Quels sont les gaz à effet de serre ?

 

Camille Moriconi, Camille Sanchez, Paul-Jude Similien (étudiants Master SET)

 

Un gaz a effet de serre, kézako ?

Avant tout il est important de définir ce qu’est l’effet de serre pour comprendre comment fonctionne un gaz à effet de serre.
L’effet de serre est un phénomène naturel qui permet à l’atmosphère de se réchauffer à partir de la chaleur rayonnée en infrarouges par les surfaces terrestres (figure 1), grâce à la présence dans l’air de gaz tels que la vapeur d’eau, le gaz carbonique, le méthane, etc. (http://www2.ademe.fr)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1 : Schéma explicatif du processus d’effet de serre terrestre (http://www.developpement-durable.gouv.fr/Emissions-de-Gaz-a-effet-de-serre,33234.html)

Un gaz à effet de serre (GES) intercepte donc le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre, l’augmentation de leur concentration dans l’atmosphère aura donc un effet sur le climat notamment au niveau des températures globales.

  • Les principaux gaz qui contribuent à l’effet sont donc : 
  • La vapeur d’eau (H2O) : C’est LE gaz à effet de serre le plus abondant. L’augmentation de la température entraîne une augmentation de sa concentration dans l’atmosphère, augmentant en retour le réchauffement du climat de la Terre. 
  • Le dioxyde de carbone (CO2) : Composant mineur mais très important de l’atmosphère, il est libéré par des processus naturels, comme les éruptions volcaniques ou la respiration de la faune et de la flore, et par les activités anthropiques. Ces dernières ont augmenté la concentration atmosphérique en CO2 de plus d’un tiers depuis le début la révolution industrielle. C’est le plus important « forçage » anthropique à long terme du changement climatique. 
  • Le méthane (CH4) : Un gaz hydrocarbure produit à la fois par des sources naturelles (zones humides) et les activités humaines comme la décomposition des déchets, l’agriculture, ainsi que la digestion des ruminants et la gestion du fumier. 
  • L’oxyde nitreux (N2O) : Un puissant gaz à effet de serre produit par la culture des sols (utilisation d’engrais), l’utilisation de combustibles fossiles, la production d’acide nitrique, et la combustion de biomasse. 
  • Les chlorofluorocarbures (CFC) : Composés synthétiques d’origine entièrement industrielle, ils sont utilisés dans un certain nombre d’applications. Toutefois, leurs productions et leurs rejets dans l’atmosphère sont actuellement très réglementés par des accords internationaux, en raison de leur contribution à la destruction de la couche d’ozone.

(http://www.drias-climat.fr/accompagnement/section/42)

 

Entre présence naturelle et émissions anthropiques

Les GES font partie intégrante du cycle atmosphérique (vapeur d’eau, CO2 et CH4), il est donc logique que l’on en retrouve partout a la surface du globe. Cependant, les activités anthropiques ont considérablement fait augmenter leurs concentrations par le développement des activités industrielles et de l’agriculture intensive. De plus, des composés synthétiques d’origine entièrement industrielle ont été rejetés massivement avant la mise en place de réglementations visant leur interdiction : c’est le cas des chlorofluorocarbures (CFC) (tableau 1).

Tableau 1 : Origine des principaux gaz à effet de serre


(http://www.mtaterre.fr/le-changement-climatique/25/D-ou-viennent-les-gaz-a-effet-de-serre)

Et le gaz le plus actif est …

Les GES n’ont pas le même « pouvoir de réchauffement global ». Ce dernier est calculé grâce à deux paramètres, avec le CO2 comme référence : le forçage radiatif (quantité de rayonnement qu’il intercepte et renvoie vers le sol), et la durée de son séjourdans l’atmosphère. 

Ainsi, contrairement à ce que l’on pense, ce n’est pas le dioxyde de carbone qui est le plus actif dans les processus de changements climatiques, malgré le fait qu’il soit le deuxième GES en termes de quantité. Ce titre revient au méthane qui est 25 fois plus actif que le CO2 à une concentration 230 fois moins importante dans l’atmosphère (tableau 2). Les préoccupations de réductions d’émissions des gaz GES devraient mettre l’accent sur le méthane, abondamment présent dans les permafrosts (sols gelés du pourtour Arctique en majorité), susceptibles de fondre sous l’effet des changements climatiques.

Tableau 2 : Concentrations atmosphériques en volume, durée de séjour et potentiel de réchauffement des gaz à effet de serre (PRG)

(Source GIEC)

 

Tout séjour n’est pas éternel…

Les gaz à effet de serre, une fois dans l’atmosphère, n’y restent bien évidemment pas éternellement, MAIS... leur évacuation de l’atmosphère peut prendre un certain temps. Il existe ainsi différents phénomènes conduisant à leur élimination : 

  • Phénomène physique, comme la pluie qui enlève la vapeur d’eau de l’atmosphère. 
  • La réaction chimique avec des radicaux OH (c’est le cas pour le méthane qui est transformé en CO2). 
  • Par réactions photochimiques, notamment la photosynthèse qui réduit le CO2, ou par dissolution dans les océans. 
  • Par des phénomènes radiatifs issus des rayonnements électromagnétiques émis par le soleil, qui cassent les molécules des halocarbures dans la haute atmosphère.

(http://www.manicore.com/documentation/serre/gaz.html)

 

…Mais certains sont coriaces !

Le point noir caractérisant l’élimination des GES, est qu’ils sont évacués de l’atmosphère au bout d’un temps très variable. Ainsi, mis à part la vapeur d’eau qui s’évacue en quelques jours, les autres gaz à effet de serre mettent très longtemps à être éliminé du compartiment atmosphérique.

Par exemple, il faut attendre environ 100 ans avant que le dioxyde carbone soit évacué de manière significative, une dizaine d’années pour le méthane, pire certains halocarbures n’ont toujours pas commencé à s’épurer significativement de l’atmosphère au bout de 1000 ans ! (Figure 2 et Tableau 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2 : Temps de résidence des GES dans l’atmosphère en forçage radiatif résiduel(http://www.manicore.com/documentation/serre/gaz.html)

Tableau 3 : Durée de séjour approximative en années des GES dans l’atmosphère

Un changement climatique irréversible pour les 100 prochaines années

Le triste constat effectué sur l’augmentation des concentrations des GES au cours de la période industrielle ne nous permet pas d’être optimiste pour les prochaines années. En effet, le simple fait que les GES aient une longue durée de résidence dans l’atmosphère a pour conséquence un forçage radiatif prolongé. C’est pourquoi le changement climatique observé actuellement estimpossible à inverser à court et moyen terme

Cependant, cela ne veut PAS dire que rien ne doit être fait. Au contraire, l’enjeu actuel de réduction des émissions de GES doit donc s’inscrire dans un objectif de limitation des effets du changement climatique à long terme (au-delà de 100 ans).