Les gaz à effet de serre

La température terrestre s’explique par un bilan énergétique. La Terre :

• reçoit de l’énergie sous forme de lumière visible par le rayonnement solaire, qui la réchauffe ;
• en restitue par le rayonnement infrarouge qu’elle émet vers le ciel, qui la refroidit.

En prenant en compte ces deux seuls phénomènes, sa température moyenne serait bien plus faible qu’elle ne l’est en réalité : – 18 °C contre 15 °C en moyenne. Pourquoi une telle différence ? Elle s’explique par ce que l’on appelle communément « l’effet de serre », une expression née au début du 20^e siècle pour illustrer l’effet réchauffement de l’atmosphère, et popularisée par la suite dans la vulgarisation du changement climatique.

En fait, certains gaz présents dans l’atmosphère laissent passer la lumière visible, tout en absorbant l’essentiel (95 %) du rayonnement infrarouge émis par la Terre, puis rayonnent à leur tour, diffusant cette chaleur en grande partie vers la Terre. Ces gaz, ce sont les fameux« gaz à effet de serre » (GES). 

Les scientifiques, comme le GIEC dans ses rapports, préfèrent parler de« bilan radiatif » pour désigner le résultat de ces différents échanges d’énergie. Si ce bilan est généralement à l’équilibre, il peut être déséquilibré, ce que fait l’Homme en rejetant d’énormes quantités de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, empêchant une partie du refroidissement naturel de la Terre par rayonnement infrarouge. On parle alors de « forçage radiatif » pour décrire ce déséquilibre.

5 GES sont naturellement présents dans l’atmosphère :

1. La vapeur d’eau (H2O), participe à 75% de l’effet de serre sur terre
2. Le dioxyde de carbone (CO₂) :  bien moins présent dans l’atmosphère que la vapeur d’eau, le CO₂ participe à 25% de l’effet de serre car sa capacité à retenir la chaleur est très élevée.
3. Le méthane (CH4)
4. Le protoxyde d’azote ou oxyde nitreux (N2O)
5. L’ozone (O₃)

Si l’on augmente la concentration de GES dans l’atmosphère, on augmente mécaniquement l’effet de serre, donc la température. C’est précisément ce qui se passe pour la terre depuis le début de l’ère industrielle, période pendant laquelle les activités humaines (transport, industrie, énergie, agriculture…), fortement émettrices de GES, n’ont cessé d’augmenter.

Ces gaz s’additionnent aux gaz naturellement présents : on parle alors d’effet de serre additionnel. On comprend donc pourquoi le problème du réchauffement climatique est directement lié aux gaz à effet de serre émis par l’homme.

Certaines activités humaines sont plus émettrices de gaz à effet de serre que d’autres. De plus, l’impact sur l’effet de serre et la durée de vie dans l’atmosphère varient d’un gaz à l’autre.

Il s’agit du « pouvoir réchauffant global » (PRG), qui correspond à la quantité d’énergie absorbée par une tonne de gaz émise pour un certain horizon, généralement 100 ans. Le CO₂ sert de référence – son PRG est toujours égal à 1 – c’est pourquoi les valeurs sont généralement exprimées en « équivalent CO₂ ».

Les GES ayant une durée de vie, cela signifie qu’ils continuent à faire effet dans l’atmosphère plusieurs dizaines d’années après leur émission. C’est le phénomène d’inertie climatique. D’après le GIEC, atteindre zéro émission nettes de CO₂ (en soustrayant le CO₂ que l’Homme contribue à retirer de l’atmosphère, via l’afforestation par exemple) permettrait néanmoins de stopper le réchauffement global, mais l’inverser nécessiterait des émissions négatives substantielles.

Il s’agit du premier GES émis par l’homme – il en a émis directement ou indirectement environ 45 Gt (milliards de tonnes) en 2019 d’après le GIEC. On mesure d’ailleurs l’effet des autres gaz par rapport à lui en équivalent CO₂.

La plus grosse partie du CO₂ est absorbée par les au bout d’une centaine d’années, même si une fraction subsiste après plus de 1 000 ans.

Issu du rapport Climate Change 2022: Impacts, Adaptation, and Vulnerability, Groupe de travail II du 6^e rapport d’évaluation du GIEC. Le premier graphique montre les émissions globales d’origine humaine entre 1990 et 2019 de CO₂ provenant des hydrocarbures et de l’industrie (bleu), de CO₂ lié au changement d’utilisation des sols (jaune), de méthane (rouge), de protoxyde d’azote (bleu foncé) et de gaz fluorés (vert). Le deuxième montre l’évolution relative (avec la marge d’incertitude) relativement à 1990 pour chacun de ces gaz.

Comptant pour 18 % des émissions (11 Gt d’équivalent CO₂ en 2019), le méthane provient essentiellement du secteur agricole, (déjections animales, élevage des ruminants, etc.), mais également des décharges (fermentation des déchets organiques), des exploitations charbonnières, pétrolières ou gazières. Son potentiel de réchauffement estimé est presque 30 fois plus élevé que le CO₂ malgré sa courte durée de vie – environ 10 ans.

Le protoxyde d’azote représente environ 4 % des émissions globales (2,7 Gt en 2019). Il provient principalement du secteur agricole, notamment par l’épandage d’engrais azotés sur les sols, mais aussi de certaines industries chimiques. Son potentiel réchauffant global est très élevé : environ 273 fois supérieur au CO₂.

Depuis l’ère industrielle, 3 autres familles de GES sont apparues, les gaz fluorés. Ils n’étaient pas présents naturellement dans l’atmosphère et sont uniquement dus aux activités humaines. Ce sont :

1. Les hydrofluorocarbures (HFC)
2. Les hydrocarbures perfluorés (PFC)
3. L’hexafluorure de soufre (SF6)

On les trouve dans les systèmes de réfrigération et de climatisation, ainsi que dans certains procédés industriels. Relativement très peu présents, ils comptent tout de même pour 2 % des émissions globales en 2019, avec un pouvoir réchauffant global qui se compte en milliers !

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