Tout savoir sur les gaz à effet de serre

413,2 parties par million. C’est le niveau de concentration actuel du dioxyde de carbone (CO2), dans l’atmosphère, selon l’Organisation Météorologique Mondiale. Soit 149% du niveau préindustriel.

Au niveau mondial, la courbe des émissions monte inlassablement. Dioxyde de carbone, méthane mais aussi protoxyde d’azote, HFC ou encore PFC, nous relâchons chaque année de plus en plus de gaz à effet de serre (GES), ce qui réchauffe l’atmosphère et dérègle le climat. Cette augmentation de la température est alors représentée sous la forme de “Climate Stripes” pour permettre à chacun et chacune de visualiser simplement ce que signifie l’augmentation des températures moyennes à la surface de la Terre, année après année.

Les climate stripes, qui représentent l’évolution des températures annuelles moyennes.
Les climate stripes, qui représentent l’évolution des températures annuelles moyennes.

Si aujourd’hui, l’effet des gaz à effet de serre sur le climat est très largement connu, on en sait au final assez peu sur chacun d’eux, leur origine, leur rôle, où on les trouve et leur découverte. C’est justement ce que l’on vous propose de découvrir dans ce nouvel article !

Une brève histoire des gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont essentiels à la vie sur Terre. En effet, ils permettent à l’atmosphère de garder une partie de l’énergie contenue dans le rayonnement solaire et ainsi d’augmenter la température moyenne à la surface du globe. Les précédentes évolutions climatiques, notamment entre les ères glaciaires et interglaciaires, sont le résultat de la modification de la quantité d’énergie solaire reçue et conservée à la surface du globe.

Petite définition : un gaz à effet de serre est un gaz présent dans l’atmosphère terrestre et qui intercepte les infrarouges émis par la surface terrestre et contribue ainsi à l’effet de serre.

Mais du coup, c’est quoi l’effet de serre ?

200 ans de découvertes scientifiques et climatiques

La découverte du réchauffement climatique découle d’un long processus de recherche scientifique qui s’étale sur les deux derniers siècles. Et parmi les premières étapes, on trouve la découverte de Jean-Baptiste Joseph Fourier qui jette les bases de ce qui sera défini par la suite comme l’effet de serre.

En 1820, ce physicien et mathématicien français comprend que les surface chaudes émettent plus de rayonnements que les surfaces froides. Il cherche alors à calculer quelle devrait être la température de la surface de la Terre pour émettre autant de rayonnements qu’elle n’en reçoit du soleil, de sorte que la température moyenne ne varie pas. Ce qu’il découvre le surprend : la température théorique estimée est plus basse que la température observée. Il émet alors l’hypothèse que pour atteindre cette température, l’atmosphère doit renvoyer une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre.

Officiellement, la découverte des GES est attribuée au physicien irlandais John Tyndall. En 1859, il démontre l'absorption des rayonnements infrarouges par le CO2. Cependant, en 1856, Eunice Newton Foot, une scientifique amatrice américaine, arrive à un constat similaire par le biais d’une expérience qu’elle réalise : elle expose au soleil du CO2 et de l’hydrogène piégés dans deux cylindres grâce à une pompe à air. Elle note alors dans un article publié dans l’American Journal of Science and Arts que le CO2 devient bien plus chaud et met bien plus de temps à refroidir que les autres gaz lorsqu’il cesse d’être exposé au soleil. C’est ainsi qu’elle est la première scientifique à témoigner de l’importance du CO2 dans le réchauffement de l’atmosphère.

De son côté, John Tyndall va prouver que contrairement à l’oxygène et l’azote qui composent 98% de l’air, la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et le protoxyde d’azote qui en seulement composent 1% absorbent fortement les rayonnements infrarouges émis par la surface de la Terre. Ce sont les gaz à effet de serre !

Le réchauffement, une bonne nouvelle pour la planète ?

Quelques années plus tard, en 1896, Svante Arrhenius, chimiste suédois et ancêtre de Greta Thunberg, comprend que les émissions de CO2 vont conduire à un réchauffement climatique global. ll prédisait alors qu’un doublement de la quantité de CO2 dans l’air provoquerait un réchauffement planétaire d’environ 5°C. Il s’est avéré par la suite que ce chiffre était plutôt situé entre 2,5 et 4,5°C selon le GIEC.

« Par suite de l’augmentation de l’acide carbonique dans l’air, il nous est permis d’espérer des périodes qui offriront au genre humain des températures plus égales et des conditions climatiques plus douces. » - Svante Arrhenius

Cependant, à l’époque, il voit plutôt ça de bonne augure, car cela permettrait de prévenir une nouvelle glaciation et un climat plus souhaitable pour nourrir une population qui augmente. Il alerte également sur la consommation de charbon à l’origine de ces émissions et sur la limite de ces ressources (il s’est aussi avéré qu’il se trompait car les stocks mondiaux de charbon sont considérables).

Enfin, ce sera Guy Callendar qui réalisera la première observation de la relation entre les niveaux de dioxyde de carbone et le réchauffement climatique. Depuis 1958, les niveaux de CO2 dans l’atmosphère sont systématiquement mesurés à l’initiative de Charles Keeling à l’observatoire de Mauna Loa à Hawaii.

Lorsque que l’histoire de la découverte de l’effet de serre a commencé, nous étions alors à 260 parties par million de CO2 dans l’atmosphère. 2 siècles plus tard, nous en sommes à 414ppm, avec un réchauffement observé de 1,1°C.

Ça sent le gaz (à effet de serre)

Les GES représentent 1% de l’air qui nous entoure. Et pourtant, sans ces 1%, la planète serait complètement glacée, inhabitable pour nous autres les humains et humaines. Ils ont donc un rôle essentiel dans l’apparition des conditions de vie nécessaires au développement de la civilisation humaine. Mais comment l’effet de serre fonctionne t-il ? Et que sont exactement les gaz à effet de serre ?

Comment fonctionne l’effet de serre ?

L’effet de serre est un phénomène naturel ancien, dans lequel l’atmosphère va laisser passer une partie du rayonnement qui nous vient du Soleil jusqu’à la surface terrestre. Le sol réchauffé va alors émettre un rayonnement infrarouge que les GES viennent piéger et renvoient vers le sol. Ce phénomène est essentiel à la vie sur Terre. En effet, si la température moyenne à la surface de la Terre est aujourd’hui d’environ 15 degrés, elle serait plutôt de -18 degrés s’il n’y avait pas l’effet de serre ! Autant dire que nous aurions tous et toutes très froid.

Source : Dossier Scientifique, Time for the Planet
Source : Dossier Scientifique, Time for the Planet
Focus : Qu’est ce que l’atmosphère ?

Selon Météo France, “on appelle « atmosphère » l'enveloppe gazeuse qui entoure certains corps célestes comme, par exemple, la Terre, Vénus ou Mars. Les gaz sont maintenus autour de ces corps célestes par la force gravitationnelle qui les retient et les empêche de s'échapper vers l'espace”.

L’effet de serre est donc un phénomène observé sur les planètes possédant une atmosphère gazeuse comme la Terre et Vénus, et dans une moindre mesure sur Mars. Sur Terre, l’atmosphère est composée de plusieurs couches, et c’est dans la troposphère que se situent les fameux gaz à effet de serre. On voit ci-dessous que les rayonnements infrarouges sont en partie ou totalement piégés par l'atmosphère rendue « imperméable » par la présence de ces gaz. Ainsi, la Terre reçoit quasiment deux fois plus de rayons de l’atmosphère que du Soleil directement. C’est notamment lié au fait que l’atmosphère renvoie les rayons infrarouges en permanence alors que les rayons du Soleil ne nous parviennent qu’une partie de la journée.

Source : Dossier Scientifique, Time for the Planet
Source : Dossier Scientifique, Time for the Planet

Ce système est à l’équilibre : le bilan énergétique issu de l’effet de serre a permis de garder une température stable sur Terre. L’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dus aux activités humaines vient déséquilibrer ce bilan et le rendre excédentaire : une quantité plus importante de rayons infrarouges est piégée, ce qui entraine un réchauffement qui menace le vivant, les écosystèmes et l’équilibre climatique.

Les différents types de gaz à effet de serre

Lorsque que l’on parle de gaz à effet de serre et d’empreinte carbone, on parle souvent en tonnes de CO2. Le CO2, ou dioxyde de carbone, est le gaz à effet de serre le plus connu et aussi celui dont les émissions sont les plus importantes au niveau mondial. Il est émis lors de la combustion d’énergies fossiles que sont le pétrole, le gaz et le charbon, mais aussi lors de la combustion du bois par exemple.

Mais il n’est pas le seul ! Naturellement présents dans l’atmosphère, les gaz à effet de serre sont nombreux, mais seuls quelques-uns participent activement à renvoyer les rayonnements infrarouges depuis la troposphère. Parmi ceux-là, on trouve :

  • Le méthane : Le méthane est un gaz à effet de serre important dont le pouvoir réchauffant est 25 fois plus important que le CO2. En revanche, il reste moins longtemps dans l’atmosphère. Il est principalement issu de l’agriculture, et notamment des ruminants (coucou les rots des vaches 🐮) et des rizières 🌾

  • Le protoxyde d’azote : Il est principalement utilisé dans l’agriculture comme engrais et a un pouvoir 300 fois plus réchauffant que le CO2,

  • L’hydrofluorocarbure, le perfluorocarbure et l’hexafluorure de soufre : Ces trois derniers sont respectivement utilisés dans les systèmes de climatisation et de réfrigération, générés lors de processus industriels (comme par exemple dans la fabrication de l'aluminium) et utilisés dans des équipements électriques. Ils ont une capacité de réchauffement jusqu’à 14 à 800 fois supérieure à celle du CO2 !

Le CO2, le méthane et le protoxyde d’azote représentent à eux-seuls 97% des six GES pris en compte par le protocole de Kyoto. En tout, le GIEC en a listé plus de 40.

Focus : La vapeur d’eau 

Les émissions de vapeur d’eau par les activités humaines sont minimes. En revanche il s’agit d’un gaz à effet de serre naturel important, dont la quantité augmente à cause du réchauffement climatique. Naturellement, la vapeur d’eau représente 0,25 % de la masse totale de l'atmosphère. Or, dans une atmosphère plus chaude, il peut y avoir une augmentation de la vapeur d’eau. Aujourd’hui on observe que même si la vapeur d’eau n’est pas le moteur du réchauffement climatique, elle y participe par un effet amplificateur. C’est ce que l’on appelle une boucle de rétroaction du climat.

Chaque gaz ayant un pouvoir de réchauffement et un temps de résidence dans l’atmosphère différent, il a été décidé d’exprimer les émissions en “équivalent CO2” pour homogénéiser et simplifier sa mesure. On considère alors la quantité équivalente de CO2 nécessaire pour obtenir le même pouvoir de réchauffement climatique (PRC) que celui du gaz en question. C’est pour cela que lorsque l’on parle du bilan carbone d’une organisation ou des émissions d’un pays, il s’agit bien de l’ensemble des gaz à effet de serre émis mais exprimés en équivalent CO2.

Le consensus scientifique sur le réchauffement climatique

Si le climat sur Terre est stable depuis le début de l’Holocène (10 000 dernières années), celui-ci a évolué de multiples fois et de multiples façon dans les dernières 4,5 milliards d’années. Cela a été lié aux variations d’intensité du Soleil, à l’activité volcanique ou encore à la variation de la trajectoire orbitale de la Terre.

Ce qui est différent aujourd’hui c’est le rythme du changement que nous vivons : les modifications du climat sont 100 fois plus rapides que celles survenues dans le passé, ce qui bouleverse profondément l’équilibre climatique et ne laisse pas le temps aux espèces de s’adapter aux changements.

Le réchauffement climatique fait l’objet d’un consensus scientifique mondial et l’état des lieux des connaissances sur le climat fait l’objet d’un rapport du GIEC, dont le sixième a été publié à l’été 2021. Ce rapport statue que "L'influence humaine a réchauffé le climat à un niveau sans précédent depuis au moins 2 000 ans”. La responsabilité des activités humaines dans le réchauffement du climat fait également l’objet d’un consensus : nous rejetons chaque jour dans l’atmosphère bien plus de gaz à effet de serre que ce que les puits de carbone sont en capacité d’absorber, ce qui déséquilibre le bilan énergétique et produit un réchauffement du climat. Nous en sommes déjà à +1,1°C de réchauffement et l’Accord de Paris prévoit de limiter le réchauffement à 1,5°C d’ici la fin du siècle.

La grande majorité de ces scientifiques s'accorde à dire que si ce réchauffement se poursuit, il présente des risques importants pour l'humanité et pour toute vie sur Terre : pour nos villes et nos villages, pour nos réserves d'eau et de nourriture, et pour notre santé. Au delà du climat, les activités humaines amènent un effondrement de la biodiversitéet une pollution sans précédent dans leur rythme et leur ampleur, ce qui impacte aussi la résilience de nos sociétés face au réchauffement en cours.

Après des décennies de climatoscepticisme et de déni, nous ne pouvons désormais plus ignorer les preuves de la science : il nous faut agir pour limiter le réchauffement climatique dont nous sommes à l’origine. Et pour cela, il faut mesurer et drastiquement réduire (de 65% d’ici à 2030) nos émissions de gaz à effet de serre. Malgré cela, les actions sont encore trop minces pour être à la hauteur de l’enjeu.

C’est pour réduire ces émissions que nous avons créé Green-Got, une alternative financière qui redirige les flux financiers des énergies fossiles vers la transition écologique pour faire advenir une société décarbonée et résiliente face au réchauffement climatique.

L’essentiel à retenir

  • Qu’est ce que l’effet de serre ? L’effet de serre est un phénomène naturel, dans lequel l’atmosphère va laisser passer une partie du rayonnement du Soleil jusqu’à la surface terrestre. Le sol réchauffé va alors émettre un rayonnement infrarouge que les gaz à effet de serre viennent piéger et renvoient vers le sol.

  • Qu’est ce qu’un gaz à effet de serre ? Un gaz à effet de serre est un gaz présent dans l’atmosphère terrestre et qui intercepte les infrarouges émis par la surface terrestre et contribue ainsi à l’effet de serre.

  • À quoi est dû l’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère ? L’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère est le résultat des activités humaines et notamment de l’utilisation des énergies fossiles (qui émet énormément de CO2) et de l’agriculture (qui émet beaucoup de méthane).