Effet de serre - Revision history

Uadmin: /* Gaz à effet de serre contre aérosols : qui gagne ? */

2005-11-04T12:51:40Z

‎Gaz à effet de serre contre aérosols : qui gagne ?

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‎Comment se comparent-ils ?

Uadmin: /* Comment se comparent-ils ? */

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‎Comment se comparent-ils ?

Uadmin: /* Combien de temps restent-ils dans l'atmosphère ? */

2005-11-04T12:42:53Z

‎Combien de temps restent-ils dans l'atmosphère ?

Uadmin: /* Quels sont les gaz qui font le plus d'effet de serre et d'où viennent-ils ? */

2005-11-04T12:41:43Z

‎Quels sont les gaz qui font le plus d'effet de serre et d'où viennent-ils ?

Uadmin: /* Quels sont les gaz qui font le plus d'effet de serre et d'où viennent-ils ? */

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‎Quels sont les gaz qui font le plus d'effet de serre et d'où viennent-ils ?

Uadmin: /* Les gaz "naturels" à effet de serre */

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‎Les gaz "naturels" à effet de serre

Uadmin: /* Les Gaz à effet de serre */

2005-11-04T12:38:33Z

‎Les Gaz à effet de serre

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Uadmin at 12:31, 4 novembre 2005

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2005-10-27T14:42:04Z

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Lorsque le rayonnement solaire arrive sur notre planète, 30% est directement réfléchi vers l'espace, par les nuages (20%), les diverses couches de l'atmosphère (6%), et la surface de la terre (4%), qui comporte notamment une part non négligeable de glace - les calottes polaires - qui sont particulièrement réfléchissantes.

Le reste est absorbé par les divers composants de notre planète (sol, océans, atmosphère, cf. schéma ci-dessous), puis finalement réémis vers l'espace sous forme de rayonnement infrarouge. En effet, tout comme notre peau chauffe si on la met au soleil, la surface de la Terre et l'atmophère chauffent lorsqu'elles sont exposées à la lumière (en captant son énergie), et en retour émettent des infrarouges.

Les gaz à effet de serre, qui avaient laissé passer la lumière sans encombre, ont par contre la propriété d'absorber une partie de ces infrarouges. Ce faisant, ils en récupèrent l'énergie et chauffent. Tout comme la surface de la terre, ils vont dissiper cette énergie en émettant eux aussi infrarouges, dont une partie retourne vers le sol, le chauffant donc une deuxième fois après que le soleil l'ait fait une première.

Cette interception de chaleur conduit donc ces gaz à effet de serre, puis l'atmosphère basse (on parle de troposphère), puis la surface de la Terre, à être plus chauds que si le rayonnement infrarouge passait à travers l'atmosphère sans être intercepté. Bien sûr, le système finit toujours par s'équilibrer, mais il s'équilibre avec une température de surface supérieure à celle qu'il aurait si ces gaz n'étaient pas là.

[[image:atmosphere-greenhouseeffect.gif]]

Fonctionnement général simplifié de l'atmosphère. Les chiffres représentant la valeur moyenne, temporelle (sur l'année) et géographique (sur la surface de la planète) en Watts par mètre carré, de chaque flux d'énergie représenté.

Le "réchauffement climatique" peut, en première approximation, être résumé de la manière suivante : quand on augmente la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, cela augmente son opacité au rayonnement terrestre, et donc le terme B (le rayonnement infrarouge terrestre qui parvient à s'échapper directement vers l'espace) diminue. Corrélativement le terme C augmente, ce qui conduit l'atmosphère à recevoir plus d'énergie. Elle rayonne donc plus, et le terme D augmente aussi.

Le sol va donc recevoir une énergie accrue et sa température moyenne va monter.

Schéma tiré de "l'avenir climatique", rédigé par votre serviteur, et paru au Seuil en mars 2002

@@ Ligne 321: / Ligne 321: @@
 Le graphique ci-dessous représente la distribution géographique de l'effet de serre supplémentaire engendré par :
- les gaz autres que l'ozone (à gauche),
+*les gaz autres que l'ozone (à gauche),
+*l'ozone près du sol (à droite),
- l'ozone près du sol (à droite),
+*les aérosols de type "suies" (à droite), et de type "poussières", à gauche.
 Les couleurs rouges correspondent à un réchauffement, les bleues à un refroidissement.
 Source : GIEC, 2001
 Mais les aérosols ont une caractéristique importante qui fait que leurs effets ne perdurent pas très longtemps après leur émission : leur durée de vie dans l'atmosphère est de quelques semaines seulement (un nuage finit par provoquer de la pluie : il ne reste pas des années en l'air ; les poussières retombent à la surface de la Terre, tout comme la poussière "envoyée en l'air" par notre balai retombera assez vite sur le plancher - et les meubles). Ils ne s'accumulent donc pas dans l'atmosphère, à la différence des gaz à effet de serre.
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 Le graphique ci-dessous compare les uns aux autres les différentes composantes - positives ou négatives - qui jouent sur les échanges d'énergie entre la Terre et l'espace (en Watts par mètre carré). "radiative forcing" désigne le supplément - ou le déficit - de rayonnement reçu par la terre du fait de la présence de la substance émise. Seule la contribution humaine est prise en compte, bien sur.
+[[image:Greenhouse-gaz-4.gif]]
 De gauche à droite on trouve respectivement :
- les contributions des gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O, halocarbures, voir plus haut),
+*les contributions des gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O, halocarbures, voir plus haut),
-les contributions de l'ozone stratosphérique (celui de la fameuse "couche") et de l'ozone troposphérique (celui des "pics de pollution")
+*les contributions de l'ozone stratosphérique (celui de la fameuse "couche") et de l'ozone troposphérique (celui des "pics de pollution")
- les contributions des différents aérosols (voir plus haut),
+*les contributions des différents aérosols (voir plus haut),
- les contributions des avions hors émissions directes de CO2
+*les contributions des avions hors émissions directes de CO2
- les conséquences du changement d'albedo découlant du changement d'usage des sols (l'albedo est ce qui sert à mesurer le pouvoir de réflexion d'une surface : l'albedo d'un mirroir est proche de 1 - toute lumière reçue est réfléchie - et celui d'un corps noir est proche de zéro - toute lumière reçue est absorbée). par exemple, quand on déforeste, l'albedo augmente, car une forêt absorbe généralement plus de rayonnement que des cultures ou un sol nu.
+*les conséquences du changement d'albedo découlant du changement d'usage des sols (l'albedo est ce qui sert à mesurer le pouvoir de réflexion d'une surface : l'albedo d'un mirroir est proche de 1 - toute lumière reçue est réfléchie - et celui d'un corps noir est proche de zéro - toute lumière reçue est absorbée). par exemple, quand on déforeste, l'albedo augmente, car une forêt absorbe généralement plus de rayonnement que des cultures ou un sol nu.
- Bien que cela ne soit pas un effet du à l'homme, la contribution des variation d'activité du soleil.
+*Bien que cela ne soit pas un effet du à l'homme, la contribution des variation d'activité du soleil.
 Pour toutes ces contributions, les rectangles représentent les valeurs les plus probables, et les tirets la zone d'incertitude. Lorsque le tiret est très grand par rapport au rectangle, cela signifie que l'on n'a qu'une vague idée de la valeur. Le niveau de compréhension des processus à l'oeuvre - et donc le degré de confiance dans l'estimation - est indiqué en clair sur la dernière ligne (de high, pour élevé, à very low, pour très faible).
 Source : GIEC, 2001

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 Une fois que nous avons une base de comparaison des gaz à effet de serre (sinon ce n'est pas possible !), nous pouvons alors donner une répartition par gaz des émissions humaines, qui se présente comme suit, hors ozone (qui, comme expliqué plus haut, n'a pas d'émissions directes) :
+[[image:Greenhouse-gaz-human.jpg]][[image:Greenhouse-gaz-5.jpg]]
 Répartition des émissions humaines de gaz à effet de serre par gaz, en millions de tonnes équivalent carbone, en 2000. Source : GIEC
 Même chose que le graphique de droite, mais avec une présentation donnant la part de chaque gaz. Source : GIEC
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 Les émissions d'aérosols comprennent par exemple :
- les particules fines émises lors de la combustion de pétrole ou de charbon (les fameuses fumées noires d'une voiture diesel, par exemple),
+*les particules fines émises lors de la combustion de pétrole ou de charbon (les fameuses fumées noires d'une voiture diesel, par exemple),
- les particules fines émises lors de l'utilisation du bois comme combustible (ce qui représente 10% de la consommation d'énergie à la surface de la planète, en ordre de grandeur),
+*les particules fines émises lors de l'utilisation du bois comme combustible (ce qui représente 10% de la consommation d'énergie à la surface de la planète, en ordre de grandeur),
- la poussière directement soulevée par la circulation routière, ou l'exploitation de carrières...
+*la poussière directement soulevée par la circulation routière, ou l'exploitation de carrières...
 Un précurseur est quelque chose qui précède : les précurseurs d'aérosols sont donc des substances gazeuses qui, par suite de diverses transformations physiques ou chimiques, peuvent conduire à la formation d'aérosols.
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 Les émissions de précurseurs d'aérosols regroupent :
- les émissions de dioxyde de soufre (SO2), qui est un polluant local bien connu provoqué par la combustion de n'importe quel produit contenant du soufre, et notamment le charbon et le pétrole (qui contiennent toujours du soufre à l'état brut). Ce dioxyde se transforme ensuite en petites particules de sulfate (SO4), solides.
+*les émissions de dioxyde de soufre (SO2), qui est un polluant local bien connu provoqué par la combustion de n'importe quel produit contenant du soufre, et notamment le charbon et le pétrole (qui contiennent toujours du soufre à l'état brut). Ce dioxyde se transforme ensuite en petites particules de sulfate (SO4), solides.
- à un degré moindre, les émissions d'oxydes d'azote (NOx), essentiellement en provenance de l'agriculture, qui conduiront à la formation de particules solides de nitrates.
+*à un degré moindre, les émissions d'oxydes d'azote (NOx), essentiellement en provenance de l'agriculture, qui conduiront à la formation de particules solides de nitrates.
 Les aérosols ont deux effets :
- ils réfléchissent ou absorbent la lumière, selon la couleur des particules qui les composent,
+*ils réfléchissent ou absorbent la lumière, selon la couleur des particules qui les composent,
- leurs particules founissent des "noyaux de condensation", ce qui signifie qu'ils favorisent la condensation de la vapeur d'eau de l'atmosphere en petites gouttes, ce qui conduit à des modifications dans la formation des nuages. Ces derniers sont, comme nous l'avons vu, des aérosols d'un genre particulier, et qui en plus interviennent de 2 manières opposées en ce qui concerne le changement climatique.
+*leurs particules founissent des "noyaux de condensation", ce qui signifie qu'ils favorisent la condensation de la vapeur d'eau de l'atmosphere en petites gouttes, ce qui conduit à des modifications dans la formation des nuages. Ces derniers sont, comme nous l'avons vu, des aérosols d'un genre particulier, et qui en plus interviennent de 2 manières opposées en ce qui concerne le changement climatique.
 Que font les nuages ?
- composés d'eau, ils contribuent à l'effet de serre (voir plus haut),
+*composés d'eau, ils contribuent à l'effet de serre (voir plus haut),
- mais par contre, en empêchant la lumière de passer (la lumière est plus facilement réfléchie vers l'espace par un nuage que par un ciel clair) ils ont un effet "refroidissant" sur la surface.
+*mais par contre, en empêchant la lumière de passer (la lumière est plus facilement réfléchie vers l'espace par un nuage que par un ciel clair) ils ont un effet "refroidissant" sur la surface.
 Il se trouve que le bilan précis de ces deux effets antagonistes a une influence déterminante sur l'élévation de température que notre planète connaîtra au 21è siècle, et une représentation précise des nuages dans les modèles climatiques est clairement l'un des défis de la science aujourd'hui.
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 Comme le SO2 a tendance a favoriser la formation de nuages bas, outre le pouvoir de réflexion des particules de sulfate qu'il engendre, il est donc considéré comme un "refroidisseur du climat". Cela étant, il est aussi responsable des fameuses pluies acides, qui ont des effets négatifs forts sur les sols et la végétation, et nos poumons ne l'apprécient guère. Il est difficilement concevable d'en émettre beaucoup pour combattre l'effet de serre ! En fait la majorité des politiques publiques d'environnement visent des diminutions importantes en ce qui concerne les émissions de ce gaz, avec des résultats significatifs comme on peut en retrouver la trace...dans les glaces polaires.
+<i>Concentration en sulfates (milligrammes de SO4 par tonne de glace ; axe vertical de gauche) dans la glace des pôles depuis 1800. L'échelle de droite donne les émissions correspondantes, en millions de tonne de souffre par an.</i>

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- Le pouvoir de réchauffement global d'un gaz se définit comme le "forçage radiatif" (c'est à dire la puissance radiative que le gaz à effet de serre renvoie vers le sol), cumulé sur une durée qui est généralement fixée à 100 ans, d'une quantité de gaz donnée.
+Le pouvoir de réchauffement global d'un gaz se définit comme le "forçage radiatif" (c'est à dire la puissance radiative que le gaz à effet de serre renvoie vers le sol), cumulé sur une durée qui est généralement fixée à 100 ans, d'une quantité de gaz donnée.
 En gros c'est une notion qui permet d'appréhender à la fois sa "puissance instantanée" (qui est le forçage radiatif, c'est à dire la quantité de rayonnement qu'il intercepte et renvoie vers le sol), découlant de ses raies d'absorption, et sa durée de séjour dans l'atmosphère.
@@ Ligne 321: / Ligne 321: @@
 En bref, les aérosols ont des effets directs sur le rayonnement, et indirects en favorisant des nuages qui peuvent être hauts ou bas. Leur contribution, globalement "refroidissante", est encore un sujet d'étude scientifique intense.
 ===Gaz à effet de serre contre aérosols : qui gagne ?===

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 Cela étant, on a désormais une estimation de la durée de séjour, c'est à dire du temps qui est nécessaire à ce que le gaz en surplus disparaisse de l'atmosphère, pour les principaux d'entre eux. Bien entendu cette durée de séjour (ou de résidence) n'est valide que pour autant que les conditions restent "égales par ailleurs".
+Gaz carbonique  : 100 ans
+Méthane  : 12 ans
-Gaz
+Protoxyde d'azote  : 120 ans
-Durée de séjour approximative dans l'atmosphère
+Halocarbures  : jusqu'à 50.000 ans
 On voit immédiatement ci-dessus que l'essentiel des gaz que nous émettons aujourd'hui, y compris le gaz carbonique que nous avons par exemple émis ce matin en venant travailler en voiture, ou hier en faisant fonctionner la chaudière, sera encore au-dessus de la tête de nos petits-enfants dans 1 ou 2 siècles. Et bien sur, tout le temps que ces gaz restent au-dessus de nos têtes, ils contribuent à l'augmentation de l'effet de serre.

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 Le gaz carbonique engendre environ 55% de l'effet de serre anthropique. Il y a bien sûr des émissions naturelles (la respiration des animaux, une partie de la putréfaction, les incendies naturels...). Le gaz carbonique venant des activités humaines (on parle d'émissions anthropiques, c'est à dire provoquées par l'homme) provient :
- pour l'essentiel de la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz),
+*pour l'essentiel de la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz),
- pour partie de certaines industries (par exemple pour la production de ciment),
+*pour partie de certaines industries (par exemple pour la production de ciment),
- enfin pour une part non négligeable de la déforestation, notamment en zone tropicale (voir la page sur les puits pour les explications).
+*enfin pour une part non négligeable de la déforestation, notamment en zone tropicale (voir la page sur les puits pour les explications).
- Le méthane engendre environ 15% de l'effet de serre anthropique. Le méthane est un gaz qui se forme dès qu'un composé organique (un animal, une plante) se décompose à l'abri de l'oxygène de l'air (par fermentation ou putréfaction), par exemple au fond de l'eau ou sous terre. Les réserves de gaz naturel ne se sont pas formées autrement que par la décomposition, il y a très longtemps, de plantes et d'animaux, qui se sont d'abord transformés en hydrorcarbures liquides, puis en gaz. Une partie du méthane présent dans l'atmosphère est donc d'origine parfaitement naturelle, provenant notamment des zones humides (marécages, marais, etc) et...des termites !
+Le méthane engendre environ 15% de l'effet de serre anthropique. Le méthane est un gaz qui se forme dès qu'un composé organique (un animal, une plante) se décompose à l'abri de l'oxygène de l'air (par fermentation ou putréfaction), par exemple au fond de l'eau ou sous terre. Les réserves de gaz naturel ne se sont pas formées autrement que par la décomposition, il y a très longtemps, de plantes et d'animaux, qui se sont d'abord transformés en hydrorcarbures liquides, puis en gaz. Une partie du méthane présent dans l'atmosphère est donc d'origine parfaitement naturelle, provenant notamment des zones humides (marécages, marais, etc) et...des termites !
 Mais l'homme y rajoute sa part. Le méthane d'origine humaine provient :

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 Si nous ne nous occupons pas de la raison pour laquelle ils sont dans l'atmosphère, le gaz qui fait le plus d'effet de serre est...la vapeur d'eau
+[[image:Greenhouse-gaz.gif]]
 Répartition des contributions à l'effet de serre des différents gaz présents dans l'atmosphère : l'eau, sous toutes ses formes, en représente les 3/4. La partie "autres gaz" est essentiellement due au gaz carbonique ou CO2. Source : GIEC

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 Les deux principaux gaz responsables de l'effet de serre (et pas seulement de son augmentation récente) sont :
- la vapeur d'eau (H2O),
+*la vapeur d'eau (H2O),
+*le gaz carbonique (CO2).
 Il en existe d'autres, et même beaucoup d'autres. Certains sont "naturels", c'est à dire qu'ils étaient présents dans l'atmosphère avant l'apparition de l'homme, d'autres sont "artificiels" : ils s'agit de gaz industriels qui ne sont présents dans l'atmosphère qu'à cause de l'homme. Les principaux autres gaz "naturels" à effet de serre sont :
- le méthane (CH4), qui n'est rien d'autre que...le gaz naturel de nos cuisinières,
+*le méthane (CH4), qui n'est rien d'autre que...le gaz naturel de nos cuisinières,
- le protoxyde d'azote (N2O), nom savant du....gaz hilarant (qui ici ne l'est plus tellement),
+*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'oxygène (les molécules du gaz oxygène "normal" comportent 2 atomes d'oxygène seulement).
+*l'ozone (O3), molécule formée de trois atomes d'oxygène (les molécules du gaz oxygène "normal" comportent 2 atomes d'oxygène seulement).
 Dire que ces gaz sont "naturels" ne signifie bien évidemment pas que l'homme n'a pas d'influence sur leurs émissions. Cela signifie simplement qu'il y a aussi des sources naturelles. Pour les 3 gaz mentionnés ci-dessus l'homme ajoute sa part et augmente leur concentration dans l'air de manière significative. Mentionnons enfin que le méthane et le protoxyde d'azote sont pris en compte dans les accords internationaux (comme le protocole de Kyoto par exemple), mais pas l'ozone.