Le changement climatique accélère la dégradation du protoxyde d'azote (N2O), un puissant gaz à effet de serre et destructeur d'ozone, dans l'atmosphère. Cette découverte, fruit de deux décennies d'observations satellitaires, introduit une incertitude significative dans les projections climatiques mondiales pour le reste du 21e siècle.
Les données récentes montrent que la durée de vie atmosphérique du N2O diminue de 1,4 % par décennie. Cette évolution, due aux modifications de la circulation et de la température stratosphériques, est comparable aux écarts observés entre les différents scénarios d'émissions utilisés par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).
Points Clés
- Le protoxyde d'azote (N2O) se dégrade plus rapidement en raison du changement climatique.
- Sa durée de vie atmosphérique diminue de 1,4 % par décennie.
- Ce phénomène est comparable aux différences entre les scénarios d'émissions du GIEC.
- Le N2O est le troisième gaz à effet de serre le plus important et le principal destructeur d'ozone d'origine humaine.
- Les modèles climatiques doivent intégrer cette rétroaction pour des prévisions plus précises.
Une dynamique atmosphérique inattendue
Des scientifiques de l'Université de Californie à Irvine ont analysé des observations satellitaires étendues du Microwave Limb Sounder de la NASA. Ces données couvrent une période de vingt ans, de 2004 à 2024. Leurs recherches révèlent une modification du cycle de vie du N2O dans la stratosphère.
Le professeur Michael Prather, co-auteur de l'étude, souligne l'importance de cette découverte. « Le changement dans le cycle de vie du protoxyde d'azote atmosphérique est une pièce critique du puzzle qui a été largement négligée », explique-t-il. Il ajoute que la plupart des recherches se sont concentrées sur la projection des émissions de N2O liées aux activités humaines.
Un fait important
Le protoxyde d'azote (N2O) est le troisième gaz à effet de serre de longue durée le plus important, après le dioxyde de carbone et le méthane. Il est également la principale substance appauvrissant la couche d'ozone produite par les activités humaines.
Les concentrations atmosphériques de N2O ont atteint environ 337 parties par milliard en 2024. Elles augmentent d'environ 3 % par décennie. Comprendre le comportement du N2O est donc essentiel pour les efforts d'atténuation du changement climatique et de protection de l'ozone stratosphérique.
Influence du changement climatique sur la stratosphère
La stratosphère, située entre 10 et 50 kilomètres au-dessus de la surface terrestre, est la couche atmosphérique où le N2O est détruit. Les chercheurs ont constaté que le changement climatique modifie la circulation stratosphérique et la température. Ces modifications accélèrent le transport du N2O vers les régions où il est détruit.
« Ce refroidissement, combiné aux changements dans les modèles de circulation atmosphérique, accélère le transport du N2O vers les régions où il est détruit. C'est une boucle de rétroaction qui ajoute une autre couche de complexité aux projections climatiques. » — Calum Wilson, chercheur à l'UC Irvine.
Un fait intéressant est que si le CO2 réchauffe la surface de la Terre, il refroidit la stratosphère. Ce refroidissement affecte les réactions chimiques qui détruisent le N2O. Il produit également des oxydes d'azote qui appauvrissent la couche d'ozone.
Implications pour les projections climatiques futures
L'étude révèle que la projection de l'abondance atmosphérique de N2O ne dépend pas seulement des émissions provenant de l'agriculture, de l'industrie et des sources naturelles. Elle doit aussi prendre en compte la manière dont le changement climatique affecte le puits stratosphérique où le N2O est détruit.
Actuellement, la durée de vie moyenne du N2O est de 117 ans. Cependant, cette durée diminue d'environ un an et demi par décennie. Extrapolée à l'année 2100, cette modification entraîne des changements dans les niveaux de N2O atmosphérique équivalents à des changements significatifs dans les scénarios d'émissions de gaz à effet de serre du GIEC.
Contexte des scénarios d'émissions
Les Shared Socioeconomic Pathways (SSP) sont des scénarios utilisés par les climatologues pour projeter les futures concentrations de gaz à effet de serre. Ils prennent en compte différentes hypothèses politiques et de développement. L'incertitude introduite par la durée de vie changeante du N2O est comparable à celle observée entre ces différents SSP.
Par exemple, une poursuite de la tendance observée de diminution de la durée de vie réduirait les niveaux de N2O projetés. Cette réduction serait équivalente à un passage d'un scénario à fortes émissions (SSP3-7.0) à un scénario à émissions modérées (SSP1-2.6 ou SSP2-4.5), sans même modifier les émissions réelles.
Le rôle du protoxyde d'azote dans la destruction de l'ozone
Le protoxyde d'azote s'accumule dans la basse atmosphère. Il provient de sources naturelles (sols, océans) et d'activités humaines (agriculture, combustion de combustibles fossiles, processus industriels). Il est ensuite transporté vers la stratosphère tropicale par les modèles de circulation mondiaux.
Dans la stratosphère, le rayonnement ultraviolet et les réactions chimiques le détruisent. La principale voie de destruction, responsable de 90 % de l'éradication du N2O, est la dégradation par la lumière du soleil dans la stratosphère moyenne et supérieure. Les 10 % restants sont détruits par réaction avec des atomes d'oxygène excités.
Au cours de ce processus, certaines molécules de N2O produisent des oxydes d'azote qui catalysent la destruction de l'ozone. Cela fait du N2O la substance appauvrissant la couche d'ozone la plus importante émise par l'homme à l'heure actuelle. C'est d'autant plus vrai après l'élimination progressive des chlorofluorocarbones (CFC) en vertu du Protocole de Montréal.
Prochaines étapes pour les modélisateurs climatiques
Les auteurs de l'étude soulignent que des expériences complètes de modèles chimie-climat sont nécessaires. Elles permettront de quantifier pleinement tous les mécanismes de rétroaction impliqués. Il s'agit notamment de la chaîne complète N2O vers oxydes d'azote, puis ozone, puis photolyse du N2O (dégradation par la lumière du soleil), et enfin la durée de vie du N2O.
- Des études supplémentaires sont nécessaires sur les variations régionales de la circulation stratosphérique.
- Il faut également examiner les interactions avec d'autres changements de composition atmosphérique.
- Le raffinement des projections sous différents scénarios climatiques est crucial.
Le professeur Prather insiste sur une lacune dans les modèles actuels du système terrestre. « La chimie et la dynamique stratosphériques présentent des incertitudes dans la projection du N2O qui sont aussi importantes que les incertitudes entre les différents scénarios d'émissions », affirme-t-il. Il est donc impératif d'intégrer ces effets dans les modèles utilisés pour les évaluations climatiques internationales.
Cette recherche met en lumière la complexité des systèmes climatiques. Elle démontre que même des changements apparemment mineurs dans les cycles de vie des gaz peuvent avoir des répercussions majeures sur les prévisions mondiales.
