Gaz à Effet de Serre

Dernière modification le 9-10-2023 à 17:01:09

Le podcast

Temps de lecture 6:42 minutes

Qu’est-ce?

Les gaz à effet de serre participent à la conservation de la chaleur sur terre, en absorbant une partie du rayonnement infrarougeComme la terre ne gagne ou ne perd que très peu de matière, c’est par le rayonnement que les échanges énergétiques se produisent, en gain (réception de rayonnement) comme en perte (émission de rayonnement). La lumière infrarouge est une partie de la lumière invisible, mais que l’on peut sentir avec notre peau (effet d’échauffement ressenti à l’approche d’un objet chaud). que la Terre réémet. Ils sont en faible quantité dans l’atmosphère, mais ont un grand effet sur la température moyenne à la surface de notre planète. Une partie sont issus de processus naturels. Le nom technique de l’effet de serre est le “forçage radiatifÉvaluation des quantités d’énergie reçue et perdue par un système. Pour le bilan radiatif de la Terre, le système se compose du sol, des océans et de l'atmosphère. Quasiment toute l'énergie provient du rayonnement solaire large spectre (de l'ultraviolet à l'infrarouge, en passant par la lumière visible). Notre système Terre perd de l'énergie via son rayonnement infrarouge. Un système dont le bilan radiatif est nul (autant d'énergie reçue que d'énergie perdue) est à l'équilibre thermique (sa température reste globalement constante). Lorsqu'un le bilan est positif, le système se réchauffe. Inversement, un bilan négatif indique qu'un système refroidit.” qui indique une augmentation de la température liée au surplus d’entrée d’énergie venant du soleil, comparée à l’énergie émise par la terre en direction de l’espace.

Les molécules gazeuses formées d’au moins 3 atomes, ou d’au moins 2 atomes différents, absorbent une partie du rayonnement infrarouge de la Terre et participent donc à l’effet de serre.

• Dioxyde de carbone (CO₂), aussi appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique se présente, sous les conditions normales de température et de pression, comme un gaz incolore, inodore, à la saveur piquante.
• Le méthane (CH₄), qui n’est rien d’autre que… le gaz « naturel » de nos cuisinières (Erdgaz en Allemand, “gaz de terre” qui est un nom plus honnête)
• Le protoxyde d’azote (N₂O), nom savant du…. gaz hilarant (qui ici ne l’est plus tellement)
• L’ozone (O₃), molécule formée de trois atomes d’oxygèneLe dioxygène, communément nommé oxygène, est une substance constituée de molécules O2 (constituées chacune de deux atomes d'oxygène). Gazeux dans les conditions normales de température et de pression, incolore, inodore et insipide, il participe à des réactions d'oxydoréduction, essentiellement la combustion, la corrosion et la respiration. Le dioxygène est l'une des formes allotropiques de l'oxygène. L'appellation « oxygène » sans autre précision est ambiguë parce que ce terme peut désigner l'élément oxygène (O) ou bien le gaz oxygène (O2). (les molécules du gaz oxygène « normal » comportent 2 atomes d’oxygène seulement).

Les différents types de gaz

 

Pour comparer les différents gaz, on a défini l’équivalent carbone qui correspond à 0.273 kg par kg de CO₂. Il faut encore tenir compte de la durée de persistance dans l’atmosphère, le méthane qui ne reste que 12 ans aura moins d’impact global que les halocarbures qui persistent 50’000 ans. Ces deux paramètres définissent le PRG: Pouvoir de Réchauffement Global, et en anglais GWP, pour Global Warming Potential. On trouve également la terminologie “Équivalent CO₂” pour comparer.

Gaz carbonique CO₂

Le gaz carbonique CO₂ est le principal gaz à effet de serre anthropique (produit par l’homme). Il participe à plus de 70% de notre effet de serre additionnel. La quantité totale de gaz produit ne reste pas dans l’atmosphère, puisque l’océan et les plantes fonctionnent comme des puits de carbone, qui absorbent une partie du CO₂ émis, mais évidemment pas tout ce qui est émis.

• il est issu pour l’essentiel de la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz)
• également produit par des réactions chimiques industrielles (p.ex production de ciment)
• la dernière grosse partie vient de la déforestation (et brûlis) notamment en zone tropicale.

Méthane CH₄

Ce gaz est généré dès que de la matière organique se décompose à l’abri de l’oxygène. Il représente un peu plus de 15% de l’effet de serre anthropique. Nous en extrayons de grandes quantités du sol, qui ont été formées au cours de temps géologiques, par putréfaction de matière organique. Les zones humides participent d’ailleurs toujours à la génération de méthane.

Le méthane anthropique provient de

• la combustion des brûlis dans les zones de déforestation
• les élevages de ruminants
• la culture du riz
• les décharges d’ordures
• les exploitations pétrolières et gazières, les mines de charbon (grisou)

Halocarbures

Ces gaz n’ont pas d’émission naturelle et représentent 10% de nos émissions. Les premiers représentants de cette famille étaient les CFC, qui ont été remplacés à cause de leur effet sur la couche d’ozone.

Ces gaz sont utilisés

• comme gaz réfrigérant dans les systèmes de climatisation
• comme gaz propulseurs dans les bombes aérosol
• dans certaines mousses plastiques pour l’isolation

Protoxyde d’azote N₂O

Ce gaz (utilisé en médecine, gaz hilarant comme analgésique) génère 5% de l’effet de serre anthropique. Il est issu principalement

• le l’utilisation d’engrais azotés en agriculture
• de certains procédés chimiques

L’ozone O₃

C’est un gaz bénéfique en haute altitude (stratosphère 10-50 km d’altitude), mais néfaste au sol (ozone troposphérique), car il a un pouvoir oxydant très prononcé. Tout en participant pour env. 10% à la génération de l’effet de serre anthropique, Il nous protège des rayonnement UV en altitude (sauf en cas de “trou dans la couche d’ozone”) mais il agresse nos poumons lorsque nous le respirons.

• l’ozone au sol est généré indirectement par la combustion d’hydrocarbures
• l’ozone stratosphérique est à la fois créé et détruit par le rayonnement solaire, selon un équilibre qui est perturbé par la présence des célèbres CFC (Chlorofluorocarbure) des anciennes climatisation et bombes aérosol.

A noter que “le trou” variable au-dessus des pôles n’est pas résorbé, du fait de la très longue durée de vie des CFC dans l’atmosphère il est juste stabilisé.

Aérosols

Un aérosol est une particule (poussière ou gouttelette) qui reste en suspension dans l’air. Ils réfléchissent la lumière, selon la couleur des particules en question, mais ils participent aussi à la formation de gouttelettes, en servant de “noyau de condensation” (traînées derrière les avions). Les types d’aérosols sont les suivants:

• les nuages (gouttelettes d’eau)
• les particules fines (générées par les combustion de bois, p.ex)
• la poussière soulevée du sol par le trafic routier ou par le vent
• les particules issues de précurseurs

Un précurseur est ce qui va induire la production d’aérosol, on trouve:

• les émissions de dioxyde de soufre (SO2) qui sont issues de la combustion du gaz, mais aussi du charbon et du pétrole et ce SO₂ va se transformer en sulfate (SO₄) solide qui reste en suspension dans l’air (elles participent aussi aux pluies acides en générant de l’acide sulfureux H₂SO₃)
• A un degré moindre, les émissions d’oxydes d’azote (NO_x) provenant essentiellement de l’agriculture, conduisent à des particules solides de nitrates.

Les nuages ont des effets différents vis-à-vis de l’effet de serre, car sous forme de voile, en haute altitude, ils augmentent le réchauffement en renvoyant l’énergie vers la terre, alors que des nuages denses de basse altitude ont un effet de réflexion de l’énergie vers l’espace prépondérant.

Une différence fondamentale entre les aérosols et les gaz à effet de serre est la durée de vie (courte) des aérosols par rapport aux gaz et leur effet en principe local (à l’exception d’événements majeurs comme l’éruption du Pinatubo en 1991 dont les cendres ont affecté le climat mondial durant 2-3 ans)

Géographie du forçage radiatif estimé en moyenne annuelle (1750 à 2000)

Importance du forçage radiatif par les différents phénomènes

Les arguments avancés par les climatosceptiques selon lesquels le taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère aurait atteint une saturation maximale et ne contribuerait plus au changement climatique sont basés sur une compréhension erronée de la science climatique. Voici quelques points importants pour répondre à ces affirmations :

1. Le principe de la saturation : Les climatosceptiques prétendent souvent que le CO2 absorbe déjà la plupart des rayons infrarouges qu’il peut absorber, et donc l’ajout de plus de CO2 n’aurait plus d’effet significatif. Cependant, cela ignore le fait que l’absorption des rayons infrarouges par le CO2 suit une courbe logarithmique, ce qui signifie qu’à mesure que la concentration de CO2 augmente, l’efficacité de l’absorption diminue. En d’autres termes, chaque ajout supplémentaire de CO2 a un effet de réchauffement, même s’il est moins important que le précédent.
2. Les preuves empiriques : Les observations du climat montrent clairement que l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère est associée à une élévation de la température moyenne de la Terre. Les enregistrements de température, les mesures des émissions de CO2 et les simulations de modèles climatiques corroborent tous cette relation.
3. Effet de serre renforcé : Le CO2 n’est pas le seul gaz à effet de serre présent dans l’atmosphère. D’autres gaz, tels que la vapeur d’eau et le méthane, interagissent également avec le rayonnement infrarouge et contribuent au réchauffement de la planète. L’augmentation du CO2 peut amplifier l’effet de serre en provoquant une rétention accrue de chaleur, même si la saturation était atteinte pour le CO2 pur (ce qui n’est pas le cas).
4. Durée de vie du CO2 : Bien que le CO2 puisse rester dans l’atmosphère pendant un certain temps, il est réabsorbé par les océans et les forêts. Cependant, les émissions humaines de CO2 dépassent largement la capacité de la Terre à absorber ce gaz, ce qui entraîne une accumulation nette dans l’atmosphère.

En résumé, l’argument de la saturation du CO2 dans l’atmosphère ne tient pas compte des principes scientifiques fondamentaux de l’effet de serre, des preuves empiriques du changement climatique en cours et de la contribution continue des activités humaines aux émissions de CO2. Il est essentiel de reconnaître que le CO2 est un facteur clé du changement climatique et que ses émissions doivent être réduites pour limiter les impacts négatifs sur notre planète. Voir la vidéo qui suit.

Le réchauffement a-t-il atteint sa limite ?

On cherche à comprendre comment fonctionne vraiment l’effet de serre…

• Le serveur Discord de Science étonnante ➡️ discord.gg/GPamYjVYxA
• Détails et compléments dans le billet de blog qui accompagne la vidéo : scienceetonnante.com/2023/10/…
• Le code sur Github : github.com/scienceetonnante/R…

00:00 Intro
1:15 Rayonnements de la Terre et du Soleil
09:50 On allume l’effet de serre
14:51 L’argument de la saturation
21:13 Un modèle numérique simple
27:49 Estimer le forçage radiatif

Écrit et réalisé par David Louapre © Science étonnante

Références

Résumé, basé sur le document de Jean-Marc Jancovici (avec son autorisation).

• 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/

Gaz à effet de serre en suisse

• Émissions de gaz à effet de serre visées par la loi sur le CO2 révisée et par le Protocole de Kyoto, 2e période d’engagement (2013–2020)
• Le taux actuel de CO2 dans l’atmosphère terrestre est le même qu’il y a 1 million d’années !
• Le niveau de CO2 dans l’atmosphère bat un record vieux de 3 millions d’années.