L'effet de serre

Le déréglement du thermostat planétaire (I)

Heureux sommes-nous qui vivons depuis quelque 4 milliards d'années dans un abri thermodynamique, l'atmosphère, qui nous permet de bénéficier de l’effet de serre. En effet, la température moyenne sur Terre est d’environ 15°C, ce qui représente 390 W/m². Si nous ne bénéficiions pas de l’effet de serre qui piège la chaleur dans l'atmosphère, cette température serait de... -18 à -20°C (240 W/m²) ! Ce thermostat planétaire est cependant en train de se dérégler suite à l’influence des gaz liés aux activités humaines.

Progression des anomalies de température depuis 1856. Il n'y a pas de doute, l'atmosphère s'est réchauffée de plus de 0.8°C en 148 ans. Entre 1981 et 1999 les mesures effectuées dans le cadre du projet MODIS/MISR d'étude de la végétation ont démontré que les régions situées à plus de 40° de latitude étaient plus vertes que par le passé, peut-être en raison du réchauffement de la planète. Document ORNL/CDIAC.

Les gaz à effet de serre sont des gaz dont les molécules ont la capacité de piéger le rayonnement infrarouge dans l'atmosphère comme une serre retient la chaleur du Soleil. Ces gaz sont très nombreux, surtout ceux d'origine anthropique. Voici les principaux d'entre eux (entre parenthèse leur concentration et leur source) :

- La valeur d'eau, H₂O (0.3%, réservoirs naturels y compris l'atmosphère)

- Le dioxyde de carbone, CO₂ (0.03%, combustion des énergies fossiles, déforestation, décomposition de la biomasse)

- Le méthane, CH₄ (0.00017%, agriculture, fermentations anaérobies, fuites de gaz naturel, grisou, termites...)

- Le protoxyde d'azote, N₂O (0.00003%, certaines combustions, engrais azotés).

- L'ozone, O₃, tant celui de la stratosphère (qui nous protège des ultraviolets B) que le polluant de basse altitude

- Les chloro-fluoro-carbones, CFC (0.00000008%, circuits de réfrigération, expansion des mousses, bombes aérosols...)

Il faut y ajouter le monoxyde de carbone (CO), les hexafluocarbures (HFC), les perfluorocarbures (PFC) et l'hexafluorure de soufre (SF₆).

Le Protocole de Kyoto (2001) ne retient que 6 gaz à effet de serre : le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxyde d'azote, les hexafluorocarbures, les perfluorocarbures et l'hexafluorure de soufre.

Leur capacité de réchauffement et leur durée de résidence dans l'atmosphère sont très inégales. Leur concentration suit une évolution exponentielle et présente un effet retard qui peut dépasser un siècle; c'est-à dire que certains gaz émis aujourd'hui ne produiront un effet que d'ici 100 ans voire plus tard encore.

Le premier gaz à effet de serre est la vapeur d'eau qui contribue jusqu'à 70% de l'effet de serre total. En effet, les microgouttelettes d'eau renvoient durant la nuit le rayonnement thermique émis par la terre. La vapeur d'eau participe à l'effet de serre car sa quantité augmente en même temps que celle du gaz carbonique.

Bien que les activités humaines n'augmentent pas directement la concentration de vapeur d'eau dans l'atmosphère, l'air chaud contient davantage de vapeur d'eau ce qui entretient et accélère le mécanisme. Cet effet indirect représente une rétroaction positive qui affecte l'évolution du climat

On estime que les nuages modifient également l'équilibre thermique de la Terre en réfléchissant la lumière du Soleil (ce qui refroidit la Terre) et en retenant le rayonnement infrarouge (ce qui réchauffe la Terre). Ainsi dans les régions tropicales, la présence des nuages provoquerait un assèchement plutôt qu'une humidification des couches supérieures de la troposphère. Les données actuelles indiquent qu'à l'échelle globale, une atmosphère plus chaude humidifie l'air et augmente le réchauffement climatique du fait de l'effet de serre.

Contribution des différents gaz à l'effet de serre en 2000. Le pourcentage de gaz carbonique augmente sensiblement chaque année. Document Spektrum der Wissenschaft.

Le dioxyde de carbone ou gaz carbonique (CO₂) est le deuxième gaz à effet de serre par son importance mais le premier d'origine anthropique, c'est-à-dire produit par les activités humaines. Il représente jusqu'à 60% de l'effet de serre d'origine artificielle. Si nous analysons les 500 dernières années, du XIV^eme au XIX^eme siècle, on constate que le taux de gaz carbonique contenu dans l'atmosphère n'eut aucune influence sur l'effet de serre. Mais il faut préciser que la pollution atmosphérique n'existait pas encore. Les traces relevées dans les glaces polaires nous le prouvent^[1]; mois après mois, année après année l'air fut piégé dans les cristaux de neige et nous pouvons aujourd'hui analyser ses constituants. L'air que l'on respirait à l'époque médiévale s'est accumulé dans les glaces de façon constante. Le taux global de gaz carbonique contenu dans ces glaces équivaut à celui qu'on a dégagé... durant le XX^eme siècle !

Les concentrations de gaz à effet de serre ont été stables au cours des 10000 dernières années. Ainsi, la concentration du gaz carbonique fut pratiquement constante jusqu'en 1750 où sa concentration dans l'atmosphère était de 0.028% soit 280 ppm. Elle est passée à 315 ppm en 1958, 345 ppm en 1984, 367 ppm en 1999 et à 379 ppm en 2005.

Entre le début du XX^eme siècle et 1994, le taux de gaz carbonique augmenta d'environ 1.4 ppm (parties par million en volume) chaque année. Entre 1995 et 2005, il augmenta de 1.9 ppm chaque année et augmente à présent de 2 ppm chaque année.

L'Europe occidentale subit quotidiennement des pics qui atteignent 450 ppm, principalement en Angleterre et en France, auxquels il faut ajouter les rejets de la Chine, de l'Inde, du Japon, de la Corée du Sud, de l'Australie et des Etats-Unis (rappelons que ces derniers pays ont signé un "Partenariat Asie-Pacifique" fin 2006 dans le but de lutter contre l'émission des gaz à effet de serre).

Ci-dessus mesure globale de la concentration du gaz carbonique (la pollution) dans la basse atmosphère le 30 avril 2000 par le satellite Terra. En brun les pics de 390 ppm, en rouge 220 ppm et en bleu 50 ppm. Noter la forte concentration de gaz carbonique dans l'hémisphère nord et au-dessus des feux de forêts. Document TERRA/NASA.

Un pays comme les Etats-Unis qui refuse aujourd'hui de ratifier le Protocole de Kyoto, produisait 4.93 millions de tonnes de gaz carbonique en 1995, plaçant cet élément en 22^eme place parmi les gaz produits par notre civilisation. Ce gaz carbonique est produit par la consommation des énergies fossiles (fuel, gaz naturel, charbon) dont les résidus de combustion sont libérés dans l'atmosphère. Rappelons que juste derrière les Etats-Unis, les plus grands pays producteurs de gaz carbonique sont la Russie, la Chine et le Brésil et loin derrière mais toujours trop polluants, l'Angleterre et la France. Non, si l'Europe fait un effort, elle ne montre pas encore le bon exemple.

Si l'océan est un régulateur de la concentration du gaz carbonique en raison de sa capacité à le dissoudre, une concentration trop élevée de ce gaz produit un déséquilibre de ce mécanisme qui ne pourra pas dissoudre ce gaz au rythme auquel on le produit. Il en est de même du phénomène de déforestation en Amazonie dont les incendies contribuent à augmenter la concentration de gaz carbonique dans l'atmosphère. 

En moyenne, un habitant d'un pays développé consomme 400 kg de CO₂ chaque année. Mais au cas par cas nous verrons que tous les propriétaires d'un véhicule peuvent doubler ou quadrupler ce nombre ! Ceci dit les autorités n'insistent pas suffisamment sur le fait que les transports s'accaparent la part du lion. Ainsi, les poids lourds roulant au diesel émettent 4.5 fois plus de gaz carbonique dans l'air qu'une voiture conventionnelle. C'est pour cette raison et également pour la sécurité routière que la plupart des pays ont limité leur vitesse maximale sur autoroute. Mais ce ne sont pas les plus grands pollueurs. 

En effet, il faut rappeler que l'activité d'un aéroport comme Roissy-Charles De Gaulle (F) par exemple émet 30% de plus de gaz carbonique que toute l'activité automobile sur le périphérique parisien ! En fait, en tête de liste des plus grands émetteurs de gaz carbonique nous devons citer les avions suivis par les bâteaux. Ces deux moyens de transport viennent loin devant les camions et les voitures particulières. Il est grand temps que la Commission européenne se penche sur ces moyens de transport et leur applique également le principe "pollueur-payeur" !

Ainsi que nous l'avons dit, en 1999 l'atmosphère contenait globalement 0.037% de gaz carbonique ou 367 ppm, une concentration 600 fois inférieure à celle de l'oxygène. En 2005, notre civilisation produisait plus de 700 tonnes de gaz carbonique chaque seconde (22 milliards de tonnes par an) rien que par la combustion. En tenant compte de toutes les formes d'émission anthropique de CO₂, chaque seconde nous déversons plus de 700 millions de tonnes de gaz carbonique dans l'atmosphère ! A ce taux, d'ici 2050 on prévoit un doublement de la concentration de gaz carbonique. Avec une atmosphère artificielle contenant 571 ppm de CO₂, Biosphère 2 s'y est déjà préparé... Si les émissions de gaz carbonique se poursuivent au taux actuel, selon les modèles climatiques les plus pessimistes on estime qu'en 2100 l'atmosphère pourrait globalement contenir 0.1% de gaz carbonique, soit 1000 ppm... Préparez vos masques ! Dans ce contexte, les jeunes ont de bonnes raisons de se fâcher sur leurs parents...

A ce jour, la forêt pluvieuse d'Amazonie stocke chaque année 180 milliards de tonnes de gaz carbonique qui ne participe donc pas au réchauffement climatique. Cela représente 8 fois la quantité de gaz carbonique libéré par les hommes. On peut donc à juste titre surnommé l'Amazonie le "poumon vert" de la terre. Mais si rien ne change, si la déforestation continue et si nous continuons à polluer l'atmosphère, en raison de l'effet de serre on estime que l'Amazonie disparaîtra vers 2100 et avec elle notre stock d'oxygène et notre piège à gaz carbonique.

Devant ces chiffres alarmants, début 2007 la Commission européenne a donc demandé à ses états-membres de réduire les émissions de gaz carbonique de 50% d'ici 2050. Mais comment atteindre cet objectif ? Le premier moyen consiste à réduire le plafond des quotas d'émission de CO₂ accordé à chaque pays, appliquant en force le principe "pollueur-payeur". Mais nous comptons tous parmi ces pollueurs !

En effet, l'industrie automobile notamment - et donc nous tous, les consommateurs - avons à notre échelle notre part de responsabilité dans l'émission de gaz carbonique. Une voiture familiale et d'autant plus une grosse cylindrée émet généralement plus de 200 g de CO₂ par km. Quant aux 4x4 et autres tout-terrain à la mode, certains dépassent les 300 g de CO₂ par km. Si cela ne vous dit rien, sachez que si votre véhicule libère 150 g de CO₂ par km (voiture moyenne), en roulant 10000 km par an vous libérez 1500 kg de CO₂ chaque année dans l'atmosphère... Multiplié par des centaines de millions de voitures, nous nous asphyxions tous petit à petit et affectons durablement le climat. Cela ne peut plus durer.

Faites le calcul : Emission de CO2 de votre véhicule

Chacun d'entre nous pouvant participer à la réduction de cette pollution, la Commission européenne et l’Association des Constructeurs Automobiles Européens (ACEA) ont conclu un accord visant à réduire les émissions de gaz carbonique des véhicules de 25 % en 2008 du niveau constaté en 1995 (soit 140 g/km contre 186 g/km) et prévoit une réduction de 35% supplémentaire, soit 120 g/km en 2012.