Le protoxyde d’azote, un puissant gaz à effet de serre // N2O, a powerful greenhouse gas

Parmi les gaz à effet de serre qui contribuent à l’accélération actuelle du réchauffement climatique, les plus connus sont le dioxyde ce carbone (CO2) et le méthane (CH4). Un autre gaz, le protoxyde d’azote (N2O), est surtout connu pour être un gaz hilarant de plus en plus utilisé par les jeunes dans notre société, avec des risques d’asphyxie par manque d’oxygène, perte de connaissance, brûlure par le froid du gaz expulsé, désorientation, vertiges, chutes… En cas de consommation excessive, de sévères troubles neurologiques, hématologiques, psychiatriques ou cardiaques peuvent survenir. La consommation associée à d’autres produits (alcool, drogues) majore les risques.

En plus d’être un gaz hilarant, le protoxyde d’azote est le troisième plus important gaz à effet de serre après le CO2 et le CH4 ; il contribue environ à 6 % au forçage radiatif direct induit par les gaz à effet de serre. Ses émissions connaissent une augmentation bien plus forte que prévue.

Un rapport publié en 2013, mettait en garde sur les risques du NO2 pour la couche d’ozone. Jusqu’à présent, la destruction de la couche d’ozone était principalement due aux chlorofluorocarbones et autres produits chimiques halogénés. Or depuis le protocole de Montréal ; ces produits chimiques ont été largement encadrés. Le N2O, lui, ne figure pas dans ce protocole. D’après les estimations, ses émissions pourraient doubler d’ici 2050, avec des conséquences désastreuses pour la couche d’ozone et une contribution réelle à l’accélération  du changement climatique.

Les sources d’émission de N2O sont à la fois naturelles (océans, sols) et anthropiques : agriculture intensive (décomposition des engrais, déjections), combustion de la biomasse (feux de savane par exemple en Afrique), combustibles fossiles, procédés industriels chimiques (production d’acide nitrique et d’acide adipique), combustion des carburants pour l’aviation et aérosols.

Selon plusieurs institutions à travers l’Europe et les Etats-Unis, les pratiques agricoles ont fortement augmenté les émissions de protoxyde d’azote dans l’atmosphère depuis le début des années 2000 et plus particulièrement 2009. Ainsi, la production d’engrais azoté a été multipliée par 10 entre 1961 et 2017 passant de 11 millions de tonnes à 119 millions de tonnes, alors que la population mondiale n’a été multipliée que par 2,5. L’apport humain d’azote dans le sol, sous forme d’engrais, renforce l’effet de serre. Environ 60 % du protoxyde d’azote est émis via les champs fertilisés, fumiers et autres sources agricoles.

Dans un article publié dans Nature Climate Change, des scientifiques expliquent que les émissions de N2O ont augmenté plus rapidement au cours de la dernière décennie que ne l’estimait le GIEC. A côté de l’utilisation de plus en plus massive des engrais azotés, l’exploitation des combustibles fossiles et des agrocarburants (maintenant généralisés à la pompe) sont également des sources d’émissions de N2O.
L’étude publiée dans Nature Climate Change propose que les régions déjà excédentaires en azote limitent l’utilisation d’engrais azotés. C’est le cas de l’Asie de l’Est, où l’engrais azoté pourrait être utilisé plus efficacement sans réduire les rendements des cultures. En effet, quelque 60 % de l’azote contenu dans les engrais ne s’incorpore jamais aux plantes et est éliminé des racines pour ensuite contaminer les cours d’eau, les lacs, les nappes aquifères et les régions côtières par le processus d’eutrophisation.

Source : Presse scientifique internationale.

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Among the greenhouse gases that contribute to the current acceleration of global warming, the best known are carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). Another gas, nitrous oxide (N2O), is best known for being a laughing gas more and more used by young people in our society, with the risk of suffocation from lack of oxygen, loss of consciousness, burns by the cold of the expelled gas, disorientation, dizziness, falls … In case of excessive consumption, severe neurological, hematological, psychiatric or cardiac disorders can occur. Consumption associated with other products (alcohol, drugs) increases the risks.
Besides being a laughing gas, nitrous oxide is the third most important greenhouse gas after CO2 and CH4; it contributes about 6% to the direct radiative forcing induced by greenhouse gases. Its emissions are increasing much faster than expected.
A report published in 2013 warned of the risks of NO2 for the ozone layer. Until now, the destruction of the ozone layer has been mainly due to chlorofluorocarbons and other halogenated chemicals. Now since the Montreal Protocol; these chemicals have been largely regulated. N2O is not included in this protocol. Its emissions are estimated to double by 2050, with disastrous consequences for the ozone layer and a real contribution to accelerating climate change.
The sources of N2O emissions are both natural (oceans, soils) and anthropogenic: intensive agriculture (decomposition of fertilizers, animal droppings), combustion of biomass (savannah fires for example in Africa), fossil fuels, chemical industrial processes (production of nitric acid and adipic acid), combustion of aviation fuels and aerosols.
According to several institutions across Europe and the United States, agricultural practices have sharply increased emissions of nitrous oxide into the atmosphere since the early 2000s and more particularly 2009. Thus, the production of nitrogen fertilizers increased tenfold between 1961 and 2017 from 11 million tonnes to 119 million tonnes, while the world’s population only increased by 2.5. The human input of nitrogen into the soil, in the form of fertilizer, enhances the greenhouse effect. About 60% of nitrous oxide is emitted via fertilized fields, manure and other agricultural sources.
In an article published in Nature Climate Change, scientists explain that N2O emissions have increased faster in the past decade than estimated by the IPCC. Along with the increasingly massive use of nitrogen fertilizers, the exploitation of fossil fuels and agrofuels (now widespread at the pump) are also sources of N2O emissions.
The study published in Nature Climate Change suggests that areas that already have nitrogen surpluses limit the use of nitrogen fertilizers. This is the case in East Asia, where nitrogen fertilizer could be used more efficiently without reducing crop yields. In fact, some 60% of the nitrogen contained in fertilizers never becomes incorporated into plants and is eliminated from the roots to later contaminate rivers, lakes, aquifers and coastal regions through the process of eutrophication.
Source: International scientific press.

Structure du protoxyde d’azote (Source : Wikipedia)

Dans la vie courante, le protoxyde d’azote est souvent utilisé comme gaz propulseur, notamment dans les bonbonnes de crème chantilly.

Les trous dans les couches d’ozone arctique et antarctique // The holes in the Arctic and Antarctic ozone layers

Dans des notes publiées le 29 avril et 1er mai 2020, j’indiquais que le plus grand trou jamais observé dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique était en train de se refermer. Cependant, les scientifiques du Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) faisaient remarquer que ce n’était probablement pas la pandémie et la réduction significative de la pollution de l’air qui avait provoqué la fermeture du trou. En effet, elle avait été générée par la présence d’un vortex polaire inhabituellement fort et prolongé, sans lien avec le changement de qualité de l’air.
Selon les données de la NASA, le niveau d’ozone au-dessus de l’Arctique avait atteint un niveau record en mars 2020. 1997 et 2011 sont les seules autres années où l’on avait enregistré un tel appauvrissement stratosphérique au-dessus de l’Arctique.

On ne connaît pas la cause de la présence du trou dans la couche d’ozone en 2020, mais les scientifiques affirment que sans le Protocole de Montréal en 1987 interdisant l’injection de chlorofluorocarbones dans l’atmosphère, il aurait été bien pire.

Source: CBS News.

Alors que le trou dans la couche d’ozone arctique est en voie de comblement, celui observé en 2020 au-dessus de l’Antarctique est l’un des plus grands et des plus profonds de ces dernières années. Les scientifiques du Copernicus Climate Change Service (C3S) expliquent que le trou atteint actuellement une superficie de 23 millions de kilomètres carrés, soit plus du double de la surface des États-Unis. Le trou observé en 2020 se situe au-dessus de la moyenne de la dernière décennie et recouvre une grande partie du continent antarctique. Il ressemble à celui de 2018, qui était également assez grand, et compte parmi les plus vastes des quinze dernières années.
Avec le retour du soleil au pôle Sud au cours des dernières semaines, l’appauvrissement de la couche d’ozone s’est poursuivi dans la région. Au vu de la présence de cet immense trou, les scientifiques insistent – comme ils l’ont fait à propos de l’Arctique – que nous devons continuer d’appliquer le Protocole de Montréal interdisant les émissions de produits chimiques qui appauvrissent la couche d’ozone.

L’Ozone Watch de la NASA ajoute que la valeur la plus faible a été de 95 unités Dobson, enregistrée le 1er octobre 2020. Selon les scientifiques, le trou dans la couche d’ozone semble avoir atteint son maximum cette année.
La taille et la profondeur du trou s’expliquent par un vortex polaire froid, puissant et stable, qui a contribué à maintenir une très basse température au-dessus de l’Antarctique. Le trou s’est développé rapidement à partir de la mi-août et a atteint environ 24 millions de kilomètres carrés au début du mois d’octobre. Il couvre maintenant 23 millions de kilomètres carrés, ce qui est au-dessus de la moyenne de la dernière décennie.
La superficie du trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique augmente pendant la saison printanière dans l’hémisphère sud, qui va d’août à octobre. Il atteint son maximum entre mi-septembre et mi-octobre. Lorsque les températures dans la stratosphère commencent à augmenter à la fin du printemps dans l’hémisphère sud, l’appauvrissement de la couche d’ozone ralentit à mesure que le vortex polaire s’affaiblit. À la fin du mois de décembre, le niveau d’ozone revient à la normale.
Source: Copernicus Atmospheric Monitoring Service.

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In two posts published on April 29th and May 1st, 2020, I indicated that the largest ozone hole to ever open up over the Arctic was closing. However, the scientists at the Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) said the pandemic and the significant reduction in air pollution likely were not the reason for the ozone hole closing. Indeed, the hole was driven by an unusually strong and long-lived polar vortex, and was not related to air quality changes.

According to NASA data, ozone levels above the Arctic reached a record low in March 2020. 1997 and 2011 are the only other years on record when similar stratosphere depletions took place over the Arctic.

It is not known what caused the ozone hole in 2020, but scientists are sure that that without the 1987 Montreal Protocol which forbade putting chlorofluorocarbons into the atmosphere, the Arctic depletion this year would have been much worse.

Source: CBS News.

While the hole in the Arctic ozone layer is closing, the 2020 ozone hole over the Antarctic is one of the largest and deepest in recent years. Scientists with the Copernicus Climate Change Service (C3S) explain that the hole has grown to 23 million square kilometres, more than twice the size of the U.S. The 2020 hole is above average for the last decade and is spreading over much of the Antarctic continent. It resembles the one from 2018, which also was also quite large, and is among the largest of the last fifteen years or so.

With the sunlight returning to the South Pole in the last weeks, ozone depletion has continued over the area. The presence of this large hole is inciting scientists to confirm that we need to continue enforcing the Montreal Protocol banning emissions of ozone-depleting chemicals. They already insisted on this crucial point about the Arctic ozone hole.

NASA’s Ozone Watch reports the lowest value of 95 Dobson Units recorded on October 1st, 2020, and scientists are seeing indications that this year’s ozone hole has appeared to have reached its maximum extent.

The large and deep ozone hole has been driven by a strong and stable cold polar vortex, which kept the temperature over Antarctica consistently cold. The hole grew fast from mid-August and peaked at around 24 million square kilometres in early October. It now covers 23 million square kilometres, which is above average for the past decade.

The ozone hole over the Antarctic increases in size during the Southern Hemisphere spring season, which is from August to October. It reaches its maximum between mid-September and mid-October. When temperatures in the stratosphere begin to rise in the late Southern Hemisphere spring, ozone depletion slows down as the polar vortex weakens. By the end of December, ozone levels return to normal.

Source: Copernicus Atmospheric Monitoring Service,

Evolution du trou dans la couche d’ozone antarctique (Source : Copernicus)

Fermeture du trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique // The ozone hole above the Arctic has closed

Voici enfin une bonne nouvelle : le plus grand trou jamais observé dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique s’est refermé. Les scientifiques du Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) ont annoncé la bonne nouvelle la semaine dernière. Cependant, les chercheurs font remarquer que ce n’est probablement pas la pandémie et la réduction significative de la pollution de l’air qui a provoqué la fermeture du trou. En effet, il a été généré par la présence d’un vortex polaire inhabituellement fort et prolongé, sans lien avec le changement de qualité de l’air.
Selon les données de la NASA, le niveau d’ozone au-dessus de l’Arctique a atteint un niveau record en mars. Le trou dans la couche est tout à fait exceptionnel. 1997 et 2011 sont les seules autres années où l’on a enregistré un tel appauvrissement stratosphérique au-dessus de l’Arctique. Des scientifiques de l’Agence Spatiale Européenne ont indiqué que le trou de cette année couvrait une superficie d’environ trois fois la taille du Groenland. Ils s’attendaient à ce qu’il disparaisse avec la hausse des températures, ce qui aurait pour effet de briser le vortex polaire arctique et de  permettre à l’air pauvre en ozone de se mélanger à l’air riche en ozone des latitudes plus basses.
On ne connaît pas la cause de la présence du trou dans la couche d’ozone cette année, mais les scientifiques affirment que sans le Protocole de Montréal en 1987 interdisant l’injection de chlorofluorocarbones dans l’atmosphère, il aurait été bien pire.

Source: CBS News.

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Here is some good news today : the largest ozone hole to ever open up over the Arctic is now closed. Scientists at the Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) announced the closure last week. However, researchers said the pandemic and the significant reduction in air pollution likely were not the reason for the ozone hole closing. Indeed, the hole was driven by an unusually strong and long-lived polar vortex, and was not related to air quality changes.

According to NASA data, ozone levels above the Arctic reached a record low in March. The « severe » ozone depletion was unusual. 1997 and 2011 are the only other years on record when similar stratosphere depletions took place over the Arctic. Scientists from the European Space Agency said that this year’s hole covered an area about three times the size of Greenland. They expected it to heal as temperatures increased, breaking down the Arctic polar vortex and allowing ozone-depleted air to mix with ozone-rich air from lower latitudes.

It is not known what caused the ozone hole this year, but scientists are sure that that without the 1987 Montreal Protocol which forbade putting chlorofluorocarbons into the atmosphere, the Arctic depletion this year would have been much worse.

Source: CBS News.

Exemple d’appauvrissement de la couche d’ozone en 2016 (Source: NASA)

Mars 2020 un peu moins chaud, et un trou dans la couche d’ozone arctique // March 2020 a little less warm, and a hole in the Arctic ozone layer

Au vu des premières données par kles agences NCEP-NCAR, et en attendant les chiffres officiels de la NASA publiés mi-avril, le mois de mars 2020 occuperait la 5ème place parmi les mois de mars les plus chauds, avec +0,457°C au-dessus de la moyenne 1981-2010.

Malgré cette place relativement modeste du mois de mars, l’année 2020 se situe dans la continuité de 2019. Elle occupe pour le moment la troisième place des années les plus chaudes, sachant que le record de 2016 est en partie dû à un El Niño extrême.

Il est intéressant d’observer la courbe ci-dessous. On se rend compte qu’à l’image de mars 2020 certaines années accusent parfois une faiblesse, mais que la tendance globale est toujours à la hausse.

Source : global-climat.

Comme je l’ai indiqué précédemment (voir ma note du  21 mars 2020), l’apparition d’un trou significatif dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique déconcerte et inquiète les scientifiques. Il se pourrait que le réchauffement de l’atmosphère sous l’effet du changement climatique ne soit pas étranger à ce phénomène. Selon le dernier rapport d’évaluation international de l’état de la couche d’ozone, l’ozone devrait revenir à son niveau des années 1980 vers 2030 au pôle Nord et 2060 au pôle Sud. Sans le protocole de Montréal (1987), la destruction de l’ozone aurait été bien pire cette année. En revanche, le changement climatique a tendance à retarder ce recouvrement car plus la température augmente dans les basses couches, plus elle diminue, par compensation, plus haut dans l’atmosphère !

Source : SVE.

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In view of the first data from the NCEP-NCAR agencies, and pending official NASA figures published in mid-April, March 2020 would rank 5th among the hottest March months, with 0.457°C above the 1981-2010 average.
Despite this relatively modest rank in March, 2020 is a continuation of 2019. It occupies for the moment the third place in the hottest years, knowing that the record for 2016 was partly due to an El Niño extreme.
It is interesting to observe the curve below. One can see that, like March 2020, some years show weaknesses, but the overall trend is still on the rise.
Source: global-climat.

As I indicated earlier (see my post of March 21st, 2020), the appearance of a significant hole in the ozone layer above the Arctic is puzzling and worrying scientists. The warming of the atmosphere as a result of climate change may be related to this phenomenon. According to the latest international assessment report on the state of the ozone layer, ozone is expected to return to its 1980s level around 2030 at the North Pole and 2060 at the South Pole. Without the Montreal Protocol (1987), the destruction of ozone would have been much worse this year. On the other hand, climate change tends to delay this recovery because the more the temperature increases in the lower layers, the more it decreases, by compensation, higher in the atmosphere!

Source: SVE.

Anomalies de température en mars par rapport à la moyenne 1981-2010 (Source : NCEP-NCAR)

Possible réduction du trou dans la couche d’ozone // Possible reduction of the ozone layer hole

drapeau francaisSelon une équipe internationale de scientifiques, on observe les premiers signes d’une réduction du trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique. Les chercheurs ont constaté en septembre 2015 que le trou avait diminué de plus de 4 millions de kilomètres carrés depuis 2000, année où la situation était la plus inquiétante. L’équipe a également montré pour la première fois que cette reprise avait quelque peu ralenti à certains moments, en raison des effets des éruptions volcaniques (celle du Calbuco au Chili, par exemple). Dans l’ensemble, cependant, le trou dans la couche d’ozone semble être sur la voie de la guérison.
La réduction correspond aux modélisations et est largement due à la diminution de la quantité de chlore dans l’atmosphère. En effet, à l’origine, l’agrandissement du trou dans la couche d’ozone a été attribué aux chlorofluorocarbures, les fameux CFC. En 1987, le protocole de Montréal, qui est entré en vigueur le 1er janvier 1989, a interdit l’utilisation des CFC. Il semble que les récents résultats optimistes soient le résultat du protocole. Cependant, comme l’a fait remarquer une scientifique française du CNRS sur une radio, il ne faudrait pas s’enthousiasmer trop vite. Il faudra attendre plusieurs années pour avoir confirmation de la tendance.

En cliquant sur ce lien, vous verrez une animation montrant la moyenne de septembre concernant le trou dans la couche d’ozone au niveau de l’Antarctique entre 1979 et 2015 :
https://zippy.gfycat.com/WaterloggedWindingKentrosaurus.webm

Source: Massachusetts Institute of Technology.

Par ailleurs, il faut insister sur le fait que les CFC et le trou dans la couche d’ozone n’ont rien à voir avec les gaz à effet de serre qui sont responsables du changement climatique actuel. Si nous pouvons être optimistes quant à la réduction du trou dans la couche d’ozone, le réchauffement climatique reste préoccupant et il n’y a actuellement aucune indication que la santé de la planète s’améliore.

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drapeau anglaisAccording to an international team of scientists, there are the first clear signs that the hole in the Antarctic ozone layer is beginning to close. The team found that the September 2015 ozone hole had shrunk by more than 4 million square kilometres since 2000 when ozone depletion was at its peak. The team also showed for the first time that this recovery has slowed somewhat at times, due to the effects of volcanic eruptions (Calbuco’s in Chile, for instance). Overall, however, the ozone hole appears to be on a healing path.

The decline matches the model’s predictions and more than half the shrinkage is due solely to the reduction in atmospheric chlorine. Originally, the widening of the ozone hole was attributed to the CFCs. In 1987, the Montreal protocol, which entered into force on 1 January 1989, banned the use of CFCs. It seems that the recent positive results are the outcome of the protocol. However, as a French CNRS scientist put it on a French radio, we should not be enthusiastic too fast. More years will be necessary to confirm the trend.

By clicking on this link, you will see an animation showing September averages of the ozone hole in Antarctica from 1979 to 2015;

https://zippy.gfycat.com/WaterloggedWindingKentrosaurus.webm

Source : Massachusetts Institute of Technology.

Besides, one should insist that CFCs and the hole in the ozone layer have nothing to do with greenhouse gases which are responsible for the current climate change. If we can be optimistic about the reduction of the hole in the ozone layer, the situation about global warming is preoccupying and there is currently no indication that the world’s health is improving.