Gaz à effet de serre

Mesure du CO2 atmosphérique par l'observatoire de Mona Loa

Les gaz à effet de serre (GES) sont des gaz dont les propriétés physiques sont telles que leur présence dans l'atmosphère terrestre contribue à un effet de serre à la surface de la Terre (voir aussi 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).

Les gaz à effet de serre industriels incluent les halocarbones lourds :

• les chlorofluorocarbones (CFC) et HCFC-22 comme le fréon,
• le perfluorométhane

Ainsi que :

• l'hexafluorure de soufre (SF₆).

Le mécanisme de l'effet de serre

Les GES sont transparents à certaines des rayonnements solaires, ce qui permet à ces derniers de pénétrer profondément dans l'atmosphère ou jusqu'à la surface du globe. La partie du rayonnement absorbée par la Terre lui apporte de la chaleur, qu'elle restitue à son tour en direction de l'atmosphère sous forme de rayons infrarouges. Les GES et les nuages empêchent une partie des rayonnements infrarouges de s'échapper, emprisonnant ainsi la chaleur près de la surface du globe, où elle réchauffe l'atmosphère basse. L'altération de la barrière naturelle des gaz atmosphériques peut augmenter ou réduire la température moyenne de la Terre.

Émission

La concentration de certains gaz à effet de serre a augmenté au fil des années, principalement à la suite d'activités humaines, comme :

• Utilisation de combustibles fossiles, ce qui augmente les concentrations en dioxyde de carbone ;
• Elevage de bovins et d'ovins, ce qui augmente la production de méthane ;
• Utilisation des CFC dans les systèmes de réfrigération et climatisation (réglementé par le Protocole de Montréal).
• Le dioxyde de carbone est le sujet du Protocole de Kyoto (voir aussi le réchauffement climatique).
• Le protoxyde d'azote et le méthane sont également pris en compte dans les accords internationaux, mais pas l'ozone.
• L'ozone stratosphérique a un rôle complexe, elle filtre les ultraviolets. La diminution d'ozone jouerait un rôle mineur par rapport à son importance en tant que filtre.

Des quantités inattendues et préoccupantes de GES ont aussi été détectées à partir des estuaires par plusieurs études européennes, mais elles n'ont pas été prises en compte par le protocole de Kyoto.

Augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère

Evolution du CO2 depuis 400 000 ans

Depuis le début de la révolution industrielle, la concentration de nombreux GES a augmenté.

La concentration :

• du dioxyde de carbone a augmenté de 37 %, passant de 278 à 382 ppm en volume en 2007;
• du méthane est passé de 700 à 1721 ppb en volume ;
• du protoxyde d'azote a augmenté de 15 %, de 275 à 311 ppb en volume ;
• des CFC-12 sont passés de 0 à 0,503 ppb en volume ;
• des HCFC-22 sont passés de 0 à 0,105 ppb en volume ;
• du perfluorométhane est passé de 0 à 0,070 ppb en volume ;
• de l'hexafluorure de soufre est passé de 0 à 0,032 ppb en volume.

(Source : Rapport de forçage radiatif du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 1994)

Le 3 novembre 2006, l’Organisation météorologique mondiale (OMM) confirmait que les concentrations mondiales de CO₂, loin de diminuer, et en dépit du protocole de Kyoto, ont atteint de nouveaux records en 2005 :

• La teneur moyenne de l'atmosphère en CO₂ était de 379,1 parts par million (ppm) (0,5% de plus qu'en 2004, et environ + 2,9% depuis 1993 !).
• Le protoxyde d'azote (N₂O) a également augmenté passant à 319,2 ppb, (0,2% de plus qu’en 2004, et 2,5 % de plus depuis 1993 !).

En 2007, la Chine devrait dépasser les États-Unis pour les émissions de gaz à effet de serre. Les émissions de dioxyde de carbone devraient passer de 5,6 milliards de tonnes en 2006 à 6,02 cette année dans ce pays, ce qui représente environ 22 % du total mondial.

Evolution des émissions de GES des pays du G8, entre 1990 et 2005

Pays	Evolution des émissions de GES (1990-2005)
Canada	27 %
États-Unis	16,3 %
Italie	12,1 %
Japon	8 %
Russie	28,7 %

Mesure des émissions

Il existe plusieurs GES dont la nocivité est différente. Plutôt que de mesurer les émissions de chaque gaz, on utilise une unité commune : l'équivalent CO₂ ou l'équivalent carbone.

L'équivalent CO₂ est aussi appelé potentiel de réchauffement global (PRG). Il vaut 1 pour le dioxyde de carbone qui sert de référence. Le potentiel de réchauffement global d'un gaz est le facteur par lequel il faut multiplier sa masse pour obtenir une masse de CO₂ qui produirait un impact équivalent sur l'effet de serre. Par exemple, le méthane a un PRG de 22, ce qui signifie qu'il a un pouvoir de réchauffement 22 fois supérieur au dioxyde de carbone.

Pour l'équivalent carbone, on part du fait qu'un kg de CO₂ contient 0,2727 kg de carbone. L'émission d'un kg de CO₂ vaut donc 0,2727 kg d'équivalent carbone. Pour les autres gaz, l'équivalent carbone vaut :

équivalent carbone = PRG x 0,2727

On peut noter que la combustion d'une tonne de carbone correspond bien à l'émission d'une tonne équivalent carbone de CO₂.

Cette unité de mesure est très utile pour déterminer les émissions produites par une entreprise, par exemple. On peut ainsi réaliser un bilan global qui prend en compte les émissions directes (combustions, consommation d'énergie, transports) et indirectes (fabrication et transport des produits sous-traités).

Durée de séjour et potentiel de réchauffement global

Les gaz à effet de serre, une fois dans l'atmosphère, n'y restent pas éternellement. Cela signifie aussi que même si on arrêtait complètement d'émettre des gaz à effet de serre, les gaz déjà émis continueraient d'agir pendant encore plusieurs années voire plusieurs siècles. Ils peuvent en être extraits de plusieurs manières :

• par un phénomène naturel (la pluie et la condensation retirent la vapeur d'eau de l'atmosphère) ;
• par une réaction chimique intervenant dans l'atmosphère (le méthane, par exemple, réagit avec les radicaux hydroxyle naturellement présents dans l'atmosphère pour créer du CO₂) ;
• par une réaction chimique intervenant à l'interface entre l'atmosphère et la surface du globe (le CO₂ est réduit par photosynthèse par les végétaux, ou est dissout dans les océans pour former des ions bicarbonate et carbonate (le CO₂ est chimiquement stable dans l'atmosphère) ;
• par des rayonnements : par exemple, les rayonnements électromagnétiques émis par le Soleil et les rayonnements cosmiques « brisent » les molécules dans les couches supérieures de l'atmosphère. Une partie des halocarbones disparaissent de cette manière (ils sont généralement chimiquement inertes, donc stables lorsque introduits et mélangés dans l'atmosphère).

Hormis la vapeur d'eau, qui est évacuée en quelques jours, les gaz à effet de serre mettent très longtemps à quitter l'atmosphère. Étant donné la complexité du système atmosphérique, il est difficile de préciser la durée exacte de leur séjour. Voici toutefois quelques estimations de leur durée de séjour, c'est-à-dire le temps nécessaire pour qu'ils disparaissent de l'atmosphère.

Durée de séjour et potentiel de réchauffement des principaux gaz à effet de serre

gaz à effet de serre	formule	PRG	durée de séjour (ans)
dioxyde de carbone	CO2	1	200 (variable)
méthane	CH4	23	12,2±3
protoxyde d'azote	N2O	310	120
dichlorodifluorométhane (CFC-12)	CCl2F2	6 200-7 100	102
chlorodifluorométhane (HCFC-22)	CHClF2	1300-1400	12,1
tétrafluorure de carbone	CF4	6 500	50 000
hexafluorure de soufre	SF6	23 900	3 200

Voir aussi

Liens internes

• Protocole de Montréal
• Protocole de Kyoto
• Réchauffement climatique
• Bilan radiatif de la Terre
• Liste des pays par émissions de dioxyde de carbone

Liens externes

• (fr) Calculer la quantité de CO2 rejetté dans l'atmosphère

• Comparaison des différents gaz à effet de serre

• Pour lutter contre les émissions de CO2 : le marché ? (vidéo éducative de 15 minutes)