L'effet de serre

L'atmosphère est l'enveloppe gazeuse entourant un astre.

La densité de l’atmosphère d’une planète dépend de la masse de cette même planète qui détermine sa gravité.

La nature des molécules de gaz qui sont retenues autour de la planète est définie par cette gravité. Plus elle est importante, plus les gaz retenus ont une masse moléculaire faible.

Dans le cas de la planète Terre, les gaz comme le dihydrogène ou l’hélium sont trop légers pour être retenus. L’atmosphère se compose donc de gaz plus lourds comme le diazote (78 %), le dioxygène (21 %), le dioxyde de carbone (0,03 %), la vapeur d’eau (variable en fonction de la latitude) et d’autres gaz rares.

Les principaux gaz composant l’atmosphère terrestre sont recyclés en permanence et ne séjournent pas définitivement dans cette enveloppe.

L’effet de serre dépend de la capacité de certains gaz présents dans l’atmosphère à absorber les rayonnements infrarouges alors qu’ils sont transparents au rayonnement visible.

La capacité d’absorption d’une molécule dépend de sa structure. Les molécules triatomiques (H₂O, CO₂, CH₄, O₃, N₂O, …) sont très absorbantes alors que les molécules diatomiques (O₂, N₂) le sont peu.

Profils d'absorption des rayonnements solaires par différentes molécules.

On constate que certains gaz naturellement présents dans l’atmosphère sont des gaz à effet de serre : la vapeur d’eau, ainsi que le dioxyde de carbone.

L’ozone (O₃) est normalement présent dans la troposphère. Ce gaz se forme lors de la photolyse du dioxygène. Il joue un rôle essentiel dans la vie sur Terre puisqu’il absorbe les rayonnements ultraviolets. Il absorbe aussi les rayonnements infrarouges.

D’autres gaz sont des gaz à effet de serre. Ils ne sont pas naturellement présents dans l’atmosphère mais injectés par les rejets des activités humaines. C’est le cas entre autres du méthane (CH₄) et du protoxyde d’azote (N₂O) ainsi que de l’ozone.

Les rayonnements solaires traversent l’atmosphère pour venir réchauffer la surface de la planète. Une partie est réfléchie en direction de l’espace, notamment par les nuages formés de cristaux de glace en haute altitude. L’autre partie de l'énergie solaire est absorbée par la surface de laTerre et est réémise en direction de l’atmosphère sous la forme de rayonnements infrarouges (IR).

Cette absorption n’est pas la même partout sur le globe. Elle dépend du pouvoir réfléchissant du sol. Notamment, elle est quasiment nulle au niveau des pôles où l’albédo est le plus élevé à cause de la calotte glaciaire (très réfléchissante).

Les gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère absorbent les rayonnements infrarouges émis par la surface et émettent en retour des rayonnements IR qui viennent réchauffer une seconde fois la surface de la planète.

Grâce à ce processus, la température réelle à la surface de la Terre est de + 15 °C au lieu de – 18 °C prévue.

L’effet de serre est donc un phénomène indispensable au maintien de la vie sur Terre et est déterminant pour le climat global de la planète. Il dépend de la quantité de GES dans l’atmosphère. Aujourd’hui, cette quantité varie sous l’influence des activités humaines.

Le climat définit les conditions atmosphériques dans une région donnée sur une période donnée. Il varie donc au cours du temps d’une région à une autre à la surface de la Terre.

Plusieurs facteurs participent à la définition du climat d’une région.

C’est le cas de l’inclinaison de la Terre par rapport au Soleil qui a un impact sur l’angle d’incidence des rayonnements solaires à une latitude donnée. Ce paramètre influence la dynamique des masses d’airs qui participent à la redistribution de l’énergie solaire à l’échelle planétaire.

Le climat peut aussi dépendre des courants océaniques et/ou des éruptions volcaniques.

Depuis 1850, on observe une augmentation globale de la température de surface que l’on attribue à une augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. On estime qu’en un siècle (1906 - 2005), l’augmentation moyenne est de 0,74 °C avec une accélération de cette augmentation à partir de 1976 (+ 0,19 °C par décennie).

Ce réchauffement global se répercute avec un décalage de quelques années sur les océans dont la température augmente aussi, perturbant ainsi les courants marins.

La modélisation de l’évolution des climats dans le futur doit tenir compte de plusieurs facteurs :

• la durée de vie dans l’atmosphère des GES (100 ans pour le CO₂, 10 ans pour le CH₄) ;
• la dynamique des fluides à la surface de la planète (océans et masses d’airs) qui redistribuent l’énergie à l’échelle de la planète.

Quel que soit le scénario prévisionnel proposé par le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat), on prévoit de manière générale une augmentation de la quantité de CO₂ du fait, entre autres, du développement industriel des pays émergents comme la Chine et l’Inde, et donc une augmentation de la température moyenne globale.

La fonte des glaciers continentaux et des banquises vont conduire à une augmentation du niveau de la mer.

On prévoit que les écarts thermiques entre les saisons et les continents seront moins marqués.

Le cycle de l’eau sera perturbé avec une accélération du cycle évaporation / précipitation.

Certaines catastrophes naturelles, comme les cyclones et les ouragans, seront alors plus fréquentes sur certaines zones.

Les zones climatiques tropicales vont se déplacer vers les pôles. La banquise Arctique disparaîtra en été d’ici quelques décennies. Les courants marins tels que le Gulf Stream seront affaiblis, ce qui aura un impact sur le climat en Europe et en Amérique du Nord.

Il existe donc un lien entre l’évolution des climats et les gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère.

Les climats sont déterminants pour la survie des espèces dont l’espèce humaine puisqu’ils déterminent les conditions du milieu de vie. L’agriculture qui sert à nourrir la population humaine est directement dépendante des conditions climatiques.

Si rien n’est fait, on envisage que certaines régions du monde ne pourront plus nourrir leur population d’ici quelques décennies.

L’atmosphère terrestre joue un rôle fondamental dans le maintien de la vie sur Terre. Elle présente une composition en gaz originale puisqu’elle contient du dioxygène, indispensable à la respiration des êtres vivants, et d’autres gaz comme la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone.

L’effet de serre est indispensable à la vie sur Terre. Il conduit à une température de surface réelle supérieure à la valeur théorique : + 15 °C au lieu de – 18 °C. Dans ces conditions, l’eau peut exister à l’état solide, liquide et gazeux, ce qui constitue une autre particularité de notre planète.

Il a été démontré que la température de surface de la planète était directement corrélée avec la teneur de l’atmosphère en GES. La composition chimique de l’atmosphère terrestre est régulée par des cycles naturels qui conduisent au recyclage permanent de ces composants. Ces derniers circulent entre ces différentes enveloppes : la biosphère, la lithosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère.

Depuis le début de l’ère industrielle, ces cycles sont déséquilibrés, ce qui conduit à une accumulation de certains gaz dans l’atmosphère comme le CO₂, ou d’autres gaz anthropiques (issus de l’activité humaine) comme le CH₄, le N₂O ou l’O₃ qui sont des gaz à effet de serre puissants.

On note une élévation inquiétante de la température de la surface de la planète qui conduit à des dérèglements climatiques perceptibles à l’échelle humaine : fonte des calottes glaciaires, perturbation du cycle de l’eau, modification des courants marins, augmentation du niveau des mers.

Ces changements vont conduire à une perturbation régionale des conditions du milieu et donc modifier les écosystèmes des espèces animales et végétales dont l’Homme dépend pour se nourrir.

On envisage que certaines régions du monde auront de plus en plus de mal à subvenir aux besoins alimentaires de leurs populations, notamment dans les régions qui n’ont pas les moyens de développer une politique de prévention.