L’effet de serre, définition et principaux gaz responsables

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Définitions et acteurs de l’effet de serre

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Définition : qu’est ce que c’est l’effet de serre ?

L’effet de serre est un processus naturel de réchauffement du climat qui intervient dans le bilan radiatif et thermique de la Terre. Il est dû aux gaz à effet de serre ( G E S ) contenus dans l’atmosphère, à savoir principalement la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone CO2 et le méthane CH4.

Cet effet a été nommé ainsi par analogie avec la pratique en culture et jardinerie de construire des serres laissant passer la chaleur du soleil et la retenant prisonnière à l’intérieur afin de permettre aux plantes de bénéficier d’un micro-climat artificiel.

Le « fonctionnement » de l’effet de serre et l’albédo

Lorsque les rayons solaires atteignent l’atmosphère terrestre, une partie (environ 30 %) est directement réfléchie par l’air, les nuages à hauteur de 20% et la surface de la Terre à hauteur de 10% ( en particulier les océans et les régions glacées comme l’Arctique et l’Antarctique ), c’est l’albédo.
Les rayons incidents qui n’ont pas été réfléchis vers l’espace sont absorbés par la capacité calorifique de l’atmosphère par les gaz à effet de serre ( 20 %) et à la surface terrestre (50 %).

Schema de l'Effet de serre
Schéma de l’effet de Serre

Cette 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 ( rayonnement du corps noir ).

Ce rayonnement est alors absorbé en partie par les gaz à effet de serre. Puis dans un troisième temps, cette chaleur est réémise dans toutes les directions, notamment vers la Terre.

C’est ce rayonnement qui retourne vers la Terre qui est « l’effet de serre », il est à l’origine d’un apport supplémentaire de chaleur à la surface terrestre. Sans ce phénomène, la température moyenne sur Terre chuterait à -18 °C.

Il faut bien comprendre que l’énergie de l’espace reçue par la terre et l’énergie de la terre émise vers l’espace sont égales en moyenne, sinon, la température de la terre changerait dans un seul sens en permanence, vers toujours plus froid ou vers toujours plus chaud. Si l’échange moyen d’énergie avec l’espace n’est pas nul, cela entraîne un stockage ou un destockage d’énergie de la terre. Ce changement peut se traduire par un changement de température de l’atmosphère.

Les Gaz à Effet de Serre (GES)

Les gaz à effet de serre sont des composants gazeux de l’atmosphère qui contribuent à l’effet de serre.

Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), l’oxyde nitreux ( ou protoxyde d’azote, de formule N2O ) et l’ozone (O3).

Les gaz à effet de serre industriels incluent les halocarbones lourds ( fluorocarbones chlorés incluant les CFC, les molécules de HCFC-22 comme le fréon et le perfluorométhane ) et l’hexafluorure de soufre (SF6).

Contributions approximatives à l’effet de serre des principaux gaz :

  • Vapeur d’eau ( H2O ) : 60 %
  • Dioxyde de carbone ( CO2 ) : 34 %
  • Ozone ( O3 ) : 2 %
  • Méthane ( CH4 ) : 2 %
  • Oxyde nitreux ( NOx ) : 2 %

Potentiel de réchauffement global (PRG) des gaz à effet de serre

Les gaz ne possèdent pas tous les mêmes capacités d’absorption du rayonnement infrarouge terrestre et ils n’ont pas tous la même durée de vie.

Afin de comparer leur impact sur le réchauffement planétaire, le GIEC (Groupement Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du Climat) propose l’indice PRG (Potentiel de Réchauffement Global).

Le PRG est un indice permettant d’évaluer la contribution relative au réchauffement climatique de l’émission d’1kg de gaz à effet de serre par comparaison avec l’émission d’1kg de CO2 pendant une période déterminée qui est en général de 100 ans.
Par définition, le PRG à 100 ans du CO2 est fixé à 1.

Ainsi voici les PRG des GES les plus communs :

  • Dioxyde de carbone ( CO2 ) : 1
  • Vapeur d’eau ( H2O ) : 8
  • Méthane ( CH4 ) : 23
  • Protoxyde d’azote ( N2O ) : 296
  • Chlorofluorocarbures (CFC ou CnFmClp ) : 4600 à 14000
  • Hydrofluorocarbures (HFC ou CnHmFp ) : 12 à 12000
  • Perfluorocarbures (PFC ou CnF2n+2 ) : 5700 à 11900
  • Hexafluorure de soufre ( SF6 ) : 22200

Exemple : le PRG à 100 ans du protoxyde d’azote qui est de 296 signifie que l’impact de 1 kg de N2O est équivalent à l’impact de 296 kg de CO2 au bout d’un siècle.

L’équivalent carbone

Une autre unité est parfois utilisée : « l’équivalent carbone » qui est obtenu en multipliant le PRG par le rapport entre la masse d’un atome de carbone (C = 12g.mol-1) et celle d’une molécule de dioxyde de carbone (CO2 = 44g.mol-1).

Ainsi on a : Equivalent carbone = PRG x 12/44

Pour les carburants fossiles qui produisent du CO2, cette unité représente précisément leur masse de carbone. Elle est également utilisée pour tous les autres gaz même pour ceux qui ne contiennent pas de carbone.

Ainsi voici les équivalents carbone des GES les plus communs :

  • Dioxyde de carbone ( CO2 ) : 0,273
  • Vapeur d’eau ( H2O ) : 2,2
  • Méthane ( CH4 ) : 6,27
  • Protoxyde d’azote ( N2O ) : 81
  • Chlorofluorocarbures (CFC ou CnFmClp ) : 1256 à 3818
  • Hydrofluorocarbures (HFC ou CnHmFp ) : 3,3 à 3273
  • Perfluorocarbures (PFC ou CnF2n+2 ) : 1555 à 3245
  • Hexafluorure de soufre ( SF6 ) : 6055

Exemple : l’équivalent carbone de 1 tonne de CO2 est de 12/44 teC (tonne équivalent Carbone), soit 0,273 teC.

Lire la suite: les conséquences probables de l’effet de serre

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