Environnement

Les gaz à effet de serre absorbent une partie des rayons solaires

Les gaz à effet de serre (GES) sont des composants gazeux qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre. L'augmentation de leur concentration dans l'atmosphère terrestre est l'un des facteurs complexes du réchauffement climatique. Mise à jour de l'article du 28 février 2015.

  1. Réchauffement gaz à effet de serre
  2. Que sont les gaz à effet de serre ?
  3. Températures moyennes sur Terre
  4. Définition des gaz à effet de serre
  5. Différents types gaz effet de serre
  6. Présence 5400 tonnes de gaz NF3
  7. Emissions CO2 par type d'énergie
  8. Emissions de GES pour les pays

Les gaz à effet de serre

Pour comprendre l'effet de serre, la terre reçoit la majeure partie de son énergie du soleil principalement sous forme de lumière visible.

  • Une partie de cette énergie gigantesque est directement réfléchie, une autre absorbée et une dernière rayonnée sous forme d'infrarouges par notre planète.
  • Ce rayonnement infrarouge émis par la Terre est en partie intercepté par les gaz à effet de serre de l'atmosphère terrestre.
  • Le reste du rayonnement est diffusé vers l'espace.

Réchauffement gaz à effet de serre  

  • Lorsqu'une trop grande proportion de gaz à effet de serre est présente dans l'atmosphère elle accentue le réchauffement climatique.
  • L'activité humaine accentue ce phénomène de gaz à effet de serre,
  • 1.5 milliard d'êtres humains et probablement entre 10.5 et 12.5 milliards en 2100 contribuent chacun au dérèglement climatique.

Le bilan radiatif et sa perturbation anthropique : estimation de l’impact de l’effet de serre et de l’effet parasol sur le bilan énergétique de la planète Terre.

(Ci-dessous : le mécanisme de l'effet de serre). Schéma Picbleu ®

Gaz-responsables-effet-de-serre.png

Légende

  1. Les rayons provenant du soleil atteignent la Terre et réchauffent sa surface. (La température d'équilibre est de 15°, une augmentation de plus de 2° provoquerait un dérèglement climatique incontrôlable).
  2. Le rayonnement est absorbé à hauteur des deux tiers. (effet parasol).
  3. Le tiers restant est réverbéré vers l'espace (rayonnement infrarouge).
  4. Ce rayonnement se trouve en partie piégé par une couche de gaz située dans la basse atmosphère : celle-ci renvoie la chaleur vers la Terre et contribue à la réchauffer davantage.
  5. Une autre partie du rayonnement est réfléchi. Ce thermostat naturel, appelé « effet de serre » est normal.
  6. La température moyenne de l’air à la surface de la Terre est d’environ + 15°C. Ce mécanisme empêche la Terre de se refroidir librement en absorbant puis en réémettant (vers le bas et vers le haut) une partie du rayonnement émit par la surface. Sans ce phénomène prévu par la nature, la température moyenne inférieure d’environ 33°C par rapport celle actuelle serait de – 18°C. Toute vie serait donc impossible sur la planète Terre.
  7. Cet effet de serre résulte pour les deux tiers de l'absorption de chaleur par la vapeur d'eau et les nuages. (Cette vapeur d'eau et les nuages évoluent à 12 kms d'altitude).
  8. Pour le troisième tiers de l'interaction de gaz « à effet de serre » (ou GES) qui se situent environ à 15 kms d’altitude.

Si l'origine de la majeure partie de ces gaz est d'origine naturelle, une trop grande proportion de gaz à effet de serre due à l'activité humaine accentue ce phénomène de gaz à effet de serre et contribue au réchauffement climatique. Nous avons pris conscience il y a très peu de temps de ce mécanisme très complexe dont nous mesurons les conséquences.
Source CNES 042006.

Que sont les gaz à effet de serre ? 

La vapeur d'eau, le méthane, le dioxyde de carbone et le protoxyde d'azote sont les principaux gaz à effet de serre (GES) qui contribuent à piéger l'énergie renvoyée, augmentant la température moyenne de la Terre.

Les gaz à structure polyatomique (au moins 3 atomes) retiennent le rayonnement infrarouge au contraire des molécules diatomiques (99 % de l'atmosphère) qui possèdent une structure simple.

  • Les nuages agissent principalement comme un parasol qui renvoie vers l’espace une grande partie des rayons du Soleil et contribuent à l'effet de serre.
  • Le pouvoir réfléchissant, ou albédo, des nuages épais à basse altitude, est très élevé, de l’ordre de 80 %.
  • D'autres nuages, les cirrus qui sont des nuages d'altitude constitués de cristaux de glace, ont un effet parasol faible du fait de leur transparence, mais participent également à l'effet de serre.
  • La vapeur d'eau absorbe dans une vaste gamme de fréquences, les radiations de type infrarouge émises par la surface terrestre.

Le saviez-vous ?

Saviez-vous que le 1er gaz à effet de serre est la vapeur d'eau ?

Gênant pour certains usages comme l'industrie nucléaire dont les réacteurs sont tous installés sur des cours d'eau sur lesquels sont prélevés 19 milliards de m3 d'eau dont une partie est envoyée dans l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau.

3000 litres d'eau par seconde

C'est ce que consomme un réacteur nucléaire de 1 000 à 1 300 MW. La centrale nucléaire de Golfech en Haute-Garonne (31) prélève dans le fleuve la Garonne 220 millions de m3 par an pour ses 2 réacteurs et évapore avec ses 2 tours de refroidissement 40 millions de m3 d'eau par an. Carte des 19 centrales nucléaires en France usines et stockage

La centrale nucléaire de Golfech en Haute-Garonne (31) prélève dans le fleuve la Garonne 220 millions de m3 par an pour ses 2 réacteurs

Centrale nucleaire Golfech Portail habitat Picbleu

Mère nature a créé un système complexe

Il faut souligner que le fonctionnement des gaz à effet de serre et de ses interactions est d'une complexité absolue.

  • La vapeur d'eau est peu citée dans les colloques sur le climat.
  • Les différentes études parcellaires indiquent que la vapeur d’eau est le principal gaz à effet de serre en termes de concentration, suivie par le dioxyde de carbone CO2, le méthane et l’oxyde nitrique.
  • La vapeur d’eau contribuerait à l’effet de serre (50 %), les nuages (25%), le CO2 (20%), l’ensemble des autres gaz (5%). 

Bibliographie et sources

Schmidt et coll. Attribution of the present?day total greenhouse effect J.Geophys.Res.115 (2010) D20106 

L’Eau, un enjeu pour demain. État des lieux et perspectives. Henry Chevallier 2007 – Editions www.sang-de-la-terre.fr++++++++++++++++

Températures moyennes sur Terre 

  • Les températures moyennes du globe (mesurées à 2 m au-dessus du sol sous abri) sont de : +15,1 °C en moyenne (régions polaires : -20°C, tempérées +11°C, équatoriales : +26°C). CNES.

Les concentrations en gaz à effet de serre sur Terre ont permis l'apparition des formes de vie que nous connaissons et qui sont sensibles et dépendantes des températures.

vue-espace-Terre Portail habitat Picbleu

Définition des gaz à effet de serre 

L'effet de serre est dû aux gaz qui absorbent une partie des rayons solaires en les redistribuant sous la forme de radiations qui rencontrent d’autres molécules de gaz, répétant ainsi le processus et créant l'effet de serre, d'où une augmentation de la chaleur. Plus d’une quarantaine de gaz à effet de serre ont été recensés par le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Évolution du Climat (GIEC) parmi lesquels figurent :

  1. la Vapeur d'eau (H2O), le Dioxyde de carbone (CO2), le Méthane (CH4), l'Ozone (O3), le Protoxyde d'azote (N2O), l'Hydrofluorocarbures (HFC), le Perfluorocarbures (PFC) et l'Hexafluorure de soufre (SF6).
  2. Le dioxyde de carbone représente près de 70 % des émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique. Il est principalement issu de la combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon) et de la biomasse.
  3. Le protoxyde d’azote (N2O) représente 16 % des émissions. Il provient des activités agricoles, de la combustion de la biomasse et des produits chimiques comme l’acide nitrique.
  4. Le méthane (CH4) représente 13 % des émissions. Il est essentiellement généré par l’agriculture (rizières, élevages). Une partie des émissions provient de la production et de la distribution de gaz et de pétrole, de l’extraction du charbon, de leur combustion et des décharges.
  5. Les gaz fluorés (HFC, PFC, SF6) représentent 2 % des émissions. Ces gaz sont utilisés dans les systèmes de réfrigération et employés dans les aérosols et les mousses isolantes. Les PFC et le SF6 sont utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs. Les gaz fluorés ont un pouvoir de réchauffement 1 300 à 24 000 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone et une très longue durée de vie. C’est pourquoi ils représentent un réel danger malgré la modeste part qu’ils représentent dans les émissions totales de GES.

D'après certains experts scientifiques, les vaches sont responsables de la production de méthane, mais le transport maritime, terrestre et le transport aérien qui n'ont pas été intégrés dans le protocole de Kyoto, sont d'énormes pourvoyeurs de gaz à effet de serre

Les ruminants seraient seuls responsables de la production de méthane. Photo Picbleu ®

 Vache-paissant-sur-pré.png

Différents types gaz effet de serre 

Plus d’une quarantaine de gaz à effet de serre ont été recensés par le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du Climat (GIEC).

  • Les gaz à effet de serre sont mesurés en équivalent carbone.
  • 1 kg de CO2 vaut 0,2727 kg d'équivalent carbone, c'est-à-dire le poids du carbone seul dans le composé « gaz carbonique ». (Sources CITEPA).

Ci-dessous : 7 gaz à effet de serre 

Les différents types de gaz à effet de serre
Type de gaz Formule PR (1) Pourcentage EC (2)
Vapeur d’eau H2O   55 %  
Gaz carbonique CO2 1 39 % 0.273
Méthane CH4 23 2 % 6.82
Protoxyde d'azote N2O 296 1 % 81.30
Perfluorocarbures CF4 (3) 7400-12200 faible (5) 2015-3330
Hydrofluorocarbures HFC (4) 12-14800 faible (5) 34 à 4040
Hexafluorure soufre SF6 22800 faible (5) 6220

(1) Pouvoir de Réchauffement relatif (CO2 à 100 ans)
(2) Equivalent carbone par kg de gaz émis
(3) (PFC) CF4 
(4) HFC-CnHmFp
(5) faible ne veut toutefois pas dire sans incidence 

Présence 5400 tonnes de gaz NF3 

La présence dans l'atmosphère du gaz NF3 ayant un très puissant effet de serre est quatre fois plus importante qu'on ne le pensait jusqu'à présent, selon de nouveaux relevés communiqués par les scientifiques. Le trifluorure d'azote agit 17.000 fois plus pour réchauffer l'atmosphère terrestre que la masse équivalente de dioxyde de carbone (CO2). Voir également article sur le trou de la couche d'ozone.

  • Les techniques anciennes ne permettaient pas de mesurer avec exactitude la quantité de ce gaz dans l'atmosphère,
  • les dernières évaluations, remontant à 2006, estimaient à moins de 1.200 tonnes présentes dans l'atmosphère.

5400 tonnes de trifluorure d'azote

  • Les progrès des techniques d'analyse ont permis de mesurer que 5400 tonnes de trifluorure d'azote (NF3)
  • Ce redoutable gaz à effet de serre se retrouverait dans l'atmosphère
  • Son volume augmenterait de 11 % par an. Source Ray Weiss, de l'Institut d'océanographie de La Jolla. Californie.

Le triflorure d'azote agit 17 000 fois plus pour réchauffer l'atmosphère que la masse équivalente de dioxyde de carbone (CO2).

Emissions CO2 par type d'énergie 

Les chiffres ci-dessous sont une péréquation des données dont les sources sont l’ADEME, EDF, PNUC, GIEC, MIES. (Ci-dessous schéma « l'évolution des sources d'énergie » tiré du diaporama ACQUALYS « Les ressources planétaires »). 
NB : voir le tableau des gaz à effet de serre en ACV (Analyse de Cycle de Vie ou ACV). Schéma Picbleu ®

comparatif-emission-CO2-differentes-energies-Picbleu

Emissions de GES pour les pays 

Schéma des émissions en tonne de CO2 par habitant dans le monde

Source division statistique des Nations unies (2003)

emissions_ges_differents_pays.jpg

Afin de contribuer au respect de l'environnement, merci de n'imprimer cette page qu'en cas de nécessité. Pourquoi ?