Earth watch

Atmosphère surveillée

Sur la piste de l'ozone disparu!
1 décembre 2002

Peter Bernath est sur la piste de l'ozone disparu!

Mais il ne traque pas l'ozone manquant au-dessus de l'Antarctique — au voisinage de ce « trou » de la couche d'ozone que les scientifiques interprètent depuis des années comme un signal d'alarme. Il s'intéresse plutôt à un problème plus proche de nous: l'amincissement de la couche d'ozone protectrice dans la stratosphère au-dessus des latitudes moyennes du globe. Et cela comprend la région au dessus de l'Ontario, la province canadienne la plus peuplée.

La diminution de l'ozone inquiète Peter Bernath et d'autres scientifiques qui commencent à se poser de sérieuses questions. « Les scientifiques comprennent maintenant pourquoi le trou d'ozone en Antarctique est si gros, et c'est tant mieux. Mais les pertes de plus petite envergure sont encore plus lourdes de conséquences, dit-il. Elles affectent les endroits habités. Dans le domaine des sciences atmosphériques, beaucoup de questions restent donc en suspens. »

Selon Peter Bernath, physico-chimiste à l'Université de Waterloo, peu de ressources ont été consacrées jusqu'à présent à la résolution du problème suspendu au-dessus de nos têtes comme une épée de Damoclès, malgré les nombreuses recherches en cours à travers la planète. «En fait, tout au long des 20 dernières années, environ 6 pour cent de l'ozone au-dessus des latitudes moyennes-Toronto, Ottawa-a disparu. » Il ajoute que ce phénomène n'a rien à voir avec le trou dans la couche d'ozone de l'Antarctique ou de l'Arctique. « Pourquoi cela est-il en train de se produire? C'est un peu un mystère. »

Grâce à l'équipement de pointe du nouvel Observatoire atmosphérique de Waterloo, qu'il dirige, et à une mission satellite de l'Agence spatiale canadienne, l'équipe de l'Université de Waterloo pourra bientôt recueillir l'information indispensable pour commencer à répondre à ces questions complexes.

La Fondation canadienne pour l'innovation finance en partie l'observatoire et aide celui-ci à acquérir deux spectromètres par transformation de Fourier. Ces appareils auront pour fonction de surveiller les changements survenus dans la composition et la chimie de l'atmosphère terrestre. En avril 2003, un spectromètre de Fourier va voyager à bord du premier satellite scientifique canadien lancé depuis 30 ans. Pendant cette mission de deux ans (baptisée ACE, abréviation d'«Atmospheric Chemistry Experiment», expérience sur la chimie atmosphérique), ce spectromètre à peine plus gros qu'une boîte à pain prendra des mesures de l'atmosphère, de la couche d'ozone et de sa composition chimique.

Un second spectromètre par transformation de Fourier, appelé WAO-1, sera installé sur le toit de l'édifice du nouveau Centre de science environnementale et de technologie de l'information de l'Université de Waterloo. Perché au sommet d'une longue antenne, WAO-1 prendra le même type de mesures que le spectromètre du satellite. Ainsi, lors du passage du satellite, à quelques reprises durant l'année, Peter Bernath et son équipe pourront comparer les mesures prises au sol et en orbite.

« Une des grandes difficultés des missions satellites est de savoir si ce que l'on mesure est exact. Si l'on obtient une valeur de concentration en ozone, est-ce que ce chiffre est fiable? C'est pourquoi les mesures au sol sont un élément crucial du calibrage et de la validation de l'instrument satellite », explique M. Bernath.

En collaboration avec la division basée au Québec de ce géant de l'aérospatiale, Peter Bernath et ses collègues vont également utiliser un troisième spectromètre portatif à haute résolution (appelé PARIS) afin de mesurer les composantes atmosphériques et les composés des substances polluantes propres à des endroits particuliers. « Le PARIS est le premier instrument portatif, robuste, qui peut être utilisé sur le terrain, souligne M. Bernath. Il est unique au monde! »

Retombées

En analysant la composition de l'atmosphère terrestre et ses variations, les scientifiques de l'Observatoire atmosphérique de l'Université de Waterloo espèrent déterminer la nature précise des produits chimiques destructeurs de l'ozone.

La mince couche d'ozone dans la stratosphère terrestre absorbe les rayons ultraviolets émis par le soleil. Cette couche nous protège de l'impact direct des rayons ultraviolets nuisibles qui causent les coups de soleil et peuvent provoquer l'apparition d'un cancer de la peau chez les personnes qui s'exposent trop souvent ou trop longtemps au soleil.

Peter Bernath et ses collègues à l'Université de Waterloo analysent également les composantes chimiques de la pollution atmosphérique et du smog. À l'aide de spectromètres spécialisés — dont un appareil qui voyagera à bord de la mission satellite de l'Agence spatiale canadienne en 2003 — ils espèrent déterminer la composition précise des particules atmosphériques pouvant, entre autres, contribuer à la création de smog.

« Ce qui nous motive surtout à vouloir percer les secrets de la chimie atmosphérique, c'est que celle-ci affecte à la fois notre santé et la qualité de l'environnement et des écosystèmes », indique M. Bernath, également titulaire de la chaire de recherche industrielle CRSNG-Bomem-ASC-BMC* en spectroscopie par transformation de Fourier, à l'Université de Waterloo.

M. Bernath souligne que les mesures de contrôle de la pollution prises par des entreprises individuelles ou imposées par les gouvernements représentent des coûts élevés. En identifiant avec précision les éléments qui contribuent à la pollution ainsi que leurs différents niveaux, il pense aider efficacement les décideurs et l'industrie à prendre les mesures appropriées. « Si l'on doit imposer à une entreprise des mesures correctrices qui vont l'obliger à débourser des milliards de dollars, mieux vaut disposer d'arguments scientifiques solides. »

* Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie, Bomem, Agence spatiale canadienne et Bureau météorologique canadien.

Partenaires

L'agence spatiale canadienne compte parmi les partenaires de l'Observatoire atmosphérique de l'Université de Waterloo. Elle finance la mission satellite ACE qui transportera les instruments grâce auxquels les scientifiques de l'observatoire enregistreront les mesures de l'atmosphère terrestre.

L'Agence a également fourni le modèle d'ingénierie utilisé pour perfectionner le spectromètre FT, l'instrument qui prendra les mesures atmosphériques depuis le satellite. On s'efforce aussi actuellement de convertir ce modèle en une version terrestre du spectromètre satellite (WAO-1) afin de permettre aux scientifiques, à l'Observatoire, de comparer les mesures recueillies au sol avec celles du satellite en orbite.

Le spectromètre FT a été testé sur terre mais une fois dans l'espace, il pourrait se comporter différemment, explique Réjean Michaud, scientifique chargé de programme à l'Agence spatiale canadienne. Grâce au spectromètre témoin au sol, l'Agence pourra valider les données recueillies en orbite et confirmer l'exactitude de l'information fournie par la mission satellite.

« L'avantage pour nous, poursuit M. Michaud, c'est qu'en ayant une réplique de l'instrument au sol, les scientifiques peuvent mieux analyser les mesures recueillies dans l'espace. » Les données précises fourniront aux décideurs les données scientifiques solides dont ils ont besoin pour prendre des décisions touchant les mesures de contrôle de la pollution et de protection de l'ozone.

La compagnie aérospatiale ABB Bomem (Canada), située au Québec et principal constructeur des spectromètres, est également un des partenaires de la recherche effectuée à l'Observatoire. Selon Marc-André Soucy, gestionnaire de programme chez ABB Bomem, la technologie utilisée pour la fabrication des spectromètres-en particulier la version portative-pourrait avoir de nombreuses applications commerciales prometteuses. «Nous voulons utiliser la conception de base de l'instrument pour réaliser un produit plus commercial, pour des applications terrestres dans les laboratoires de recherche et bien d'autres projets », affirme-t-il.

Les spectromètres FT, fabriqués d'après ceux de Waterloo, pourraient par exemple être utilisés dans le domaine pharmaceutique, pour le contrôle de produits alimentaires tels que le lait et dans l'industrie pétrolière. Il existe également un potentiel d'applications spécialisées, indique Marc-André Soucy. Les spectromètres portatifs pourraient être utilisés dans les réseaux de métro pour assurer une bonne qualité de l'air et la sécurité.