Les océans du monde sont un vaste réservoir de gaz, dont les chlorofluorocarbures appauvrissant la couche d'ozone, ou CFC. Ils absorbent ces gaz de l'atmosphère et les attirent vers les profondeurs, où ils peuvent rester séquestrés pendant des siècles et plus.

Les CFC marins ont longtemps été utilisés comme traceurs pour étudier les courants océaniques, mais leur impact sur les concentrations atmosphériques a été supposé négligeable. Maintenant, Des chercheurs du MIT ont trouvé les flux océaniques d'au moins un type de CFC, connu sous le nom de CFC-11, affectent en fait les concentrations atmosphériques. Dans une étude publiée aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , l'équipe rapporte que l'océan mondial renversera son rôle de longue date en tant que puits pour le puissant produit chimique appauvrissant la couche d'ozone.

Les chercheurs prévoient que d'ici 2075, les océans rejetteront plus de CFC-11 dans l'atmosphère qu'ils n'en absorbent, émettant des quantités détectables du produit chimique d'ici 2130. En outre, avec l'augmentation du changement climatique, ce changement se produira 10 ans plus tôt. Les émissions de CFC-11 de l'océan prolongeront effectivement le temps de séjour moyen du produit chimique, l'amenant à rester cinq ans de plus dans l'atmosphère qu'il ne le ferait autrement. Cela pourrait avoir un impact sur les estimations futures des émissions de CFC-11.

Les nouveaux résultats pourraient aider les scientifiques et les décideurs à mieux identifier les futures sources du produit chimique, qui est désormais interdit dans le monde entier en vertu du Protocole de Montréal.

"Au moment où vous arrivez à la première moitié du 22ème siècle, vous aurez assez d'un flux sortant de l'océan pour qu'il puisse sembler que quelqu'un triche sur le protocole de Montréal, mais plutôt, ça pourrait être juste ce qui sort de l'océan, " déclare Susan Solomon, co-auteur de l'étude, le professeur Lee et Geraldine Martin d'études environnementales au département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires. "C'est une prédiction intéressante et, espérons-le, aidera les futurs chercheurs à éviter de se perdre sur ce qui se passe."

Les co-auteurs de Solomon incluent l'auteur principal Peidong Wang, Jeffery Scott, John Marshall, André Babbin, Megan Lickley, et Ronald Prinn du MIT; David Thompson de l'Université d'État du Colorado; Timothy DeVries de l'Université de Californie à Santa Barbara; et Qing Liang du Goddard Space Flight Center de la NASA.

Un océan, sursaturé

Le CFC-11 est un chlorofluorocarbure couramment utilisé pour fabriquer des réfrigérants et des mousses isolantes. Lorsqu'il est émis dans l'atmosphère, le produit chimique déclenche une réaction en chaîne qui détruit finalement l'ozone, la couche atmosphérique qui protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs. Depuis 2010, la production et l'utilisation du produit chimique ont été progressivement supprimées dans le monde entier en vertu du protocole de Montréal, un traité mondial qui vise à restaurer et à protéger la couche d'ozone.

Depuis sa suppression progressive, les niveaux de CFC-11 dans l'atmosphère sont en baisse constante, et les scientifiques estiment que l'océan a absorbé environ 5 à 10 pour cent de toutes les émissions de CFC-11 manufacturées. Alors que les concentrations du produit chimique continuent de baisser dans l'atmosphère, cependant, il est prévu que le CFC-11 sursaturera l'océan, le poussant à devenir une source plutôt qu'un puits.

"Pour quelques temps, les émissions humaines étaient si importantes que ce qui se déversait dans l'océan était considéré comme négligeable, " dit Salomon. " Maintenant, alors que nous essayons de nous débarrasser des émissions humaines, nous constatons que nous ne pouvons plus complètement ignorer ce que fait l'océan."

Un réservoir qui s'affaiblit

Dans leur nouveau papier, l'équipe du MIT a cherché à déterminer quand l'océan deviendrait une source du produit chimique, et dans quelle mesure l'océan contribuerait aux concentrations de CFC-11 dans l'atmosphère. Ils ont également cherché à comprendre comment le changement climatique aurait un impact sur la capacité de l'océan à absorber le produit chimique à l'avenir.

Les chercheurs ont utilisé une hiérarchie de modèles pour simuler le mélange dans et entre l'océan et l'atmosphère. Ils ont commencé par un modèle simple de l'atmosphère et des couches supérieures et inférieures de l'océan, dans les hémisphères nord et sud. Ils ont ajouté à ce modèle les émissions anthropiques de CFC-11 qui avaient déjà été signalées au fil des ans, puis a fait avancer le modèle dans le temps, de 1930 à 2300, pour observer les changements dans le flux du produit chimique entre l'océan et l'atmosphère.

Ils ont ensuite remplacé les couches océaniques de ce modèle simple par le modèle de circulation générale du MIT, ou MITgcm, une représentation plus sophistiquée de la dynamique océanique, et a exécuté des simulations similaires de CFC-11 sur la même période.

Les deux modèles ont produit des niveaux atmosphériques de CFC-11 jusqu'à nos jours qui correspondent aux mesures enregistrées, donner confiance à l'équipe dans son approche. Lorsqu'ils ont examiné les projections futures des modèles, ils ont observé que l'océan a commencé à émettre plus de produits chimiques qu'il n'en a absorbé, commençant vers 2075. Vers 2145, l'océan émettrait du CFC-11 en quantités détectables par les normes de surveillance actuelles.

L'absorption de l'océan au 20e siècle et le dégazage à l'avenir affectent également le temps de séjour effectif du produit chimique dans l'atmosphère, en le diminuant de plusieurs années pendant l'adoption et en l'augmentant jusqu'à 5 ans d'ici la fin de 2200.

Le changement climatique va accélérer ce processus. L'équipe a utilisé les modèles pour simuler un avenir avec un réchauffement climatique d'environ 5 degrés Celsius d'ici 2100, et a constaté que le changement climatique fera avancer le changement de l'océan vers une source de 10 ans et produira des niveaux détectables de CFC-11 d'ici 2140.

"Généralement, un océan plus froid absorbera plus de CFC, " explique Wang. " Quand le changement climatique réchauffe l'océan, il devient un réservoir plus faible et dégazera également un peu plus rapidement."

"Même s'il n'y avait pas de changement climatique, à mesure que les CFC se désintègrent dans l'atmosphère, finalement l'océan en a trop par rapport à l'atmosphère, et il reviendra, » ajoute Salomon. « Le changement climatique, nous pensons, fera que cela se produise encore plus tôt. Mais le changement ne dépend pas du changement climatique."

Leurs simulations montrent que le changement de l'océan se produira un peu plus rapidement dans l'hémisphère nord, où les modèles de circulation océanique à grande échelle devraient ralentir, laissant plus de gaz dans l'océan peu profond pour s'échapper dans l'atmosphère. Cependant, connaître les moteurs exacts du retournement de l'océan nécessitera des modèles plus détaillés, que les chercheurs ont l'intention d'explorer.

"Certaines des prochaines étapes consisteraient à le faire avec des modèles à plus haute résolution et à se concentrer sur les modèles de changement, " dit Scott. " Pour l'instant, nous avons ouvert de nouvelles questions intéressantes et donné une idée de ce que l'on pourrait voir."