Évolution de l'ozone et du monoxyde de carbone dans la troposphère

Utilisant la plus dense base de données au monde de profils verticaux troposphériques d'ozone et de monoxyde de carbone, laquelle a été acquise au-dessus de Frankfort et de Munich dans le cadre du programme MOZAIC-IAGOS, des chercheurs du Laboratoire d'aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS) ont pu caractériser finement la distribution verticale de ces deux composés dans la troposphère, leurs variations saisonnières et leurs tendances entre 1994 et 2012. Ils ont notamment pu montrer que le maximum saisonnier de l'ozone apparaît de plus en plus tôt dans l'année, en particulier dans la basse troposphère.


L'ozone (O3) et le monoxyde de carbone (CO) sont deux composés présents dans la troposphère qui intéressent beaucoup la communauté scientifique. En effet, outre d'être un gaz à effet de serre et un polluant aux effets nocifs sur la santé humaine et les cultures végétales, l'O3 troposphérique joue un rôle capital dans la capacité oxydante de l'atmosphère et donc dans la durée de vie des différents polluants atmosphériques. Quant à CO, c'est un précurseur de l'ozone troposphérique et un puits majeur du radical hydroxyl (OH), lequel est le principal oxydant de la troposphère. Si une riche littérature existe sur la variabilité et les tendances de ces deux composés, elle reste essentiellement basée sur l'exploitation d'un nombre limité d'observations in situ dans la troposphère libre ou de mesures satellitaires plus nombreuses mais moins bien résolues sur la verticale que les précédentes.

Dans le cadre du programme MOZAIC-IAGOS, des mesures d'O3 et de CO sont réalisées en routine, à bord d'avions commerciaux A-330 et A-340 de plusieurs compagnies aériennes, depuis 1994 pour O3 et 2012 pour CO. Parmi les nombreux aéroports desservis, celui de Francfort en Allemagne est de loin le plus visité, avec plus de 18 500 vols entre 1994 et 2012. La base de données obtenue grâce aux mesures réalisées sur ces vols et sur les 2 700 vols réalisés durant la même période à l'aéroport de Munich est la plus dense et la plus longue au monde, avec près de 90 profils verticaux troposphériques par mois, en moyenne sur près de 20 ans. Elle offre la possibilité d'étudier les distributions verticales, les variabilité et les tendances d'O3 et de CO avec une représentativité statistique jamais atteinte dans les précédentes études. Il est à noter que si des observations in situ d'O3 sont disponibles depuis longtemps avec les radiosondages, les observations MOZAIC-IAGOS constituent la principale source de données in situ pour CO dans la troposphère.

Une équipe de chercheurs du LA a utilisé cette base de données pour dresser des profils climatologiques d'O3 et de CO. Ces profils montrent de forts gradients verticaux près de la surface pour O3 et CO, ainsi qu'au niveau de la tropopause au printemps pour O3. Ils montrent en outre un minimum de variabilité journalière de l'ozone dans la basse troposphère libre, autour de 3-4 km d'altitude.

En accord avec de précédentes études, l'analyse des tendances montre que les concentrations moyennes d'O3 troposphérique n'évoluent pas significativement depuis 1994, mise à part une légère baisse en hiver, tandis que les concentrations de CO continuent de décroître de -1 à -2%/par an.

Un autre résultat plus novateur concerne l'évolution du cycle saisonnier de l'ozone: le maximum saisonnier apparaît de plus en plus tôt dans l'année, le décalage atteignant 17±11 jours par décennie dans la basse troposphère et diminuant significativement avec l'altitude.