Le réchauffement climatique est directement lié à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre mondiales. Mais qu’est-ce que l’effet de serre et peut-on le domestiquer?

Schéma de principe de l'effet de serre

Schéma de principe de l’effet de serre

Tous les jours, les rayons du soleil traversent l’atmosphère terrestre pour parvenir au sol et à la surface des océans. Les nuages, l’atmosphère et le sol y réfléchissent alors une partie vers l’espace. Si le rayonnement solaire est composé en part égales de rayons visibles et de rayons infrarouges, auxquels s’ajoutent des 3% de rayons ultraviolets, la Terre émet en retour seulement dans un domaine infrarouge plus lointain. Comme les vitres d’une serre, des molécules gazeuses présentes dans l’atmosphère vont en partie rediriger une partie de ce rayonnement vers la Terre : C’est l’effet de serre ! Cet effet va réchauffer l’atmosphère.

Un effet de serre naturel ou dû à l’Homme?

Il faut distinguer l’effet de serre naturel, qui existait avant l’ère industrielle et, qui est bénéfique pour la vie sur Terre, de l’effet de serre renforcé par l’activité humaine. En absence d’effet de serre naturel, la température moyenne sur la terre serait seulement de -18°C. Grâce à lui, la moyenne est de 15°C.

A l’heure actuelle, parmi les éléments présents dans l’atmosphère qui absorbent le rayonnement infrarouge, il faut d’abord citer la vapeur d’eau, puis des substances comme le dioxyde de carbone, le méthane et les autres hydrocarbures, les oxydes d’azote NOx et les composés halogénés (CFC, HCFC, HFC, etc.), etc. Si certains de ces gaz sont des gaz « naturels » à effet de serre, l’activité humaine participe activement à l’augmentation de leur concentration dans l’atmosphère. D’autres gaz, tels que les composés halogénés, sont uniquement dus aux activités anthropiques. Pour exemple, la concentration en CO2 pour la valeur préindustrielle est estimée à 280 ppm, à comparer aux 380 ppm actuels !

Tous les gaz à effet de serre (GES) ne sont pas égaux quant à leur pourvoir de réchauffement (PRG). Cela signifie par exemple, qu’à quantités égales d’émissions dans l’atmosphère, le protoxyde d’azote est un gaz 298 fois plus puissant que le gaz carbonique pour l’effet de serre !

D’où viennent ces gaz à effet de serre ?

L’activité humaine participe à l’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Ainsi le CO2 provient principalement de la combustion des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz). Le méthane, quant à lui, est essentiellement rejeté par les déjections animales et la putréfaction des déchets végétaux et urbains. Pour ce qui est des oxydes d’azote, l’origine est à aller chercher dans la combustion et d’autres activités industrielles. Enfin, les composés halogénés sont utilisés notamment pour la réfrigération et la climatisation, mais leur usage est à présent conventionné pour lutter contre le trou dans la couche d’ozone.

Un surplus d’énergie planétaire

Considérons ici la Terre comme un système thermodynamique fermé n’échangeant pas de matière avec l’extérieur, mais uniquement de l’énergie. La Terre reçoit l’énergie solaire et elle émet l’énergie infrarouge. L’énergie solaire incidente est supérieure à l’énergie infrarouge émise. Il y a donc une augmentation de l’énergie totale du système Terre. D’après les relevés effectués par des satellites de la NASA, l’ensemble de ces gaz rejetés dans l’atmosphère renvoie vers la Terre un surplus d’énergie estimé à 0.85 watts par mètre carré, par rapport à la période pré-industrielle. Si on intègre cette valeur sur toute la surface de la Terre, cela correspond à environ 327 milliards de tep. Cela représente près de 30 fois notre consommation d’énergie primaire actuelle (11.5 milliards de tep en 2005 d’après l’AIE) !

L’augmentation de l’énergie interne de la Terre peut se décomposer en 3 termes. D’une part l’augmentation de la chaleur sensible via l’augmentation de température de l’atmosphère et de la surface de la terre. D’autre part l’augmentation de l’énergie interne stockée, par exemple, sous forme de biomasse accumulée dans la biosphère ou sous autre forme. Enfin, la diminution de la masse de glace dont une partie fond.

Un processus qui prend du temps !

Avant que la température planétaire augmente, il faut assez d’énergie pour augmenter la température de la croûte terrestre, celle des océans et assez d’énergie pour faire fondre en partie les glaciers. C’est pour cela que la nouvelle température d’équilibre est lente à s’installer et que l’augmentation de la température est décalée par rapport à la concentration en gaz à effet de serre réellement présente dans l’atmosphère. Il faudra attendre quelques dizaines d’années pour voir se manifester la hausse de la température due aux émissions d’aujourd’hui. Inversement, la hausse des températures actuelle est due aux émissions d’il y a quelques dizaines d’années !

L’excès d’énergie ne se manifeste pas seulement sous forme d’énergie interne de la Terre. En effet, il peut se dissiper sous forme d’énergie cinétique, c’est-à-dire en accélérant les mouvements de l’air ou de l’eau. On parle ici des vents, tempêtes, cyclones, raz-de-marée, etc. Des phénomènes climatiques extrêmes vont se trouver renforcés par cet excès d’énergie. Cependant, il n’est pas encore possible de prédire avec certitude quelle est la fraction de l’excès d’énergie qui va se dissiper sous forme cinétique.

Un recours massif aux énergies renouvelables !

Parc Eolien Amogdoul au Maroc. © Natura Sciences

Il est possible de dire que les énergies renouvelables prélèvent directement une portion de l’énergie totale du système Terre. Ainsi leur bilan est neutre pour l’effet de serre. Le vent soufflera et finira par se disperser en chaleur, qu’une éolienne soit placée ou non sur son chemin. De même, les rayons solaires utilisés pour le photovoltaïques auraient réchauffé la terre,qu’un panneau ou non soit installé ! Les énergies renouvelables ne rajoutent donc aucune chaleur supplémentaire à l’atmosphère, elles en retirent !

Cela est très différent pour une usine fonctionnant au charbon, au pétrole, au gaz ou au nucléaire. En effet, tant que le charbon, le pétrole et le gaz sont gardés tels quels, ils contiennent une énergie stockée dans la matière et non dissipée. Celle-ci ne participe pas au réchauffement climatique. Cependant, dès lors qu’ils sont brûlés, cette énergie est libérée et participe activement au réchauffement de l’atmosphère. Comment? En induisant, à travers les gaz émis, un surplus d’effet de serre.

L’utilisation massive des énergies renouvelables complétée par une utilisation raisonnable de combustibles fossiles peut permettre d’atteindre un nouvel équilibre. Dans celui-ci, le prélèvement énergétique par les énergies renouvelables à l’énergie totale de la Terre compensera partiellement, le surplus d’énergie produit par l’effet de serre résultant de l’utilisation des combustibles fossiles.

Résultat : un double défi et trois moyens d’action

Le défi est double. Il s’agit d’une part de mettre à profit l’excès d’énergie pour l’utiliser au travers des énergies renouvelables et d’autre part de réguler la teneur en GES à un niveau acceptable pour la vie sur terre.

 Pour le relever, nous disposons de trois moyens d’action. Le premier : réduire les émissions de GES, notamment en diminuant la consommation d’énergie. Le deuxième : développer des énergies renouvelables qui n’émettent pas de GES et utilisent l’excès d’énergie apporté par l’effet de serre. Enfin, créer des puits de GES, en capturant et stockant en profondeur ces gaz ou au sein de la biomasse.

Auteur : Matthieu Combe, fondateur du webzine Natura-sciences.com

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