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L'optimiste climatique
Les recherches de Susan Solomon ont identifié comment les CFC ont causé le trou dans la couche d'ozone de l'Antarctique et ont montré plus tard que le Protocole de Montréal aide à le réparer. Elle est convaincue que nous pouvons également progresser dans la lutte contre le changement climatique. 27 février 2019
Tony Luong
Une nuit de 1986, Susan Solomon, une jeune chercheuse de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des États-Unis, se tenait à des températures inférieures à zéro sur le toit de la station McMurdo, le centre de recherche américain en Antarctique. Solomon ajustait les miroirs montés là-bas pour capturer le clair de lune et le diriger vers un spectrographe d'absorption visible dans le laboratoire ci-dessous. Son objectif était de mesurer les concentrations de différents composés dans l'atmosphère au-dessus de l'Antarctique, afin de donner un sens au grand trou dans la couche d'ozone qui s'y était développé.
Elle ne portait pas de lunettes, car elle avait besoin de voir très clairement, et alors qu'elle louchait pour s'assurer que les rayons du clair de lune étaient correctement orientés vers le spectrographe, ses yeux s'humidifièrent légèrement. En un instant, ses larmes se figèrent entre les paupières supérieure et inférieure d'un œil, le scellant. Mais c'était une nuit claire, et Solomon n'était pas disposé à renoncer à l'opportunité de collecter ce qu'elle se souvient comme étant les données parfaites de la lune. Elle a donc continué à travailler.
Une fois de retour à l'intérieur, elle a pu rouvrir l'œil lorsque ses larmes ont fondu. Et les données qu'elle a recueillies cette nuit-là et pendant plus de deux mois en Antarctique changeraient notre compréhension de la façon dont les chlorofluorocarbures, libérés dans l'atmosphère par les réfrigérants et une gamme d'autres produits de consommation, endommagent la couche d'ozone, qui aide à protéger la Terre des rayons ultraviolets. En réponse à cela et à d'autres travaux scientifiques, un accord international a limité puis interdit l'utilisation des CFC. Trente ans plus tard, Salomon a également été le premier à démontrer clairement que, grâce à ce changement, le trou d'ozone antarctique a lentement commencé à se cicatriser.
C'était passionnant de proposer une théorie sur la destruction de la couche d'ozone en 1986, puis, 30 ans plus tard, de voir que nous, les habitants de cette planète, avons résolu le problème, dit-elle.
La reconstitution de la couche d'ozone est la réponse récente la plus positive à une crise environnementale mondiale dont nous puissions parler à nos étudiants, déclare Ross Salawitch, expert en chimie environnementale à l'Université du Maryland.
L'expérience de Solomon l'a imprégnée d'optimisme quant à la capacité du monde à faire face aux menaces environnementales. Au MIT, où elle est membre du corps professoral depuis 2012, elle enseigne un cours sur la science, la politique et la politique environnementale, qui se termine par une discussion sur le changement climatique. Ses élèves arrivent en ne croyant pas que nous puissions faire quoi que ce soit contre les problèmes environnementaux, parce que c'est ce qu'ils savent, dit-elle. Ce sont des millénaires. Ils n'ont pas vécu le genre d'ère où les décideurs politiques et les scientifiques travaillent ensemble et font des choses que j'ai personnellement eu la chance de vivre.
Solomon reconnaît rapidement que le changement climatique pose des défis politiques plus difficiles que l'appauvrissement de la couche d'ozone, car la consommation de combustibles fossiles fait tellement partie intégrante de l'économie mondiale. Pourtant, elle soutient qu'en étudiant les réussites environnementales passées, ses élèves comprendront ce qui va réellement devoir se passer pour progresser.
Expliquer le trou dans la couche d'ozone
Salomon est explorateur de tempérament et chimiste de formation. Enfant de 9 ou 10 ans, elle a été inspirée à devenir scientifique en regardant Le monde sous-marin de Jacques Cousteau . Fascinée par la chimie au lycée, où elle a réalisé un projet d'expo-sciences analysant la composition de mélanges gazeux, elle a étudié la chimie au premier cycle à l'Illinois Institute of Technology de Chicago puis la chimie atmosphérique à Berkeley, où elle a obtenu son doctorat en 1981. Elle a ensuite pris un poste à la NOAA, modélisant les perturbations dans la stratosphère.
C'était passionnant de proposer une théorie sur la destruction de la couche d'ozone en 1986, puis, 30 ans plus tard, de voir que nous, les habitants de cette planète, avons résolu le problème.
En 1974, les chimistes F. Sherwood Rowland et Mario Molina avaient montré comment le chlore pouvait détruire l'ozone. Ils avaient proposé une série de réactions en phase gazeuse dans lesquelles de petites quantités de chlore déclenchent la conversion de grandes quantités d'ozone, ou O3, en oxygène moléculaire ordinaire, O2. Rowland et Molina, qui fut plus tard professeur au MIT, avaient également identifié les chlorofluorocarbures comme une source de chlore dans l'atmosphère, libéré lorsque l'énergie du soleil brisait des molécules de CFC autrement stables. (Rowland, Molina et un chimiste de l'atmosphère nommé Paul Crutzen ont par la suite partagé un prix Nobel pour leurs travaux liés à l'appauvrissement de la couche d'ozone.) Au départ, les chercheurs avaient prévu que la couche d'ozone s'amincirait d'environ 5 à 10 % sur une période de 100 ans. Sur la base de ces prévisions, les décideurs politiques ont commencé à appeler à un changement dans l'utilisation des chlorofluorocarbures et les pays ont interdit leur utilisation comme propulseurs dans les aérosols à partir de 1978.
En 1985, cependant, des scientifiques britanniques ont découvert que le problème de la destruction de la couche d'ozone se déroulait d'une manière que les travaux de Rowland et Molina n'avaient pas prédit. Plus précisément, ils ont identifié un trou dans l'ozone stratosphérique beaucoup plus grand que quiconque ne l'avait prévu - et s'ouvrant chaque printemps au-dessus de l'Antarctique, ce qu'aucune théorie n'avait prévu. C'était tout un blockbuster, dit Solomon, qui a immédiatement commencé à étudier les explications potentielles.
Bien que les chercheurs aient compris comment le chlore pouvait causer la destruction de la couche d'ozone, ils n'ont pas pu expliquer l'apparition soudaine du trou dans la couche d'ozone. Ils ne comprenaient pas non plus pourquoi le trou était apparu au-dessus de l'Antarctique, loin des principales sources de pollution aux CFC.
Désireux de résoudre le mystère, Solomon s'est concentré sur la plage de hauteur spécifique où se produisait la réaction et s'est concentré sur la présence de nuages stratosphériques polaires - des nuages irisés qui se forment dans la stratosphère à des températures extrêmement basses. (Ils sont plus répandus en Antarctique, qui est beaucoup plus froid que l'Arctique.) Elle a émis l'hypothèse que ces nuages fournissaient de minuscules surfaces glacées sur lesquelles une réaction d'initiation cruciale pourrait avoir lieu une fois que la lumière du soleil arriverait avec le printemps antarctique.
Les gens pensaient que toutes les réactions devaient se produire en phase gazeuse, dit-elle. Ils ne pensaient pas que la chimie de surface importait dans la stratosphère, et l'idée que les nuages pouvaient tout faire était hérétique.
Solomon a développé un modèle quantitatif de sa théorie, qu'elle a publié dans le Journal de recherche géophysique . Ce n'était pas toute l'histoire, dit-elle. Mais cela a aidé à expliquer pourquoi le trou d'ozone est apparu dans la stratosphère, pourquoi il s'est produit près du pôle Sud et pourquoi il s'est produit au printemps.
Dans le même temps, Solomon voulait étayer sa théorie avec des données du monde réel. Ainsi, en 1986, elle a dirigé une expédition scientifique en Antarctique pour étudier la chimie de première main. Sachant que la lumière du soleil contribue au processus de destruction de l'ozone, elle et son équipe sont arrivées à la station McMurdo en août, à la fin de l'hiver antarctique, alors que le continent était encore plongé dans l'obscurité près de 24 heures sur 24. Alors que le soleil commence à essayer de se lever au-dessus de l'horizon, vers midi, heure locale, vous avez des heures et des heures d'aube, donc le ciel est de ces beaux violets et bleus profonds et plus tard rouges à mesure que le soleil monte, se souvient-elle. Il n'y a pas beaucoup d'animaux sauvages en hiver, bien que les phoques se traînent encore et essaient de prendre du soleil, même quand il fait noir.
En 1986, Solomon s'est rendue en Antarctique pour recueillir des données qui étayaient sa théorie sur la façon dont la destruction de l'ozone se produisait et pourquoi elle était si prononcée au-dessus de ce continent. L'administration nationale des océans et de l'atmosphère
L'équipe de Salomon a apporté avec eux un petit nombre d'instruments scientifiques, dont un spectrographe visible, qui leur a permis d'analyser la lumière du soleil, de la lune et du ciel. En mesurant à quel point les différentes longueurs d'onde de la lumière étaient absorbées lorsqu'elles traversaient l'atmosphère, le groupe espérait déterminer les concentrations de molécules clés présentes au-dessus de la tête. Ces molécules comprenaient l'ozone et le dioxyde de chlore, qui se forme indirectement lorsque l'ozone réagit avec le chlore. L'équipe a demandé à une équipe de construction de percer un trou dans le toit d'une cabine à McMurdo afin que le clair de lune puisse atteindre le spectrographe, qui se trouvait à l'intérieur. Ils ont également demandé à l'équipage de construire la plate-forme de fortune sur le toit sur laquelle Salomon se tenait pour positionner les miroirs. Quand le vent tournait, elle devait les stabiliser à la main. Je devais vraiment m'accrocher à eux parce qu'ils tremblaient, dit-elle.
L'équipe travaillait 18 à 20 heures par jour, surtout quand la lune était levée. C'était complètement fou, dit-elle. Ils dormaient quelques heures d'affilée sur des lits de camp et mangeaient beaucoup de sandwichs. (Ce qui est formidable, c'est que la nourriture ne se gâte pas là-bas et qu'il n'y a pas d'insectes, dit-elle.)
Les données spectrales que Solomon et son équipe ont recueillies ont étayé la théorie selon laquelle le chlore enfermé à l'origine dans les chlorofluorocarbures est libéré par une réaction de surface entre l'acide chlorhydrique et le nitrate de chlore sur les nuages stratosphériques polaires.
Ce chlore réagit à son tour avec l'ozone pour produire du monoxyde de chlore et continue à appauvrir l'ozone. Pour étayer davantage sa théorie, l'expédition de Salomon a découvert que les concentrations stratosphériques d'acide chlorhydrique étaient faibles et celles de monoxyde de chlore et de dioxyde de chlore étaient élevées. (Ils ont également utilisé des ballons pour mesurer directement les concentrations d'ozone et ont constaté qu'il était également gravement appauvri dans la stratosphère, comme prévu.) L'année suivante, Solomon est retourné à la station McMurdo pour recueillir plus de données. Une équipe de la NASA, qui comprenait Jim Anderson, s'est également envolée de Punta Arenas, au Chili, dans le trou d'ozone de l'Antarctique pour mesurer les composés chimiques présents.
Au cours d'une expédition de suivi en 1987, elle a également trouvé le temps de visiter des manchots empereurs. Dans son bureau à la NOAA, elle a ensuite posé à côté d'un globe représentant l'Antarctique.
En fin de compte, dit Solomon, chaque mesure s'est alignée et a raconté l'histoire de la même manière, prouvant que les chlorofluorocarbures étaient responsables du trou.
Le succès de Solomon dans l'identification de la réaction d'initiation qui a eu lieu sur ces nuages stratosphériques polaires a été la contribution clé, dit Anderson, maintenant professeur de chimie physique à Harvard, et c'était très, très important.
En 1987, un accord international appelé Protocole de Montréal s'est attaqué au problème menaçant la couche d'ozone. Initialement, 46 pays ont convenu de geler les chlorofluorocarbures à leurs niveaux actuels. Par la suite, ils ont décidé d'éliminer complètement les composés, d'abord dans le monde développé, puis dans le monde en développement. En 2015, l'accord avait été signé par tous les membres des Nations Unies, 197 signataires au total. Nous avons essentiellement dû réinventer la façon dont nous faisions de la climatisation et de la réfrigération dans le monde entier, déclare Ross Salawitch du Maryland. Cela a nécessité une immense coopération mondiale. L'accord a également été un succès parce qu'il a encouragé les pays en développement à participer d'une manière qui leur serait bénéfique. Grâce à la grande diplomatie du Département d'État, ajoute-t-il, ce n'était pas seulement le premier monde qui disait : 'Vous allez devoir faire cela d'une manière plus coûteuse.' Au lieu de cela, c'était 'Pourquoi ne construisez-vous pas vos propres usines - nous partagerons nos connaissances avec vous et vous pourrez participer à ce nouveau marché en pleine croissance des gaz de remplacement.
Évaluation de la recherche sur le changement climatique
Au fil du temps, Solomon a également porté son attention sur le changement climatique, étudiant comment les chlorofluorocarbures et l'ozone piègent la chaleur dans la troposphère (la couche atmosphérique entre le sol et la stratosphère), où l'ozone est considéré comme un polluant car il contribue au smog. En 1994, elle a participé au Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), co-auteur d'un rapport sur le forçage radiatif, qui est l'équilibre entre l'énergie entrant dans l'atmosphère terrestre par le soleil et l'énergie renvoyée dans l'espace. Elle a continué à jouer un rôle constant au sein du GIEC ainsi que dans des évaluations internationales distinctes de l'ozone. En 2002, elle a été invitée à servir de coprésidente scientifique pour le rapport du GIEC sur le changement climatique mondial. Je savais que ce serait une énorme quantité de travail et m'exposerait à la sphère politique d'une manière beaucoup plus intime, dit Solomon. Mais elle a accepté de le faire parce qu'elle savait que la collaboration des pays sur la politique climatique dépendrait d'une compréhension commune de la science impliquée : si nous avons notre propre science et que les Saoudiens, les Chinois et les Russes ont chacun leur propre science, les chances que le les diplomates qui s'entendent sur quelque chose vont être assez petits.
Susan Solomon a découvert que les nuages stratosphériques polaires au-dessus de l'Antarctique fournissaient la surface glacée nécessaire pour déclencher la chaîne de réactions chimiques créant un trou dans la couche d'ozone. Tony Luong
Dans son rôle sur le rapport du GIEC, Solomon a travaillé avec quelque 150 des meilleurs scientifiques du climat au monde, aidant à synthétiser les recherches actuelles liées au changement climatique. Trouver des domaines de consensus a nécessité un mélange de science et de diplomatie. Vous êtes là-haut en train d'appeler la Suède, le Botswana, les États-Unis et qui que ce soit d'autre, et ils font valoir leurs arguments, et vous devez vous assurer que tout ce qu'ils suggèrent est conforme à la science, dit-elle. Vous essayez de le rendre de plus en plus clair, en particulier pour un large public. Et si ce n'est pas ce qu'ils essaient de faire et qu'ils essaient de jouer à des jeux, vous devez le fermer de manière gracieuse.
En 2007, le groupe a produit un tome de la taille d'un manuel, que Solomon garde au-dessus de son bureau, et qui a attiré l'attention pour avoir déclaré, pour la première fois, que le réchauffement est sans équivoque. (Solomon elle-même a proposé cette formulation, basée sur l'examen approfondi de la recherche par les chercheurs.) Il a également déclaré que la majeure partie du réchauffement des 50 dernières années était très probablement due à l'activité humaine. (Le rapport a défini très probablement comme signifiant que la conclusion était certaine à 90 %.) L'année où le rapport a été publié, le GIEC et l'ancien vice-président Al Gore ont partagé le prix Nobel de la paix pour leurs efforts. Une photo dans le bureau de Solomon montre Gore et des membres du groupe du GIEC rencontrant le président George W. Bush dans le bureau ovale.
Dans les années qui ont suivi, Solomon a continué à travailler sur le changement climatique. En 2009, elle a publié un article montrant que certains des effets du dioxyde de carbone, qui met longtemps à se dissiper de l'atmosphère, sont probablement irréversibles. D'autres chercheurs avaient mené une série d'expériences modélisant où finirait le carbone actuellement dans l'atmosphère si les émissions s'arrêtaient. Après avoir examiné ce travail, Solomon a remarqué que dans tous les modèles, la température de surface de la Terre n'a pas diminué de manière significative pendant mille ans, même en l'absence de nouvelles émissions de dioxyde de carbone. À l'échelle humaine, mille ans, c'est presque irréversible, dit-elle. J'ai réalisé que cette histoire n'avait pas été racontée assez clairement dans un simple article. Je voulais aussi comprendre pourquoi c'était vrai.
Elle a finalement conclu que le facteur clé était l'océan, qui se réchauffe lentement mais stocke la chaleur - et donc réchauffe l'atmosphère - pendant de longues périodes. De plus, son équipe a découvert que même sans nouvelles émissions de dioxyde de carbone, le niveau de la mer continuerait également à augmenter pendant des centaines d'années. Et son laboratoire du MIT parviendrait plus tard à une conclusion similaire même pour les gaz à effet de serre à courte durée de vie comme le méthane. Ses recherches soulèvent la question de savoir si les nations insulaires et les populations côtières vulnérables peuvent encore être sauvées des conséquences du changement climatique.
Il y a plus d'élévation du niveau de la mer à venir pour la Floride - et ailleurs dans le monde - même si nous arrêtons d'émettre, dit-elle.
Dans d'autres travaux liés au climat, Solomon et son équipe ont exploré comment les éruptions volcaniques affectent l'appauvrissement de la couche d'ozone. En 2011, ils ont découvert que même les éruptions qui semblent causer des dommages uniquement au niveau local peuvent encore projeter suffisamment de soufre dans la stratosphère pour le mettre en circulation là-bas, où il peut avoir des conséquences mondiales. Solomon a été le premier à examiner l'impact des petites éruptions volcaniques sur le climat, explique Catherine Wilka, étudiante diplômée de quatrième année au laboratoire de Solomon, et maintenant notre groupe a étendu cela pour examiner l'impact de ces éruptions sur la chimie de l'ozone. . Il s'avère qu'il n'y a pas beaucoup de temps dans la stratosphère, donc les petites particules légères des éruptions volcaniques ont tendance à y rester pendant longtemps. Ils fournissent plus de surface pour les réactions qui déclenchent l'appauvrissement de la couche d'ozone, similaires aux processus que Salomon a identifiés il y a des décennies sur les nuages stratosphériques polaires.
Que ferait Salomon ?Voici ses conseils pour progresser dans la lutte contre le réchauffement climatique.
| Après avoir montré comment les CFC étaient à l'origine du trou dans la couche d'ozone de l'Antarctique, Susan Solomon a observé comment des diplomates et des scientifiques du monde entier ont collaboré pour y remédier. Elle a identifié trois facteurs - elle les appelle les trois P - qui doivent être vrais pour permettre des progrès sur les problèmes environnementaux. 1. Il doit être personnel. Les gens ont besoin de sentir que le problème les affecte dans leur vie quotidienne. Elle dit que cela commence à se produire avec le changement climatique, du moins dans certaines parties du monde, mais pas encore dans le monde développé dans la mesure où cela enfoncerait le clou. 2. Il doit être perceptible. Nous faisons un meilleur travail sur le smog et les pluies acides et d'autres problèmes que nous pouvons voir de nos propres yeux, dit-elle. Les nations insulaires qui sont déjà confrontées à l'élévation du niveau de la mer, à la diminution de l'approvisionnement en eau douce et aux effets d'ouragans plus violents sont plus motivées à lutter contre le changement climatique aujourd'hui que les grandes nations où le changement climatique a eu un impact moins visible. 3. La stratégie doit être pratique. Les gens doivent croire que des solutions existent et sont réalisables. Il y a trop de perception que les alternatives aux combustibles fossiles sont complètement irréalisables, dit-elle. Je vois de plus en plus de preuves que ce n'est pas le cas. En résumé : pour lutter avec succès contre le changement climatique, il faudra plus d'innovation et une compréhension plus large de la gravité du problème. Les alternatives comme l'éolien, l'hydroélectricité et le solaire sont déjà moins chères que les énergies fossiles dans certains endroits, mais pas partout, dit Solomon. Mais alors que les chercheurs se concentrent sur la réduction des émissions de carbone et l'amélioration des méthodes de capture et de stockage de l'énergie propre, dit-elle, il est également important d'engager une conversation plus large sur le changement climatique : les gens doivent mieux comprendre le problème, afin d'avoir une discussion commune sur ce qui est à risque et ce que nous, en tant que société, pensons du niveau de risque, c'est trop. |
Potentiel de changement positif
En 2016, Solomon a publié le premier article montrant des signes clairs que la couche d'ozone antarctique commence à guérir, grâce à la réduction des émissions de chlorofluorocarbures. Cela signifie que les populations humaines seront mieux protégées contre les rayons ultraviolets, connus pour causer des cataractes, des cancers de la peau et d'autres maladies. Et tandis que l'image de la récupération de l'ozone est compliquée par les effets des récentes éruptions volcaniques, l'article de Solomon a montré que si nous supprimons cet effet, l'appauvrissement de la couche d'ozone n'est pas aussi grave qu'avant, dit Salawitch. Des dizaines d'autres articles ont maintenant fourni des preuves corroborantes, ajoute-t-il, et nous pouvons faire des déclarations assez définitives sur le fait que le trou dans la couche d'ozone de l'Antarctique est sur la voie de la guérison.
En effet, la récupération de l'ozone est l'une des réussites environnementales que Solomon met en avant dans son enseignement. Megan Lickley, SM '12, étudiante au doctorat en quatrième année qui travaille avec Solomon, dit qu'ils parlent beaucoup de savoir si les succès précédents sont utiles pour comprendre ce qui peut arriver avec le changement climatique, le problème le plus urgent du jour. Elle ajoute que Solomon est engageant et extrêmement doué pour amener les gens à parler de leurs interprétations des arguments politiques et de ce qui peut être fait à l'avenir.
Si nous avons notre propre science et que les Saoudiens, les Chinois et les Russes ont chacun leur propre science, les chances que les diplomates s'entendent sur quelque chose seront assez faibles.
Les nouvelles récentes liées au changement climatique mondial ont été sombres, de l'élévation rapide du niveau de la mer aux incendies de forêt catastrophiques en Californie. Le gouvernement américain quatrième évaluation nationale du climat , publié par l'administration Trump le week-end du vendredi de Thanksgiving en 2018, a averti que si des mesures importantes ne sont pas prises pour réduire les émissions, le monde connaîtra des vagues de chaleur, des incendies, des inondations et des ouragans de plus en plus dangereux. Ces événements sont susceptibles de provoquer de mauvaises récoltes, des incendies de forêt plus fréquents et de graves perturbations des chaînes d'approvisionnement et du commerce. Ensemble, les changements pourraient réduire le PIB des États-Unis à eux seuls de 10 % d'ici 2100.
Mais même face à des données décourageantes, Solomon continue de se concentrer sur la façon de résoudre les problèmes. Elle dit à ses élèves que pour faire avancer le changement climatique, il faut amener les gens à comprendre comment le problème les affectera personnellement et à croire qu'il existe des solutions pratiques. Et elle est optimiste quant aux progrès qu'elle constate.
Le changement climatique ne sera pas résolu tant que les énergies alternatives ne seront pas plus largement adoptées, mais elles sont déjà adoptées à un rythme incroyablement étonnant, dit-elle. Certes, ce n'est peut-être pas aussi rapide qu'il faudrait pour maintenir les températures à un degré et demi - ce serait vraiment herculéen. Mais nous pouvons plier la courbe de réchauffement.
Solomon note que même si les énergies solaire et éolienne ne sont pas encore compétitives dans de nombreuses régions des États-Unis, dans de nombreux autres endroits, les alternatives énergétiques propres deviennent moins chères que les combustibles fossiles. Certes, il reste encore beaucoup de travail à faire. L'innovation doit continuer à faire baisser les coûts de l'énergie propre et à améliorer la technologie des batteries nécessaire pour la stocker. Et le défi de convertir l'infrastructure existante en sources d'énergie plus propres sera colossal.
Ça ne va pas être immédiat, mais ça arrive, dit-elle. Les choses évoluent dans le bon sens.