Gaz à effet de serre

 

Gaz à effet de serre

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Mesure du CO2 atmosphérique par l'observatoire de Mauna Loa à Hawaii
Mesure du CO2 atmosphérique par l'observatoire de Mauna Loa à Hawaii

Les gaz à effet de serre (GES) sont des gaz qui contribuent par leurs propriétés physiques à l'effet de serre. L'augmentation de leur concentration dans l'atmosphère terrestre est à l'origine du réchauffement climatique.

Les principaux gaz à effet de serre non-artificiels sont :

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

La vapeur d'eau est à l'origine de 55% de l'effet de serre.
Le gaz carbonique additionnel libéré par les activités humaines est responsable de 55% de l'accroissement de l'effet de serre[1].

Sommaire

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Le mécanisme de l'effet de serre [modifier]

Evolution du CO2 depuis 400 000 ans
Evolution du CO2 depuis 400 000 ans

Sous l'effet des GES, l'atmosphère terrestre se comporte comme la vitre d'une serre, laissant entrer une large part du rayonnement solaire, mais retenant le rayonnement infrarouge réémis.

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 a tendance à rayonner une partie de sa chaleur vers les corps plus froids qui l'environnent. 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.

L'effet de serre, principalement dû à la vapeur d'eau (0,3% en volume, 55% de l'effet de serre) et aux nuages (27% de l'effet de serre), porte la température moyenne à la surface de la terre de -18°C (ce qu'elle serait en son absence) à +15°C.

Émissions dûes aux activités humaines [modifier]

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

Les concentrations en gaz à effet de serre dans l'atmosphère augmentent depuis le XIXe siècle, et avec une vitesse de plus en plus forte. Le phénomène est principalement 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, est le principal facteur de réchauffement climatique. Les combustibles fossiles sont :
  • 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, mais pas l'ozone. L'ozone stratosphérique joue un rôle essentiel de protection contre les rayonnements ultraviolets. Son impact sur le réchauffement climatique est mineur par rapport à son importance en tant que filtre.
  • les rejets de méthane, naturels[2], et non naturels : les animaux (principalement les ruminants et les termites), les surfaces inondées (estuaires, marais, rizières) produisent du méthane naturel en lieu et place du CO2 (donc sans carbone ajouté). On peut imputer à l'augmentation du cheptel de bovidés[3] 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 Kyōto se donne comme objectif de stabiliser puis réduire les émissions de GES afin de limiter le réchauffement climatique.

Concentrations atmosphériques en volume, durée de séjour et potentiel de réchauffement
des principaux gaz à effet de serre
[4]
gaz à effet de serre formule concentration
préindustrielle
concentration
actuelle
durée de séjour
(ans)
PRG
à 100 ans
vapeur d'eau H2O 3‰ 3‰ < 1 s.o.
dioxyde de carbone CO2 278 ppm 384 ppm[5] 200 (variable) 1
méthane CH4 0,7 ppm 1,7 ppm 12 ± 3 23
protoxyde d'azote N2O 0,275 ppm 0,311 ppm 120 310
dichlorodifluorométhane (CFC-12) CCl2F2 0 0,503 ppb 102 6 200 - 7 100
chlorodifluorométhane (HCFC-22) CHClF2 0 0,105 ppb 12,1 1 300 - 1 400
tétrafluorure de carbone [6] CF4 0 0,070 ppb 50 000 6 500
hexafluorure de soufre SF6 0 0,032 ppb 3 200 23 900

Le potentiel de réchauffement global [modifier]

Icône de détail Article détaillé : Potentiel de réchauffement global.
Dans le premier graphique, les émissions sont pondérées par le potentiel de réchauffement global de chaque gaz (avec 72% de CO2, 18% de méthane, 9 % d'oxydes d'azote et 1 % d'autres gaz).
Dans le premier graphique, les émissions sont pondérées par le potentiel de réchauffement global de chaque gaz (avec 72% de CO2, 18% de méthane, 9 % d'oxydes d'azote et 1 % d'autres gaz).

Chaque GES a un effet différent sur le réchauffement global. Par exemple un kilo de méthane à un impact sur l'effet de serre 23 fois plus fort qu'un kilo de CO2. Alors pour comparer les émissions de chaque gaz, en fonction de leur impact sur les changements climatiques on préfère utiliser une unité commune : l'équivalent CO2 ou l'équivalent carbone; plutôt que de mesurer les émissions de chaque gaz.

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 23, ce qui signifie qu'il a un pouvoir de réchauffement 23 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).

Mesure des émissions [modifier]

Cycle du carbone[7]
source de carbone masse de carbone
émise par an
puits de carbone masse de carbone
absorbée par an
carbone fossile env. 5 Gt/an absorption par les océans 2,5 Gt/an
déforestation 2 Gt/an reforestation
autres dégradations de matière organique env. 110 Gt/an photosynthèse env. 110 Gt/an
N.B. la biosphère représente 540 à 610 Gt de carbone, le sol en retenant de 1 500 à 1 600 Gt. Les océans en séquesterent 38 000 à 40 000 Gt, la lithosphère de 66 à 100 Tt (milliers de gigatonnes).

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[8].

Evolution des émissions de GES des pays du G8, entre 1990 et 2005[9]
Pays Évolution des émissions
de GES (1990-2005)
Canada 27 %
États-Unis 16,3 %
Italie 12,1 %
Japon 8 %
Russie 28,7 %

Durée de séjour [modifier]

Les gaz à effet de serre, une fois dans l'atmosphère, ne s'éliminent que progressivement. 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 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 halocarbures 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 s'éliminer de l'atmosphère. Étant donné la complexité du système atmosphérique, il est difficile de préciser la durée exacte de leur séjour[10]. Voici toutefois quelques estimations de leur durée de séjour, c'est-à-dire le temps nécessaire pour que leur concentration diminue de moitié.

Durée de séjour des principaux gaz à effet de serre[4]
gaz à effet de serre formule durée de séjour
(ans)
PRG
à 100 ans
vapeur d'eau H2O < 1 s.o.
dioxyde de carbone CO2 200 (variable) 1
méthane CH4 12 ± 3 23
protoxyde d'azote N2O 120 310
dichlorodifluorométhane (CFC-12) CCl2F2 102 6 200 - 7 100
chlorodifluorométhane (HCFC-22) CHClF2 12,1 1 300 - 1 400
tétrafluorure de carbone [11] CF4 50 000 6 500
hexafluorure de soufre SF6 3 200 23 900

Voir aussi [modifier]

Liens internes [modifier]

Liens externes [modifier]

Notes et références [modifier]

  1. Quels sont les gaz à effet de serre ?
  2. Les rejets des troupeaux de bovidés ne peuvent être considérés comme naturel puisqu'il s'agit d'agriculture.
  3. Un rapport récent soutient que le secteur de l’élevage représente 9 % du CO2 et 18 % de l'équivalent-CO2 issu de l'activité humaine, soit plus que les transports. Pourtant le carbone impliqué n'est autre que le carbone naturel préalablement capté par la prairie, qui de toutes façons a vocation à être dégradé que ce soit par les animaux d'élevage ou des organismes sauvages.
    (en) [pdf] Henning Steinfeld, « Livestock’s Long Shadow – Environmental Issues and Options », 2006, FAO. Consulté le 5-12-2006
    (fr) Christopher Matthews, « L’élevage aussi est une menace pour l’environnement », 2006, FAO. Consulté le 5-12-2006
  4. ab Source : GIEC
  5. Données du NOAA et du Mauna Loa Observatory (MLO).
  6. aussi nommé perfluorométhane
  7. d'après (en) Environmental Benefits of Carbon Sequestration
  8. Brice Pedroletti, « La Chine devient championne du monde des émissions de gaz à effet de serre », dans Le Monde du 24/05/2007, [lire en ligne]
  9. D’après WWF, cité dans « Les pays du G8 épinglés sur leur politique de lutte contre le réchauffement climatique », dans Le Monde du 05/06/2007, [lire en ligne]
  10. Leur modèle est plus complexe qu'une loi de décroissance exponentielle.
  11. aussi nommé perfluorométhane


29/05/2008
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