites pour mesurer les changements de surface et améliorer l’estimation de la déforestation.
• Land sparing : Le land sparing est une stratégie d’aménagement qui sépare le territoire en zones protégées, zones agricoles intensives et zones d’exploitation forestière intensive.

📝 Points essentiels

• La coupe suivie de repousse peut être moins grave, mais des feux ravageurs rendent la récupération beaucoup plus difficile.
• La déforestation n’est pas récente : en Europe, sur plusieurs siècles, une grande partie des forêts a été coupée.
• La FAO indique un frein progressif de la déforestation, avec des tendances différentes selon les régions (retour en Asie/Europe, équilibre relatif en Océanie/Amérique, pertes en Afrique).
• La superficie forestière mondiale diminue malgré des reprises locales, et l’évaluation varie fortement selon les pays.
• La majorité des forêts mondiales est concentrée dans environ 10 pays, ce qui rend les bilans très dépendants de quelques acteurs.
• La définition de forêt inclut les terres >0,5 ha avec arbres >5 m et couvert >10%, ou capables d’atteindre ces seuils, et considère aussi une forêt en devenir comme une forêt.

💡 Astuce mémo

Couper ≠ perdre si ça repousse, mais Feu = Réversibilité cassée.

📖 10. Accès à l’énergie et émissions de gaz à effet de serre

🔑 Notions clés & Définitions

• Huile de palme : Ressource végétale utilisée dans de nombreux produits, dont la production peut être liée à la déforestation selon les pratiques agricoles.
• Déforestation : Transformation d’une couverture forestière en surfaces non forestières, pouvant libérer du carbone et réduire les puits naturels.
• Tourbières : Écosystèmes riches en matière organique où le drainage et le feu peuvent accroître fortement les émissions de gaz à effet de serre.
• Certification RSPO Mix : Type de certification qui autorise l’usage d’huile de palme certifiée durable mélangée à de l’huile non certifiée.
• Certification EU-FELGT : Certification européenne présentée comme plus stricte, visant à imposer de nouvelles pratiques d’exploitation forestière pour les produits importés.

📝 Points essentiels

• La sensibilisation a réduit d’environ un tiers la déforestation, mais n’a pas modifié les pratiques de feu ni la déforestation des tourbières.
• Les entreprises renforcent des cahiers de charges et des normes d’usage de l’huile de palme pour limiter les impacts sur les forêts.
• Quatre types de certification sont cités, dont GreenPalm (paiement pour certification) et RSPO Mix (mélange certifié durable et non certifié).
• La certification EU-FELGT est décrite comme plus stricte que la RSPO et vise des pratiques d’exploitation forestière pour les produits importés en UE.
• La régulation européenne sur le bois illégal (EU-FELGT) a été abandonnée car les exigences de certification étaient jugées difficilement applicables sur le terrain.
• La FSC est décrite comme plus facile à obtenir, tandis que la PEFC est présentée comme plus exigeante dans le contenu fourni.

💡 Astuce mémo

Certification = niveau de preuve : RSPO Mix = mélange, EU-FELGT = contrôle plus strict (et plus difficile à appliquer).

📖 11. Accord de Paris et objectifs climatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Accord de Paris : Traité international visant à coordonner l’action des États contre le changement climatique via des objectifs et engagements climatiques.
• Objectifs climatiques : Cibles chiffrées ou orientations fixées pour limiter le réchauffement et réduire les impacts du changement climatique.
• Répartition saisonnière de l’énergie : Variation au cours de l’année de l’énergie reçue et restituée, qui crée des surplus vers l’équateur et des déficits vers les pôles.
• Circulation des masses d’air : Déplacements à grande échelle de l’air qui redistribuent chaleur et humidité et conditionnent moussons et régimes de précipitations.
• Circulation thermohaline : Circulation océanique pilotée par les différences de température et de salinité, qui transporte l’énergie vers d’autres régions.

📝 Points essentiels

• Le bilan énergétique moyen est excédentaire à l’équateur et déficitaire aux pôles, ce qui traduit une dynamique saisonnière liée aux solstices.
• Dans la ZCIT, l’air fortement réchauffé s’élève, formant de grands nuages convectifs, puis se dirige vers les pôles en altitude.
• Près du sol, l’air plus frais revient vers l’équateur et engendre les vents alizés, ce qui participe au déplacement saisonnier de la ZCIT et aux moussons.
• La force de Coriolis dévie le déplacement de l’air vers la droite en hémisphère nord et vers la gauche en hémisphère sud.
• La circulation atmosphérique s’organise en trois cellules par hémisphère, ce qui crée des climats et des précipitations contrastés.
• Les courants de surface dépendent surtout des vents, des contrastes de température et de salinité, tandis que les courants profonds relèvent de la circulation thermohaline.

💡 Astuce mémo

Équateur = monte (ZCIT) ; Pôles = descente (déficit) ; Océan = chaud→froid (thermohaline).

📖 12. MRV des émissions forestières et télédétection

🔑 Notions clés & Définitions

• MRV des émissions : Le MRV regroupe la mesure, la notification et la vérification des émissions et absorptions de gaz à effet de serre.
• Télédétection : La télédétection désigne l’observation de la Terre à distance (capteurs) pour estimer l’état de la végétation et les flux de carbone.
• Productivité primaire nette : La productivité primaire nette (NPP) représente le carbone/biomasse réellement accumulé par la végétation après sa respiration.
• Productivité primaire brute : La productivité primaire brute (GPP) correspond à la quantité totale de carbone fixée par la photosynthèse.
• Productivité primaire de l’écosystème : La productivité primaire de l’écosystème (NEP) mesure le bilan net de carbone de l’écosystème en incluant plusieurs pertes et transferts.

📝 Points essentiels

• La biomasse totale correspond au stock de carbone, tandis que la productivité correspond au flux de carbone.
• La NPP se calcule par NPP = GPP − Rplant, où Rplant est la respiration de la végétation.
• La NEP se calcule par NEP = GPP − (Rplant + Rheterotr+ Flessivage + Fperturbations), en ajoutant respiration hétérotrophe et pertes/transferts.
• La productivité primaire n’est pas forcément liée à la quantité de biomasse verte en place, mais elle est fortement corrélée à l’évapotranspiration réelle (elle-même liée à la température et à l’humidité).
• La NPP varie de façon non linéaire avec les précipitations et la température, donc un même changement climatique n’a pas un effet proportionnel.
• Le permafrost limite la décomposition car la matière reste gelée, ce qui favorise un stockage important de carbone.

💡 Astuce mémo

Stock = biomasse, Flux = productivité : Biomasse totale (stock) ≠ NPP/NEP (flux).

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de synthèse

Ozone : troposphère vs stratosphère

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre « trou d’ozone » et absence totale d’ozone : le cours insiste qu’il s’agit surtout d’une baisse de concentration, pas d’un trou réel.
2. Croire que l’ozone diminue forcément avec l’altitude : au contraire, il ne se raréfie pas et atteint un pic vers 20 km.
3. Penser que le cycle de Chapman suffit à expliquer les observations : le cours dit que les vitesses des réactions UV seules ne permettent pas de reproduire les concentrations observées, donc d’autres réactions interviennn
4. Mélanger les causes : attribuer la baisse d’ozone aux avions supersoniques alors que, dans le cours, les CFC sont retenus comme coupables.
5. Interpréter une année avec « trou plus petit » comme un signe de guérison : le cours explique que la taille varie d’année en année (variabilité interannuelle).
6. Confondre Arctique et Antarctique pour le mécanisme : la baisse en octobre est expliquée par le vortex polaire, le refroidissement et les nuages stratosphériques en Antarctique.
7. Confondre la réversibilité : croire que « coupe + repousse » garantit le retour complet de la biodiversité, alors que le cours précise que la réversibilité forestière ne garantit pas le retour complet.

✅ Checklist Examen

1. Définir ozone troposphérique et ozone stratosphérique, et expliquer pourquoi l’un est toxique et l’autre protecteur.
2. Expliquer comment la concentration d’ozone est déduite à partir de l’absorption des UV et nommer l’unité Dobson Unit.
3. Donner la règle clé d’altitude : l’ozone ne se raréfie pas en montant et atteint un pic vers 20 km.
4. Décrire le cycle de Chapman : réactions de production et de destruction sous UV, et l’idée d’équilibre dynamique.
5. Expliquer pourquoi le cycle de Chapman seul ne suffit pas et ce que cela implique pour l’existence d’autres réactions.
6. Raconter la découverte du trou : années 70 en Antarctique (Halley Bay), baisse en octobre, et rôle des CFCs comme gaz inertes en basse atmosphère capables de dégrader l’ozone.
7. Clarifier le concept médiatique de « trou » : pourquoi il a été inventé pour la compréhension et pourquoi il ne faut pas le prendre au sens strict.
8. Présenter le protocole de Montréal (1987) : objectif de réduction de moitié des émissions de CFCs d’ici l’an 2000 et logique d’accord global.
9. Expliquer la variabilité saisonnière et interannuelle : vortex polaire, nuages stratosphériques, espèces réservoirs, chimie hétérogène quand le soleil revient.
10. Décrire l’évolution des engagements : amendement de Londres (1996), autorisations pour pays en voie de développement, et l’enchaînement vers Copenhague/Pékin/Kigali (2016) pour accélérer la réduction (notamment HCFCs).
11. Expliquer l’épisode 2018 : hausse de CFCs, productions illégales d’ODS, rôle de la surveillance et pression internationale (fermeture d’usines).
12. Expliquer l’enjeu « MRV/observations » et la modélisation : retour attendu vers une situation d’avant émission (d’ici 2068) et lien avec la diminution des nuages polaires stratosphériques.
13. Décrire les mécanismes biophysiques globaux du climat : bilan radiatif, circulation atmosphérique (ZCIT, moussons, cellules), circulation thermohaline et rôle de la force de Coriolis.
14. Expliquer les processus écologiques globaux liés aux changements : acidification des océans (pH, CaCO3, coraux), amplification polaire (albédo glace-neige) et rôle du pergélisol (CO2/CH4).