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5. L'effet de serre, c'est quoi?

« Pourquoi entendons-nous si souvent parler d'effet de serre, de nos jours? »
Il est vrai qu’on parle beaucoup d’effet de serre depuis quelques années, et en particulier des fameux gaz à effet de serre. Si le sujet fait maintenant partie de l’actualité, il n’est pourtant pas nouveau; le phénomène remonte au tout début des temps. Il est même essentiel à la vie sur Terre. Alors pourquoi en parle-t-on autant? Tout simplement parce que trop, c’est trop!



Un sujet brûlant d’actualité!

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Quiconque est entré dans une automobile stationnée depuis quelques heures sous un soleil brûlant d’été a vécu concrètement une expérience d’effet de serre. La chaleur intense régnant à l’intérieur du véhicule dépasse largement la température extérieure ambiante. Cela est dû au fait que les vitres laissent pénétrer les rayons lumineux du soleil (ce qu’on appelle la lumière visible), mais retiennent une partie des rayons infrarouges qui réchauffent l’intérieur de l’habitacle, exactement comme dans les fours et les grils à infrarouges.

Or, plusieurs gaz dans l’atmosphère ont les mêmes propriétés de rétention de la chaleur (c.-à-d. des infrarouges) que les vitres d’une automobile ou d’une serre, d’où l’expression « effet de serre ». Ils retiennent et piègent une partie des infrarouges, les retournant vers le sol. Ils ont donc le même effet et réchauffent la planète entière.

L’effet de serre : bénéfique ou maléfique?

5.  L'effet de serre, c'est quoi?
Il faut comprendre que l’effet de serre est essentiel à la vie sur Terre. S’il n’y avait pas de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, la température moyenne sur Terre serait de -19 ̊ C [1]. Car toute l’énergie reçue du Soleil le jour serait dissipée aussitôt la nuit venue. Résultat : la vie telle que nous la connaissons ne serait pas possible dans ce désert glacial.

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C’est la présence d’une certaine quantité de gaz à effet de serre (GES), naturellement générée et conservée en équilibre dans l’atmosphère, qui permet de maintenir au sol une température confortable d’un peu plus de 14 ̊ C en moyenne. L’effet de serre naturel est donc non seulement bénéfique, il est même essentiel à la vie [2]. Et tout cela se joue dans cette très mince couche nommée atmosphère qui, toute proportion gardée, n’a l’épaisseur que du vernis protégeant un globe terrestre.

Un équilibre fragile

Le problème vient qu’en raison de l’activité humaine et de l’accélération d’un certain type de développement très intensif en énergie fossile (charbon, pétrole et gaz), la quantité de gaz à effet de serre augmente de façon très rapide, au point de créer un déséquilibre inquiétant.
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L’effet de serre sur Terre est dû à 60 % à la présence de vapeur d’eau, le CO₂ explique 26 % du réchauffement, l’ozone (O₃) 8%, le méthane (CH₄) et l’oxyde nitreux (N₂O) 6% [3]. Si à première vue la vapeur d’eau peut apparaître comme la principale responsable du réchauffement, il faut éviter de conclure trop vite. Elle ne constitue pas une cause du présent réchauffement. Elle contribue au réchauffement, mais en tant que conséquence des températures plus élevées qui provoquent l’évaporation de l’eau. D’ailleurs, dès qu’il fait plus froid, la vapeur d’eau condense, tombe sous forme de pluie ou de neige, et l’air devient plus sec l’hiver.

Cela explique donc pourquoi on se concentre toujours sur les autres gaz lorsqu’on identifie les « suspects » responsables du réchauffement. Mais si la vapeur d’eau est une conséquence du réchauffement et non une cause, elle n’en demeure pas moins une force puissante capable de multiplier l’impact de légères variations des autres gaz à effet de serre (appelée rétroaction positive), amplifiant le réchauffement initial [4].

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Si on exclut la vapeur d’eau, ce qui reste, c’est-à-dire « l’atmosphère sèche », est composé à 78,1 % d’azote (N₂), 20,9 % d’oxygène (O₂), et de 1 % d’autres gaz (dont l’argon et le CO₂, entre autres) [5]. La concentration de CO₂ en 2007 ne représente que 0,0383 % de l’atmosphère sèche. Une infime portion pourrait-on dire. Et pourtant, une aussi faible portion de CO₂ constitue LE principal gaz à effet de serre, ce qui témoigne de sa force. Or, confirme le GIEC, « le dioxyde de carbone a augmenté d’environ 35% pendant l’ère industrielle et on sait que cette augmentation est due aux activités humaines, en particulier à la combustion des combustibles fossiles et au déboisement » [6].

5.  L'effet de serre, c'est quoi?
Ce n’est pas d’hier que l’on a identifié le CO₂ comme une menace à l’équilibre climatique. Dès 1896 un suédois, Svante Arrhenius, prix Nobel de chimie, estimait qu’un doublement de la concentration de CO₂ entraînerait vraisemblablement une hausse des températures de 5 ̊ C [7]. Il reconnaissait déjà le fait que d’augmenter la concentration d’un gaz à effet de serre, en réchauffant l’atmosphère, enclencherait une série de réactions dont une hausse de l’évaporation des masses d’eau. Cette augmentation de la quantité de vapeur d’eau, en amplifiant l’effet de serre, accélérerait davantage le réchauffement, entraînant encore plus d’évaporation et encore plus d’effet de serre (réaction en boucle), surmultipliant ainsi l’effet initial dans divers mécanismes de rétroaction. Heureusement, il ne s’agit pas d’une boucle sans fin, car l’évaporation entraînant un accroissement de la formation et de la densité des nuages, elle provoque ainsi un écran pour les rayons solaires, moins nombreux à réchauffer le sol. Ainsi, un nouvel équilibre s’établit, mais celui-ci se produit à un niveau de température plus élevée.

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Mais le CO₂ n’est pas le seul gaz à effet de serre (GES) en hausse en raison de l’activité humaine. Le méthane (CH₄), produit en partie par le secteur agricole, l’industrie gazière, les marais et les sites d’enfouissement de déchets, est un GES 25 fois plus puissant que le CO₂. De même, l’oxyde nitreux (N₂O) provenant entre autres des engrais agricoles et de la combustion d’énergie fossile, avec une capacité de réchauffement 298 fois supérieure au gaz carbonique, est également responsable du réchauffement climatique [8]. (Voir la capsule sur le potentiel de réchauffement global et le forçage radiatif, plus bas)

Lorsque l’on tient compte de leur capacité de réchauffement respective, leur durée de vie ainsi que leur concentration dans l’atmosphère, il est possible de calculer la contribution au réchauffement de la planète de chacun de ces éléments. C’est ce qu’ont fait plusieurs équipes de scientifiques dont la synthèse des travaux a été publiée dans le dernier rapport du GIEC. La Figure vii présente les principaux facteurs ayant influencé le climat depuis 250 ans, soit depuis le début de la révolution industrielle [9]. On y présente les principales causes ayant « forcé » les changements climatiques en modifiant l’équilibre naturel qui prévalait depuis des millénaires.


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On y constate clairement que de l’ensemble des facteurs liés aux activités humaines affectant le climat, l’augmentation de la quantité de CO₂ est de loin le plus important. Nous y reviendrons assurément. Mais si le passage d’une concentration de CO₂ dans l’atmosphère de 0.0285 % à 0.0379 % peut perturber le climat (hausse des températures, comme on peut le voir au graphique viii) [10], imaginons ce que cela serait si elle doublait, comme plusieurs le craignent, si nous n’agissons pas assez rapidement afin de corriger le tir!















Capsule sur le potentiel de réchauffement global et le forçage radiatif

Le CO₂ n’est pas le seul gaz à effet de serre en hausse en raison de l’activité humaine. Parmi d’autres, le méthane (CH₄), l’oxyde nitreux (N₂O) et plusieurs fluorocarbures (CFC, HFC, PFC) sont également responsables du réchauffement climatique. Aussi, c’est en tenant compte des effets en boucle, ces mécanismes de rétroaction, que la communauté scientifique a défini le potentiel de réchauffement global (le PRG), un concept créé afin de permettre de mesurer la capacité d’un gaz à effet de serre (GES) à piéger la chaleur de l’atmosphère. Il mesure la capacité de réchauffement qu’un kilogramme de GES aura sur une période de 100 ans, par rapport à celui d’un kilogramme de CO₂. C’est ainsi que l’on sait qu’un kilo de méthane (CH₄) a un effet réchauffant égal à 25 fois celui du CO₂. L’oxyde nitreux (N₂O) a, quant à lui, une capacité de réchauffement cumulée sur 100 ans de 298 fois supérieure au CO₂. [11]

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Le gaz méthane, deuxième plus important GES après le CO₂, a vu sa concentration passer de 715 ppb (parties par milliard) au début de l’ère industrielle en 1750, à 1 774 ppb en 2005, soit une augmentation de 148%. L’oxyde nitreux (N₂O) a vu sa concentration passer de 270 ppb à 319 ppb, une augmentation de 18%, sur la même période. [12]

Lorsque l’on tient compte de leur capacité de réchauffement respective, leur durée de vie (12 ans pour une molécule de méthane, 114 ans pour une molécule de N₂O), ainsi que leur concentration dans l’atmosphère, il est possible de calculer la contribution au réchauffement de la planète de chacun de ces éléments. C’est ce qu’ont fait plusieurs équipes de scientifiques dont la synthèse des travaux a été publiée dans le dernier rapport du GIEC. La Figure xi présente les principaux facteurs ayant influencé le climat depuis 250 ans, soit depuis le début de la révolution industrielle.

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On y présente le « Forçage radiatif » du climat [13], une expression qui résume simplement deux phénomènes. D’abord, le terme forçage est utilisé pour indiquer qu’un élément déstabilise l’équilibre naturel climatique en le poussant ou le forçant vers un réchauffement ou un refroidissement. Le terme radiatif précise que cela se produit en raison d’une modification à l’équilibre des radiations entre les rayons solaires entrants et les rayons infrarouges sortants au niveau de l’atmosphère. Le tout est exprimé en watts par mètre carré, c’est-à-dire une mesure de l’énergie (ou de chaleur, comme pour une chaufferette électrique), pour une surface bien précise.



Réal Trépanier

© 2010 Impact: Changements climatiques

RÉFÉRENCES: Pour en savoir plus sur le sujet...


[1] JOUZEL J. et DEBROISE A, (2004), Le climat : jeu dangereux, Édition Dunod, Paris 212p. voir p.67
[2] SCIAMA Y., Le changement climatique – une nouvelle ère sur la Terre, Petite Encyclopédie Larousse, Larousse 2005, p.11
[3] CAISSE DES DÉPÔTS, Repères CO₂ et énergie France et Monde, Caisse des Dépôts, Édition 2007, disponible sur le site Caisse des Dépôts: Repère - Chiffres clés du climat, France et Monde, Édition 2010 p.3
[4] GIEC (2007), QUESTIONS FRÉQUENTES, Question 1,1 : Quels sont les facteurs qui déterminent le climat de la Terre ? Disponible sur le site Rapport du GIEC 2007, Questions fréquentes, p.101
[5] CAISSE DES DÉPÔTS, Repères CO₂ et énergie France et Monde, Caisse des Dépôts, Édition 2007, disponible sur le site Caisse des Dépôts: Repère - Chiffres clés du climat, France et Monde, Édition 2010, p.3
[6] GIEC (2007), QUESTIONS FRÉQUENTES, Question 1,1 : Quels sont les facteurs qui déterminent le climat de la Terre ? Disponible sur le site Rapport du GIEC 2007, Questions fréquentes , p.101
[7] Svante Arrhenius, On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground, Philosophical Magazine and Journal of Science, Series 5, Volume 41, April 1896, pages 237-276. Disponible sur le site http://www.globalwarmingart.com/images/1/18/Arrhenius.pdf,
[8] Pour plus de détails, voir VILLENEUVE C. et RICHARD F. (2007) Vivre les changements climatiques, réagir pour l’avenir, Éditions MultiMondes, 449p., chapitre 2
[9] GIEC (2007), QUESTIONS FRÉQUENTES, Question 2,1 : Quelle est la part des activités humaines dans les changements climatiques par rapport aux facteurs naturels? Disponible sur le site Rapport du GIEC 2007, Questions fréquentes , p.107
[10] PACHAURI R.K. et JALLOW B., Climate Change 2007 : The Physical Science Basis – Working Group I Contribution the the IPCC Fourth Assessment Report, présentation faite à Nairobi, le 6 février 2007. Disponible sur le site http://www.ipcc.ch/pdf/presentations/wg1-report-2007-02.pdf
[11] CAISSE DES DÉPÔTS, Repères CO₂ et énergie France et Monde, Caisse des Dépôts, Édition 2007, disponible sur le site Caisse des Dépôts: Repère - Chiffres clés du climat, France et Monde, Édition 2010, p.3
[12] GIEC (2007), QUESTIONS FRÉQUENTES, Question 2,1 : Quelle est la part des activités humaines dans les changements climatiques par rapport aux facteurs naturels? Disponible sur le site Rapport du GIEC 2007, Questions fréquentes , p.106
[13] Id. p.107




Crédit-photo

i. Source : Environnement Canada (2006) , Rapport de la commissaire à l’environnement et au développement durable, disponible au Bureau du vérificateur général du Canada
ii. Source : Nasa – La Terre vue de l’espace disponible sur le site http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/index.html
iii. Source : Mission Interministérielle de l’Effet de Serre (MIES), disponible sur le site http://www.effet-de-serre.gouv.fr/l__essentiel
iv. CAISSE DES DÉPÔTS, Repères CO₂ et énergie France et Monde, Caisse des Dépôts, Édition 2007, disponible sur le site Caisse des Dépôts: Repère - Chiffres clés du climat, France et Monde, Édition 2010, p.3
v. id. , p.3
vi. Photo: http://www.photo-libre.fr">Photos Libres
vii. GIEC (2007), QUESTIONS FRÉQUENTES, Question 2,1 : Quelle est la part des activités humaines dans les changements climatiques par rapport aux facteurs naturels? Disponible sur le site Rapport du GIEC 2007, Questions fréquentes , p.107
viii. PACHAURI R.K. et JALLOW B., Climate Change 2007 : The Physical Science Basis – Working Group I Contribution the the IPCC Fourth Assessment Report, présentation faite à Nairobi, le 6 février 2007. Disponible sur le site http://www.ipcc.ch/pdf/presentations/wg1-report-2007-02.pdf
ix. CAISSE DES DÉPÔTS, Repères CO₂ et énergie France et Monde, Caisse des Dépôts, Édition 2007, disponible sur le site Caisse des Dépôts: Repère - Chiffres clés du climat, France et Monde, Édition 2010, p.3
x. GIEC (2007), QUESTIONS FRÉQUENTES, Question 2,1 : Quelle est la part des activités humaines dans les changements climatiques par rapport aux facteurs naturels? Disponible sur le site Rapport du GIEC 2007, Questions fréquentes , p.106
xi. Id. p.107








Real Trepanier
26 Janvier 2010


Nouveau commentaire :





Consensus scientifique:

Les organisations scientifiques mondiales se prononcent sur les changements climatiques:

Cliquez sur le titre pour voir un extrait de la position officielle




Où va le CO₂ qu'on émet?

CAPSULE-CLIMATIQUE:

Où va le CO₂ qu'on émet?
Les émissions de CO₂ dues aux énergies fossiles (9,1 Gt de carbone, ou 33,4 Gt de CO₂) et aux changements d'usage des terres (principalement la déforestation: 0,9 Gt de carbone, soit 3,3 Gt de CO₂) en 2010, excèdent largement la capacité d'absorption des écosystèmes. On estime que les océans ont été en mesure d'en absorber 24%, la végétation environ 26%, de sorte que 50% des émissions sont venus gonfler la concentration de CO₂ dans l'atmosphère, à plus de 389,6 ppm, accentuant ainsi l'effet de serre. Source: Global Carbon Project (disponible ici...)


Le niveau de CO₂ dans l'atmosphère est-il vraiment plus élevé qu'avant?

CAPSULE-CLIMATIQUE:



Oui, définitivement. Il est à son niveau le plus élevé depuis 650 000 ans... Voyez par vous-même!

Le niveau de CO₂ dans l'atmosphère est-il vraiment plus élevé qu'avant?
L'augmentation de la concentration des gaz à effet de serre (GES) depuis le début de l'ère industrielle explique de façon prépondérante la hausse de température observée et prévue. Jamais au cours des derniers 650 000 ans, comme l'indique la courbe en rouge du graphique ci-dessus, la concentration de CO₂ n'a été aussi élevée qu'aujourd'hui, confirmait le GIEC.  Il en est de même pour les autres GES comme le méthane (CH4 , courbe bleue) ou l'oxyde nitreux (N2O , courbe verte ci-dessus).

Cette concentration de CO₂ atteignait 390 ppm en novembre 2011, un niveau record. Elle était à moins de 280 ppm au début de l'ère industrielle. Elle est mesurée à plusieurs endroits dans le monde depuis le début des années 1960, dont au Laboratoire du National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) à Mauna Loa, Hawaï. Les données historiques plus lointaines sont tirées, pour leurs parts, de l'analyse des carottes de glace (voir à ce sujet: La Terre se réchauffe-t-elle vraiment? Comment savoir?)






L'augmentation des GES causent le réchauffement climatique : une «nouvelle théorie» ?

CAPSULE-CLIMATIQUE:



Absolument pas. C'était déjà connu du temps de votre grand-père et de votre arrière grand-père!

En fait, c'est à l'astronome britannique William Herschel (1738-1822), en 1800, que l'on doit la découverte des rayons infrarouges, ces rayons électromagnétiques d'une longueur d'onde supérieure à la lumière visible, mais un peu plus courte que celle des micro-ondes (utilisés dans votre four à micro-ondes). Les rayons infrarouges sont également souvent associés à la chaleur; (c'est d'ailleurs selon ce principe que fonctionnent la plupart des détecteurs de mouvement dans les systèmes d'alarmes ou dans les lumières de sécurité).

La vapeur d'eau et le dioxyde de carbone, le fameux CO2, ont quant à eux été identifiés comme les principaux responsables de l'effet de serre par John Tyndall (1820-1893), en 1861, car ils avaient la capacité de bloquer les rayons infrarouges au niveau de l'atmosphère, ce qui a pour effet d'y retenir la chaleur.  Il suggérait même, déjà à l'époque, qu'un changement dans la composition de l'atmosphère pourrait influencer l'évolution du climat (1)



L'augmentation des GES causent le réchauffement climatique : une «nouvelle théorie» ?


Donc, ce n’est pas d’hier que l’on a identifié le CO₂ comme une menace à l’équilibre climatique. D'ailleurs, dès 1896 un Suédois, Svante Arrhenius (1859-1927) , prix Nobel de chimie, estimait qu’un doublement de la concentration de CO₂ entraînerait vraisemblablement une hausse des températures de 1,5 à 5 o(2). Il reconnaissait déjà le fait que d’augmenter la concentration d’un gaz à effet de serre, en réchauffant l’atmosphère, enclencherait une série de réactions, dont une hausse de l’évaporation des masses d’eau. 

Cette augmentation de la quantité de vapeur d’eau, en amplifiant l’effet de serre, accélérerait davantage le réchauffement, entraînant encore plus d’évaporation et encore plus d’effet de serre (réaction en boucle), surmultipliant ainsi l’effet initial dans divers mécanismes de rétroaction. Heureusement, il ne s’agit pas d’une boucle sans fin, car l’évaporation entraînant un accroissement de la formation et de la densité des nuages, elle provoque ainsi un écran pour les rayons solaires, moins nombreux à réchauffer le sol. Ainsi, un nouvel équilibre s’établit, mais celui-ci se produit à un niveau de température sensiblement plus élevé. 

Bref, cela fait longtemps que tout cela est connu. Cela fait longtemps que l'on sait mesurer, avec une précision de plus en plus grande, la concentration de chaque gaz dans l'atmosphère ainsi que leur potentiel de réchauffement global. (Pour en savoir plus, voir: L'effet de serre, c'est quoi?)






Suggestions de lecture

Vivre les changements climatiques: Réagir pour l'avenir

de Claude Villeneuve
et François Richard

Suggestions de lecture
Les changements climatiques qui se font sentir sur toute la planète sont là pour rester. D’où viennent-ils ? Quelles en sont les conséquences et la portée ? Comment s’y adapter ? Quelles actions entreprendre pour en réduire l’ampleur ? Vivre les changements climatiques. Réagir pour l’avenir livre à la fois les explications de base pour comprendre le problème et les plus récentes informations sur le phénomène.

Il est désormais reconnu que le réchauffement du climat est occasionné par les humains en raison de l’augmentation de la population mondiale et de l’activité économique pratiquée sans souci de l’environnement.

Mais, cette corrélation n’est pas immuable, expliquent les auteurs de ce livre : l’émergence de nouvelles technologies, des incitations économiques et légales, et même les gestes et les choix des citoyens peuvent contribuer significativement à modifier son intensité.

Cette troisième édition de Vivre les changements climatiques a été considérablement revue et augmentée pour tenir compte des données et des événements les plus récents, entre autres du dernier rapport du Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GIEC).

Claude Villeneuve est biologiste, professeur, chercheur et directeur de la Chaire en éco-conseil de l'Université du Québec à Chicoutimi.



HOT AIR; Meeting Canada's Climate Change Challenge
de Jeffrey Simpson, Mark Jaccard et Nic Rivers


Voici un ouvrage clair et crédible pour les Canadiens soucieux de comprendre le dossier des changements climatiques dans le contexte canadien- et qui offre des solutions.

Excellent travail de collaboration entre un des plus grands experts au Canada sur l'environnement, Mark Jaccard, Nic Rivers, un chercheur qui travaille avec lui à l'Université Simon Fraser et Jeffrey Simpson, le très respecté journaliste du Globe and Mail, qui livre le tout dans un message clair et sans complaisance.

Ce livre débute par une description de la menace climatique pour le Canada. Puis il explique comment les Canadiens ont été endormis par leurs politiciens ( "On s'en occupe") et certains de leurs industriels ( «les choses ne sont pas si pire, des lignes directrices volontaires sont suffisantes"). Tout cela, bien entendu, renforce les mythes que de nouvelles politiques énergiques ne sont pas nécessaires.

Hot Air expose ensuite en termes facilement compréhensibles, des politiques très simples que le Canada pourrait adopter tout de suite afin de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre au cours des prochaines décennies. Il montre même comment ces politiques pourrait être conçues pour avoir un minimum d'effets négatifs.

Avec l'exemple d'autres pays qui s'attaquent avec succès aux changements climatiques, Hot Air montre pourquoi ces dernières, selon les auteurs, sont les seules politiques qui fonctionnent - et pourquoi il est urgent d'agir.

(Livre en anglais seulement)