Introduction : qu'est-ce qu'un gaz à effet de serre ?
Remise en contexte : l'effet de serre
Pour bien visualiser ce qu’est un gaz à effet de serre (GES), rappelons d’abord comment fonctionne l’effet de serre.
Le Soleil nous envoie des rayons qui viennent réchauffer la surface de la Terre. En retour, le sol réchauffé renvoie de la chaleur dans l’atmosphère, sous la forme d’un rayonnement infrarouge. Seulement, certains gaz présents dans l’atmosphère retiennent une partie de ces rayons infrarouges, les empêchant de s’échapper vers l’espace. Les rayons piégés par ces gaz retournent alors réchauffer la surface de la Terre, c’est le phénomène de l’effet de serre.
Vous l’aurez compris : les gaz qui sont responsables de ce phénomène, ce sont les gaz à effet de serre ! Mais une question se pose alors : qu’est-ce qui fait qu’un gaz est « à effet de serre » ??
Gaz à effet de serre : définition
La particularité des gaz à effet de serre
C’est le moment de faire un peu de physiques / chimie ! Les gaz dits « à effet de serre » ont une particularité qui les distingue des autres gaz : ils absorbent les rayons infrarouges.
Qu’est-ce que ça veut dire ? Et bien comme on l’a dit plus tôt, après avoir été réchauffée par les rayons du Soleil, la surface de la Terre renvoie de la chaleur dans l’atmosphère sous la forme d’un rayonnement infrarouge. Les gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère interceptent alors une partie de ces rayons infrarouges, les empêchant de s’échapper vers l’espace, puis les réémettent en direction de la Terre. Résultat : la surface de la Terre est à nouveau réchauffée, et la température augmente !
Cependant, le phénomène de l’effet de serre en lui-même n’est pas néfaste (il est même essentiel à la vie sur Terre !!). Ce qui l’est un peu plus, c’est la surconcentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, causée par les activités humaines. Cela intensifie anormalement l’effet de serre qui s’exerce sur la Terre, entrainant un réchauffement climatique tout aussi anormal.
Comment "reconnaître" un gaz à effet de serre ?
Il reste un point à éclaircir : quels sont ces gaz qui peuvent absorber les rayons infrarouges ?
Un gaz ne peut avoir cette propriété que si ses molécules comportent au moins 3 atomes, ou alors 2 atomes différents l’un de l’autre.
Les deux gaz que l’on retrouve en grande majorité dans notre atmosphère, le diazote (N2 : deux atomes d’azote par molécule) et le dioxygène (O2 : deux atomes d’oxygène par molécule), ne sont donc pas des gaz à effet de serre. A l’inverse, la vapeur d’eau par exemple (H2O : deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène par molécule) en est un.
Mais alors concrètement, quels sont les principaux gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère terrestre ?
Les principaux gaz à effet de serre
La vapeur d’eau (H2O)
Le gaz à effet de serre que l’on retrouve dans notre atmosphère dans les plus grandes proportions est la vapeur d’eau. Si on en entend très peu parler dans les médias, c’est parce que les émissions additionnelles de vapeur d’eau que nous générons (à travers l’irrigation, les centrales nucléaires, …) sont négligeables comparées à l’évaporation naturelle qui s’effectue chaque jour, notamment depuis les mers et les océans.
Contrairement aux autres gaz à effet de serre, la vapeur d’eau ne s’accumule pas dans l’atmosphère. Elle n’y reste d’ailleurs que très peu de temps (une à deux semaines en moyenne) avant d’être ramenée sur Terre sous forme de pluie ou de neige. Nos émissions de vapeur d’eau ont donc un impact minime sur le réchauffement climatique.
Le dioxyde de carbone (CO2)
Aussi appelé « gaz carbonique », le dioxyde de carbone est le gaz qui capte pratiquement toute l’attention médiatique portée aux émissions de gaz à effet de serre. Et pour cause, les émissions de CO2 d’origine humaine jouent un rôle majeur dans le dérèglement du climat !
Le dioxyde de carbone est émis de manière naturelle à travers la respiration animale, végétale et humaine, les incendies de forêts, les éruptions volcaniques, ou encore la décomposition de matière organique.
Les émissions d’origine humaine, pour leur part, sont principalement dues à la combustion de ressources fossiles (pétrole, charbon et gaz) et à la déforestation. A savoir que la déforestation consiste non seulement à couper la forêt mais aussi à la brûler, ce qui génère du CO2 en grandes quantités.
Retenez aussi que le dioxyde de carbone a une durée de séjour moyenne dans l’atmosphère de 100 ans. Qu’est-ce que ça veut dire ? Et bien qu’il faut en moyenne 100 ans pour qu’une molécule de CO2 soit retirée de l’atmosphère (principalement grâce aux végétaux ou par dissolution dans les océans).
Le méthane (CH4)
Le méthane est un gaz qui se forme lorsque de la matière organique (animale ou végétale) se décompose à l’abri de l’oxygène. À l’abri de l’oxygène, c’est-à-dire au fond de l’eau (lacs, mers, océans, marécages, …), sous terre, ou encore dans l’estomac d’un animal ou d’un être humain. Une partie des émissions de méthane sont donc tout à fait naturelles, mais là encore les activités humaines génèrent des émissions additionnelles qui posent problème.
Les émissions anthropiques de méthane proviennent en grande partie de l’élevage, et notamment de l’élevage bovin. En cause : les éructations et les flatulences de ces animaux, ainsi que la fermentation de leurs excréments. Du méthane est également émis en quantités importantes dans les rizières. Les parcelles de riz étant inondées, une partie des plants pourrit au fond de l’eau, générant du méthane.
La décomposition des ordures ménagères enfouies dans le sol, ou encore les fuites de gaz sur les exploitations gazières ou pétrolières, sont d’autres sources d’émissions de méthane provoquées par l’Homme. Le méthane reste en moyenne 12 ans dans l’atmosphère.
Le méthane est le principal constituant du « gaz naturel » que l’on utilise pour se chauffer, cuire nos aliments, voire même en tant que carburant pour se déplacer. Parfois présenté comme écologique, le gaz naturel reste une énergie fossile. Son extraction requiert d’ailleurs d’importants forages, et l’utilisation de grandes quantités d’énergie.
Le protoxyde d’azote (N2O)
Le protoxyde d’azote, mieux connu sous le nom de « gaz hilarant », est émis de manière naturelle par les déjections animales notamment.
Les activités humaines génèrent des émissions supplémentaires de protoxyde d’azote, principalement à travers l’épandage d’engrais azotés visant à fertiliser les champs. Les excréments des animaux d’élevage, ainsi que certains procédés chimiques, sont également des sources d’émissions anthropiques de ce gaz. Le protoxyde d’azote a une durée de séjour moyenne dans l’atmosphère de plus de 110 ans.
L’ozone (O3)
L’ozone est présent de manière naturelle dans l’atmosphère, et plus précisément dans la stratosphère (couche de l’atmosphère terrestre comprise entre 12 km et 50 km d’altitude). C’est ce que l’on appelle communément la « couche d’ozone ».
La couche d’ozone est essentielle à la vie sur Terre. Et pour cause : ce gaz absorbe en grande partie les rayons ultraviolets (UV) envoyés par le Soleil, et notamment 100% des UV-C, les ultraviolets les plus dangereux qui cassent les liaisons chimiques nécessaires à la vie.
Mais ce qui nous intéresse ici, c’est l’ozone qui se forme dans la troposphère (couche de l’atmosphère située à moins de 12 km d’altitude) à cause des activités humaines. L’ozone est créé lorsqu’une réaction chimique a lieu entre divers composés organiques rejetés par les industries (hydrocarbures, …) et d’autres polluants provenant en grande partie du trafic routier.
Cette réaction chimique s’opère dans l’air, et sous l’action des rayons du soleil. L’ozone est donc créé en plus grandes quantités pendant l’été. Lorsque de grandes quantités d’ozone sont générées, cela peut entrainer localement une pollution à l’ozone, détériorant la qualité de l’air.
Source : Agence Carbone 4
Les halocarbures
Les halocarbures ne sont pas émis naturellement, ils sont essentiellement synthétiques (c’est-à-dire produits pas l’Homme). Nous sommes donc les seuls responsables de leur présence dans l’atmosphère.
Il existe différentes sortes de halocarbures. Les HFC (hydrofluorocarbures) sont utilisés notamment comme fluides frigorigènes dans les systèmes de climatisation et de réfrigération. Les PFC (perfluorocarbures) sont émis lors de divers processus de production industrielle. Enfin, le SF6 (hexafluorure de soufre) est utilisé entre autres dans les équipements électriques.
Quelques décennies en arrière, d’autres halocarbures étaient couramment utilisés (CFC, HCFC, …). Mais ces halocarbures avaient la particularité d’ « attaquer » la couche d’ozone. Ce sont principalement eux qui seraient responsables de l’appauvrissement de la couche d’ozone (le fameux « trou ») observable en Antarctique. Leur éradication progressive a donc été décidée dans le Protocole de Montréal en 1987.
Et c’est l’une des bonnes nouvelles de ce début d’année 2023 : l’arrêt progressif de l’usage des substances appauvrissant la couche d’ozone (SACO) porte ses fruits ! C’est l’ONU qui l’annonce, précisant que la couche d’ozone se reconstitue peu à peu, et qu’elle pourrait même retrouver la « taille » qu’elle avait en 1980 d’ici une quarantaine d’années !
Mais au fait, est-ce qu’on peut dire que les différents gaz à effet de serre « se valent » ? Autrement dit, est-ce qu’on réchauffe autant le climat en rejetant 1 kg de CO2 dans l’atmosphère, qu’en émettant 1 kg de méthane ou de protoxyde d’azote ? Et bien c’est le sujet de notre prochain article, sur la notion d’équivalent CO2 ! 🙂
Publication : octobre 2022. Dernière mise à jour : mars 2023.