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Notions élémentaires d’écologie

L’effet de serre

  •  La composition de l’atmosphère
  •  L’effet de serre : un phénomène naturel
  •  L’effet de serre : un phénomène naturel renforcé par les activités humaines
  •  Les puits
  •  Les gaz et leur contribution à l’effet de serre
  •  L’enjeu planétaire du réchauffement climatique

    La composition de l’atmosphère

    L’atmosphère est la couche d’air qui entoure le globe terrestre. Sa composition chimique comprend pour l’essentiel de l’azote (78%) et de l’oxygène (21%).

    La composition de l’atmosphère
    La composition de l’atmosphère

    Les gaz à effet de serre rentrent pour 0,04 % dans cette composition. Les principaux sont le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), les hydrofluorocarbures (HFC), les perfluorocarbures (PFC), l’hexafluorure de soufre (SF6), l’ozone (O3) et la vapeur d’eau (H2O).

    Cependant, plus d’une quarantaine de gaz à effet de serre ont été recensés par le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du Climat (GIEC).

    Rappel : l’ozone est dit polluant secondaire en basse altitude ; il n’est pas émis directement dans l’air mais résulte d’une réaction photochimique impliquant des précurseurs, des polluants issus de l’usage des combustibles fossiles, essentiellement les oxydes d’azote.
    Dans les couches à haute altitude, où il est présent naturellement, il arrête une partie des rayons UV et a un rôle positif. Il n’est plus considéré comme polluant.

    L’effet de serre : un phénomène naturel

    L’effet de serre est décrit comme un processus naturel de réchauffement de l’atmosphère. L’énergie en provenance du soleil pénètre dans l’atmosphère pour réchauffer la terre. Cette dernière y renvoie ensuite de la chaleur. Une partie de cette chaleur est absorbée par les gaz à effet de serre en suspension puis renvoyée vers la terre.

    Les échanges d’énergie entre l’espace, l’atmosphère terrestre et la surface de la Terre
    Les échanges d’énergie entre l’espace, l’atmosphère terrestre et la surface de la Terre

    Autrement dit, la terre reçoit à la fois un rayonnement provenant directement du soleil et un rayonnement réfléchi par l’atmosphère, ce qui entraîne une élévation des températures moyennes à la surface. Sans gaz à effet de serre, la température moyenne à la surface serait environ de -18° C et non de 15°C.

    L’effet de serre : un phénomène naturel renforcé par les activités humaines

    La plupart des gaz à effet de serre sont à la fois d’origine naturelle et humaine (anthropique). Le CO2 par exemple est produit dans le processus naturel de décomposition des matières animales et végétales, mais aussi lors de la combustion des énergies fossiles (origine humaine).
    Par contre, certains gaz sont exclusivement produits par les activités humaines ; c’est le cas des PFC, des HFC et du SF6 car ils sont synthétiques et n’existent pas à l’état naturel.

    Les activités humaines modifient donc sensiblement la concentration des gaz à effet de serre en générant d’importantes émissions.

    Gaz*Sources anthropiquesSources naturelles
    le dioxyde de carbone (CO2) -combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz)
    -procédés industriels (production ciment)
    -agriculture intensive
    -déforestation
    -respiration des animaux et des végétaux
    -matières organiques en décompositions
    -incendies naturels
    -destruction de zones humides
    -réchauffement de l’océan de surface
    le méthane (CH4) -agriculture (élevage des ruminants et culture du riz)
    -combustion de la biomasse
    -sites d’enfouissements
    -extraction du pétrole, gaz naturel et charbon
    -zone humide naturelle
    -pourrissement à l’abri de l’oxygène de l’air.
    le protoxyde d’azote (N2O) -agriculture (épandage d’engrais azotés)
    -utilisation de combustibles fossiles et de bois
    -activités industrielles
    -dénitrification du sol
    les hydrofluorocarbures (HFC) -production de métaux
    -système de réfrigération et de climatisation (émis par fuites ou mises en décharge des appareils)
    -isolation à la mousse
    -propulseurs dans les gaz aérosols
    les perfluorocarbures (PFC) -production d’aluminium
    -réfrigération et climatisation
    l’hexafluorure de soufre (SF6) -matériel électrique (transformateurs, ordinateurs, téléphones portables…)
    -fonte de certains produits dans l’industrie de l’aluminium.

    * les six gaz à effet de serre dont les émissions ont été limitées par le protocole de Kyoto.

    A lui seul, le dioxyde de carbone (ou gaz carbonique) est responsable d’un peu plus de 55% de l’effet de serre anthropique.
    Aujourd’hui, l’utilisation des énergies classiques (électricité, gaz, fioul, essence…), pour la satisfaction des besoins énergétiques liés aux développements économique et social, est responsable de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre, en particulier du CO2.
    Les transports jouent un rôle très important puisque les déplacements ne cessent d’augmenter (pour se rendre au travail, pour faire les courses, pour le tourisme ou les loisirs, pour le transport de marchandises…). En favorisant une liberté des déplacements et des échanges, ils contribuent au développement du territoire. Toutefois, face aux coûts économique, social et environnemental, il devient urgent de repenser les comportements et modes de transport afin de modifier le découplage de la croissance économique et des impacts environnementaux des transports.
    En dehors du secteur des transports, c’est dans le résidentiel et le tertiaire que les hausses de consommation énergétique les plus fortes sont constatées (sont en première ligne le chauffage et l’usage d’eau chaude sanitaire). Cependant, la croissance du parc immobilier, la multiplication des appareils domestiques, les exigences nouvelles de confort et de climatisation ne font qu’amplifier la demande d’énergie. Agir sur l’efficacité énergétique des bâtiments, sur l’optimisation des installations de chauffage et sur la maîtrise des autres consommations domestiques est une priorité.

    Les puits

    Un « puits » correspond à « tout processus, toute activité ou tout mécanisme, naturel ou artificiel, qui élimine de l’atmosphère un gaz à effet de serre. Ils existent pour le CO2 et le CH4. Par exemple, les forêts et d’autres espaces naturels sont considérés comme des « puits de carbone ». Les émissions sont donc données sans absorption par les puits de carbone (ou hors Utilisation des Terres, leur Changement et la Forêt – UTCF) ou avec absorption par les puits (avec UTCF).

    Les gaz et leur contribution à l’effet de serre

    Les différents gaz ne contribuent pas tous à la même hauteur à l’effet de serre. En effet, certains ont une durée de vie plus longue et/ou un pouvoir de réchauffement plus important que d’autres.
    Pour permettre de comparer entre eux les différents gaz, on utilise la notion de « Potentiel de Réchauffement Global » (PRG). Cette notion est l’unité de mesure de l’effet d’un GES sur le réchauffement climatique par rapport à celui du CO2 (PRG du CO2 = 1) sur une période de 100 ans. La connaissance du PRG de chaque GES permet de rapporter les émissions de tous les gaz à effet de serre à une unité commune : la tonne équivalent CO2 (t éq. CO2 ou t CO2e).

    Gaz Durée de séjour dans l’atmosphère PRG par rapport au CO2 sur 100 ans
    dioxyde de carbone (CO2) 100 ans 1
    méthane (CH4) 12 ans 21
    protoxyde d’azote (N2O) 120 ans 310
    hydrofluorocarbures (HFC) Jusqu’à 50000 ans 140 à 11 700
    perfluorocarbures (PFC) Jusqu’à 50000 ans 6500 à 9 200
    hexafluorure de soufre (SF6) Jusqu’à 50000 ans 23 900

    6Source : CITEPA6
    Pour les HFC et PFC, la valeur est recalculée chaque année pour tenir compte des variations dans la composition moléculaire dans chacune des deux familles.

    Si 1 kg de méthane est émis dans l’atmosphère, cela produira le même effet, sur 100 ans, qu’une émission de 21 kg de dioxyde de carbone.

    Souvent, plutôt que de mesurer le poids de gaz carbonique, est mesuré l’équivalent carbone.
    L’équivalent carbone est le PRG à 100 ans ramené au seul poids de carbone dans le CO2. Plutôt que de comparer au poids de CO2 émis, on compare au seul poids du carbone contenu dans le CO2 émis.
    Par définition, un kg de CO2 vaut 0,2727 kg d’équivalent carbone. Pour les autres gaz, l’équivalent carbone vaut : PRG relatif x 0,2727. Il s’agit d’une grandeur qui se mesure en kg.

    La notion d’équivalent carbone
    La notion d’équivalent carbone

    L’enjeu planétaire du réchauffement climatique

    Le phénomène de réchauffement climatique est dû à l’augmentation de la concentration en gaz à effet de serre dans m’atmosphère. La quantité d’énergie absorbée par le système Terre/atmosphère devient supérieure à celle réémise vers l’espace ; si bien que la température moyenne augmente tant que perdure ce déséquilibre (déséquilibre du bilan radiatif).
    Le Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC) prévoit d’ici 2100 une hausse de la température moyenne de la terre comprise entre 1,1 et 6,4° C.

    Ces émissions sont responsables d’un réchauffement climatique puisqu’elles accentuent l’effet de serre.

    Le réchauffement climatique
    Le réchauffement climatique

    Les gaz à effet de serre

    L’ozone

    Le GIEC

    L’effet de serre

    Le bilan radiatif

    Le réchauffement climatique

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