Lettre nucléaire n° 34

Les gaz responsables de l’effet de serre

Les gaz responsables de l’effet de serre sont, par ordre décroissant d’importance :

La vapeur d’eau (55 %)
Le dioxyde de carbone (39 %)
Le méthane (2 %)
Le protoxyde d’azote (2 %)
L’ozone (2 %)

La vapeur d’eau (H₂O)

C’est le plus important des gaz à effet de serre, étant donné la superficie océanique à partir de laquelle elle est émise. Cependant, l’homme n’est que très peu responsable de cette émission.
En revanche, une augmentation de la température moyenne de la Terre due à l’activité humaine entraînerait une augmentation de l’évaporation, donc de l’effet de serre qui augmente la température …Le système s’emballe.
Le problème se complique encore si l’on tient compte de l’effet des nuages : ils refroidissent la surface de la Terre en réfléchissant une partie du rayonnement solaire, tout en produisant également un effet de serre, qui au contraire la réchauffe…

Le dioxyde de carbone (CO₂)

Il est présent naturellement dans l’atmosphère, la biosphère terrestre et les océans, entre lesquels s’effectuent les échanges. Il est produit lors des éruptions volcaniques, ainsi que par la respiration animale et végétale. Le CO₂ est absorbé, à parts égales, par les végétaux (photosynthèse) et par les océans. L’augmentation de ses rejets est surtout due à la combustion de carbone fossile (pétrole, charbon, gaz naturel), par le transport, l’industrie et le confort domestique. La déforestation des forêts tropicales participe également à cette élévation du niveau de CO₂ dans l’atmosphère du fait du  dégagement gazeux produit par les incendies (exemple de Madagascar : cultures du maïs sur abattis-brûlis, cause principale de la régression de la forêt au Sud / Sud-Est de l’île). En outre, les forêts détruites sont autant de sites de stockage terrestre du carbone qui disparaissent. En 100 ans, sa concentration atmosphérique a augmenté de 30 %. Le C0₂ est responsable de près de la moitié de l’accroissement de l’effet de serre. Sa durée de vie dans l’atmosphère, avant d’être absorbé  par les plantes ou les océans, est de l’ordre d’une centaine d’années, d’où l’importance de contrôler ses émissions atmosphériques, dont les effets pernicieux vont s’accumuler sur plusieurs générations.

On vérifie de manière assez précise que depuis le début de l’ère industrielle, l’évolution de la température moyenne observée à la surface du globe est liée au taux de CO₂ dans l’atmosphère et donc à l’effet de serre.

Ce taux de CO₂ a été déterminé d’abord par prélèvement (ou carottage) de longs cylindres d’une dizaine de centimètres de diamètre sur plusieurs kilomètres de profondeur dans la calotte glaciaire antarctique.
En effet, durant plusieurs centaines de milliers d’années, les glaces polaires ont emprisonné au cours de leur formation (2 à 4 cm de glace tassée par an dans la calotte glaciaire selon l’abondance des précipitations) de minuscules bulles d’air qui témoignent aujourd’hui des climats disparus. Plus on observe en profondeur, plus on remonte le temps. La composition en dioxyde de carbone  de ces bulles d’air est alors déterminée en fonction de leur date d’emprisonnement dans la glace.

Les concentrations atmosphériques de CO₂ sont depuis 1960 mesurées  directement par prélèvement de l’air au sommet du volcan Mauna Loa sur l’île d’Hawaii.

Source de dioxyde de carbone due à l’activité humaine

Énergie : 43 %
Transports : 24 %
Industries : 19 %
Chauffage urbain: 14 %

Le méthane (CH₄)

Il est dégagé par la décomposition de la matière organique dans des milieux comme les rizières, les décharges et des marécages. Il est également produit, par fermentation, lors de la rumination du bétail, ainsi que par l’exploitation des gisements de gaz naturel et des mines de charbon. Son augmentation, essentiellement d’origine agricole, est liée à la poussée démographique mondiale. Sa concentration a augmenté de 145 % depuis 1750. Si le CH₄ est un gaz à effet de serre très efficace, il a une durée de vie faible, d’environ 10 ans. De ce fait, sa contribution au réchauffement climatique est moins importante que le dioxyde de carbone.

Source de méthane due à l’activité humaine dans le monde

Bétail : 30 %
Rizières : 22 %
Pétrole : 17 %
Feux : 11 %
Déchets : 11 %
Charbon : 9 %

Notons l’existence dans les sédiments sous-marins, d’hydrates de gaz (principalement de méthane) appelés clathrates.
Constitués de molécules d’eau emprisonnant des molécules gazeuses, ils se présentent sous forme de glace.

Ainsi le fond des océans pourraient receler, selon certains auteurs, quelques 10.000 Gigatonnes de carbone, soit 2 fois la quantité de carbone présente dans toutes les réserves de pétrole, gaz et charbon réunies !

Sommes-nous en présence de « gisements » de gaz naturel exploitables ?
Le réchauffement climatique actuel peut-il entraîner un dégazage des clathrates susceptible d’aggraver l’effet de serre ?

L’avenir nous le dira.

Le protoxyde d’azote (N₂0)

Il est produit par l’action de micro-organismes dans les sols agricoles et les forêts tropicales, dans les eaux, et par la combustion des végétaux. Son augmentation, de 7,6 % au cours des 100 dernières années, serait notamment liée à l’utilisation d’engrais azotés. La durée de vie du N₂O est de 150 ans.

 L’ozone (O₃)

Réchauffement climatique et trou dans la couche d’ozone ne sont pas corrélés. Seul point commun : ils sont tous deux une conséquence des activités humaines. La couche d’ozone, située à environ 30 km d’altitude dans la stratosphère, filtre la majorité des rayonnements nocifs du Soleil (ultraviolets). Le constat de sa sensible diminution sous l’action des chlorofluorocarbones (CFC), notamment au-dessus des pôles, fait réagir la communauté internationale : en 1987, puis en 1990, elle décide d’interdire la production et l’utilisation de CFC à l’horizon 2000. Mais il faudra encore une cinquantaine d’années avant que la couche d’ozone ne revienne à son niveau initial.
L’ozone qui s’accumule dans la troposphère (basse atmosphère qui culmine à 16 km), provient de l’interaction entre des gaz issus de l’activité humaine (principalement le dioxyde d’azote (NO₂) des gaz d’échappement des voitures dans les zones urbanisées) sous l’effet de l’ensoleillement (Ultra Violet (UV)). S’il contribue à renforcer l’effet de serre dans une moindre mesure, l’ozone est cependant néfaste pour la santé.

         UV

 NO₂ à NO + O

O + O₂ à O₃

La frontière entre basse et haute altitude étant relativement étanche, l’excès d’ozone dans la troposphère, associé à la pollution, ne peut venir combler son déficit stratosphérique.

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