Gaz à effet de serre

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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 et
l'hexafluorure de soufre (SF₆).

[modifier] Le mécanisme de l'effet de serre

Les GES sont transparents à certaines longueurs d'onde 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 infrarouge 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.

[modifier] 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^[1] ;
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.

[modifier] Augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère

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

du dioxyde de carbone a augmenté de 30 %, passant de 278 à 358 ppm en volume ;
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 ;
du 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)

Données 2005 :
Le 03 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 ;

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 !).
En 2005, le protoxyde d'azote (N2O) a également augmenté passant à 319,2 ppm, (0,2% de plus qu’en 2004, et 2,5 % de plus depuis 1993 !).

[modifier] 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 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).

[modifier] 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 trop stables pour disparaître par réaction chimique 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 connaître 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^[2]	durée de séjour (ans)^[2]
dioxyde de carbone	CO₂	1	200 (variable)
méthane	CH₄	22	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 ^[3]	CF₄	6 500	50 000
hexafluorure de soufre	SF₆	23 900	3 200

[modifier] Notes

↑ 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
(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
↑ ^2,0 ^2,1 Source : GIEC
↑ aussi nommé perfluorométhane