Gaz a effet de serre

Gaz à effet de serre

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

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

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

Note : L'eau (sous forme de vapeurs ou de nuages) est à l'origine de 72 %, soit près de 3/4 de l'effet de serre total[1].

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

Note : Le dioxyde de carbone est le principal gaz à effet de serre produit par l'activité humaine, 74 % du total (tout modes d'émissions réunis)[1].

Sommaire

Le mécanisme de l'effet de serre

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 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[réf. nécessaire]. Les nuages ont un effet sur le climat mal connu au début du 21e siècle car ils atténuent le rayonnement infrarouge reçue 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 H20[1], 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[2].

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)
Global Carbon Emission by Type fr.png

Les concentrations en gaz à effet de serre dans l'atmosphère augmentent depuis le XIXe siècle[réf. nécessaire]. 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 une probabilité que l'homme soit responsable du changement climatique soit d'environ 90 %.[réf. nécessaire] 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 :

  • 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)[réf. nécessaire], 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[réf. nécessaire].
  • 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[réf. nécessaire].
  • les rejets de méthane, naturels[3], 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[4] 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 se donne comme objectif de stabiliser puis réduire les émissions de GES afin de limiter le réchauffement climatique[réf. nécessaire].

Concentrations atmosphériques en volume, durée de séjour et potentiel de réchauffement
des principaux gaz à effet de serre
[réf. incomplète][5]
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 8 [6]
dioxyde de carbone CO2 278 ppm 386 ppm[7] 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 100 6 200 - 7 100
chlorodifluorométhane (HCFC-22) CHClF2 0 0,105 ppb 12 1 300 - 1 400
tétrafluorométhane[8] CF4 0 0,070 ppb 50 000 6 500
hexafluorure de soufre SF6 0 0,032 ppb 3 200 22 800[9]

Le potentiel de réchauffement global

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).

Chaque GES a un effet différent sur le réchauffement global. Par exemple, sur une période de 100 ans, un kilo de méthane à un impact sur l'effet de serre 25 fois plus fort qu'un kilo de CO2 [10]. Alors pour comparer les émissions de chaque gaz, en fonction de leur impact sur les changements climatiques on préfère utiliser des unités communes : l'équivalent CO2 ou bien 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 la masse de CO2 qui produirait un impact équivalent sur l'effet de serre. Par exemple, le méthane a un PRG de 25, ce qui signifie qu'il a un pouvoir de réchauffement 25 fois supérieur au dioxyde de carbone[11].

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, car le rapport est de 1:1 (il y a un atome de carbone C dans une molécule de CO2).

Cette unité de mesure est utile pour comparer les émissions produites.

Mesure des émissions

Flux carbone fr.png
Cycle du carbone[12]
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 retient de 1 500 à 1 600 Gt ; les océans en séquestrent 38 000 à 40 000 Gt, la lithosphère de 66 000 à 100 000 Gt.

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, continuent d'augmenter[réf. nécessaire] :

  • 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). Mais bien que les émissions de gaz carbonique aient plus que doublé depuis 1970, la teneur en CO2 n'a augmenté que de 15% depuis lors. Le taux d'augmentation est très variable d'une année sur l'autre[13].
  • 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).

Depuis 2006, la Chine a dépassé les États-Unis pour les émissions de gaz à effet de serre. Les émissions de dioxyde de carbone de la Chine sont de 1,8 milliard de tonnes, contre 1,59 milliard de tonnes pour les États-Unis, 432 millions de tonnes pour la Russie et 430 millions de tonnes pour l’Inde[14].

Evolution des émissions de GES des pays du G8, entre 1990 et 2005[15]
Pays Évolution des émissions
de GES (1990-2005)
Russie 28,7 %
Canada 27 %
États-Unis 16,3 %
Italie 12,1 %
Japon 8 %

En France, les émissions ont diminué de 2% entre 2006 et 2007 (531 millions de équivalent-tonnes de CO2, mais surtout grâce au progrès dans le secteur résidentiel/tertiaire (- 7,8%), grâce à une météo particulièrement clémentes[réf. insuffisante][16]


Durée de séjour

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[17]. Ils peuvent en être réduits de plusieurs manières :

  • 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).

Voici quelques estimations de la durée de séjour des gaz, c'est-à-dire le temps nécessaire pour que leur concentration diminue de moitié.

Durée de séjour des principaux gaz à effet de serre[5]
gaz à effet de serre formule durée de séjour
(ans)
PRG
à 100 ans
vapeur d'eau H2O < 1 8
dioxyde de carbone CO2 200 (variable) 1
méthane CH4 12 ± 3 23
protoxyde d'azote N2O 120 310
dichlorodifluorométhane (CFC-12) CCl2F2 100 6 200 - 7 100
chlorodifluorométhane (HCFC-22) CHClF2 12 1 300 - 1 400
tétrafluorométhane[8] CF4 50 000 6 500
hexafluorure de soufre SF6 3 200 22 800[18]

Méthode d'agrégation des résultats de mesure

Jean-Marc Jancovici propose dans l'outil de bilan carbone proposé par l'ADEME trois démarches pour agréger les résultats de mesure[19] :

  • Une approche interne, qui comptabilise les émissions que l'on engendre chez soi.
  • Une approche "émissions intermédiaires", qui comptabilise les émissions qui correspondent à une partie des processus externes à l'activité, mais qui sont nécessaires pour permettre à l'activité d'exister sous sa forme actuelle. Les émissions intermédiaires sont très importantes dans le cas des activités de services.
  • Une approche globale, qui estime la pression totale que l'on exerce sur l'environnement en matière de gaz à effet de serre.

Notes et références

  1. a , b  et c Quels sont les gaz à effet de serre ?
  2. http://www.pensee-unique.fr
  3. Les rejets des troupeaux de bovidés ne peuvent être considérés comme naturel puisqu'il s'agit d'agriculture.
  4. 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
  5. a  et b Source : GIEC
  6. Sources : Institut de recherche pour le développement ; voir [1].
  7. Données du NOAA et du Mauna Loa Observatory (MLO).
  8. a  et b Aussi nommé perfluorométhane.
  9. (en) Intergovernmental Panel on Climate Change, Working Group 1, Climate Change 2007, Chapter 2.
  10. IPCC,2007, AR4, Chap 2, p212
  11. IPCC,2007, AR4 , Chap 2, p212
  12. d'après (en) Environmental Benefits of Carbon Sequestration
  13. Mesures du CO2 à Mauna Loa[2]
  14. (fr) Les émissions de CO2 ont encore augmenté de 3% en 2007, Greenunivers. Consulté le 24-11-2008
  15. 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]
  16. Source : rapport du Citepa
  17. Leur modèle est plus complexe qu'une loi de décroissance exponentielle.
  18. (en) Intergovernmental Panel on Climate Change, Working Group 1, Climate Change 2007, Chapter 2.
  19. Un outil pour connaître les émissions de gaz à effet de serre d'une entreprise ou administration : le "bilan carbone" de l'ADEME

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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