La recherche sur l'évolution de la couche d'ozone : perspective canadienne

sous la direction de D.I. Wardle, J.B. Kerr. C.T. McElroy et D.R. Francis

On peut se procurer la version complète de ce document, en anglais ou en français, auprès de la Direction de la politique, du programme et des affaires internationales, Service de l'environnement atmosphérique, 4905, rue Dufferin, Downsview,Ontario M3H 5T4, ou appuyer ici

Le Protocole de Montréal - les réalisations et les défis

La signature du Protocole de Montréal, le 16 septembre 1987, a été un épisode marquant de l'histoire de la diplomatie moderne; c'est un des rares cas où des États ont fait passer la réalisation d'un objectif mondial commun avant leur intérêt économique. La chose est d'autant plus remarquable lorsque l'on considère qu'il persistait des incertitudes scientifiques sur certains aspects du processus d'appauvrissement et que l'on n'avait aucune preuve immédiate de ses impacts sur les écosystèmes et sur la santé humaine. Le fait qu'on ait finalement pu en arriver à une entente a tenu non seulement à une collaboration extraordinairement fructueuse entre les scientifiques et les décideurs, mais aussi aux énormes progrès réalisés par la communauté scientifique internationale pour repousser les frontières de la connaissance de l'ozone. La valeur de leur réalisation se manifeste dans les progrès très concrets effectués depuis 1987 pour réduire les émissions de substances qui appauvrissent la couche d'ozone.

Le Canada se préoccupe de l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique depuis que la question a été soulevée par les scientifiques dans les années 60 et 70; notre intérêt pour la science de l'ozone remonte encore plus loin, aux années 50, époque où furent établis les premiers programmes canadiens de surveillance de l'ozone. Dans les vingt dernières années, notre participation à l'étude de l'ozone et nos contributions à cet effort ont été considérables. Le spectrophotomètre d'ozone Brewer, qui est maintenant le principal instrument utilisé pour les mesures au sol, a été développé dans notre pays. Notre réseau de stations de surveillance est l'un des plus vastes du monde, et, le Centre de données mondiales sur l'ozone et sur le rayonnement ultraviolet étant situé sur notre territoire, nous avons la responsabilité d'archiver les mesures de l'ozone faites dans le monde entier. Le Canada est également fier d'avoir été l'une des Parties originales au Protocole de Montréal et parmi les nombreux pays qui ont rempli, voire dépassé, les obligations contractées aux termes du Protocole et de ses amendements.

On trouvera ici un bref aperçu de l'état de la science de l'ozone en 1997, année du dixième anniversaire du Protocole de Montréal. Compilé par des scientifiques canadiens, ce document puise dans des recherches tant canadiennes qu'étrangères pour résumer notre compréhension actuelle de l'appauvrissement de l'ozone et de ses effets. Il met aussi en lumière les résultats des recherches canadiennes et, le cas échéant, les données, ainsi que les points d'intérêt particulier pour le Canada, comme l'appauvrissement de l'ozone dans l'Arctique et les impacts des changements du rayonnement UV sur les écosystèmes forestiers et dulçaquicoles.

Sur la voie du Protocole

La possibilité d'une influence de l'homme sur la couche d'ozone a été soulevée dès 1964, lorsque John Hampton, du Centre d'étude et de recherche sur les armements (Canada), a fait remarquer que l'ozone pouvait être endommagé par les émissions de vapeur d'eau des fusées et des avions volant à haute altitude. Dans la décennie suivante, les projets visant à faire circuler des avions supersoniques commerciaux dans la basse stratosphère ont de nouveau attiré l'attention sur la question, comme l'a fait le débat sur les effets environnementaux des armes nucléaires. En 1974, cependant, paraissaient deux articles qui ont ajouté une tout autre dimension à la question de l'appauvrissement de la couche d'ozone. Le premier, publié dans le Journal canadien de chimie par Richard Stolarski et Ralph Cicerone, de l'université du Michigan, décrivait un processus par lequel le chlore présent dans les émissions des fusées pouvait catalyser la destruction de grandes quantités d'ozone stratosphérique pendant de nombreuses dizaines d'années. Presque en même temps, de leur côté, deux chercheurs de l'université de Californie, Mario Molina et Sherwood Roland, ont exprimé des préoccupations similaires quant à une perte d'ozone catalysée par le chlore, mais suggéré l'existence d'une source beaucoup plus importante de chlore anthropique dans la stratosphère. Dans un article présenté dans Nature, ils avançaient que nombre des chlorofluorocarbures (CFC) largement utilisés par l'industrie pouvaient migrer jusque dans la stratosphère, où ils dissocieraient sous l'effet de l'intense rayonnement ultraviolet et libéreraient des quantités significatives de chlore.

Ce que laissaient entendre ces articles était inquiétant. La société, semblait­il, allait devoir faire un choix : ou préserver l'intégrité de la couche d'ozone, qui empêche les rayons ultraviolets d'atteindre la surface de la Terre en quantités nocives pour les formes de vie, ou conserver les avantages économiques offerts par les CFC, groupe précieux de substances chimiques par ailleurs inoffensives qui étaient devenues essentielles à une vaste gamme d'applications, comme la réfrigération et la fabrication de mousses et de composantes électroniques. Les risques potentiels pour la santé humaine et les écosystèmes étaient graves et sans précédent, et il semblait fort coûteux d'abandonner les CFC. En outre, la destruction de l'ozone dans des réactions catalysées par le chlore semblait plausible, mais on n'avait pas encore de preuve empirique d'une perte d'ozone dans la stratosphère. La situation s'est compliquée en 1975 lorsque S.C. Wofsy, M.B. McElroy et Y.I. Yung, de l'université d'Harvard, ont montré que le brome, utilisé dans les halons ignifugeants, avait lui aussi le potentiel de détruire l'ozone. Bien évidemment, la question a soulevé une chaude controverse, tant dans la communauté scientifique qu'à l'extérieur de celle­ci.

Dans le monde entier, des scientifiques d'universités, de gouvernements et de l'industrie ont réagi en intensifiant les recherches sur le sujet. Le problème immédiat était de confirmer, ou d'infirmer, les nouvelles théories sur la destruction de l'ozone et d'en évaluer les implications pour une vaste gamme d'impacts potentiels. Vu la grande variabilité naturelle des concentrations d'ozone, dans le temps comme dans l'espace, il n'était pas facile de détecter l'empreinte d'une perturbation anthropique et de vérifier les processus en jeu. À mesure que les chercheurs recueillaient de nouvelles informations sur la chimie et la dynamique de l'atmosphère moyenne, le problème devenait plus complexe et les incertitudes croissaient. La modélisation des processus régissant l'abondance de l'ozone s'est révélée extrêmement difficile, en partie du fait des limitations de la puissance de calcul des ordinateurs et en partie du fait des incertitudes quant aux vitesses de réaction et à d'autres aspects critiques des mécanismes de destruction. Les premières projections de l'appauvrissement par les CFC étaient donc fort divergentes. Cependant, vers le milieu des années 80, la connaissance des processus gouvernant l'abondance de l'ozone avait considérablement progressé. Lorsque le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) et l'Organisation météorologique mondiale (OMM) publièrent leur première grande évaluation internationale de l'ozone en 1986, ce rapport a pu non seulement donner une analyse complète de la menace que représentaient les CFC 11 et 12, mais aussi mettre en évidence d'autres substances qui avaient le potentiel de détruire l'ozone stratosphérique. En outre, il attirait l'attention sur le fait que nombre de ces substances étaient des gaz à effet de serre très puissants, dont la présence dans l'atmosphère pouvait influer sérieusement sur le réchauffement planétaire et le changement climatique.

La réaction à cette menace d'un appauvrissement de l'ozone a été variable d'un pays à l'autre. Elle a été la plus forte dans ceux où l'intérêt des médias et de groupes environnementaux dynamiques garantissaient à la question une place à l'ordre du jour politique. Dans un certain nombre de ceux­ci, on a institué des commissions d'enquête et intensifié les activités de recherche, pour que les gouvernements puissent disposer de plus d'information sur la nature et les implications du problème. En 1978, quelques pays en étaient arrivés à la conclusion qu'il serait prudent de suspendre les utilisations les moins essentielles des CFC jusqu'à ce que soient mieux définis les risques qui en découlaient. C'est ainsi que les États­Unis ont interdit d'utiliser des CFC pour les produits en aérosols non essentiels en mars de cette année, mesure reprise par le Canada, la Norvège et la Suède peu après. La Communauté européenne, après avoir rejeté les propositions formulées par les Pays­Bas, puis par l'Allemagne, de restreindre l'utilisation des CFC, a accepté en 1980 d'imposer un recul de 30 %, chiffre plus modeste.

Le problème de l'ozone était cependant une question avant tout d'ordre international, et ne pouvait se régler que via des actions internationales. Ce genre de mesure a été préconisé relativement tôt par le Programme des Nations Unies pour l'environnement, sous le leadership de son directeur exécutif de l'époque, M. Mostafa Tolba. En 1976, le PNUE convoquait une conférence internationale pour discuter d'une réponse internationale à la question de l'ozone. Lors de cette conférence, tenue à Washington en mars 1977, fut rédigé un " Plan mondial d'action concernant la couche d'ozone ", qui chargeait le PNUE de favoriser et de coordonner les activités internationales de recherche et de collecte de données. En même temps, on formait un Comité de coordination de la couche d'ozone, sous l'égide du PNUE, pour examiner les évaluations internationales périodiques de la question de l'appauvrissement.

La possibilité de fixer des limites internationales à la production et à l'utilisation des CFC fut soulevée un mois plus tard lors d'une autre réunion internationale à Washington, mais elle ne recueillit pas assez d'appui ni à ce moment­là ni à plusieurs autres occasions dans les années qui suivirent. En avril 1981, toutefois, le Conseil d'administration du PNUE autorisait l'organisme à entreprendre des travaux en vue d'une entente pour la protection de la couche d'ozone. La première mesure fut prise en janvier 1982, lorsque 24 États se réunirent à Stockholm et convinrent de créer un " Groupe de travail spécial constitué d'experts juridiques et techniques chargés de l'élaboration d'une convention-cadre mondiale pour la protection de la couche d'ozone ". En 1983, le groupe dit " de Toronto " (pour l'endroit où s'est tenue sa première réunion), composé de représentants du Canada, de la Finlande, de la Norvège, de la Suède et, plus tard, des États­Unis, recommanda une interdiction mondiale des utilisations non essentielles des CFC comme propulseurs d'aérosols et proposa qu'un protocole à vocation réglementaire distinct soit élaboré et adopté en même temps que la convention­cadre.

Ces efforts en vue d'une entente­cadre ont abouti en mars 1985, avec la signature de la Convention de Vienne pour la protection de la couche d'ozone. Les États participants acceptaient alors d'adopter des mesures (qui n'étaient cependant pas définies) pour protéger la couche d'ozone et de prendre des dispositions en matière de coopération internationale dans les secteurs de la recherche, de la surveillance et de l'échange de données sur l'état de la couche d'ozone, ainsi que sur les émissions et concentrations de CFC et d'autres substances chimiques. La convention n'était pas assortie d'un protocole de réglementation, mais, dans une autre résolution, le PNUE fut autorisé à lancer les négociations en vue d'un protocole ayant force obligatoire qui serait prêt en 1987.

La Convention de Vienne était certes une étape importante, mais on ne disposait pas du consensus international nécessaire à l'efficacité d'un protocole de réglementation. Il fut donc décidé de tenir deux ateliers en 1986 pour revoir certaines des grandes questions économiques et scientifiques. Oeuvrant de manière informelle, plus à titre personnel qu'en tant que membres de délégations nationales, des experts de l'ONU, de gouvernements, de l'industrie, d'universités et de groupes environnementalistes se sont réunis, d'abord à Rome, puis à Leesburg, en Virginie. Bien qu'il ait persisté de nombreuses divergences, les réunions ont réussi à établir une plus large base d'entente en vue des négociations. Un des plus importants points issus de ces discussions était l'idée d'un protocole provisoire, qui ne fournirait pas de solution définitive à tous les problèmes en suspens, mais pourrait être périodiquement réévalué et révisé à mesure de l'évolution des faits et de l'élargissement des connaissances scientifiques.

Les négociations proprement dites ont débuté à Genève en décembre 1986. Des rencontres tenues par la suite à Vienne et de nouveau à Genève ont aidé à rapprocher les points de vue, mais, lorsque les délégués se sont réunis à Montréal le 8 septembre 1987, il demeurait d'importants désaccords sur des questions telles que les substances à réglementer, le recours à la production ou à la consommation comme base des restrictions, l'étendue des limites imposées et le moment de leur mise en oeuvre, le choix d'une année de référence, et les dispositions concernant les pays en développement. Ce n'est qu'après des négociations intensives qu'on a pu en arriver à une entente le 16 septembre.

La conclusion d'un accord si important et si novateur doit beaucoup aux talents de persuasion et à la persévérance des négociateurs, mais divers autres facteurs importants y ont contribué. Le rôle de la communauté scientifique internationale a été particulièrement crucial. Bien que les scientifiques n'aient pas pu lever toutes les incertitudes qui pesaient, et pèsent encore, sur la question de l'ozone stratosphérique, ils ont réussi à les réduire et à avancer des raisons impérieuses d'agir. Le hasard aussi est intervenu, tout spécialement avec la découverte en 1985 du trou d'ozone de l'Antarctique. Cette découverte n'a pas confirmé les théories sur la destruction de la couche d'ozone, mais soulevé de nouvelles questions, et surtout sensibilisé davantage les leaders d'opinion et le public au fait que quelque chose arrivait à l'atmosphère et qu'il fallait prendre des mesures préventives. L'entente devint également beaucoup plus proche de se matérialiser après 1986, lorsque l'industrie chimique des États­Unis, l'un des plus gros producteurs de CFC du monde, abandonna son opposition aux restrictions. Enfin, ce fut la souplesse même de l'accord qui le rendit acceptable à nombre des parties. Il ne visait pas à résoudre d'un seul coup un problème si complexe, ce qui aurait été utopique. Au contraire, il établissait un mécanisme d'examen continu, pour que l'on puisse raffiner les politiques en fonction des nouvelles réalités et des meilleures informations disponibles. En fait, une de ses plus grandes réalisations a été de créer un mécanisme d'action continue. Comme le faisait remarquer M. Mostafa Tolba, le Protocole de Montréal était un point de départ, le début des véritables travaux.

Jalons : 1987-1997

La dernière décennie a vu la science de l'ozone avancer de façon très significative, tant par l'amélioration des capacités de recherche et de surveillance que par des progrès concrets dans la compréhension de l'appauvrissement et de ses effets sur la quantité de rayonnement qui atteint la surface de la Terre. Un des plus importants développements est survenu à la fin des années 80, lorsque des efforts de recherche intensifs ont éclairci le mystère du trou d'ozone de l'Antarctique et découvert le rôle joué dans sa formation par les nuages stratosphériques polaires (PSC) et la chimie hétérogène. En 1990, on avait recueilli des informations importantes sur les tendances de l'ozone dans d'autres parties du monde, et l'on a découvert des pertes de l'ordre de 5 % par décennie aux latitudes moyennes de l'hémisphère Nord. Après l'éruption du mont Pinatubo en 1991, il est également devenu évident que les aérosols soufrés injectés dans la stratosphère par l'activité volcanique pouvaient causer une importante destruction de l'ozone. Plus récemment, on a eu des preuves que des pertes significatives étaient survenues dans l'Arctique du fait de réactions hétérogènes sur les PSC. En 1993, le lien soupçonné entre l'appauvrissement de l'ozone et l'augmentation du rayonnement UV à la surface a été confirmé par l'analyse de données spectrales. L'étude, menée par des scientifiques d'Environnement Canada, a récemment été étendue pour couvrir une période de 11 ans se terminant en 1996. Elle a mis en évidence une tendance positive d'environ 1 % par an du rayonnement à 300 nm en été.

Parmi les autres progrès notables de la dernière décennie :

• une compréhension approfondie du transport de l'ozone et d'autres gaz traces, découlant de la détermination du rôle des structures filamenteuses à petite échelle dans les processus de mélange en haute troposphère et en basse stratosphère;
• l'application de nouvelles techniques de mesure de l'ozone et d'autres composantes de l'atmosphère à partir du sol, de ballons et de satellites;
• des progrès de la modélisation chimique, dont la capacité d'intégrer les processus chimiques dans les modèles de circulation générale et les modèles de prévision;
• une augmentation considérable du nombre de stations effectuant des mesures spectrales des UV et de la longueur de l'enregistrement de données;
• une évaluation et, dans certains cas, la vérification des mesures des effets des CFC et d'autres substances destructrices de l'ozone sur le forçage radiatif et le changement climatique;
• des indices d'un lien possible entre le changement climatique et l'appauvrissement de l'ozone dans l'Arctique;
• une meilleure compréhension des effets des nuages, du dioxyde de soufre et de l'albédo sur le rayonnement UV atteignant la surface.

Les progrès de la compréhension des processus d'appauvrissement et de nouvelles preuves d'une perte d'ozone ont précipité un resserrement marqué et une extension du régime de réglementation du Protocole. L'entente originale demandait que l'utilisation des CFC soit réduite de 50 % au milieu de 1998 et la consommation de halons gelée aux niveaux de 1986 en 1992, mais les amendements adoptés aux réunions de Londres (1990) et de Copenhague (1992) ont imposé l'élimination quasi totale de ces substances, puis ramené les échéances d'élimination graduelle à la fin de 1994 pour les halons et à la fin de 1995 pour les CFC. En outre, le tétrachlorométhane et le méthylchloroforme, les HCFC et les HBFC (utilisés comme substituts des CFC et des halons), ainsi que le bromométhane, ont été assujettis à une réglementation. Le tétrachlorométhane, le méthylchloroforme et les HBFC devaient être éliminés à la fin de 1995, et la consommation de HCFC en 2030. D'autres réunions, tenues à Vienne (1995) et à Costa Rica (1996), ont conduit à une réduction de l'utilisation du bromométhane et à une entente pour y mettre fin totalement d'ici 2010.

Tendances actuelles

La perte d'ozone la plus importante et la plus spectaculaire est survenue au début du printemps de l'Antarctique, les valeurs de l'ozone total ayant chuté de plus de 65 % depuis 1975. Les pertes sur l'Arctique au cours de la même période ont été moindres, les régimes de circulation étant différents, mais demeurent de l'ordre de 12 %. Pendant ce temps, aux latitudes moyennes, l'ozone s'appauvrissait au rythme de 5 % par décennie.

Les cartes jointes montrent les différences entre les quantités d'ozone au­dessus du Canada au moment de la signature du Protocole de Montréal, en 1987, et dix ans plus tard, en 1997. Entre ces deux périodes de six mois, c'est dans le haut­Arctique que les pertes ont été les plus fortes (jusqu'à 12 %) et dans le sud­est qu'elles ont été les plus basses (environ 3 %). Cependant, en 1996, les valeurs de l'ozone dans l'Arctique sont tombées à 30 % sous la normale pendant une courte période; au printemps de 1997, elles étaient inférieures à la normale de 45 % sur le haut­Arctique et de 7 % aux latitudes moyennes du pays. Cet appauvrissement exceptionnellement fort dans l'Arctique au printemps dernier est probablement dû à des régimes inhabituels de températures et de vents en altitude qui peuvent, à leur tour, être liés aux effets radiatifs de concentrations accrues de gaz à effet de serre.

Toutefois, en raison de la mise en oeuvre du Protocole de Montréal, l'augmentation des concentrations atmosphériques de CFC a ralenti considérablement depuis les alentours de 1990 et, dans le cas du CFC­11, les concentrations ont même commencé à décliner. À mesure que baisseront les concentrations stratosphériques de CFC et d'autres substances destructrices de l'ozone, celles de chlore et de brome devraient faire de même. Si les dispositions du Protocole de Montréal sont pleinement respectées par toutes les Parties, la concentration stratosphérique de chlore, qui est actuellement de 3,5 parties par milliard (ppb) devrait plafonner au cours des prochaines années, puis diminuer graduellement, pour revenir à son niveau naturel de 1,0 ppb un peu après l'an 2100.

Considérant les baisses prévues des concentrations de substances destructrices d'ozone ainsi que de chlore et de brome stratosphériques, quand peut­on penser que la couche d'ozone sera rétablie et quand pourrons­nous détecter que le rétablissement est déjà amorcé? Le graphique ci­joint montre le déroulement de la baisse de l'ozone entre 1965 et 1996. Il fait ensuite une comparaison simplifiée de ce qui pourrait se passer si nos hypothèses présentes sur l'appauvrissement de l'ozone sont bonnes, et que le Protocole de Montréal et ses amendements sont pleinement mis en oeuvre, avec un scénario selon lequel les concentrations de substances destructrices de l'ozone restent aux niveaux de 1997. Bien que le graphique repose sur une base scientifique minimale, il révèle qu'aucune tendance nette à une augmentation de l'abondance de l'ozone ne pourrait se dessiner avant 2005 ou 2010. En fait, les indications en ce sens pourraient même être encore retardées, parce que le Protocole pourrait ne pas être totalement respecté et qu'il pèse encore des incertitudes sur notre compréhension de la science. Du fait de ces mêmes incertitudes, il est difficile de prédire avec confiance à quel moment les concentrations d'ozone reviendront aux niveaux naturels. Comme l'indiquent les récentes et étonnamment grandes pertes d'ozone dans l'Arctique, la question peut réserver d'autres surprises.

Le nouvel ordre du jour

Pour faire des prévisions fiables du rétablissement futur de la couche d'ozone, il faudra disposer d'une modélisation complète et détaillée de la chimie et de la dynamique de l'atmosphère. À l'heure actuelle, cependant, nos modèles sous­estiment généralement l'ampleur de la perte d'ozone réellement survenue et ne peuvent pas simuler avec exactitude tous les aspects de la distribution de l'ozone en fonction de l'altitude, de l'endroit et de l'époque de l'année. Ces limites portent à penser qu'il y a des lacunes dans notre connaissance de la chimie de l'ozone et de la dynamique de l'atmosphère. Elles peuvent aussi être des indices de la présence dans la stratosphère d'autres substances destructrices de l'ozone que l'on n'a pas encore reconnues comme telles. En outre, l'ampleur inattendue des récentes pertes d'ozone dans l'Arctique indiquent qu'il faut étudier plus avant l'atmosphère de cette région et, en particulier, les effets qu'y ont des concentrations accrues de gaz à effet de serre. Il est maintenant relativement certain que la hausse des abondances de ces gaz a entraîné un refroidissement de la stratosphère, et qu'une stratosphère arctique plus froide constitue un milieu plus favorable à la destruction de l'ozone. Enfin, même si l'on connaît raisonnablement bien les effets de l'accroissement du rayonnement UV sur les systèmes biologiques, notre connaissance n'en est pas complète, et il se peut que d'autres mécanismes de d'endommagement n'aient pas encore été repérés. De plus, il reste à étudier en détail les implications des interactions écologiques et d'autres stress environnementaux liés aux effets des UV.

Malgré les progrès remarquables de la science de l'ozone dans la dernière décennie, le problème de l'appauvrissement n'est pas encore résolu. Dans les dix prochaines années, notre tâche sera de combler les lacunes dans nos connaissances de l'appauvrissement induit par le chlore et le brome, tout en élargissant notre compréhension des effets d'autres facteurs sur la quantité d'ozone. Parallèlement, il nous faudra poursuivre nos efforts de surveillance et de détection du rétablissement de la couche d'ozone, et étendre nos travaux sur les effets biologiques de la hausse des quantités de rayonnement UV.

Si nous respectons ce programme pendant les dix années à venir, nous disposerons d'une bien meilleure base pour assurer le rétablissement de la couche d'ozone, et pour élaborer des réponses efficaces afin de protéger entre temps la santé humaine et la vitalité des écosystèmes. Nous aurons aussi une compréhension plus profonde des interactions complexes des processus dynamiques, radiatifs et photochimiques qui gouvernent l'atmosphère, donc de meilleurs outils pour prévoir sa réaction à d'autres éventuelles perturbations.

La couche d'ozone a­t­elle beaucoup changé depuis 1987?

La carte du haut montre les abondances moyennes de l'ozone au­dessus du Canada pour la période de janvier à juin 1987, et celle du milieu la même information pour la même période de 1997. Les différences en pourcentage entre les deux périodes sont portées sur la carte du bas, qui révèle des baisses variant de 3 % dans le sud du Canada à environ 4 % sur les Prairies et jusqu'à 12 % dans le haut­Arctique. Bien que ces variations concordent avec les tendances décennales, si l'on comparait d'autres années, comme 1985 et 1995, on obtiendrait des résultats différents. Les cartes ont été réalisées à partir de mesures au sol et par satellite.

Quand pourrait­on détecter le rétablissement de la couche d'ozone?

On voit ici l'enregistrement de l'ozone total mondial pour la période de 1964 à 1996 et deux projections basées sur des scénarios différents. La branche (a), qui représente le meilleur cas, postule que le Protocole de Montréal et ses amendements seront pleinement mis en oeuvre et que les concentrations de chlore et de brome baisseront conformément aux projections de l'évaluation du PNUE de 1994. Elle suppose aussi que l'appauvrissement n'est dû qu'aux substances destructrices de l'ozone. La branche (b) repose sur l'hypothèse que les concentrations de toutes ces substances restent à leurs niveaux de 1997.

Bien que ces projections soient relativement grossières, elles montrent qu'il s'écoulera plusieurs années avant que l'on puisse détecter le début du rétablissement et plusieurs autres avant qu'on en mesure l'ampleur. Le rétablissement réel se situera probablement entre les deux cas présentés, parce que le Protocole pourra ne pas être totalement respecté par toutes les Parties et que l'appauvrissement peut être lié à d'autres substances ou facteurs dont on ne connaît pas encore le rôle.

Le graphique est tiré d'un modèle statistique très simple d'appauvrissement induit par le chlore et dépendant de la saison, modifié par l'ajout de bruit aléatoire et des cycles solaire et quasi biennal de l'ozone.

Résumé

La recherche sur l'évolution de la couche d'ozone : perspective canadienne

Le dixième anniversaire de la signature, en 1987, du Protocole de Montréal mérite vraiment d'être souligné; en effet, le Protocole a été le point de départ d'un fructueux effort de la communauté internationale pour limiter et réduire considérablement les émissions atmosphériques de substances destructrices de l'ozone. On s'est attaqué à une grave menace pour l'environnement mondial et les mesures appropriées ont été prises. Ce rapport présente un bref survol de l'état de la science de l'ozone en 1997, dix ans après la signature du Protocole. Compilé par des scientifiques canadiens, ce document puise dans des recherches tant canadiennes qu'étrangères pour résumer notre compréhension actuelle de l'appauvrissement de l'ozone et de ses effets. Il met aussi en lumière les résultats des recherches canadiennes et, le cas échéant, les données, ainsi que les points d'intérêt particulier pour le Canada, comme l'appauvrissement de l'ozone dans l'Arctique et les impacts des changements du rayonnement UV sur les écosystèmes forestiers et dulçaquicoles.

DISTRIBUTION DE L'OZONE ET DES SUBSTANCES QUI APPAUVRISSENT L'OZONE DANS L'ATMOSPHÈRE ET CHANGEMENTS OBSERVÉS

Les principales caractéristiques de la climatologie de l'ozone total ont été découvertes avant 1930 par G.M.B. Dobson. Il s'agissait de sa dépendance à la latitude et à la saison, et des changements quotidiens liés aux conditions météorologiques. Grâce à l'utilisation de nombreuses techniques modernes, on dispose maintenant d'une climatologie plus complète, s'étendant du sol à tous les niveaux de la stratosphère. On peut ainsi mesurer la distribution de l'ozone avec l'altitude, ainsi que la quantité d'ozone total, à partir du sol et de diverses plates­formes, comme des ballons, des aéronefs, des fusées et des satellites. Le grave appauvrissement qui se produit au printemps dans l'Antarctique, le « trou d'ozone », a été découvert en 1985; quelques années plus tard, on constatait un appauvrissement aux latitudes moyennes. Ces dernières années, on a noté une perte significative et croissante au printemps dans l'Arctique. Il y a déjà quelques décennies que l'on mesure les concentrations atmosphériques des substances qui appauvrissent l'ozone, et l'on y détecte maintenant des indices probants de l'effet du Protocole de Montréal.

• Le Canada a commencé à faire des mesures de l'ozone total à cinq stations au début des années 60; depuis 1992, il a douze stations au sol d'observation de l'ozone, équipées de spectrophotomètres Brewer. Les données sur l'ozone total sont utilisées dans les études des tendances, les prévisions d'ozone et de rayonnement UV, et pour la caractérisation et l'étalonnage des mesures satellitaires.
• Le réseau canadien d'ozonosondage a été créé au milieu des années 60, avec quatre stations. À l'heure actuelle, des sondes sont lâchées au moins une fois par semaine à six endroits. Toutes les données des sondages et des mesures au sol sont disponibles auprès du Centre de données mondiales sur l'ozone et sur le rayonnement ultraviolet, qu'exploite le Canada pour l'OMM.
• L'Observatoire de l'ozone stratosphérique d'Eureka (80° N, 86° W), qui fait partie du Réseau OMM/PNUE pour la détection de changements stratosphériques (NDSC), a ouvert ses portes en 1992. On y trouve des lidars de mesure de l'ozone et des aérosols, des spectromètres à transformée de Fourier et d'autres spectromètres destinés à mesurer la composition de la stratosphère. L'Institut de science terrestre et spatiale (ISTS) de l'Ontario, ainsi que la Meteorological Agency and Communications Research Laboratory du Japon collaborent avec Environnement Canada dans la réalisation de ces expériences.
• Les valeurs moyennes annuelles de l'ozone aux stations canadiennes ont baissé d'environ 6 % par rapport aux moyennes d'avant 1980. La baisse atteint son maximum au printemps et son minimum à l'automne. Les mesures des sondes montrent que la plus grande partie de la perte survient dans la basse stratosphère.
• Les sondages effectués au­dessus du Canada ont révélé que l'air de la troposphère libre (c.­à­d. non polluée) a subi au cours des 15 dernières années une perte d'ozone semblable à celle de la stratosphère. Cependant, les sondages européens ont mis en évidence quelques hausses au cours des années 80.
• En 1993, les valeurs de l'ozone ont atteint un plancher absolu sur le sud du Canada et aux latitudes moyennes en général. Cette baisse, imputée aux effets de l'éruption du mont Pinatubo en 1991, est survenue dans la basse stratosphère et, du moins au Canada, dans toute la troposphère.
• Les mesures au sol et par ballon effectuées dans l'Arctique canadien à l'observatoire d'Eureka du NDSC, à Resolute et à Alert, de même que les mesures satellitaires, montrent qu'un fort appauvrissement s'est produit dans les dernières années, surtout au printemps de 1997. Cependant, les plus basses valeurs d'ozone relevées dans l'Arctique restent bien supérieures à celles de l'Antarctique.
• La prévision quotidienne du champ d'ozone total sur le Canada, effectuée au Centre météorologique canadien, repose sur les mesures de l'ozone total faites par les douze spectrophotomètres Brewer canadiens et sur les sorties du modèle de prévision météorologique numérique. Cette prévision, basée sur des relations statistiques, a une marge d'erreur très faible.
• Les mesures montrent que les concentrations atmosphériques de CFC­11 à Alert et Point Barrow ont commencé à baisser et que l'accroissement du CFC­12 a considérablement ralenti.

INFLUENCE DES PROCESSUS DYNAMIQUES SUR L'ABONDANCE DE L'OZONE

Le transport de l'ozone par la circulation de Brewer-Dobson depuis sa principale région source dans la mi­stratosphère équatoriale vers les régions de grande abondance, dans la basse stratosphère des latitudes moyennes et élevées, est un facteur déterminant pour établir la distribution observée de l'ozone. La hauteur de la tropopause a aussi une grande influence sur la quantité d'ozone total, puisque la troposphère est pauvre en ozone, alors que la stratosphère en est relativement riche. Ce sont là des processus dynamiques qui régissent directement l'ozone. Différentes échelles de mélange influent sur les concentrations de l'ozone et d'autres constituants, et la modélisation des réactions chimiques peut manquer de précision si la résolution spatiale du modèle n'est pas assez fine pour rendre les effets aux échelles plus petites.

La dynamique gouverne indirectement la chimie de l'ozone en entraînant des changements de la température, paramètre qui influe sur la vitesse de la plupart des réactions chimiques (à divers degrés selon la réaction). Des éléments particulièrement importants sont l'effet de la température sur la formation des nuages stratosphériques polaires, ainsi que l'accroissement de la concentration de chlore et de la destruction de l'ozone que ceux­ci induisent. La compréhension de la dynamique de l'atmosphère a évolué grâce aux progrès de la modélisation numérique et à des mesures de plus en plus détaillées de l'ozone et d'autres composants traces, mais il demeure un certain nombre de problèmes.

• La structure spatiale de la tropopause influe directement sur l'abondance totale de l'ozone et sa distribution en latitude, mais notre compréhension de la manière dont cette structure s'établit est essentiellement qualitative, et notre capacité à caractériser, et à plus forte raison à prévoir, sa variabilité interannuelle et ses tendances est extrêmement limitée.
• Bien que nous ayons une compréhension de base de la circulation de Brewer-Dobson et de son cycle saisonnier, la théorie présente encore de sérieuses lacunes, surtout pour la région tropicale. La circulation de Brewer-Dobson a de fortes chances de présenter une variabilité interannuelle et des tendances d'échelle décennale associées à la variabilité correspondante des mécanismes qui la gouvernent. Cette variabilité impose de graves limites à notre capacité de prédiction.
• Il a récemment été mis en évidence que les caractéristiques du transport et du mélange ne sont pas les mêmes sous les tropiques qu'aux latitudes moyennes. En première approximation, le régime stratosphérique tropical se compose d'une remontée systématique à grande échelle modifiée par le mélange à travers une barrière au transport subtropicale perméable. Il n'est pas encore possible d'en effectuer une caractérisation adéquate, du fait de la difficulté à déterminer la vitesse de remontée et de l'absence actuelle de mesures précises du vent en zone tropicale.
• La partie inférieure de la stratosphère tropicale s'est révélée une région particulièrement complexe de l'atmosphère, qui joue un rôle critique dans la détermination de la structure planétaire du transport et du mélange stratosphériques; cependant, elle reste encore très mal connue. Par exemple, la plupart des modèles conceptuels actuels laissent complètement de côté l'effet de fortes asymétries zonales, comme la circulation de mousson.
• On comprend maintenant bien pourquoi l'appauvrissement hivernal polaire de l'ozone est moindre et plus variable d'une année à l'autre dans l'Arctique que dans l'Antarctique. L'évaluation quantitative est limitée par les incertitudes qui pèsent sur la cause et l'ampleur de la descente polaire (gouvernant les températures au pôle) et sur notre compréhension de la résistance d'onde planétaire.
• Il a été montré récemment que la simulation de l'ampleur de la perte d'ozone pendant l'hiver arctique est très sensible à une représentation adéquate de structures à petite échelle dans les champs chimiques. Des considérations similaires valent probablement aux latitudes moyennes et sont un des grands défis de la modélisation quantitative.
• Les couches présentes dans les profils d'ozonosondages ont clairement été liées à des processus de filamentation associés au déferlement des ondes planétaires en bordure du vortex polaire. Les durées de vie dynamiques de ces filaments ou couches est estimées à au moins deux semaines, ce qui se compare aux durées de vie chimiques estimatives des filaments d'ozone aux latitudes moyennes.

CHIMIE DE L'OZONE : SIMULATION ET APPAUVRISSEMENT

La presque totalité de l'ozone stratosphérique se forme lorsque le rayonnement solaire agit sur les molécules d'oxygène diatomique normales, surtout à des altitudes supérieures à environ 25 km et sous les tropiques. L'ozone est aussi produit par des réactions mettant en jeu des composés organiques volatils (COV) et des oxydes d'azote, mais ces processus n'ont une grande importance que dans la troposphère. On pensait autrefois que la réaction de l'oxygène atomique avec l'ozone était le seul mécanisme de perte d'ozone dans la stratosphère. Cependant, divers gaz naturels et anthropiques de longue durée de vie, comme le N₂O, les CFC, les halons, le bromométhane et le chlorométhane sont dissociés dans la stratosphère en produits qui sont des destructeurs catalytiques efficaces des molécules d'ozone. Les radicaux réactifs incluent NO et NO₂, Cl et ClO, OH et HO₂, ainsi que Br et BrO. Leurs concentrations sont limitées par l'existence d'espèces réservoirs, comme HNO₃, ClONO₂ et HCl, qui peuvent se dissocier, mais pas nécessairement rapidement, pour redonner les agents réactifs. Ce sont les concentrations relatives des molécules réactives et des espèces réservoirs non destructrices de l'ozone qui déterminent l'efficacité de la destruction de ce gaz. Elles sont fortement régies par les nuages stratosphériques polaires (PSC), qui facilitent la conversion des espèces réservoirs en halogènes réactifs comme le font, à un moindre degré, les aérosols soufrés aux latitudes moyennes. La représentation adéquate des propriétés et du comportement des PSC et des aérosols soufrés est donc un élément crucial des modèles de simulation. Les types de modèles utilisés varient de modèles de la boîte uniquement chimiques de dimension zéro à des modèles modifiés de la circulation atmosphérique générale et de prévision numérique du temps(MCAG et PNT), qui comportent une photochimie interactive de l'ozone. Ces modèles constituent des outils pour diagnostiquer les processus en jeu dans l'atmosphère, et peuvent servir à faire des prédictions, dans la mesure où ils sont validés et que leurs caractéristiques concordent avec les propriétés connues de l'atmosphère.

• Les progrès des techniques et du matériel informatique réalisés depuis une dizaine d'années ont permis de recourir à des ensembles de réactions chimiques que l'on ne pouvait auparavant traiter que dans des modèles de la boîte ou unidimensionnels à l'intérieur de modèles à plus grand nombre de dimensions.
• Dans les modèles tridimensionnels de transport chimique (MTC), les constituants chimiques sont transportés par les vents générés dans les modèles MCAG et PNT, et il n'y a pas de rétroaction de la composition chimique sur la dynamique. Plusieurs MCAG sophistiqués, dont le modèle canadien de l'atmosphère moyenne (MCAM), intègrent maintenant la chimie de manière interactive, de sorte qu'ils comportent la rétroaction de la chimie sur la dynamique.
• Les modèles de PNT, semblables aux MCAG mais de résolution plus fine, peuvent maintenant inclure une chimie interactive. Le modèle canadien de PNT (modèle spectral aux éléments finis, ou SEF) inclut actuellement la chimie en phase gazeuse et on est en train d'y ajouter les réactions hétérogènes. Le SEF, avec l'addition des nouvelles méthodes d'assimilation des données qui sont élaborées pour les composants chimiques, est l'outil idéal pour simuler la stratosphère de l'Arctique au printemps.
• Les modèles actuels reproduisent bien le comportement de l'ozone atmosphérique, mais les vitesses de la perte en haute stratosphère y sont surestimées. En outre, on n'a pas encore résolu les écarts entre les valeurs modélisées et observées du rapport du chlore actif au chlore des réservoirs.
• La plupart des modèles actuels sous­estiment la perte d'ozone en basse stratosphère, qui est le principal élément du changement dans l'ozone total. Certains des modèles qui donnent des simulations raisonnables de la perte d'ozone total observée ne reproduisent pas le profil vertical de manière satisfaisante.
• L'éruption du mont Pinatubo a fourni une occasion unique d'étudier le rôle des aérosols soufrés dans la chimie de l'ozone. On pense que les effets thermiques de la hausse des concentrations d'aérosols ont pu modifier les régimes de transport de manière à augmenter la destruction de l'ozone et que la conversion de N₂O₅ en HNO₃ sur la surface des aérosols a perturbé la chimie et accru la destruction par les halogènes.
• La simulation de l'appauvrissement printanier dans l'Antarctique par les modèles actuels semble satisfaisante et est relativement insensible aux détails de la chimie de conversion hétérogène; cette insensibilité est liée au fait que la perte d'ozone est presque totale dans des régions considérables de la stratosphère.
• La simulation de l'appauvrissement printanier dans l'Arctique est moins satisfaisante, la perte calculée atteignant environ 60 % de la valeur observée selon une récente simulation. L'écart est peut­être dû à l'incapacité du modèle à rendre les effets de mélange à petite échelle. Les températures hivernales de la stratosphère utilisées dans ces simulations peuvent présenter une erreur de faible valeur, mais néanmoins significative pour la formation des PSC.
• Les émissions d'oxydes d'azote (NO_x) et d'eau des avions circulant dans la stratosphère et la haute troposphère peuvent modifier la chimie de ces régions. Les deux ont tendance à faire augmenter les occurrences de PSC et donc à renforcer la destruction de l'ozone. Les NO_x en eux­mêmes peuvent accroître tant la vitesse de perte que la production d'ozone, et, pour bien estimer ces processus antagonistes, il faut caractériser le transport entre la stratosphère et la troposphère, et au sein de ces deux régions, avec une précision encore impossible à atteindre.
• L'augmentation de rayonnement UVB (290-315 nm) dans la troposphère qui résulte de l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique pourrait y faire monter les concentrations de OH, entraînant une accélération de l'élimination de plusieurs gaz à effet de serre, comme le méthane, le CO et les CFC. Les effets de la hausse des niveaux d'UVB sur l'ozone troposphérique sont complexes et incertains. Les concentrations d'ozone pourraient monter dans les régions peuplées, où les concentrations de COV et de NO_x sont plus fortes, et baisser dans l'air moins pollué.
• Le refroidissement de la stratosphère associé au réchauffement planétaire pourrait induire la formation d'un plus grand nombre de PSC, et le rétablissement de l'ozone prévu du fait d'un déclin des halogènes stratosphériques se trouverait freiné. On a douté des indications de tendances à la baisse des températures de la stratosphère, mais, au cours des derniers hivers de l'Arctique, les valeurs de l'ozone et ces températures ont été particulièrement basses. La perte d'ozone en soi a pu faire accentuer ces basses températures et retarder la rupture du vortex.
• Des facteurs importants ne sont pas encore traités efficacement dans la modélisation de l'atmosphère; ce sont : les ondes de gravité et leur effet sur la circulation de l'atmosphère moyenne, les processus détaillés du transport dans la haute troposphère et la basse stratosphère, les processus microphysiques des aérosols en jeu dans la chimie hétérogène tant dans la troposphère que dans la stratosphère, et les effets des aérosols sur le climat via le rayonnement et la formation de nuages.
• On pense que, à mesure que baissera l'abondance du chlore stratosphérique dans les dix prochaines années, les quantités d'ozone commenceront à remonter peu après, bien que lentement. Il est donc impératif de poursuivre les activités de surveillance pour déterminer si la situation se déroule bien selon ce scénario.

INFLUENCE DE L'OZONE ET D'AUTRES FACTEURS SUR LE RAYONNEMENT À LA SURFACE

L'importance de l'ozone atmosphérique tient à ce qu'il interagit tant avec le rayonnement solaire qu'avec le rayonnement thermique émis par la surface de la Terre et l'atmosphère. Il fait écran entre la surface et les UV solaires, qui sinon seraient dangereux pour les organismes vivants, cause un réchauffement dans la stratosphère et joue un rôle de gaz à effet de serre. En raison de l'appauvrissement de l'ozone survenu depuis une vingtaine d'années, le rayonnement UVB atteint le sol en plus grande quantité qu'il ne le ferait normalement. L'importance de cet accroissement, ainsi que la variabilité du rayonnement UV au niveau du sol et les causes de celle­ci, sont actuellement l'objet de recherches, puisqu'il faut connaître ces deux facteurs pour estimer les effets biologiques de l'appauvrissement de l'ozone. Les effets des UV sur l'homme sont largement gouvernés par le comportement de celui­ci, et des programmes de sensibilisation peuvent aider la population à éviter de trop s'exposer. Les substances destructrices de l'ozone sont aussi des gaz à effet de serre, et leur présence dans l'atmosphère, comme les récents changements dans l'ozone stratosphérique, influent sur le réchauffement planétaire.

• Les changements montrés par les UV sont généralement exprimés sous la forme de tendances des moyennes mensuelles ou saisonnières, mais certains effets biologiques peuvent dépendre de valeurs de pointe à des stades critiques du cycle biologique plus que de l'exposition totale. En outre, lorsqu'il s'agit d'effets biologiques plus complexes que le rougissement de la peau, il peut être délicat de représenter l'efficacité du rayonnement UV par de simples intégrales pondérées du spectre d'action.
• Un enregistrement d'environ 100 années-stations de données sur l'irradiation UV est disponible au Centre de données mondiales sur l'ozone et sur le rayonnement ultraviolet (WOUDC). La plupart des stations ont recueilli les données pendant plus de cinq ans.
• La dépendance à l'ozone de l'irradiation UV par ciel clair est bien établie. Lorsque le ciel est couvert, l'irradiation dans la plage de 300 à 325 nm est réduite à peu près dans les mêmes proportions à toutes les longueurs d'onde, dans la mesure où la transmission est supérieure à environ 15 %. Par conséquent, on peut facilement déduire du spectre la quantité d'ozone. La précision d'une des techniques élaborées à cette fin est de 3 % pour les moyennes quotidiennes de l'ozone total.
• Par ciel fortement couvert, le spectre transmis porte la signature d'une plus grande quantité d'ozone. Cela concorde avec l'accroissement de l'absorption de l'ozone dans les nuages par la diffusion multiple. Des quantités apparentes d'ozone pouvant atteindre 1000 dobsons ont été observées lorsque la transmission est réduite à environ 10 %.
• Le dioxyde de soufre absorbe fortement dans l'ultraviolet-B. On constate de fortes absorptions par le SO₂ dans le spectre d'irradiation UV de Kagoshima, au Japon. Cette situation est due au panache du Sakurajima, un volcan situé à proximité. L'absorption par le SO₂ liée au panache peut par moments réduire l'Indice UV de 25 %. Cependant, sur la totalité de l'année, la réduction moyenne n'est que de 1 à 2 %. Aucune autre station du WOUDC ne montre d'absorption significative par le SO₂.
• On a étudié l'effet de la réflectance du sol sur le rayonnement UV à plusieurs sites du Canada, en comparant des données recueillies avec et sans neige sur le sol. On a constaté que le renforcement dû au manteau nival variait de 8 % à Halifax jusqu'à 39 % à Resolute. L'ampleur de la plage des résultats est liée à la différence du relief autour des stations.
• Une série de onze ans de données d'irradiation spectrale accumulée pendant l'été a été dérivée des mesures d'irradiation spectrale effectuées à Toronto depuis 1986. L'irradiation à 324 nm montre une faible tendance à la baisse, alors qu'à 300 nm, on remarque une tendance à la hausse d'environ 1 % par an. Le rapport de l'irradiation à 300 nm à celle à 324 nm suit de près les valeurs estivales moyennes de l'ozone. Il se pourrait donc que la cause principale de la tendance à la hausse à 300 nm soit la perte d'ozone.
• Des progrès considérables ont été réalisés dans la simulation de l'irradiation UV à partir de variables atmosphériques connexes et de mesures satellitaires. Ces développements pourrait être utiles pour étendre la climatologie actuelle des UV et la reconstruction de la climatologie passée.
• Le rayonnement thermique descendant renvoyé à la surface de la Terre par l'ozone et plusieurs gaz destructeurs d'ozone a été mesuré dans le sud du Canada. Les résultats confirment que les substances destructrices de l'ozone jouent un rôle considérable dans le réchauffement planétaire.
• Le Canada a lancé en 1992 le programme Indice UV, qui effectue chaque jour des prévisions du rayonnement UV et vise à aider la population à se protéger d'une exposition excessive. Des programmes similaires sont maintenant en place dans plusieurs autres pays. Le programme Info­Ozone, lui aussi mis en place en 1992, fournit aux Canadiens des informations hebdomadaires sur la couche d'ozone.

EFFETS DES UVB

L'accroissement de la quantité d'UVB qui atteignent la surface de la Terre a, à juste titre, accentué les préoccupations quant à l'impact de ceux­ci sur la santé humaine, puisqu'il est bien connu que ces rayonnements causent divers types de cancers, des troubles oculaires et d'autres problèmes. Malgré la gravité des risques pour la santé humaine, de nombreux aspects de l'épidémiologie et de la pathologie de l'exposition aux UVB sont relativement bien compris; cependant, la situation est plus complexe pour ce qui est des autres espèces vivantes. Les écosystèmes et les biomes se sont adaptés, au fil de longues périodes, à une plage particulière des UVB, et tout changement à cet égard doit a priori agir sur leur stabilité, leur répartition géographique et éventuellement leur survie. Que les changements entraînés par une augmentation des UVB incidents soient profonds ou subtils, mineurs ou considérables, bénéfiques ou sans conséquences, la situation dépend de nombreux facteurs, dont la plupart sont mal compris. Il est donc impérieux de mesurer, surveiller et comprendre les effets d'une irradiation accrue aux UVB sur les communautés biologiques pour pouvoir prédire les impacts qui prendront place dans les 30 à 40 prochaines années et en gérer les conséquences.

Santé humaine

Au Canada, la plus grande partie des recherches sur les UVB a concerné les cancers cutanés et les dommages aux yeux, mais très peu d'efforts ont été consacrés à des études de l'immunosuppression et des maladies infectieuses.

• De récentes recherches canadiennes et australiennes ont montré que les personnes ayant des occupations socio-économiques plus basses se déroulant beaucoup à l'extérieur présentent un risque moindre de mélanome malin et d'épithélioma basocellulaire que celles occupant des emplois professionnels, administratifs et techniques se déroulant à l'intérieur, ne s'exposant au soleil que de façon intermittente.
• L'épithélioma spinocellulaire semble lié à l'exposition cumulative.
• Les naevus acquis (non congénitaux) sont un indice de risque élevé de mélanome malin. Des chercheurs australiens et canadiens ont mis en évidence une relation directe entre la densité des naevus et l'exposition aux UV solaires. En général, le risque de mélanome augmente avec la densité des naevus.
• Les personnes à la peau claire, aux cheveux roux et qui ont tendance à brûler au soleil risquent davantage l'épithélioma basocellulaire et l'épithélioma spinocellulaire.
• Le rayonnement UV peut déprimer l'immunoréaction, ce qui accroît le risque de cancer cutané et d'infections virales et bactériennes (dont la réactivation des lésions de la variole et de l'herpès).
• Les problèmes oculaires aigus, à long terme et chroniques peuvent devenir plus prévalents avec l'augmentation de l'exposition aux UV.
• Les principales mesures prophylactiques sont : éviter l'exposition au soleil, utiliser des écrans solaires et porter des lunettes protégeant contre les UV.
  

Les modifications de l'irradiation UV peuvent toucher la production primaire dans tous les écosystèmes, terrestres et aquatiques, naturels, aménagés ou exploités, et y avoir une cascade d'effets. La compréhension actuelle de ces processus ne permet pas de prévoir ces impacts avec une confiance raisonnable.

Il y a eu peu de recherches systématiques sur l'impact de niveaux accrus d'UVB sur la faune et la flore du Canada. Quelques études concernant certaines espèces agricoles et forestières commerciales donnent un aperçu limité du problème, mais il est difficile de les extrapoler pour en déduire l'impact sur des écosystèmes entiers.

Il est important d'évaluer les effets d'une augmentation chronique de l'irradiation menant à des doses cumulatives, ainsi que des épisodes de valeurs de pointe qui peuvent survenir à des stades critiques du cycle biologique. En outre, l'influence de l'appauvrissement de l'ozone doit être examiné en conjonction avec les effets d'autres stress comme le réchauffement planétaire, l'acidification et la présence de substances chimiques toxiques; il est donc essentiel que les études sur les impacts des UVB soient intégrées aux programmes actuels de recherche, de surveillance et d'évaluation écologiques.

Agriculture

• Le rayonnement ultraviolet endommage l'ADN, les membranes des cellules et des organites (p. ex. les chloroplastes). Les plantes ont la capacité de réparer l'ADN endommagé, et certaines peuvent se protéger en synthétisant des pigments qui absorbent les UV et en modifiant des enzymes clés du métabolisme. Les problèmes surviennent lorsque la dose de rayonnement reçue cause des dommages dépassant la capacité de réparation et de protection de la plante.
• Les dommages aux cultures se manifestent par la diminution du rendement, la réduction de la fertilité et la baisse de la production de graines et de fruits, une chute de la qualité commerciale, et des effets environnementaux tels que la modification des coexistences culture-mauvaises herbes et des mélanges de variétés de pâturage.
• Bien qu'il soit problématique d'extrapoler des environnements contrôlés aux conditions en champ, les recherches concordent pour montrer que les diverses variétés ont des sensibilités aux UVB diverses, ce qu'on peut mesurer par les changements de la photosynthèse, de la croissance, du rendement et de la reproduction. La plupart des espèces cultivées au Canada ont des sensibilités basses ou intermédiaires à des hausses modérées du rayonnement UVB. Les impacts sur les fourrages et les légumes sont variables. Sur plus d'une centaine de variétés de 12 grandes espèces commerciales, 40 % sont restées insensibles à une augmentation des UVB correspondant à un appauvrissement de 20 % de la couche d'ozone, et 60 % ont été touchées à des degrés divers. Pour le soja, la tomate et le canola, on peut s'attendre à des pertes qui pourraient totaliser des centaines de millions de dollars par an. Le maïs ne semble pas vulnérable aux hausses prévues des UVB.
• Les UVB peuvent accélérer la décomposition de la paille, ce qui pourrait être avantageux dans les milieux arides et dans les conditions de travail réduit du sol.

Forêts

• Bien que les forêts aient une grande importance économique, sociale et naturelle, on connaît peu leur susceptibilité à une hausse du rayonnement UVB.
• Les arbres, dont la durée de vie est longue, seront exposés à un niveau accru d'UVB pendant des dizaines d'années. On a déjà signalé des effets à court terme, et l'on a des indices d'impacts cumulatifs chroniques. Il serait bon de mener des expériences pluriennales sur des espèces de grande longévité.
• Les rayons UV semblent avoir moins d'impact sur les espèces indigènes de régions situées en altitude et adaptées à une plus grande irradiation.
• Les impacts du rayonnement UV accru doivent être examinés en conjonction avec les effets d'autres stress comme le changement climatique et l'acidification. Des études des effets interactifs des UVB et de l'enrichissement en CO₂ sur la croissance et la physiologie des semis de conifères laissent penser que la croissance de ces semis et leur capacité de concurrence seront altérées dans le nouveau milieu.
• La seule étude sur le terrain effectuée jusqu'ici en Amérique du Nord quant aux effets des UVB sur les arbres attribuait à des niveaux accrus d'UVB l'échaudage des aiguilles du pin blanc en Ontario et dans l'Ohio. Des recherches récentes ont aussi montré que la composition chimique de la cire épicuticulaire de certains conifères est affectée par le rayonnement UVB d'une manière qui inhibe la photosynthèse.
• La période de 50 ans d'appauvrissement marqué de l'ozone pourrait affecter la productivité des forêts canadiennes; les conséquences pourraient en être d'une portée considérable, bien que pas encore visibles.

Écosystèmes des eaux douces et des milieux humides

• Les écosystèmes dulçaquicoles peu profonds sont particulièrement vulnérables à l'accroissement du rayonnement UV incident, et montrent des changements de la productivité primaire, du cycle des substances nutritives et de la structure des communautés, ainsi qu'une modification du transport et de la spéciation des substances chimiques toxiques dans la chaîne alimentaire.
• La pénétration des UV dans les eaux de surface est atténuée par la présence de carbone organique dissous (COD), et les changements dans les niveaux de COD ont plus d'impact sur la vulnérabilité des eaux douces aux UV que les changements dans l'ozone stratosphérique. Dans les lacs boréaux, où le réchauffement planétaire et l'acidification de l'eau ont entraîné une baisse marquée du COD, la pénétration des UVB dans la colonne d'eau s'est accrue de 22 à 60 %.
• Même aux niveaux ambiants actuels, les UVB empêchent certaines espèces de zooplancton de fréquenter leur endroit préféré de la colonne d'eau.
• En conditions expérimentales, les niveaux accrus de rayons UV ont fait baisser la production d'algues, mais affecté proportionnellement davantage le zooplancton se nourrissant de ces algues. La biomasse d'algues accumulée a donc augmenté, malgré la réduction de la production primaire. Un maillon crucial de la chaîne alimentaire ayant été affaibli, une production moindre a été transmise aux niveaux trophiques plus élevés. Les conséquences de cette situation pour les écosystèmes aquatiques sont préoccupantes.
• On s'est inquiété des synergies entre les UVB, le changement climatique, l'acidification des lacs, les infections fongiques et les substances chimiques qui pourraient affecter les amphibiens. Cependant, les amphibiens de l'Ontario ne semblent pas avoir été affectés par les niveaux actuels de rayonnement, malgré l'apparente vulnérabilité des oeufs et des larves.

Écosystèmes marins

• On a mis en évidence des impacts directs des UVB sur les processus microbiens et sur les niveaux trophiques supérieurs, mais les effets cumulatifs de l'appauvrissement de l'ozone sur les écosystèmes marins ne peuvent pas encore être prévus. Parmi les réponses possibles figurent la composition en espèces des communautés, des décalages des réseaux trophiques (influant sur les pêches) et d'éventuels changements climatiques.
• La hausse des niveaux d'UVB pourrait modifier la croissance, la survie et les activités biogéochimiques de nombre de microbes, de plantes et d'animaux marins. Les dommages à l'ADN influent directement sur la survie, mais les UVB peuvent aussi jouer sur l'orientation (et donc les déplacements verticaux) du phytoplancton, le métabolisme de l'azote, la photosynthèse, la mortalité des larves et divers processus allant de l'infection virale au succès d'éclosion des oeufs de poisson.
• La sensibilité des processus physiologiques aux UVB solaires exige une fonction de pondération biologique (dite aussi spectre des effets biologiques) pour quantifier l'irradiance efficace. Il faut déterminer les spectres pour un plus grand nombre de fonctions biologiques et faire des estimations de leurs plages de variation pour chaque processus, qui semblent hautement variables d'une espèce à l'autre.
• On a détecté les effets biologiques des UVB jusqu'à plusieurs dizaines de mètres dans la colonne d'eau, et en particulier l'inhibition de la photosynthèse à court terme dans le phytoplancton de l'Antarctique. À mesure que les recherches se poursuivent, on voit converger les estimations quantitatives de l'inhibition de la photosynthèse par le rayonnement UV.
• Certains dinoflagellés toxiques présentent des mécanismes de photoprotection contre les UV qui pourraient leur donner un avantage compétitif susceptible d'entraîner une prédominance accrue des algues toxiques ou nuisibles.
• La hausse des niveaux d'UVB pourrait favoriser les espèces de phytoplancton qui produisent du sulfure de diméthyle, un gaz participant à la formation des nuages, et donc contribuer au changement climatique.
• Pour interpréter les effets des UV dans les eaux canadiennes, il faudra établir les différences fondamentales entre l'Antarctique et les eaux de l'hémisphère Nord, dont l'Arctique. Des recherches de base sur les écosystèmes marins du Canada sont donc essentielles.

Matériaux

Le rayonnement UV a des effets nocifs significatifs sur nombre des matériaux utilisés à l'extérieur. Toute augmentation des UV qui touchent la surface de la Terre entraînera une dégradation de l'infrastructure et, donc, des coûts élevés de réparation et de remplacement.

• Des recherches canadiennes avaient examiné les effets des UV sur les polymères, le bois et le papier, les matériaux de construction, les peintures et revêtements, ainsi que les textiles et les vêtements, mais on ciblait davantage l'évaluation de la résistance au rayonnement des matériaux utilisés dans l'espace et des tissus pour vêtements.
• Les rayons UVB endommagent les polymères synthétiques et d'autres matériaux, mais on n'en comprend pas encore bien les mécanismes au niveau moléculaire, et la combinaison des impacts des rayonnements de courte et de grande longueur d'onde avec d'autres variables environnementales complique encore la situation.
• La couleur des produits de pâte et papier blanchi issus de procédés peu coûteux est altérée par le rayonnement UV. Des chercheurs canadiens ont fait de grands progrès dans la compréhension de ce phénomène. La capacité de réduire cette altération de la couleur pourrait entraîner une grande expansion du marché pour cette catégorie de produits.
• Les matériaux de construction non plastiques, comme les revêtements d'étanchéité et les produits de scellement pour l'extérieur sont actuellement l'objet de recherches quant à leur résistance aux UV, mais pas précisément dans le contexte d'une irradiation accrue liée à l'ozone.