La présence d’une atmosphère est une condition essentielle à la vie sur Terre. Certains gaz qui composent l’atmosphère, appelés gaz à effet de serre, permettent d’y retenir la chaleur et de maintenir une température viable à la surface de la Terre. Ce phénomène naturel est appelé l’effet de serre.
Un gaz à effet de serre (GES) est un gaz atmosphérique qui a la capacité d'absorber et d’émettre des rayons infrarouges, ce qui tend à retenir la chaleur dans l’atmosphère.
En retenant la chaleur dans l'atmosphère, les GES contribuent au phénomène d’effet de serre.
Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau |(\text{H}_2\text{O})|, le dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)|, le méthane |(\text{CH}_4)| et l’oxyde de diazote |(\text{N}_2\text{O})|. Ils sont produits naturellement lors des processus suivants :
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La vapeur d’eau |(\text{H}_2\text{O})| provient de l’évaporation de l’eau liquide présente à la surface de la Terre;
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Le dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| provient en partie de la décomposition naturelle des matières animales et végétales;
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Le méthane |(\text{CH}_4)|provient de la décomposition des matières végétales;
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L’oxyde de diazote |(\text{N}_2\text{O})| provient principalement de l’activité microbienne dans les sols lors de la dénitrification.
Leur concentration atmosphérique est régulée par les différents processus des cycles biogéochimiques de l’eau, du carbone et de l’azote.
La vapeur d'eau est le gaz à effet de serre le plus abondant dans l'atmosphère. À elle seule, la vapeur d’eau est responsable de plus de la moitié de l’effet de serre.
Les gaz qui composent l’atmosphère ne sont pas tous des GES, et ces GES n’ont pas tous la même capacité à emmagasiner la chaleur. On peut comparer cette capacité à l’aide du potentiel de réchauffement planétaire (PRP). Il s’agit d’un indice permettant de comparer la capacité d’un gaz à emmagasiner la chaleur dans l’atmosphère par rapport au dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)|. Le tableau suivant présente l’indice PRP de différents GES.
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Gaz à effet de serre |
Potentiel de réchauffement planétaire |
|---|---|
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Dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)| |
1 |
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Méthane |(\text{CH}_4)| |
25 |
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Oxyde nitreux |(\text{N}_2\text{O})| |
298 |
Source des données : IPCC [GIEC], 2021[1]. |
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On constate que :
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Le méthane |(\text{CH}_4)| peut retenir 25 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)|;
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L’oxyde nitreux |(\text{N}_2\text{O})| peut retenir 298 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone |(\text{CO}_2)|.
L’effet de serre est un phénomène naturel qui permet de retenir, dans l’atmosphère de la Terre, une partie de la chaleur émise par le Soleil.
En retenant la chaleur dans l’atmosphère, l'effet de serre réduit les écarts de température entre le jour et la nuit, de sorte que la température moyenne à la surface de la Terre est d’environ |15^\circ\text{C}|. Sans cet effet, la température moyenne à la surface de la Terre serait d’environ |-18^\circ\text{C}|. Dans ces conditions, l'eau serait majoritairement sous forme solide, ce qui la rendrait difficilement accessible et ce qui empêcherait le développement de la vie sur Terre telle que nous la connaissons.
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Une partie du rayonnement solaire est réfléchie par l’atmosphère vers l’espace, alors qu’une autre entre dans l’atmosphère.
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Une partie du rayonnement qui pénètre l’atmosphère atteint la surface terrestre, qui absorbe son énergie. La température des sols et des océans augmente.
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Une partie de l’énergie absorbée par la surface de la Terre est ensuite transformée en chaleur et réémise sous forme de rayonnement infrarouge (IR) vers l’atmosphère.
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Une partie du rayonnement IR émis par la surface de la Terre traverse l’atmosphère et retourne dans l’espace.
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Une partie du rayonnement IR émis par la surface de la Terre est absorbée par les GES, ce qui augmente la température de l’atmosphère.
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Une partie de l’énergie absorbée par les GES est réémise sous forme de rayonnement IR en direction de la surface de la Terre.
L’effet de serre renforcé est l'intensification du phénomène d’effet de serre dû aux GES produits par l'activité humaine.
Depuis l’industrialisation, les activités humaines ont fait augmenter la concentration des gaz à effet de serre (GES).
Ainsi, une plus grande quantité de chaleur est retenue dans l’atmosphère, ce qui augmente la température moyenne à la surface de la Terre. C’est ce qu’on appelle le réchauffement climatique.
Le tableau suivant présente le pourcentage d’augmentation des principaux GES depuis le début de l’industrialisation ainsi que les principales activités humaines qui en sont responsables.
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Gaz à effet de serre |
Pourcentage d’augmentation (%) |
Sources |
|---|---|---|
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Dioxyde de carbone |
47 % |
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Méthane |(\text{CH}_4)| |
156 % |
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Oxyde de diazote |
23 % |
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Source des données : IPCC [GIEC], 2023[2]. |
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L’effet de serre renforcé a pour effet d’augmenter la température moyenne à la surface de la Terre, ce qui cause, entre autres, la fonte des glaciers et des banquises, et la fonte du pergélisol. Ces conséquences ont, à leur tour, plusieurs répercussions sur l’environnement.
La fonte des glaciers et des banquises tend à diminuer l’effet d’albédo. La disparition progressive de la neige et de la glace réduit la quantité de rayons solaires réfléchis par la surface de la Terre. Celle-ci absorbe alors encore plus d’énergie, ce qui contribue à faire augmenter la température davantage. De plus, la fonte des glaciers provoque l’augmentation du niveau de la mer, ce qui diminue la salinité des océans et perturbe la circulation thermohaline. En augmentant le niveau de la mer, la fonte des glaciers tend également à augmenter l’érosion des berges et les risques d'inondation.
La fonte du pergélisol provoque des glissements de terrains et libère des quantités importantes de méthane |(\text{CH}_4)|, ce qui augmente sa concentration dans l’atmosphère et renforce l’effet de serre.
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Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) [Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC)]. (2021, 3 mai). Chapter 7: The Earth’s energy budget, climate feedbacks, and climate sensitivity - Supplementary Material. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_FGD_Chapter07_SM.pdf
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Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) [Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC)]. (2023). Synthesis report of the IPCC sixth assessment report (AR6). (Longer Report). https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/downloads/report/IPCC_AR6_SYR_LongerReport.pdf