G… Comme Gaz à effet de serre

Définitions 

• Effet de serre : « Opacité de l’atmosphère aux rayonnements infrarouges émis par la surface de la Terre. Le rayonnement solaire (visible et ultraviolet) traverse l’atmosphère pour atteindre la surface de la Terre où il est partiellement converti en rayonnement infrarouge. L’effet de serre emprisonne une partie de ce rayonnement sous l’atmosphère » (Jean Jouzel & Anne Debroise, Le défi climatique, Glossaire).
• Gaz à effet de serre : gaz de l’atmosphère terrestre qui absorbent et émettent des rayonnements dans le domaine infrarouge, et responsables à ce titre de l’effet de serre » (Jean Jouzel & Anne Debroise, Le défi climatique, Glossaire).  

L’effet de serre est un phénomène naturel, mis en relief la première fois par le mathématicien Joseph Fourier en 1824. Présents en toute petite quantité dans l’atmosphère, les gaz à effet de serre agissent comme une couverture qui maintient à la surface du Globe une partie de la chaleur envoyée par les rayonnements solaires. En l’absence de l’effet de serre naturel, la température moyenne à la surface du globe serait de l’ordre de -18°C.

La vapeur d’eau représente à elle-seule environ 60% de l’effet de serre naturel. Sa teneur varie constamment suivant les caprices de la météo. Elle n’est pas directement affectée par l’activité humaine. On ne peut donc pas agir sur la vapeur d’eau pour freiner le réchauffement.

Le CO₂, premier contributeur au réchauffement global

Le principal gaz à effet de serre rejeté dans l’atmosphère par l’homme est le CO₂ (dioxyde de carbone ou gaz carbonique). Ce gaz est incolore, inodore et non toxique contrairement au CO (monoxyde de carbone) avec lequel il est parfois confondu.

L’accroissement du stock de CO₂ s’accumulant dans l’atmosphère est la première cause du réchauffement climatique. Avant l’ère industrielle, la concentration de CO₂ dans l’atmosphère était de 280 ppm (« parties par million »). En 1990, année de publication du premier rapport du GIEC, elle s’élevait à 351 ppm. En 2020, elle a atteint 421 ppm.

Pour stabiliser la température moyenne à la surface du globe, il convient en premier lieu d’agir sur les émissions brutes de CO₂ qui chaque année s’ajoutent au stock déjà présent. Ces émissions ont trois origines principales :

• La combustion d’énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz d’origine fossile) a été le moteur principal de l’accroissement du stock de CO₂ dans l’atmosphère depuis le début de la révolution industrielle. Elle est aujourd’hui à l’origine d’un peu plus de 80% des émissions mondiales de CO₂ ;
• Les changements d’usage des sols, principalement la déforestation tropicale, en représentent de l’ordre de 15 % ;
• Certains procédés industriels, principalement la fabrication du ciment et la production primaire d’acier, composent le solde (4%).

Quand l’activité humaine rejette 100 tonnes de CO₂, les océans et la biosphère terrestre en absorbent 54 tonnes qui, stockées dans les plantes, le sols et les fonds marins, ne s’accumuleront pas dans l’atmosphère. Ils constituent des « puits de carbone », suivant la formule consacrée. Leur capacité à retirer le CO₂ de l’atmosphère repose sur l’activité photosynthétique des végétaux.

Pour endiguer l’accroissement du stock de CO₂ dans l’atmosphère, une deuxième arme concerne les puits de carbone. Le 6° rapport du GIEC anticipe un affaiblissement de la capacité de ces puits à retirer le CO₂ de l’atmosphère, surtout dans les scénarios fortement émissifs. Il convient donc d’investir dans la diversité de ces milieux vivants pour préserver leur capacité à absorber le CO₂ atmosphérique. Par ce biais, l’action climatique se rattache directement à celle en faveur de la biodiversité.  

Le méthane, en deuxième place sur le podium

Le méthane (CH₄) est le principal composant du gaz naturel utilisé dans la vie courante. Il peut être extrait de gisements souterrains dans le cadre de l’exploitation des hydrocarbures ou être produit par fermentation anaérobique (sans oxygène) de matière organique.

Par rapport à l’ère préindustrielle, le stock de méthane présent dans l’atmosphère a plus que doublé (+156% d’après le 6° rapport d’évaluation du GIEC). Sa concentration a progressé plus rapidement que celle du CO₂ (+48%).

Il ne fait aucun doute que l’accroissement du stock de méthane dans l’atmosphère est d’origine anthropique. Trois types d’activité humaine en sont à l’origine :

• Les rejets de l’agriculture sont la source la plus importante d’émissions de méthane. L’élevage des ruminants compte pour 31% et la riziculture pour 10% ;
• Les fuites de méthane dans l’industrie gazière et les mines de charbons représentent de l’ordre du tiers des émissions de ce gaz ;
• La gestion des déchets organiques émet du méthane sitôt que les installations ne sont pas équipées de récupérateurs. Elle est à l’origine d’un peu plus de 20 % des rejets anthropiques de méthane.

Une fois dans l’atmosphère, le méthane y séjourne en moyenne 12 ans, avant d’être éliminé par voie chimique. Une baisse des émissions mondiales agirait donc assez rapidement sur le stock présent dans l’atmosphère. Si on ramenait ces émissions à zéro, le stock de méthane rejeté par l’activité humaine tendrait vers zéro une décennie plus tard.

Une telle action aurait un impact très significatif. Le pouvoir de réchauffement du méthane sur 100 ans est en effet de 27 à 30 fois celui du CO₂. Mesuré sur 20 ans, il lui est supérieur de plus de 80 fois. Il convient donc de ne pas oublier le méthane dans l’action climatique !

Le protoxyde d’azote et ses effets non hilarants

Le protoxyde d’azote (N₂O) est connu du public pour ses propriétés hilarantes. Il est couramment utilisé en médecine pour anesthésier les patients. C’est également un gaz dont le stock dans l’atmosphère a plus que doublé depuis l’ère préindustrielle en raison de l’activité humaine.

Pour plus de la moitié, les rejets humains de N₂O proviennent de l’agriculture, principalement du fait de l’usage de fertilisants azotés. Ces fertilisants peuvent être d’origine chimique ou organique (fumiers et lisiers principalement). Les autres sources sont certains procédés de la chimie comme la fabrication du nylon ou la combustion d’énergies fossiles.

Les quantités de protoxyde d’azote rejetées dans l’atmosphère sont bien plus faibles que celles de CO₂ ou de méthane. Ce gaz a en revanche un pouvoir de réchauffement bien supérieur (265 fois celui du CO₂ sur 100 ans) et séjourne en moyenne 121 ans dans l’atmosphère.

Les gaz fluorés

Comme leur nom l’indique, ces gaz regroupent les familles de gaz comprenant au-moins un atome de fluor (F). Dans leur grande majorité, ils ne sont pas présents à l’état naturel et ont été synthétisés par l’homme.

Les gaz de la famille des CFC sont les plus célèbres. Une fois rejetés dans l’atmosphère, ces gaz y séjournent en moyenne plus de 50 ans. Ils ont la double particularité de détruire la couche d’ozone présente dans la stratosphère (au-delà de 10 km) et d’être un gaz à effet de serre très puissant.

Les CFC ont connu un développement très rapide jusqu’à la fin des années 80, principalement pour produire du froid et mettre de la pression dans les vaporisateurs. Du fait de la destruction de la couche d’ozone, ces gaz ont été proscrits par le Protocole de Montréal (1987). Ils ne sont plus produits à échelle industrielle et leurs usages sont en voie de disparition (sauf pour des usages médicaux limités).

L’élimination des CFC a permis d’éliminer une source majeur de gaz à effet de serre, mais son impact a été amoindri par l’utilisation de substituts, principalement les gaz de la famille des HFC qui ne détruisent pas la couche d’ozone, mais sont à effet de serre. Pour contrer leur usage, ces gaz ont été placé en 2016 sous le régime du protocole de Montréal qui prévoit leur élimination graduelle.

Pour de toutes petites quantités, l’activité humaine rejette enfin deux gaz à très fort pouvoir de réchauffement : le SF₆ et les PFC.

L’ozone, un gaz à effet de serre indirectement produit par l’activité humaine

L’ozone est un gaz toxique et à effet de serre. Contrairement aux gaz répertoriés dans notre tableau, il n’est pas rejeté directement dans l’atmosphère. Par contre l’activité humaine agit indirectement sur sa présence de façon différente suivant les couches de l’atmosphère :

• Comme on vient de le voir, la concentration d’ozone dans la stratosphère a été réduite par l’usage massif de gaz CFC ;
• Simultanément, elle s’est accrue dans la troposphère (partie basse de l’atmosphère) comme en témoignent les alertes à la pollution dans les métropoles par temps chauds.Ces hausses de la concentration d’ozone sont provoquées par les rejets de substances, appelées « précurseurs », qui produisent l’ozone par réaction chimique.

Pour limiter l’effet de serre additionnel provoqué par la présence d’ozone dans la troposphère, il convient par conséquent d’agir sur ces précurseurs. Les deux principaux précurseurs de l’ozone troposphérique sont le monoxyde de carbone et les composés organiques volatiles.

Pour aller plus loin :

CITEPA, Rapport annuel : https://www.citepa.org/wp-content/uploads/1.1-GES_2020.pdf

ADEME, site dédié aux gaz à effet de serre : https://www.bilans-ges.ademe.fr/