De toute évidence, le climat de la Terre a évolué localement et à l’échelon mondial depuis l’époque préindustrielle. La majeure partie du réchauffement des cinquante dernières années est imputable aux activités humaines. Selon les prévisions, le climat pourrait se réchauffer de 1,4 à 5,8°C d’ici à la fin du siècle. Il sera plus instable avec une augmentation de la fréquence, de l’intensité et de la durée des phénomènes climatiques extrêmes tels que les vagues de chaleur, la sécheresse, les précipitations provoquant des inondations, etc.

Les effets du changement climatique se font déjà sentir en France et dans le monde. Les changements climatiques ont et auront des incidences sur la vie des êtres humains, les systèmes écologiques et l’économie dans tous les pays. Les coûts associés à ce réchauffement seront colossaux. Une réduction des émissions de gaz à effet de serre bien supérieure aux objectifs de Kyoto sera nécessaire d’ici à la fin du siècle. Il est possible d’atténuer les impacts du changement climatique : cela demande une action immédiate et de long terme.

L’atmosphère de la Terre retient en partie la chaleur que lui apporte le soleil. Les gaz à l’origine de cet effet naturel sont essentiellement la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone. Sans cet « effet de serre » naturel, la Terre connaîtrait des températures inférieures de 30 °C, ce qui la rendrait inhabitable. Mais quand les concentrations de gaz augmentent au-dessus de leur niveau naturel, le réchauffement supplémentaire qui en résulte menace les équilibres planétaires.

Les gaz à effet de serre émis depuis deux siècles par les activités humaines intensifient le phénomène naturel d’effet de serre. Il s’agit en majorité (à 60 %) – et en proportion croissante – du gaz carbonique qui provient de la combustion des énergies fossiles : charbon, pétrole et gaz.

Gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont des gaz dont les propriétés physiques sont telles que leur présence dans l'atmosphère terrestre contribue à un effet de serre à la surface de la Terre (voir aussi réchauffement climatique). Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxyde nitreux (ou protoxyde d'azote) et l'ozone. Les gaz à effet de serre industriels incluent les halocarbones lourds (fluorocarbones chlorés), CFC, molécules de HCFC-22 comme le fréon et le perfluorométhane et l'hexafluorure de soufre (SF6).

Le mécanisme de l'effet de serre
Les gaz à effet de serre sont transparents à certaines longueurs d'onde des rayonnements solaires, ce qui permet à ces derniers de pénétrer profondément dans l'atmosphère ou jusqu'à la surface du globe. La partie du rayonnement absorbée par la Terre lui apporte de la chaleur, qu'elle restitue à son tour en direction de l'atmosphère sous forme de rayons infrarouges.

Les gaz à effet de serre et les nuages empêchent une partie des rayonnements infrarouge de s'échapper, emprisonnant ainsi la chaleur près de la surface du globe, où elle réchauffe l'atmosphère basse. L'altération de la barrière naturelle des gaz atmosphériques peut augmenter ou réduire la température moyenne de la Terre.

Émission de gaz à effet de serre

Le dioxyde de carbone (CO2) : Premier responsable du phénomène, il résulte essentiellement de la combustion des énergies fossiles et de la déforestation. Les rejets provient des besoins de l’industrie,et de l’utilisation domestique de l’énergie (chauffage de l’habitat , cuisson, électricité,...) et des transports dont la responsabilité va en grandissant. Le dioxyde de carbone a augmenté de 30 %, passant de 278 000 à 358 000 parties par milliard en volume.

Les PFC et le SF6 interviennent dans certaines applications industrielles, notamment l’industrie des semi-conducteurs. A poids équivalent, les gaz fluorés ont un pouvoir de réchauffement de 1300 à 24000 fois supérieur à celui du gaz carbonique. les CFC-12 sont passés de 0 à 0,503 parties par milliard en volume ; les HCFC-22 sont passés de 0 à 0,105 parties par milliard en volume ; le perfluorométhane est passé de 0 à 0,070 parties par milliard en volume ; l'hexafluorure de soufre est passé de 0 à 0,032 parties par milliard en volume.

Mesure des émissions
Il existe plusieurs gaz à effet de serre dont la nocivité est différente. Plutôt que de mesurer les émissions de chaque gaz, on utilise une unité commune : l'équivalent CO2 ou l'équivalent carbone.

L'équivalent CO2 est aussi appelé potentiel de réchauffement global (PRG). Il vaut 1 pour le dioxyde de carbone qui sert de référence. Le potentiel de réchauffement global d'un gaz est le facteur par lequel il faut multiplier sa masse pour obtenir une masse de CO2 qui produirait un impact équivalent sur l'effet de serre. Par exemple, le méthane a un PRG de 23, ce qui signifie qu'il a un pouvoir de réchauffement 23 fois supérieur au dioxyde de carbone.

Pour l'équivalent carbone, on part du fait qu'un kg de CO2 contient 0,2727 kg de carbone. L'émission d'un kg de CO2 vaut donc 0,2727 kg d'équivalent carbone. Pour les autres gaz, l'équivalent carbone vaut : équivalent carbone = PRG x 0,2727
On peut noter que la combustion d'une tonne de carbone correspond bien à l'émission d'une tonne équivalent carbone de CO2.

Cette unité de mesure est très utile pour déterminer les émissions produites par une entreprise par exemple. On peut ainsi réaliser un bilan global qui prend en compte les émissions directes (combustions, consommation d'énergie, transports) et indirectes (fabrication et transport des produits sous-traités).

Durée de séjour dans l'atmosphere et potentiel de réchauffement global
Les gaz à effet de serre, une fois dans l'atmosphère, n'y restent pas éternellement. Ils peuvent en être extraits de plusieurs manières :

- par un phénomène naturel (la pluie et la condensation retirent la vapeur d'eau de l'atmosphère)

- par une réaction chimique intervenant dans l'atmosphère (le méthane, par exemple, réagit avec les radicaux hydroxyle naturellement présents dans l'atmosphère pour créer du CO2)

- par une réaction chimique intervenant à l'interface entre l'atmosphère et la surface du globe (le CO2 est réduit par photosynthèse par les végétaux, ou est dissout dans les océans pour former des ions bicarbonate et carbonate (le CO2 est chimiquement stable dans l'atmosphère))

- par des rayonnements : par exemple, les rayonnements électromagnétiques émis par le soleil et les rayonnements cosmiques « brisent » les molécules dans les couches supérieures de l'atmosphère.

Une partie des halocarbones disparaissent de cette manière (ils sont généralement trop stables pour disparaître par réaction chimique dans l'atmosphère).

Hormis la vapeur d'eau, qui est évacuée en quelques jours, les gaz à effet de serre mettent très longtemps à quitter l'atmosphère. Étant donné la complexité du système atmosphérique, il est difficile de connaître la durée exacte de leur séjour. Voici toutefois quelques estimations de leur durée de séjour, c'est-à-dire le temps nécessaire pour qu'ils disparaissent de l'atmosphère.

Durée de séjour et potentiel de réchauffement des principaux gaz à effet de serre

gaz à effet de serre	formule	PRG	durée de séjour (ans)
dioxyde de carbone	CO2	1	200 (variable)
méthane	CH4	22	12,2 +-3
peroxyde d'azote	NO2	310	120
dichlorodifluorométhane (CFC-12)	CCl2F2	6200-7100	102
chlorodifluorométhane (HCFC-22)	CHClF2	1300-1400	12,1
tétrafluorure de carbone 2	CF4	6500	50000
hexafluorure de soufre	SF6	6500	3200

Cela signifie que même si on arrêtait complètement d'émettre des gaz à effet de serre, les gaz déjà émis continueraient d'agir pendant plusieurs siècles.