Gaz à effet de serre - Définition

Introduction

Mesure du CO atmosphérique par l'observatoire de Mauna Loa à Hawaii.

Les gaz à effet de serre (GES) sont des composants gazeux qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre, contribuant à l'effet de serre. L'augmentation de leur concentration dans l'atmosphère terrestre est un facteur soupçonné d'être à l'origine du récent réchauffement climatique.

Les principaux gaz à effet de serre non artificiels sont :

• la vapeur d'eau (H₂O) ;
• le dioxyde de carbone (CO₂) ;
• le méthane (CH₄) ;
• le protoxyde d'azote (N₂O) ;
• et l'ozone (O₃).

Note : L'eau (sous forme de vapeurs ou de nuages) est à l'origine de 72 %, soit près de trois quarts de l'effet de serre total.

Les gaz à effet de serre industriels incluent des gaz fluorés comme :

• les hydrochlorofluorocarbures, comme le HCFC-22 (un fréon) ;
• les chlorofluorocarbures (CFC) ;
• le tétrafluorométhane (CF₄) ;
• l'hexafluorure de soufre (SF₆).

Note : Le dioxyde de carbone est le principal gaz à effet de serre produit par l'activité humaine, 74 % du total (tous modes d'émissions réunis).

Le mécanisme de l'effet de serre

Sous l'effet des gaz à effet de serre, l'atmosphère terrestre se comporte en partie comme la vitre d'une serre, laissant entrer une grosse partie du rayonnement solaire, mais retenant le rayonnement infrarouge réémis. Mais dans une serre il y a, en plus, l'absence de convection qui accentue l'échauffement de l'air.

La transparence de l'atmosphère (dans le visible) permet au rayonnement solaire d'atteindre le sol. L'énergie ainsi apportée s'y transforme en chaleur. Comme tout corps chaud, la surface de la Terre rayonne sa chaleur vers le fond du Ciel. Mais les GES et les nuages sont opaques aux rayons infrarouges émis par la Terre. En absorbant ces rayonnements, ils emprisonnent l'énergie thermique près de la surface du globe, où elle réchauffe l'atmosphère basse. Les nuages qui sont des particules de glace (ou d'eau liquide) réfléchissent le rayonnement solaire vers l'espace et le rayonnement terrestre vers elle sans changer leur longueur d'onde. Les nuages ont un effet sur le climat mal connu au début du XXI^e siècle car ils atténuent le rayonnement infrarouge reçu à la surface de la Terre ; mais ils participent à la réflexion vers la Terre du rayonnement infrarouge.

L'effet de serre, principalement dû à la vapeur d'eau (0,3 % en volume, 55 % de l'effet de serre) et aux nuages (17 % de l'effet de serre) soit environ 72 % pour H0, porte la température moyenne à la surface de la Terre de -18 °C (ce qu'elle serait en son absence) à +15 °C. Une faible minorité affirme que seuls les nuages et non la vapeur d'eau H₂O ont un effet sur la température du globe.

Emissions naturelles

• Le Volcanisme, source de CO₂.
• Les rejets de méthane naturels par les animaux, tels les termites.
• Les surfaces inondées (estuaires, marais) produisent du méthane naturel en lieu et place du CO₂

Émissions dues aux activités humaines

Les centrales thermiques à flamme causent une bonne part des émissions de GES (Ici la centrale thermique de Porcheville, Yvelines)

Les concentrations en gaz à effet de serre dans l'atmosphère augmentent depuis le XIX^e siècle. Le phénomène est probablement dû aux activités humaines, comme :

• L'utilisation massive de combustibles fossiles : en quelques dizaines d'années, on a rejeté dans l'atmosphère des quantités considérables de dioxyde de carbone provenant de carbone longuement accumulé dans le sous-sol depuis l'ère primaire. L'augmentation de la concentration de CO₂ dans l'atmosphère qui en résulte, peut être un facteur de réchauffement climatique. En 2007, le GIEC indique que l'homme semble être, avec une probabilité d'environ 90 %, responsable du changement climatique. Mais de plus en plus de scientifiques et spécialistes du climat comme Roger A Pielke pensent que l'influence de l'homme sur le changement climatique est plus complexe que seulement un accroissement du CO₂.

Les combustibles fossiles sont :

• le charbon
• les produits pétroliers
• le gaz naturel

• La déforestation : une forêt mature est un réservoir important de carbone. La disparition de surfaces toujours plus grandes de forêt au profit de cultures ou de pâturages (emmagasinant une quantité moindre de matière organique), a pour effet d'augmenter les rejets de CO₂ dans l'atmosphère. En effet, la pousse de jeunes arbres ne peut plus absorber autant de carbone qu'en génère la dégradation des arbres morts.
• l'utilisation des CFC dans les systèmes de réfrigération et de climatisation (réglementée par le Protocole de Montréal) conduit aussi à des rejets préoccupants, notamment du fait de durées de vie dans l'atmosphère particulièrement longues.
• Le protoxyde d'azote et le méthane sont également pris en compte dans les accords internationaux.
• La non prise en compte de l'ozone dans les accords internationaux est due à des difficultés pratiques et non à une absence d'influence sur le climat. Il faut signaler que l'ozone stratosphérique joue un rôle essentiel de protection contre les rayonnements ultraviolets, et son rôle est important en tant que filtre.
• Les rejets de méthane non naturels sont dus principalement aux ruminants et aux surfaces inondées telles les rizières .On peut imputer à l'augmentation du cheptel de bovidés comme aux décharges, une augmentation des émissions de méthane. Or ce gaz, même s'il se dégrade assez rapidement en CO₂, présente un forçage radiatif supérieur et donc un potentiel de réchauffement global accru. Inversement, quand le méthane produit peut être valorisé, il constitue un combustible propre et renouvelable.

Le Protocole de Kyoto s'était donné comme objectif de stabiliser puis réduire les émissions de GES afin de limiter le réchauffement climatique.