effet de serre

Phénomène de réchauffement de l'atmosphère induit par des gaz (dioxyde de carbone, méthane, chlorofluorocarbures [CFC], oxyde nitreux) qui la rendent opaque au rayonnement infrarouge émis par la Terre.

CLIMATOLOGIE

L’effet de serre, un phénomène naturel

L'essentiel de l'énergie reçue par la Terre provient du Soleil sous forme de lumière visible (longueur d'onde comprise entre 400 et 700 nm). Une partie de ce rayonnement (30 % en moyenne) est réfléchie par les nuages ou par la surface terrestre ; cette fraction réfléchie, l'albédo, peut osciller entre 5 % sur une mer calme et 85 % sur de la neige fraîche. Une autre partie (20 %) est absorbée par l'atmosphère, mais l'essentiel du rayonnement solaire (c'est-à-dire 50 %) l'est par la surface terrestre (océans et continents). Il est alors transformé en rayonnement infrarouge, c'est-à-dire en chaleur, puis il est renvoyé vers l'espace, où il échauffe l'atmosphère. Certains gaz contenus dans l'atmosphère absorbent ce rayonnement thermique et réémettent de la chaleur vers la surface terrestre : c'est ce que l'on appelle l'effet de serre, car le processus s'apparente à celui qui se produit dans une serre dont la couverture transparente laisse passer la lumière solaire, mais piège la chaleur en la renvoyant vers les cultures. L'effet de serre est donc un phénomène naturel. Il induit une température globale moyenne de + 13 °C à la surface de la Terre, permettant à l'eau de se maintenir à l'état liquide et donc à la vie de se développer. Sans l'effet de serre, la température serait de − 18 °C. En revanche, l'augmentation de l'effet de serre observée aujourd'hui n'est pas naturelle, mais imputable aux conséquences de certaines activités humaines.

Les gaz à effet de serre

Les gaz contenus dans l'atmosphère qui piègent le rayonnement infrarouge thermique émis par la surface terrestre comportent trois atomes ou plus. Ce sont la vapeur d'eau (H₂O) et le gaz carbonique (CO₂, appelé aussi dioxyde de carbone), puis le méthane (CH₄), le protoxyde d'azote (N₂O), l'ozone (O₃) et des gaz purement artificiels – les chlorofluorocarbures (C.F.C.). Tous ces gaz sont très minoritaires dans l'atmosphère – moins de 1 % pour la vapeur d'eau, 0,0375 % pour le CO₂ et quantités infimes pour les autres –, mais leur effet de serre est important. Pour s'en rendre compte, on peut comparer leur action dans l'atmosphère de deux planètes voisines de la Terre : Mars et Vénus. Sur Mars, l'atmosphère, principalement constituée de CO₂, est très peu dense ; l'effet de serre y est donc peu important et la température moyenne à la surface de cette planète est de − 55 °C. En revanche, sur Vénus, l'atmosphère (essentiellement constituée de CO₂) est très dense. Sans effet de serre, Vénus aurait une température au sol de − 18 °C ; mais l'effet de serre important y impose une température de + 460 °C.

L'ensemble des gaz à effet se serre a été responsable d'un forçage radiatif – c'est-à-dire d'une modification du bilan radiatif de la Terre – de quelque 3 W/m² depuis 1850. Cette variation représente environ 1 % de l'énergie moyenne reçue du Soleil par la surface terrestre (342 W/m²).

L'impact des activités humaines sur l’effet de serre

L'homme, par ses activités, produit des gaz qui amplifient l'effet de serre naturel.

Les gaz à effet de serre produits par l’homme

Les émissions de gaz carbonique

Le CO₂ se mélange très vite à l'atmosphère ; afin d'en annihiler les effets locaux ou saisonniers, les études sur la corrélation entre les variations de température et les teneurs en CO₂ de l'atmosphère se sont portées sur des sites éloignés de toute production industrielle de ce gaz ou sur des grands écosystèmes végétaux, comme Hawaii, le Groenland ou l'Antarctique. La moitié du CO₂ contenu dans l'atmosphère serait d'origine anthropique (combustion de pétrole, de gaz et de charbon, incendies de forêts), soit 7 milliards de tonnes de carbone par an, soit encore 4 kg par habitant et par jour. Le CO₂ est responsable à lui seul de 39 % de l'élévation de température par effet de serre (contre 55 % environ pour la vapeur d'eau).

La production de C.F.C.

Ils ont été fabriqués par l'homme comme gaz réfrigérants, pour la production de mousses plastiques et pour la propulsion d'aérosols. On connaît leur impact dramatique sur la couche d'ozone stratosphérique; ils ont aussi un potentiel de réchauffement considérable de la troposphère (première couche de l'atmosphère, épaisse d'une dizaine de kilomètres) : des milliers de fois celui du CO₂, à masse égale. Heureusement, d'une part, leur teneur est infime par rapport à celle du CO₂ – ils représentaient tout de même, dans les années 1990, 20 % de l'effet de serre – et, d'autre part, la signature du protocole de Montréal en 1987 a permis la limitation de leur production. Leur durée de vie dans l'atmosphère varie de 58 à 520 ans selon le type de C.F.C.

Les autres gaz

Parmi les autres gaz à effet de serre produits par l'homme, il faut citer le méthane (CH₄), issu de la culture des rizières et de l'élevage des ruminants, le protoxyde d'azote (N₂O), provenant de l'usage intensif des engrais azotés, et l'ozone (O₃) troposphérique, formé à partir de la combustion des hydrocarbures et des forêts.

Le cycle du carbone perturbé

Le gaz carbonique joue un rôle important dans l'effet de serre : l'augmentation de sa teneur dans l'atmosphère se traduit par une croissance de la température à la surface de la Terre. Pour tenter de comprendre cette tendance, qui est bien réelle, il convient de mesurer les échanges de cet élément qui s'effectuent entre l'atmosphère, les océans, les continents et la biosphère (ensemble des êtres vivants) : c'est le cycle du carbone. La biosphère et l'atmosphère sont sources d'échanges incessants, mais équilibrés : les êtres vivants se développent en partie à partir du CO₂ contenu dans l'atmosphère, molécule essentielle à la matière organique. Par exemple, pour les végétaux, c'est la chlorophylle qui capte le CO₂, avec l'aide de l'eau et de la lumière solaire, permettant leur croissance : c'est la photosynthèse. En compensation, les espèces biologiques restituent le carbone à l'atmosphère par respiration et en incorporent une partie dans la lithosphère (enveloppe externe de la Terre, épaisse d'une centaine de kilomètres) par fossilisation. La lithosphère contient en effet d'importantes réserves de carbone qui ne sont livrées à l'atmosphère que si elles sont exploitées par l'homme (pétrole, gaz naturel et charbon). Et, comme elles le sont effectivement, l'équilibre naturel est rompu ; on estime la quantité de carbone supplémentaire dans l'atmosphère à 7 milliards de tonnes par an. En revanche, dans les échanges entre l'atmosphère et l'océan, ce dernier apparaît comme une pompe à carbone (2 milliards de tonnes de carbone par an). En effet, les courants océaniques – notamment celui des eaux froides et salées de la mer de Norvège – emportent du CO₂ pris à l'atmosphère lorsqu'ils plongent vers les abysses. Globalement, la teneur en carbone augmente donc dans l'atmosphère ; on ignore si les océans peuvent absorber cet accroissement rapide alors que la boucle des courants océaniques se referme en plusieurs siècles.

Un réchauffement climatique annoncé

La température moyenne à la surface de la Terre a augmenté de 0,6 °C depuis le début de l'ère industrielle. Ce réchauffement est confirmé par le recul des glaciers sur toute la surface du globe, l'accroissement de la dérive des icebergs et de la fragmentation des banquises. Si on a pu envisager à une époque que ce réchauffement suivait un cycle naturel débuté à la fin du Petit Âge glaciaire (période froide du xv^e au xviii^e s.), la quasi-totalité des scientifiques pensent à présent qu'il est dû à un renforcement de l'effet de serre consécutif à certaines activités humaines.

Les modélisations

Elles prévoient une augmentation de la température globale de 1,4 à 5,8 °C d'ici à 2100 si rien n'est changé dans nos productions anthropiques de gaz à effet de serre. Cela peut paraître insignifiant, mais il faut noter qu'il s'agit de valeurs moyennes, avec des écarts plus importants pour certaines régions, amplifiés par le cycle des saisons. Pour bien s'en persuader, il suffit de comparer les températures globales actuelles avec celle du Petit Âge glaciaire (environ 1 °C plus basse) et celle de la dernière glaciation, il y a 20 000 ans (de 4 à 5 °C plus basse). À ces époques, le climat était bien différent ; avec le réchauffement actuel, la variation climatique s'effectue beaucoup plus rapidement que lors des cycles naturels.

Les modélisations sont délicates, car elles doivent prendre en compte de nombreux facteurs. Par exemple, l'océan absorbera-t-il ou non l'excédent en gaz carbonique de l'atmosphère ? De plus, la température augmentant, l'évaporation, et donc la quantité de vapeur d'eau (principal gaz à effet de serre), va croître dans l'atmosphère : cet effet dérivé qui amplifie la cause est appelé une « contre-réaction positive ». En revanche, la fonte partielle des glaces arctiques amènera de fortes quantités d'eau douce et légère dans l'Atlantique nord, ce qui bloquera la circulation océanique générale et les arrivées d'eaux chaudes du Gulf Stream, et provoquera des baisses de température temporaires en Europe. Ce type de processus est appelé une « contre-réaction négative ». Nombre d'actions et de contre-réactions rendent ainsi difficiles les modélisations, sans que cela interdise pour autant d'émettre des hypothèses.

Les conséquences

Si les conditions actuelles ne varient guère, il est raisonnable de penser que la fonte partielle des glaces polaires, ajoutée à la dilatation des océans, provoquerait une élévation du niveau de la mer de 30 à 100 cm par rapport au niveau actuel, vers la fin du siècle. L'avancée des mers inonderait les régions les plus basses comme le Bangladesh ou les Pays-Bas, les deltas des grands fleuves (Nil, Niger, Gange, etc.) et de nombreux atolls et îles situés à fleur d'eau. De plus, les cyclones, qui se forment au-dessus des eaux chaudes, seraient plus fréquents. Sur les continents, une augmentation du CO₂ dans l'atmosphère devrait permettre une meilleure croissance des plantes, si toutefois l'augmentation des précipitations due à une plus grande quantité de vapeur d'eau atmosphérique compense la plus forte évaporation. Ce scénario favorable pourrait se produire au Canada, en Europe du Nord, en Russie (Sibérie), mais aussi dans certaines régions tropicales ; en revanche, on peut s'attendre à une aridification du sud de l'Europe et du pourtour méditerranéen. Tous les modèles prévoient des pluies plus abondantes dans les régions tropicales (moussons plus intenses). Dans tous les cas de figure, l'inégalité entre le Nord et le Sud devrait se renforcer. Les pays les mieux informés et disposant des moyens nécessaires pourront adapter leurs cultures au changement climatique ; il en sera tout autrement pour les pays du Sud, plus durement touchés et plus faibles économiquement, ce qui laisse présager d'importants flux migratoires.

Les conférences sur le climat

Depuis les années 1970, les scientifiques ont informé les autorités politiques de la menace d'un réchauffement climatique, pris en relais par les médias et les organisations non gouvernementales (O.N.G.) à tendance écologique (Greenpeace, WWF, etc.). Des conférences internationales sur ce sujet ont lieu régulièrement. On peut en citer trois qui ont été particulièrement décisives, au moins dans la prise de conscience du problème : celles de Montréal, de Rio de Janeiro et de Kyoto. Lors de la conférence de Montréal, en 1987, les principaux pays producteurs de chlorofluorocarbures se sont engagés à abandonner, progressivement mais rapidement, la fabrication et l'utilisation de ces gaz. On peut dire qu'aujourd'hui les engagements ont été tenus. La Conférence des Nations unies sur l'environnement et le développement (CNUED), qui a eu lieu à Rio en 1992, s'est consacrée à la compatibilité entre le développement et la protection de l'environnement. Cette conférence, qualifiée de « Sommet de la Terre » en raison de son ampleur diplomatique considérable (participation de 117 chefs d'État et de gouvernement), a abouti à un certain nombre de résolutions d'intention, qui ne furent guère suivies d'effets concrets, malgré les milliards de dollars investis, qui traduisent cependant la portée de l'engagement international. À Kyoto, en décembre 1997, le Groupement intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) s'est réuni pour tenter de stabiliser l'effet de serre. Pour la première fois, le réchauffement climatique est devenu une certitude pour tous, et un protocole de réduction chiffrée des gaz à effet de serre a été établi pour chaque pays (protocole de Kyoto). Des divergences subsistent encore, en particulier sur la participation à cette réduction des pays en développement. La conférence de La Haye, en novembre 2000, a mis en lumière les difficultés de mise en application des décisions prises, compte tenu des intérêts divergents des différents pays, notamment des oppositions entre l'Europe et les États-Unis. En dépit de l’ensemble des obstacles rencontrés depuis sa création, le protocole de Kyoto est entré en vigueur en février 2005.