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Qu'est-ce que l'effet de serre ?
L’effet de serre est un phénomène naturel résultant de l'influence de l'atmosphère sur les différents flux thermiques terrestre et contribuant à l'équilibre des températures à la surface de la terre.
L'essentiel de l'énergie thermique reçue par la terre provient du soleil et de son rayonnement. Un tiers des rayons du soleil qui atteignent la Terre sont renvoyés dans l'espace par réverbération. Les deux tiers restants sont absorbés par l’atmosphère, les sols et les océans. La terre restitue une partie de l'énergie reçue en rayonnant à son tour sous forme de rayonnement thermique infrarouge. Ce rayonnement infrarouge est absorbé à son tour par les gaz présents dans la basse atmosphère (environ à 15 km au-dessus du sol), empêchant une partie de la chaleur restituée de s’échapper dans l’espace en la maintenant à la surface du globe.
L'effet de serre permet "historiquement" de maintenir la température moyenne de la Terre autour de 15°C. Si l'effet de serre n'existait pas la température moyenne sur terre serait de -18°C. L'effet de serre naturel a notamment permis l’émergence de la vie sur terre en y créant des conditions de températures adaptées au développement des organismes.
Qu’est-ce qu’un GES - Gaz à Effet de Serre ?
Les Gaz à Effet de Serre (GES) sont des composants gazeux présents naturellement dans l’air qui proviennent par exemple de l’activité volcanique, de la décomposition de la matière organique ou tout simplement de la vie sur terre via la respiration. Ces gaz atmosphériques absorbent, entre autres, les rayonnements infrarouges émis par la terre et sont donc appelés GES car ils contribuent à l'existence du phénomène d'"effet de serre" à la surface du globe.
Quel lien entre GES et réchauffement climatique ?
Les activités humaines, ou émissions anthropiques, entraînent une accumulation des GES dans l’atmosphère. Les GES émis par les activités humaines viennent s'ajouter aux GES naturellement présents dans l'atmosphère générant une augmentation de la concentration des GES dans l'atmosphère. Cette augmentation de la concentration en GES génère un effet de serre additionnel qui tend à augmenter la température à la surface de la terre et dans les basses couches de l'atmosphère.
Malgré l'absorption partielle des GES par des puits naturels (forêts, sols et océans) la terre n’arrive plus à équilibrer la concentration en GES, renforçant d'années en années l'effet de serre additionnel et le réchauffement climatique global associé.
Quelle est la principale source d'émissions de GES ?
Les GES sont naturellement présents dans l'atmosphère due à leur émission par des phénomènes naturels. Le fameux dioxyde de carbone (CO2) est émis lors des éruptions volcaniques et les feux de forêts. Le méthane (CH4) est naturellement émis par les processus de fermentation et les micro-organismes peuplant les zones humides.
La principale source des émissions de GES qui n'est pas naturelle sur les deux derniers siècles est une hausse de la consommation énergétique qui a été multipliée par ~ 10 en 100 ans. La consommation d'énergies fossiles notamment a explosé au cours du siècle dernier or ces énergies sont fortement émettrices de GES. Elles représentent aujourd'hui encore ~ 80% du mix énergétique.
Quels sont les 4 principaux GES ?
Dioxyde de Carbone - CO2
Le GES le plus connu est le dioxyde de carbone, également nommé gaz carbonique. Le dioxyde de carbone est un composé inorganique qui a pour formule chimique CO2.
Le CO2 est présent dans l’atmosphère depuis toujours bien avant l’apparition de l’homme. En effet, ce dernier est créé par la décomposition naturelle de matières animales ou végétales. Il est absorbé par les plantes au cours du processus de photosynthèse : transformation de CO₂ et d'eau en sucres sous l'effet de la lumière solaire.
Les activités d’origine humaine sont malheureusement une source d'émissions excessives de ce gaz dans l'atmosphère. Une des activités émettrices de CO2 d'origine humaine est notamment la déforestation et le retournement des sols. Les sols retournés libèrent une partie du carbone organique qu'ils stockent et la suppression des végétaux limite la captation naturelle du CO2, augmentant sa concentration dans l’atmosphère.
Les processus industriels tels que la production de ciment et de chaux ou encore les activités des secteurs pétrochimiques et la sidérurgiques sont très émetteurs. Toutes les activités qui nécessitant la combustion d’énergies fossiles comme le pétrole, le charbon ou encore le gaz naturel entraînent de fortes émissions de dioxyde de carbone.
En Europe, le CO2 représentait 79 % des émissions de gaz à effet de serre en 2019. Le CO2 est aujourd'hui considéré comme étant le principal responsable de l’effet de serre additionnel.
Méthane - CH4
Le méthane, aussi appelé “gaz des marais”, est un gaz à effet de serre qui a pour formule chimique CH4. Il est considéré comme étant un hydrocarbure et constituant principal du gaz naturel.
Les sources d’émission naturelle du méthane sont assez peu nombreuses. On distingue les terres marécageuses, les marais, les termites et les océans.
Les émissions anthropiques de méthane représentent un peu plus de la moitié des émissions totales de méthane. L’agriculture joue notamment un rôle très important. Selon le Programme des Nations Unies pour l’Environnement “les émissions générées par le bétail, provenant du fumier et des rejets gastro-intestinaux, représentent environ 32% des émissions de méthane d’origine humaine".
La Production de Méthane agricole peut également provenir des rizières qui doivent être inondées pour pousser, cela crée les conditions propices à la croissance de bactéries émettrices de méthane en limitant l’oxygène dans le sol. Le traitement de déchets ménagers comme le compostage ainsi que les décharges d’ordures participent également à la libération de méthane dans l’atmosphère. Enfin, les exploitations, la distribution et la consommation de gaz naturel entraînent régulièrement des fuites importantes de méthane dans l'atmosphère.
Le méthane représente 12% des émissions de gaz à effet de serre en Europe en 2019. L'Europe est la seule région où les émissions de CH4 ont diminué au cours des 20 dernières années.
Protoxyde D’Azote - N2O
Le protoxyde d’azote, également connu sous le nom d’oxyde nitreux ou encore “gaz hilarant” est un composé oxygéné de l’azote. Sa formule chimique est N2O. Ce gaz est considéré comme étant le troisième plus important gaz à effet de serre juste après le CO2 et le CH4.
Le protoxyde d’azote possède plusieurs sources d’émission. Les processus microbiens dans les sols cultivés, tels que la nitrification et la dénitrification, qui sont liés à l’utilisation d’engrais azotés minéraux sont la principale source d’émissions de protoxyde d'azote dans l'atmosphère.
Certains procédés industriels tels que la fabrication de glyoxal, d'acides adipique, glyoxylique et nitrique, ou la production d'équipements de combustion sont sources d'émissions de N2O. Enfin, les combustibles fossiles pour le chauffage domestique et les transports ou encore la combustion de la biomasse sont également des sources émettrices de protoxyde d’azote.
Les émissions de N2O en Europe en 2019 représentaient 6,8 % des émissions totales de gaz à effet de serre. En outre, le protoxyde d’azote contribue également au phénomène de destruction de la couche d’ozone.
Vapeur d’eau - H2O
La vapeur d’eau, de molécule H2O, est l’état gazeux de l’eau. C’est le GES le plus important en termes d’effet de serre naturel. L’évaporation de l’eau présente à la surface de la Terre et l’évapotranspiration des plantes produit l'essentiel de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère.
Néanmoins, l’activité humaine joue également un rôle sur la concentration de ce gaz dans l’atmosphère. Les tours de refroidissement des centrales nucléaires ou les traînés des avions qui volant quelques heures dans la stratosphère sont des exemples d'émissions additionnelles d'H2O générées par l’activité humaine. La quantité de vapeur d’eau induite par les activités humaines reste très négligeable par rapport à celle induite par l’évaporation naturelle et ne participe donc que peu à l’effet de serre additionnel par l'H2O.
Selon l’ADEME, la vapeur d'eau est le gaz à effet de serre le plus abondant et occupe de 0,4 à 4 % du volume atmosphérique alors que tous les autres gaz à effet de serre occupent moins de 0,1 % de ce volume.
Le dérèglement climatique provoqué par l'augmentation de la concentration des autres GES dans l'atmosphère a un impact sur ce cycle de l'eau. L'augmentation moyenne des températures entraîne une variation du point de saturation auquel l'eau se condense, ce qui a pour conséquence une augmentation des précipitations dans certaines régions du monde et une sécheresse accrue dans d'autres.
Les gaz fluorés - HFCs, PFCs, NF3, SF6
Les gaz fluorés sont qualifiés d’artificiels ou d'industriels car leur présence dans l'atmosphère et dû aux activités humaines, ils ne sont pas présents naturellement dans l’atmosphère comme cela pouvait être le cas pour les autres GES que nous avons présenté précédemment.
On distingue quatres GES fluorés différents :
- Les hydrofluorocarbures (HFC) qui sont des composés organiques formés de carbone, d’hydrogène et de fluor.
- les perfluorocarbures (PFC) sont également des composés organiques, formés uniquement de carbone et de fluor.
- Le Trifluorure d’azote (NF₃) qui est un composé inorganique de formule brute NF3. Il est composé d'azote-fluor.
- L’hexafluorure de soufre (SF6) qui est composé de fluor et de soufre.
Les sources d’émissions de gaz fluorés sont variées. Les fluides frigorigènes, utilisés dans les équipements de la chaîne du froid ou les climatisations sont responsables d’émissions de gaz tout au long de leur cycle de vie.
Les mousses utilisées dans le BTP pour l'isolation produisent la majorité des émissions de gaz fluorés, notamment lors de leur fabrication.
Les fluides émis par les systèmes de lutte contre les incendies, à l'usage ou dû à des fuites, sont des sources d'émissions de gaz fluorés.
Les dispositifs aérosols libèrent des GES fluorés lors de leur utilisation mais aussi lors de leur production.
Les principales sources d'émissions de trifluorure d’azote - NF3 sont liées à son utilisation dans l'industrie électronique, en particulier pour la production de panneaux solaires, d'écrans plats, de semi-conducteurs et de diodes électroluminescentes. Cependant, il convient de noter que des émissions significatives proviennent de la destruction des produits électroniques en fin de vie, car on utilise souvent ce gaz pour des opérations de nettoyage des équipements électroniques avant leur recyclage ou leur élimination.
Les gaz fluorés (F-Gas) sont responsables d'environ 2,5 % des émissions de gaz à effet de serre produit par l’Europe en 2019.
Qu'est-ce que le Potentiel de réchauffement global (PRG) des GES ?
La capacité d'un gaz à retenir la chaleur dans l'atmosphère pendant une période donnée est mesurée par son potentiel de réchauffement global (PRG) ou Global Warming Potential (GWP) en anglais.
Le dioxyde de carbone (CO₂), étant considéré comme la référence, reçoit une valeur de 1. Dans l’objectif de pouvoir comparer les effets des différents gaz à effet de serre, leurs PRG sont convertis en équivalents de CO₂ sur une période de cent ans, qui est la période de référence utilisée par le GIEC. Cette conversion permet d'établir une hiérarchie des gaz à effet de serre en termes d'impact sur le réchauffement climatique. Le Potentiel de Réchauffement Global est donc le pouvoir réchauffant d'une masse d'un GES rapporté au pouvoir réchauffant de la même masse de C02.
La durée de vie des différents GES dans l'atmosphère n'est pas la même. Cette donnée est également à prendre en compte pour considérer l'importance d'un GES dans la lutte contre le réchauffement climatique et la stratégie à adopter. Le CO2 a une durée de vie importante de plus de 100 ans là où le méthane n'a une durée de vie que de 12 ans environ. Le CO₂, par effet d'accumulation dans l'atmosphère due à sa durée de vie importante en fait le principal GES malgré son PRG plus faible.
Une autre mesure possible est le Global Temperature Potential (GTP). Alors que le PRG est une mesure de la chaleur absorbée au cours d'une période donnée en raison des émissions d'un gaz, le GTP est une mesure du changement de température à la fin de cette période (toujours par rapport au CO2).
Sources :
- https://climat.be/changements-climatiques/causes/gaz-a-effet-de-serre
- https://www.climatewatchdata.org/ghg-emissions
- https://librairie.ademe.fr/cadic/1413/guide-pratique-changement-climatique.pdf
- https://www.actu-environnement.com/ae/dictionnaire_environnement/definition/gaz_a_effet_de_serre_ges.php4
- https://jancovici.com/changement-climatique/gaz-a-effet-de-serre-et-cycle-du-carbone/quels-sont-les-gaz-a-effet-de-serre-quels-sont-leurs-contribution-a-leffet-de-serre/
- https://expertises.ademe.fr/professionnels/entreprises/reduire-impacts/reduire-emissions-polluants/dossier/protoxyde-dazote-n2o/definition-sources-demissions-impacts-protoxyde-dazote
- https://www.ineris.fr/fr/risques/dossiers-thematiques/pollution-atmospherique-ozone-decryptage
- https://meersens.com/ozone-o3-sources-et-impacts-sur-la-sante-et-lenvironnement/#BLOC1
- https://expertises.ademe.fr/professionnels/entreprises/reduire-impacts/reduire-emissions-polluants/dossier/gaz-fluores/gaz-fluores-sources-demissions-impacts
