Potentiel de rechauffement global

Potentiel de réchauffement global

Le Potentiel de réchauffement global (PRG) est un moyen simple de comparer entre eux les différents gaz à effet de serre qui influencent le système climatique. Il est utilisé pour prédire les impacts relatifs de différents gaz sur le réchauffement global en se basant sur leurs propriétés radiatives (le forçage radiatif).

Cet outil donne le plus souvent des estimations correctes (bon ordre de grandeur, précision acceptable pour orienter des décisions de nature politique) à condition qu’il soit utilisé conformément aux hypothèses qui l’accompagnent, en particulier la période considérée et les scénarios d’évolution des diverses concentrations atmosphériques. Dans le cas contraire, le PRG est souvent imprécis ou même totalement faux lorsqu’il est exploité en dehors de son champ d’application.

Concept

Le PRG est un indice de comparaison associé à un gaz à effet de serre (GES) qui quantifie sa contribution marginale au réchauffement global comparativement à celle du dioxyde de carbone, cela sur une certaine période choisie. En d’autres termes, le PRG d’un gaz est le rapport entre les effets causés par la libération en début de période d’une masse donnée de ce gaz et ceux causés par la même masse de dioxyde de carbone (CO₂). Par définition, le PRG du CO₂ est toujours identique à 1. Les effets respectifs sont volontairement calculés sur une période choisie au-delà de laquelle les effets résiduels sont ignorés. Cette période (ou au minimum sa durée) doit être mentionnée lorsque le PRG est cité, faute de quoi sa valeur est dépourvue de sens.

La masse de CO₂-équivalent correspondant à un mélange de plusieurs GES peut être estimée par la somme de leurs PRG (calculés sur la même période) multipliés par les masses respectives. Le PRG associé à ce mélange peut être estimé par la moyenne des PRG pondérée par les masses respectives. Ces estimations sont d’autant meilleures que les quantités des GES sont faibles.

Utilisation selon le Protocole de Kyōto

Selon le protocole de Kyōto , la « Conférence des parties » a décidé^[1] que les valeurs de PRG calculées dans le deuxième rapport d’évaluation de l’IPCC doivent être retenues afin de convertir les diverses émissions de gaz à effet de serre en unités comparables d’, lors des calculs globaux de sources et de puits.

Calcul

L'IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) donne des valeurs du PRG généralement acceptées, lesquelles ont légèrement changé entre 1996 et 2001^[2]. Une description précise de la manière dont le PRG est calculé est disponible, en anglais dans le troisième rapport d’évaluation.^[3]

La contribution instantanée au réchauffement d’un GES est fonction de sa concentration dans l’atmosphère : c’est le forçage radiatif (exprimé en W m^-2) qui représente les effets anthropiques du réchauffement (capacité à absorber la chaleur).

L’efficacité radiative est la contribution marginale (en W m^-2 kg^-1). Elle exploite la dérivée du forçage radiatif pour quantifier une variation de la contribution par rapport à une variation de la masse.

Pour calculer la contribution sur une période [0,TH] de l’émission instantanée d’une unité du gaz (x) à t=0, il faut

• disposer d’un scénario précisant l’évolution des concentrations de (x) au cours du temps afin de déterminer l’évolution de l’efficacité radiative de (x),
• connaître le mécanisme d’élimination progressives du gaz afin de déterminer la masse résiduelle au cours du temps.

La contribution d’une unité du gaz (x) est alors l’intégrale du produit des deux fonctions précédentes.

Le PRG est défini comme étant le rapport entre la contribution d’une unité du gaz (x) et la contribution d’une unité du gaz de référence (r), en l’occurrence le CO₂ :

$PRG \left( x \right) = \frac{ \int_0^{TH} a_x\left(t\right) \cdot \left[ x\left(t\right) \right] dt }{ \int_0^{TH} a_r\left(t\right) \cdot \left[ r\left(t\right) \right] dt }$

Dans cette formule,

• TH est l’horizon temporel au cours duquel le calcul est considéré ;
• $a_x\left(t\right)$ est l’efficacité radiative, causée par l’augmentation d’une unité du gaz dans l’atmosphère (en W m^-2 kg^-1) ; et
• $\left[ x\left(t\right) \right]$ est la dégradation en fonction du temps du gaz en question suite à son émission instantanée à t=0.
• Le dénominateur contient les valeurs correspondantes pour le gaz de référence (r), en l’occurrence le CO₂.
• L’efficacité radiative pour un gaz donné, $a_x\left(t\right)$ ou $a_r\left(t\right)$, dépend de la concentration (scénario) qui généralement varie dans le temps.

Si la concentration observée du CO₂ s’avère être supérieure à celle qui est admise dans le scénario qui est à la base du calcul du PRG, alors le PRG réel sera supérieur au PRG calculé. Ceci provient de la décroissance de l’efficacité radiative du CO₂ lorsque sa concentration augmente : il faudra donc plus de CO₂ pour compenser un même effet du gaz (x).

Limitations

Dans son application, le PRG présente plusieurs limites dont il faut tenir compte, ceci d’autant plus que son utilisation est très simple :

• Le PRG d’un gaz est un indice marginaliste qui s’applique à une masse relativement faible en comparaison de la masse totale de ce gaz dans l’atmosphère. Par exemple, on commet une erreur significative si on utilise le PRG pour évaluer une masse équivalente de CO₂ de la totalité du méthane de l’atmosphère.
• La période de calcul des effets radiatifs doit être respectée. Puisqu’on ignore les effets qui sont postérieurs, les valeurs numériques d’un PRG peuvent varier fortement selon la durée choisie, ceci parce que les vitesses d’élimination progressives des gaz sont très diverses.
• Le calcul d’un PRG se base implicitement sur un scénario d’évolution des concentrations des GES concernés, tout particulièrement le CO₂.

Ces limites proviennent directement du modèle sur lequel se base l’évaluation du PRG :

• La non linéarité des effets radiatifs du CO₂ qui ne sont pas proportionnels à sa concentration atmosphérique. Il en va de même pour le méthane (CH₄) et le péroxyde d’azote (N₂O). Les efficacités radiatives $a_x\left(t\right)$ et $a_r\left(t\right)$ sont alors affectées par les concentrations respectives, d’où la nécessité de se baser sur un scénario d’évolution des concentrations, puis de limiter les perturbations (substitution théorique d’une masse de GES par une autre masse de CO₂).
• La stabilité des divers GES varie d’un gaz à l’autre, ce qui affecte le coefficient $\left[ x\left(t\right) \right]$ qui diminue plus ou moins rapidement avec le temps.
• Pour cette même raison, la durée de la période de calcul des effets radiatifs influence le PRG. Celui du méthane diminuera rapidement avec la durée car ce gaz est beaucoup plus instable que le CO₂ : un calcul sur une durée extrêmement longue conduit à un PRG quasi nul pour le méthane.

Importance de l'horizon temporel

Le PRG d'un gaz dépend de la durée au cours de laquelle il est calculé. Un gaz qui est rapidement éliminé de l'atmosphère peut avoir un effet initial important, mais qui décroît rapidement. Ainsi, le méthane possède un potentiel de 23 sur un siècle, mais de 62 sur 20 ans ; à l'opposé le PRG de l'hexafluorure de soufre est de 22 000 sur 100 ans mais de "seulement" 15 100 sur 20 ans (IPCC tar). La valeur du PRG d’un gaz dépend de la vitesse de son élimination progressive au cours temps. Souvent cette donnée n'est pas connue précisément et les valeurs de ces PRG ne peuvent pas être considérées exactes. Pour cette raison, il est important de toujours donner ses références lors des calculs et de leur présentation.

L'horizon temporel le plus fréquemment utilisé par les autorités est de 100 ans.

Valeurs

La durée de vie du dioxyde de carbone dans l'atmosphère est estimée à environ 100 ans. Son PRG vaut exactement 1 puisque que ce gaz est l’étalon de base.

Durée de vie et PRG des gaz à effet de serre selon le GIEC (dernier rapport datant de 2007)^[4].

Gaz	Durée de vie (ans)	PRG Échelle considérée
		20 ans	100 ans	500 ans
Méthane	12	72	25	7,6
Oxyde nitreux	114	289	298	153
PFC-14 (Tétrafluorure de carbone)	50 000	5 210	7 390	11 200
HFC-23 (Trifluorométhane)	260	9 400	12 000	10 000
Hexafluorure de soufre	3 200	15 100	22 200	32 400

Un PRG n'est d'ordinaire pas calculé pour la vapeur d'eau, principalement parce que ce n'est pas pertinent ; voir gaz à effet de serre

Notes et références

1. ↑ (en) Décision 2/CP.3 de la Conférence des parties sur les valeurs de PRG retenues
2. ↑ (en) Comparaison des potentiels de réchauffement global, calculé selon les deuxième et troisième rapports d’évaluation de l’IPCC.
3. ↑ (en) Troisième rapport d’évaluation (2001) du Panel intergouvernemental sur le changement climatique (IPCC)
4. ↑ (en) PRG values and lifetimes from IPCC TAR.

Voir aussi

• Analyse du cycle de vie ou écobilan
• Potentiel de déplétion ozonique

Liens externes en anglais

• IPCC 2001 Third Assessment Report page on Global Warming Potentials and Direct GWP.
• List of Global Warming Potentials and Atmospheric Lifetimes from the U.S. EPA
• Greenhouse Gases and Global Warming Potential Values, Excerpt from the Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2000 from the U.S. EPA
• An overview of the role of H₂O as a greenhouse gas
• Global Warming Project 2007, A project started in the beginning of 2007 in which the goal is to contact as many climate researchers and climatologists as possible asking their expert opinion on global warming in relation to human activity.
• CO₂ as a low-global warming refrigerant
• The NOAA Annual Greenhouse Gas Index (AGGI)

Source : Cet article est partiellement tiré d’une traduction de l'article en anglais en:Global warming potential

Ce document provient de « Potentiel de r%C3%A9chauffement global ».