Le cycle diurne de l'ozone dans la troposphère

Si le cycle diurne de l'ozone dans la basse atmosphère, lié aux sources de pollution, est bien connu, il n'en est pas de même au-dessus, dans la troposphère dite libre. Pour la première fois, une équipe constituée de chercheurs issus du Laboratoire d'aérologie (LA/OMP, CNRS / UPS), de l'Observatoire Midi-Pyrénées (OMP, UPS / CNRS / IRD / CNES / Météo-France), du Cooperative institute for research in environmental sciences (Colorado) et du NOAA earth system research laboratory (Colorado) a pu mesurer ce cycle sur l'ensemble de la troposphère au-dessus de Francfort, en agrégeant des données obtenues par le programme IAGOS (In-service aircraft for a global observing system). Il s'avère que le cycle diurne de l'ozone dans la troposphère est nettement plus faible en altitude que près du sol.


L'ozone présente un fort cycle diurne dans les basses couches de l'atmosphère. Celui-ci est lié aux sources dans la journée et aux processus de destruction durant la nuit, ces derniers étant principalement dus au monoxyde d'azote (NO) nocturne et au dépôt sec.

Au-dessus, dans la troposphère libre, le cycle diurne de l'ozone est supposé être faible ou inexistant, en raison de taux de production chimique plus faibles (du fait de sources photochimiques moins réactives et de l'absence de certains puits) que dans la couche limite et de l'absence de dépôt. Pourtant, l'oxydation de précurseurs de l'ozone transportés dans la troposphère libre, la production d'oxydes d'azote par les éclairs, de même que les échanges avec la stratosphère constituent autant de sources susceptibles de varier suivant l'heure de la journée et donc d'influencer le cycle diurne de l'ozone en altitude. Néanmoins, l'absence de données permettant de décrire ce cycle diurne au-dessus des premiers mille mètres de l'atmosphère n'a pas permis jusqu'à présent de lever cette incertitude.

Afin de combler ce manque en reconstituant le cycle diurne de l'ozone à différentes altitudes dans la troposphère, une équipe du Laboratoire d'aérologie s'est appuyée sur les données du programme IAGOS/MOZAIC (In-service aircraft for a global observing system), en particulier sur celles enregistrées par plusieurs avions de ligne instrumentés atterrissant et décollant quotidiennement de Francfort à différentes heures de la journée. Les chercheurs ont ainsi pu agréger 21 000 profils verticaux des concentrations d'ozone entre 1994 et 2012 (soit 98 par mois en moyenne).

L'analyse de ces profils montre que les variations diurnes de l'ozone sont statistiquement significatives dans une grande partie de la troposphère. Néanmoins, les fortes variations observées dans la couche limite (déjà bien connues) s'estompent rapidement avec l'altitude: elles représentent 10-30% de la moyenne du signal à la surface, mais moins de 4 % au-delà de 2 km.

Les résultats montrent en outre qu'en termes de tendances à moyen terme, le cycle diurne de l'ozone troposphérique a été davantage affecté dans la couche limite qu'en altitude, notamment au travers d'une augmentation des concentrations nocturnes vraisemblablement liée aux réductions d'émission des oxydes d'azote.