Gaz à effet de serre et activités humaines

Depuis les années 1990, les travaux scientifiques, synthétisés dans les rapports produits par le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat), mettent l’accent sur le rôle joué par les activités humaines dans le réchauffement climatique constaté. Dans son quatrième rapport de synthèse publié en 2007, le GIEC note ainsi que « La majeure partie du réchauffement de la seconde moitié du XXe siècle est très vraisemblablement due au surplus d’effet de serre et donc aux activités humaines. »¹  

Une trentaine d’organisations scientifiques majeures, dont la NASA et l’Organisation météorologique mondiale, dressent des constats similaires.

Depuis la révolution industrielle, au XVIII^e siècle, le développement économique a reposé sur l’usage massif des sources d’énergie fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) qui fournissent l’énergie nécessaire au développement de l’industrie et des transports (mais aussi pour l’agriculture : engrais, mécanisation). Or, la combustion de ces sources d’énergie dégage du dioxyde de carbone.

La concentration en dioxyde de carbone était ainsi de l’ordre de 280 ppmv (parties par millions) dans l’atmosphère au cours des derniers millénaires. Elle est passée brutalement de 280 à 395 parties par millions entre 1800 et 2012, l’augmentation la plus importante se produisant au cours des cinquante dernières années.

Le rythme d’augmentation de la teneur en dioxyde de carbone s’est accéléré depuis les années 2000, du fait du développement industriel de pays émergents comme la Chine et d’une forte augmentation de la combustion de charbon.

L’agriculture et l’élevage, aussi à l’origine d’importants rejets de GES

Outre les transports et l’industrie, d’autres activités humaines favorisent les rejets de gaz à effet de serre :

   •    Les activités forestières (incluant le déboisement) génèrent 17,4 % des émissions de GES (CO₂, mais aussi méthane, protoxyde d’azote) à l’échelle de la planète. Tandis que l’agriculture est responsable de 13,5 % de ces émissions . En particulier, la déforestation (abattage d’arbres non remplacés par de nouveaux semis) réduit la capacité de l’écosystème à absorber le CO₂ : au lieu d’être retenu par le bois en croissance et par les sols des forêts, ce gaz reste présent dans l’atmosphère et participe à l’augmentation de l’effet de serre.

   •    L’utilisation d’engrais agricoles azotés augmente la concentration en protoxyde d’azote dans l’atmosphère (N₂O). Ce gaz contribue à renforcer l’effet de serre par sa capacité d’absorption des radiations infrarouges, 310 fois supérieure à celle du CO₂, et par sa longue durée de vie dans l’atmosphère (100 ans).

   •    Dans les terrains humides des rizières, un phénomène de fermentation, dû à l’action de certains micro-organismes, dégage du méthane (CH₄). Présent dans l’atmosphère en très faibles quantités, ce gaz joue cependant un rôle non négligeable dans l’accentuation de l’effet de serre : sa capacité d’absorption du rayonnement infrarouge est 20 à 50 fois supérieure à celle du CO₂. Cependant, sa durée de vie dans l’atmosphère n’est que de 10 ans contre plusieurs millénaires pour le CO₂.

   •    Dans la panse des ruminants (vaches, moutons), la digestion microbienne du fourrage produit également du méthane éructé par les bêtes. L’augmentation de la demande en produits carnés et laitiers, due à la croissance démographique mondiale, provoque une multiplication des grands élevages générant d’importantes quantités de CH₄. Depuis 2006, les concentrations de méthane augmentent et atteignent 1 800 parties par million en volume (ppmv), c’est-à-dire le nombre de parties (en « poids ») de méthane pour chaque million de parties d’eau.

•    Jusqu’aux années 1990, les chlorofluorocarbones (CFC) étaient des gaz de synthèse utilisés comme propulseurs dans les aérosols de mousse à raser ou de désodorisant. Reconnus comme responsables dès les années 1985 de la diminution de la couche d’ozone, ils sont interdits par le protocole de Montréal en 1987, ratifié par 191 pays. En outre, l’industrie chimique produit aussi des gaz à effet de serre absents à l’état naturel. C’est le cas des composés halogénés et chlorés (halocarbures) utilisés dans les bombes aérosols, les systèmes de réfrigération et de climatisation, et certains procédés industriels.

Au total, les concentrations actuelles en GES dans l’atmosphère sont aujourd’hui nettement plus élevées qu'elles ne l'ont jamais été lors des 800 000 dernières années (on connaît la composition de l’atmosphère durant cette période par l’analyse de carottes glaciaires prélevées dans les profondeurs des calottes polaires). Ils jouent un rôle déterminant dans l’évolution climatique des dernières décennies. Le 4^e rapport du GIEC affirme ainsi que « L’essentiel de l’élévation de la température moyenne du globe observée depuis le milieu du XXe siècle est très probablement attribuable à la hausse des concentrations de GES anthropiques »³ (c’est-à-dire d’origine humaine). À tel point que Paul Crutzen, prix Nobel de chimie pour ses travaux sur la chimie atmosphérique, a baptisé cette ère l’Anthropocène⁴. Ce néologisme signifie que nous changeons de période géologique, alors que l’empreinte des activités humaines devient dominante au niveau mondial (anthropos signifiant « hommes » en grec).

Environ la moitié des rejets anthropiques de dioxyde de carbone s’accumulent dans l’atmosphère, chaque année ; le reste est absorbé par les sols et la végétation, et par les océans (d’où leur acidification). L’évolution de la concentration en gaz à effet de serre dépend ainsi des activités humaines, mais également de l’évolution du cycle du carbone, et du climat. Ainsi, un océan plus chaud a une capacité d’absorption du dioxyde de carbone diminuée ; en 2003, les forêts françaises, soumises à une vague de chaleur intense, ont rejeté davantage de dioxyde de carbone qu’elles n’en ont piégé.

Des interactions multiples influant sur l’évolution du climat

Le système climatique, extraordinairement complexe, a la capacité de produire des rétroactions, ou feedback. Ces réactions à une information soit en augmentent les effets (rétroaction positive), soit les réduisent (rétroaction négative).

La hausse de la concentration en GES dans l’atmosphère conduit à une élévation des températures de la basse atmosphère, et à la surface des continents et des océans. Cette élévation de température a elle-même divers effets qui peuvent accroître ce réchauffement :

   •    La hausse des températures moyennes accentue l’évaporation de l’eau présente sur Terre et la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère. Or, la vapeur d’eau est un gaz à effet de serre. Lorsque sa concentration augmente dans l’atmosphère, elle accentue encore ce phénomène.

   •    L’élévation des températures entraîne une réduction de la durée et de l’extension des zones englacées et enneigées, qui sont remplacées par des surfaces plus sombres (océan, végétation). Moins réfléchissantes que la glace qui possède un fort albédo (pouvoir réflecteur), l’eau et la terre absorbent davantage de radiations solaires. Ce phénomène intensifie le réchauffement du climat et accélère la fonte des glaces.

La machine climatique n’est donc pas en état d’équilibre : le changement d’un paramètre entraîne des modifications d’autres paramètres. Et les changements peuvent se manifester sur des périodes très courtes pour l’évolution de l’atmosphère, ou très longues pour les océans⁵.

D’autres phénomènes influents

D’autres processus, naturels ou non,  jouent sur les variations de température :

   •    Certains nuages agissent comme un parasol, en renvoyant une partie du rayonnement solaire ultraviolet vers l’atmosphère (effet d’albédo). D’autres participent à l’effet de serre.

   •    Les émissions de polluants aériens d’origine humaine, comme les sulfates (présents notamment dans les engrais), peuvent avoir un effet refroidissant sur le climat. En effet, ils réfléchissent la lumière solaire qui pénètre dans l’atmosphère vers l’espace.

   •    Les fluctuations cycliques du rayonnement solaire et les éruptions volcaniques contribuent aussi au à la variabilité du climat.

Néanmoins, il existe aujourd’hui un consensus scientifique sur l’influence des émissions humaines de CO₂ sur le réchauffement climatique. L’évolution future du climat dépendra de processus naturels difficiles à prévoir, mais surtout des rejets de gaz à effet de serre. Des scénarios d’évolution de la composition atmosphérique sont élaborés, à partir d’hypothèses socio-économiques. Pour chaque scénario, les résultats d’un ensemble de modèles de climat sont comparés afin d’évaluer les incertitudes associées. Enfin, les interactions entre le changement du climat et du cycle du carbone doivent être pris en compte.