La vapeur d’eau et ce que les scientifiques experts considèrent comme les quatre autres gaz à effet de serre » les plus importants » constituent le véritable » hit parade » des gaz à effet de serre qui piègent la chaleur dans l’atmosphère terrestre et contribuent au réchauffement global du globe.
Il existe toute une famille de gaz à effet de serre (GES). Mais une chose importante à retenir est qu’ils ne sont pas tous « créés de la même façon »
Une distinction particulièrement importante entre eux est leur potentiel de réchauffement global (PRG) variable. Certains sont beaucoup plus « efficaces » – et ce n’est décidément pas un compliment dans ce contexte – pour retenir l’énergie thermique dans l’atmosphère, sans la laisser s’échapper. Certains ont une courte durée de vie, tandis que d’autres peuvent facilement rester des décennies ou plus dans l’atmosphère. Certains GES sont émis en grandes quantités mais, fort heureusement, ne sont peut-être pas aussi voraces ou « efficaces » que ceux qui sont émis en quantités bien moindres ; d’autres ont les qualités inverses – émis à l’état de traces, mais extrêmement efficaces pour couvrir l’atmosphère de la planète et empêcher la chaleur de s’échapper au-delà.
Pour apporter une raison compréhensible à la famille des GES, les scientifiques parlent en termes d’équivalent dioxyde de carbone – CO2e. Cette approche fait en effet du dioxyde de carbone, CO2, la « monnaie » dominante des gaz à effet de serre et du réchauffement climatique.
Examinons les principaux GES un par un, en commençant par la vapeur d’eau, le gaz à effet de serre le plus abondant dans l’atmosphère selon le National Climatic Data Center (NCDC) de la NOAA.
- Vapeur d’eau
- Dioxyde de carbone (CO2)
- Méthane (CH4)
- Oxyde nitreux (N2O)
- Gaz fluorés (HFC, PFC, SF6)
- Références et ressources
Vapeur d’eau
Le CNDC explique que les changements dans la concentration de la vapeur d’eau résultent des rétroactions climatiques liées au réchauffement de l’atmosphère et non des activités liées à l’industrialisation. La boucle de rétroaction dans laquelle l’eau est impliquée est d’une importance critique pour projeter les changements climatiques futurs, poursuit le NCDC, « mais elle est encore assez mal mesurée et comprise. » L’agence poursuit :
Lorsque la température de l’atmosphère augmente, davantage d’eau s’évapore des réserves souterraines (rivières, océans, réservoirs, sols). Comme l’air est plus chaud, l’humidité absolue peut être plus élevée (en substance, l’air est capable de « retenir » plus d’eau lorsqu’il est plus chaud), ce qui entraîne une plus grande quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère. En tant que gaz à effet de serre, la concentration plus élevée de vapeur d’eau est alors capable d’absorber davantage d’énergie infrarouge thermique rayonnée par la Terre, ce qui contribue à réchauffer l’atmosphère. L’atmosphère plus chaude peut alors contenir davantage de vapeur d’eau, et ainsi de suite. C’est ce que l’on appelle une « boucle de rétroaction positive ». Toutefois, une grande incertitude scientifique entoure la définition de l’étendue et de l’importance de cette boucle de rétroaction. Au fur et à mesure que la vapeur d’eau augmente dans l’atmosphère, elle finit par se condenser en nuages, qui sont plus à même de réfléchir le rayonnement solaire entrant (permettant ainsi à moins d’énergie d’atteindre la surface de la Terre et de la réchauffer). La surveillance future des processus atmosphériques impliquant la vapeur d’eau sera essentielle pour comprendre pleinement les rétroactions dans le système climatique conduisant au changement climatique mondial. Jusqu’à présent, bien que les bases du cycle hydrologique soient assez bien comprises, nous avons très peu de compréhension de la complexité des boucles de rétroaction. En outre, si nous disposons de bonnes mesures atmosphériques d’autres gaz à effet de serre clés tels que le dioxyde de carbone et le méthane, nous disposons de mauvaises mesures de la vapeur d’eau globale, de sorte que l’on ne sait pas exactement de combien les concentrations atmosphériques ont augmenté au cours des dernières décennies ou des derniers siècles, bien que les mesures par satellite, combinées aux données des ballons et à certaines mesures in situ au sol, indiquent des tendances généralement positives de la vapeur d’eau globale.
Dioxyde de carbone (CO2)
Envisageons maintenant ce que les chercheurs des agences fédérales et des universités considèrent comme les » plus importants gaz à effet de serre « .
Le dioxyde de carbone (à ne pas confondre avec le monoxyde de carbone, CO, associé aux émissions des pots d’échappement des véhicules ou aux alertes au CO des maisons) se produit à la fois naturellement et à la suite d’activités humaines. C’est un sous-produit inévitable de la combustion des combustibles fossiles, tels que le charbon, l’essence et le gaz naturel. En 2013, le CO2 représentait environ 82 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre provenant des activités humaines aux États-Unis. Citant les données de l’étude Advancing the Science of Climate Change, publiée en 2011 par le National Research Council, le site Web de l’Agence américaine pour la protection de l’environnement (EPA) indique que « les activités humaines modifient le cycle du carbone, à la fois en ajoutant davantage de CO2 dans l’atmosphère et en influençant la capacité des puits naturels, comme les forêts, à éliminer le CO2 de l’atmosphère ». Si les émissions de CO2 proviennent de diverses sources naturelles, les émissions liées à l’activité humaine sont responsables de l’augmentation qui s’est produite dans l’atmosphère depuis la révolution industrielle. » Les concentrations de CO2 dans l’atmosphère ont augmenté de plus d’un tiers depuis le début de l’ère industrielle. Les projections pour les années à venir voient cette tendance se poursuivre.
Émissions de dioxyde de carbone aux États-Unis par source.
Longtemps stables aux alentours de 280 parties par million (PPM) dans l’atmosphère, les concentrations de CO2 sont actuellement plutôt de l’ordre de 400 PPM. La poursuite de la trajectoire ascendante des concentrations de CO2 dans le cadre de ce que l’on appelle un scénario « business as usual » est l’un des sujets qui préoccupent particulièrement les climatologues.
Ce n’est pas tant le PRG du dioxyde de carbone qui est préoccupant, mais plutôt la croissance continue actuelle et prévue des émissions et des concentrations atmosphériques, et le fait que le CO2 a une très longue durée de vie – plus d’un siècle – dans l’atmosphère. Ce que nous émettons aujourd’hui va rester dans l’atmosphère pendant très, très longtemps.
Le dioxyde de carbone est, bien sûr, essentiel à la croissance des plantes et à la production alimentaire, et il est émis chaque fois que nous, les humains, expirons. Dans l’atmosphère, cependant, c’est un cas de trop d’une bonne chose : la communauté scientifique sait depuis les résultats des recherches du scientifique suédois et lauréat du prix Nobel Svante Arrhenius il y a plus d’un siècle que la combustion de combustibles fossiles par les humains entraîne un effet de serre causé par la libération de CO2. Pour la communauté scientifique, c’est » vieux jeu » et largement accepté.
Pour plus d’informations, voir Comprendre l’accent mis sur le CO2 comme gaz à effet de serre.
Méthane (CH4)
Le méthane, un gaz hydrocarbure résultant à la fois de causes naturelles et d’activités humaines telles que l’agriculture et l’élevage, est un GES et un absorbeur de rayonnement particulièrement puissant (lire » efficace « , mais pas comme un compliment). Le méthane est beaucoup moins abondant que le CO2 dans l’atmosphère et il a une durée de vie considérablement plus courte de 12 ans. Selon le National Research Council, les concentrations de méthane dans l’atmosphère, bien qu’ayant fortement augmenté tout au long des années 1980, se sont depuis quelque peu stabilisées et se situent aujourd’hui à environ deux fois et demie leurs niveaux préindustriels.
Valorisé pour la production d’énergie, le méthane, comme le CO2, est inodore et incolore – et il a des qualités bénéfiques et nocives.
Les chiffres de l’EPA indiquent que les activités humaines sont responsables de plus de 60 % des émissions totales de méthane, principalement dues à l’industrie, à l’agriculture et aux activités de gestion des déchets. Ce graphique montre les contributions du méthane par diverses sources :
États-Unis. Émissions de méthane par source
Selon le site web de l’EPA, les zones humides sont la plus grande source naturelle de méthane, l’émettant à partir de bactéries qui décomposent les matières organiques en l’absence d’oxygène. Les sources plus petites comprennent les termites, les océans, les sédiments, les volcans et les feux de forêt.
L’EPA indique que les émissions de méthane aux États-Unis ont diminué de près de 11 % entre 1990 et 2012, période pendant laquelle les émissions « ont augmenté à partir de sources associées aux activités agricoles, tandis que les émissions ont diminué à partir de sources associées à l’exploration et à la production de gaz naturel et de produits pétroliers. »
Ces dernières années, certains médias ont porté une attention accrue sur le potentiel de libération soudaine et massive de méthane et d’hydrates de méthane accumulés depuis longtemps et actuellement séquestrés par la toundra gelée. On craint que la fonte de la toundra arctique n’entraîne des rejets soudains et potentiellement catastrophiques de méthane. Une excellente ressource pour mieux comprendre cette question à haute visibilité est un article publié dans la revue à comité de lecture très respectée Nature par la scientifique Carolyn Ruppel de l’U.S. Geological Survey\Woods Hole. Je la cite à partir de ce rapport :
… certains scientifiques ont tiré la sonnette d’alarme sur le fait que de grandes quantités de méthane (CH4) pourraient être libérées par la déstabilisation généralisée des dépôts d’hydrates de gaz sensibles au climat piégés dans les sédiments marins et associés au pergélisol (Bohannon 2008, Krey et al. 2009, Mascarelli 2009). Même si seule une fraction du CH4 libéré devait atteindre l’atmosphère, la puissance du CH4 en tant que gaz à effet de serre (GES) et la persistance de son produit d’oxydation (CO2) ont renforcé les inquiétudes selon lesquelles la dissociation des hydrates de gaz pourrait représenter un point de basculement lent (Archer et al. 2009) pour la période contemporaine de changement climatique de la Terre.
Notant que le méthane est un gaz à effet de serre environ 20 % plus puissant que le CO2, mais qu’il s’oxyde en CO2 après environ une décennie dans l’atmosphère, Ruppel écrit que » la sensibilité des hydrates de gaz au réchauffement du climat dépend de la durée de l’événement de réchauffement, de leur profondeur sous le plancher océanique ou la surface de la toundra, et de la quantité de réchauffement nécessaire pour chauffer les sédiments au point de dissocier les hydrates de gaz. »
Pour ceux qui veulent mieux comprendre l’importance du méthane dans l’ensemble de la discussion sur le réchauffement global/changement climatique, l’article de Ruppel dans Nature, chef du projet sur les hydrates de gaz de l’USGS, fournit des informations utiles et pratiques.
L’oxyde nitreux (N2O)
L’oxyde nitreux se produit naturellement dans l’atmosphère terrestre dans le cadre du cycle de l’azote. Bien qu’il soit le produit d’une grande variété de sources naturelles, les activités humaines – agriculture, combustion de combustibles fossiles, gestion des eaux usées et processus industriels – augmentent les concentrations atmosphériques, indique l’EPA. En outre, les molécules d’oxyde nitreux présentes dans l’atmosphère ont une longue durée de vie – environ 120 ans avant d’être éliminées dans un « puits » ou détruites à la suite de réactions chimiques. Une livre de gaz N2O a un effet de réchauffement équivalent à 300 fois celui d’une livre de dioxyde de carbone.
Selon les données de 2012, le dioxyde nitreux comprend environ 6 % de toutes les émissions américaines résultant des activités humaines. À l’échelle mondiale, environ deux cinquièmes, soit 40 %, des émissions d’oxyde nitreux sont attribuables aux activités humaines.
L’agriculture, les transports et les activités industrielles sont les principales sources d’émissions d’oxyde nitreux, comme l’indique ce graphique :
États-Unis. Émissions d’oxyde nitreux par source
Gaz fluorés (HFC, PFC, SF6)
Les gaz fluorés sont émis en plus petites quantités que les autres gaz à effet de serre, mais ce qui leur manque en volume, ils le compensent par leur puissance et leur longue durée de vie dans l’atmosphère, allant de 1 à 270 ans pour les HFC à 800 à 50 000 ans pour les PFC et environ 3 200 ans pour le SF6. Une fois émis dans l’atmosphère, ils se dispersent largement autour du globe ; ils ne sont éliminés de l’atmosphère que par la lumière du soleil dans les niveaux les plus élevés de l’atmosphère. Étant les plus puissants des GES et ayant les durées de vie les plus longues, ces gaz sont souvent décrits comme les « gaz à fort potentiel de réchauffement de la planète (PRP). »
Les procédés de fabrication de l’aluminium et des semi-conducteurs figurent parmi les principaux émetteurs de gaz fluorés, comme l’illustre ce graphique :
U.S. Gaz fluorés par source
Références et ressources
- La découverte du réchauffement climatique, Spencer R. Weart, 2008, Harvard University Press.
- Le guide brut du changement climatique : Les symptômes, la science, les solutions, 2011, Robert Henson, Roughguides.com.
- Le guide de la personne réfléchie sur le changement climatique, 2014, Robert Henson, AMS Books.
- Le changement climatique 2007 : The Physical Science Basis : Résumé à l’intention des décideurs, contribution du groupe de travail I au quatrième rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, 2007, Organisation météorologique mondiale et Programme des Nations unies pour l’environnement.
- Changements climatiques 2013 : The Physical Science Basis : Résumé à l’intention des décideurs, contribution du groupe de travail I au quatrième rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, 2013, Organisation météorologique mondiale et Programme des Nations unies pour l’environnement.
- Terre : The Operators’ Manual, Richard B. Alley, 2011, W.W. Norton and Company.
- Comprendre et répondre au changement climatique : Highlights of National Academies Reports, 2008, The National Academies.
- Changement climatique 101 : comprendre et répondre au changement climatique mondial, Pew Center on Global Climate Change, sans date, Pew Center on Global Climate Change.
- Cibles de stabilisation du climat : Emissions, concentrations et impacts sur des décennies à des millénaires : rapport en bref, 2010, National Academy of Sciences.
- Skeptical Science.com
À propos de l’auteur
Morris A. (Bud) Ward, rédacteur en chef de Yale Climate Connections, est un communicateur et un éducateur éprouvé et très expérimenté sur les questions d’environnement, d’énergie et de changement climatique. Il a publié de nombreux articles, dont des centaines d’articles d’actualité et d’analyse signés, et est l’auteur ou le co-auteur de cinq ouvrages professionnels. Il a dirigé de nombreux ateliers de première main pour des journalistes, des rédacteurs en chef et des décideurs sur des questions liées au journalisme et à la communication, au changement climatique et aux risques environnementaux. Il écrit, parle et enseigne régulièrement sur les questions liées au changement climatique et sur la nature changeante du journalisme et de la communication de masse dans la société moderne.