EFFET DE SERRE: COMMENT IL EST PRODUIT, CAUSES, GAZ, CONSÉQUENCES - ENVIRONNEMENT - 2025

L' effet de serre est un processus naturel dans lequel l'atmosphère retient une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre et la chauffe ainsi. Ce rayonnement infrarouge provient du chauffage généré à la surface de la terre par le rayonnement solaire.

Ce processus se produit parce que la Terre en tant que corps opaque absorbe le rayonnement solaire et émet de la chaleur. En même temps, puisqu'il y a une atmosphère, la chaleur ne s'échappe pas complètement dans l'espace extra-atmosphérique.

Schéma d'effet de serre. Source: Robert A. Rohde (Vol des dragons sur Wikipedia anglais), traduction en espagnol félix, mise en page d'adaptation Basquetteur

Une partie de la chaleur est absorbée et réémise dans toutes les directions par les gaz qui composent l'atmosphère. Ainsi, la Terre maintient un certain équilibre thermique qui établit une température moyenne de 15 ºC, garantissant une plage variable dans laquelle la vie peut se développer

Le terme «effet de serre» est une comparaison avec les serres pour faire pousser des plantes dans des climats où la température ambiante est plus basse que nécessaire. Dans ces maisons de culture, le toit en plastique ou en verre permet le passage de la lumière du soleil mais empêche la sortie de chaleur.

De cette manière, un microclimat chaud favorable au développement des plantes est maintenu, quelle que soit la température extérieure plus basse.

Les gaz les plus importants dans l'effet de serre sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane. Ensuite, à la suite de la pollution générée par l'homme, d'autres gaz sont incorporés et les niveaux de CO2 augmentent.

Gaz CO2, vapeur d'eau et méthane dans l'atmosphère

Ces gaz comprennent les oxydes d'azote, les hydrofluorocarbures, les hydrocarbures perfluorés, l'hexafluorure de soufre et les chlorofluorocarbures.

L'effet de serre est-il bon ou mauvais?

L'effet de serre est fondamental pour la vie sur Terre car il garantit la plage de température appropriée à son existence. La plupart des processus biochimiques nécessitent des températures comprises entre -18 ° C et 50 ° C.

Dans le passé géologique, il y a eu des fluctuations de la température moyenne de la terre, augmentant ou diminuant. Au cours des deux derniers siècles, il y a eu un processus d'augmentation soutenue de la température mondiale.

La différence est qu'actuellement le taux d'augmentation est particulièrement élevé et semble être associé à l'activité humaine. Ces activités génèrent des gaz à effet de serre qui accentuent le phénomène.

Quel est donc le problème?

Les humains ont constamment ajouté des polluants à l'environnement depuis le milieu du XVIIIe siècle, en raison de l'industrialisation. Parmi ces polluants, il y a l'émission de gaz qui contribuent à l'effet de serre, soit parce qu'ils absorbent la chaleur, soit parce qu'ils endommagent la couche d'ozone.

La couche d'ozone se trouve dans la partie supérieure de la stratosphère et filtre le rayonnement solaire ultraviolet (énergie plus élevée). Plus il y a de rayonnement ultraviolet, plus il y a de chaleur et plus d'effets mutagènes peuvent être générés.

D'autre part, les gaz retenant la chaleur comme le CO2 et le méthane réduisent les pertes de chaleur par émission de la Terre. Tandis que parmi les gaz qui endommagent la couche d'ozone se trouvent tous les composés de fluor et de chlore.

Les conséquences de l'augmentation de l'effet de serre sont une augmentation de la température de la Terre. Cela provoque à son tour une série de changements climatiques, y compris la fonte des glaces polaires et glaciaires.

Comment se produit l'effet de serre?

- L'atmosphère terrestre

Couches de l'atmosphère

La compréhension des éléments de base de la composition chimique et de la structure de l'atmosphère est fondamentale pour comprendre l'effet de serre.

Composition chimique de l'atmosphère terrestre

L'azote (N) prédomine dans la composition de l'atmosphère terrestre, 79% et l'oxygène (O2) 20%. Le 1% restant est composé de divers gaz, dont les plus abondants sont l'argon (Ar = 0,9%) et le CO2 (0,03%).

Ces gaz ne peuvent pas absorber la lumière du soleil, c'est-à-dire l'énergie à ondes courtes émise par le Soleil (spectre visible et ultraviolet).

Couches de l'atmosphère

La plus forte proportion de gaz atmosphériques est concentrée dans la bande qui va de la surface de la terre à 50 km d'altitude. Cela est dû à l'attraction que la force gravitationnelle exerce sur les gaz qui composent l'atmosphère.

Dans ces 50 premiers km d'atmosphère, deux couches sont reconnues, la première de 0 à 10 km de haut et la seconde de 10 à 50 km de haut. La première s'appelle la troposphère et concentre environ 75% de la masse gazeuse de l'atmosphère.

Le second est la stratosphère qui concentre 24% de la masse gazeuse atmosphérique et dans sa partie supérieure se trouve la couche d'ozone. La couche d'ozone est essentielle pour comprendre l'effet de serre, car elle est responsable de la fixation des rayons ultraviolets du soleil.

Bien que trois couches supplémentaires s'étendent au-dessus de ces couches de l'atmosphère, les deux plus basses sont les facteurs déterminants de l'effet de serre.

- L'effet de serre

Les principaux éléments du processus par lequel l'effet de serre est produit sont le Soleil, la Terre et les gaz atmosphériques. Le Soleil est la source d'énergie, la Terre le récepteur de cette énergie et l'émetteur de chaleur et de gaz jouent des rôles différents selon leurs propriétés.

Énergie solaire

Le Soleil émet fondamentalement un rayonnement de haute énergie, c'est-à-dire correspondant aux longueurs d'onde visible et ultraviolette du spectre électromagnétique. La température d'émission de cette énergie atteint 6 000 ° C, mais la majeure partie se dissipe en cours de route.

Sur les 100% d'énergie solaire qui atteignent l'atmosphère, environ 30% sont réfléchis vers l'espace (effet albédo). 20% sont absorbés par l'atmosphère, principalement par les particules en suspension et la couche d'ozone, et les 50% restants réchauffent la surface de la terre. Cette vidéo reflète ce processus:

La terre

Comme tout corps, la Terre émet un rayonnement, qui dans ce cas est un rayonnement à ondes longues (infrarouge). Le rayonnement infrarouge émis par la Terre provient de son centre incandescent (énergie géothermique), mais la température d'émission est faible (presque 0 ºC).

Cependant, la Terre reçoit de l'énergie solaire qui la chauffe également et émet un rayonnement infrarouge supplémentaire.

En revanche, la Terre réfléchit une partie importante du rayonnement solaire en raison de son albédo (ton clair ou blancheur). Cet albédo est principalement dû aux nuages, aux plans d'eau et à la glace.

Compte tenu de l'albédo et de la distance de la planète au Soleil, la température de la Terre devrait être de -18 ºC (température effective). La température effective fait référence à ce qu'un corps devrait avoir en ne considérant que l'albédo et la distance.

Cependant, la température moyenne réelle de la Terre est d'environ 15 ° C avec une différence de 33 ° C avec la température effective. Dans cette différence marquée entre la température réelle et effective, l'atmosphère joue un rôle fondamental.

L'atmosphère

La clé de la température de la Terre est son atmosphère, si elle n'existait pas, la planète serait gelée en permanence. L'atmosphère est transparente à une grande partie du rayonnement à ondes courtes, mais pas à une grande partie du rayonnement à ondes longues (infrarouge).

En laissant passer le rayonnement solaire, la Terre se réchauffe et émet un rayonnement infrarouge (chaleur), mais l'atmosphère absorbe une partie de cette chaleur. De cette manière, les couches de l'atmosphère et des nuages ​​deviennent chaudes et émettent de la chaleur dans toutes les directions.

Effet de serre

Le processus de réchauffement climatique par rétention atmosphérique du rayonnement infrarouge est ce que l'on appelle l'effet de serre.

Serre à Kew Gardens (Angleterre). Source:

Le nom vient des serres agricoles, où sont cultivées des espèces nécessitant une température plus élevée que celle existante dans la zone de production. Pour cela, ces maisons de culture ont un toit qui permet le passage de la lumière du soleil mais retient la chaleur émise.

De cette manière, il est possible de créer un microclimat chaud pour les espèces qui en ont besoin dans leur croissance.

Les causes

Bien que l'effet de serre soit un processus naturel, il est altéré par l'action humaine (action anthropique). Par conséquent, il est nécessaire de différencier les causes naturelles du phénomène et les altérations anthropiques.

- Causes naturelles

Énergie solaire

Le rayonnement électromagnétique à ondes courtes (haute énergie) du Soleil est ce qui chauffe la surface de la Terre. Cet échauffement provoque l'émission de rayonnement à ondes longues (infrarouge), c'est-à-dire de chaleur, dans l'atmosphère.

Énergie géothermique

Le centre de la planète est incandescent et génère une chaleur supplémentaire à celle provoquée par l'énergie solaire. Cette chaleur est transmise à travers la croûte terrestre principalement par les volcans, les fumerolles, les geysers et autres sources chaudes.

Composition atmosphérique

Les propriétés des gaz qui composent l'atmosphère déterminent que le rayonnement solaire atteint la Terre et que le rayonnement infrarouge est partiellement retenu. Certains gaz tels que la vapeur d'eau, le CO2 et le méthane sont particulièrement efficaces pour retenir la chaleur atmosphérique.

Apports naturels des gaz à effet de serre

Les gaz qui retiennent le rayonnement infrarouge du réchauffement de la surface de la Terre sont appelés gaz à effet de serre. Ces gaz sont produits naturellement sous forme de CO2 qui est apporté par la respiration des êtres vivants.

Les océans échangent également de grandes quantités de CO2 avec l'atmosphère et les incendies naturels contribuent également au CO2. Les océans sont une source naturelle d'autres gaz à effet de serre comme l'oxyde d'azote (NOx).

D'autre part, l'activité microbienne des sols est également une source de CO2 et de NOx. De plus, les processus digestifs des animaux apportent de grandes quantités de méthane à l'atmosphère.

- Causes anthropiques

Production de chaleur

Les activités humaines contribuent non seulement aux gaz qui augmentent l'effet de serre, mais fournissent également de la chaleur supplémentaire. Une partie de la chaleur fournie provient de la combustion de combustibles fossiles et une autre de la diminution de l'effet albédo.

Répartition de la température à la surface de la terre. Source:

Ce dernier est dû à la plus grande absorption de l'énergie solaire par les surfaces artificielles sombres telles que l'asphalte. Diverses enquêtes ont montré que les grandes villes génèrent un apport thermique net compris entre 1,5 et 3 ºC.

Activités industrielles

L'industrie en général émet de la chaleur supplémentaire dans l'atmosphère ainsi que divers gaz qui affectent l'effet de serre. Ces gaz peuvent absorber et émettre de la chaleur (ex: CO2) ou détruire la couche d'ozone (ex: NOx, CFC et autres).

Trafic automobile

Les fortes concentrations de véhicules dans les villes sont responsables de la majeure partie du CO2 ajouté à l'atmosphère. Le trafic automobile contribue à environ 20% du CO2 total généré par la combustion de combustibles fossiles.

Production d'électricité et chauffage

La combustion du charbon, du gaz et des dérivés du pétrole pour la production d'électricité et de chauffage contribue à près de 50% du CO2.

Industrie de la fabrication et de la construction

Ensemble, ces activités industrielles contribuent à près de 20% du CO2 produit par la combustion de combustibles fossiles.

Feux de forêt

Les incendies de forêt sont également causés par les activités humaines et libèrent chaque année des millions de tonnes de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.

Dépotoirs

L'accumulation de déchets et les processus de fermentation qui ont lieu, ainsi que la combustion de ces déchets, sont une source de gaz à effet de serre.

agriculture

L'activité agricole contribue chaque année à plus de 3 millions de tonnes métriques de méthane dans l'atmosphère. Parmi les cultures qui contribuent le plus à cet égard, on trouve le riz.

Dans le cas du riz, l'apport de méthane provient de l'écosystème généré par son système de culture. En effet, le riz est planté dans une nappe d'eau, créant ainsi un marais artificiel.

Dans les marais, les bactéries décomposent la matière organique dans des conditions anaérobies, produisant du méthane. Cette culture peut contribuer jusqu'à 20% du méthane injecté dans l'atmosphère.

Une autre culture dont la gestion génère des gaz à effet de serre est la canne à sucre, car elle est brûlée avant la récolte et produit une grande quantité de CO2.

Élevage de ruminants

Les ruminants comme les vaches consomment de l'herbe fibreuse grâce à des processus de fermentation effectués par des bactéries dans leur système digestif. Cette fermentation libère quotidiennement 3 à 4 litres de méthane gazeux dans l'atmosphère pour chaque animal.

En ne considérant que les bovins, une contribution équivalente à 5% des gaz à effet de serre est estimée.

- Réaction en chaîne

L'augmentation de la température globale qui provoque l'augmentation des gaz à effet de serre, induit une réaction en chaîne. À mesure que la température des océans augmente, le rejet de CO2 dans l'atmosphère augmente.

De même, la fonte des pôles et du pergélisol libère du CO2 qui y a été piégé. Également à des températures ambiantes plus élevées, les incendies de forêt sont plus fréquents et plus de CO2 est rejeté.

Gaz à effet de serre

Certains gaz tels que la vapeur d'eau et le CO2 agissent dans le processus naturel de l'effet de serre. Pour sa part, le processus anthropique implique d'autres gaz en plus du CO2.

Courbes de tendance globale de l'accumulation de différents gaz à effet de serre. Source: Gases_de_efecto_invernadero.png: Douglas Travail générique: Ortisa (discussion) travail dérivé: Ortisa

Le protocole de Kyoto envisage les émissions de six gaz à effet de serre, dont le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4). En outre, l'oxyde nitreux (N2O), l'hydrofluorocarbure (HFC), l'hydrocarbure perfluoré (PFC) et l'hexafluorure de soufre (SF6).

Vapeur d'eau

La vapeur d'eau est l'un des gaz à effet de serre les plus importants pour sa capacité à absorber la chaleur. Cependant, l'équilibre est généré parce que l'eau à l'état liquide et solide reflète l'énergie solaire et refroidit la Terre.

Dioxyde de carbone (CO2)

Le dioxyde de carbone est le principal gaz à effet de serre à vie longue dans l'atmosphère. Ce gaz est responsable de 82% de l'augmentation de l'effet de serre survenue au cours des dernières décennies.

En 2017, l'Organisation météorologique mondiale a signalé une concentration mondiale de CO2 de 405,5 ppm. Cela représente une augmentation de 146% par rapport aux niveaux estimés avant 1750 (ère préindustrielle).

Méthane (CH

Le méthane est le deuxième gaz à effet de serre le plus important, contribuant à environ 17% du réchauffement. 40% du méthane est produit par des sources naturelles, principalement des zones humides, tandis que les 60% restants sont générés par les activités humaines.

Parmi ces activités figurent l'élevage de ruminants, la riziculture, l'exploitation des combustibles fossiles et la combustion de la biomasse. En 2017, le CH4 atmosphérique a atteint une concentration de 1859 ppm, soit 257% plus élevée que le niveau préindustriel.

Oxydes d'azote (NOx)

Les NOx contribuent à la destruction de l'ozone stratosphérique, augmentant la quantité de rayonnement ultraviolet qui pénètre dans la Terre. Ces gaz proviennent de la production industrielle d'acide nitrique et d'acide adipique ainsi que de l'utilisation d'engrais.

En 2017, ces gaz ont atteint une concentration atmosphérique de 329,9 ppm, soit 122% du niveau estimé pour l'ère préindustrielle.

Hydrofluorocarbures (HFC)

Ces gaz sont utilisés dans diverses applications industrielles pour remplacer les CFC. Cependant, les HFC affectent également la couche d'ozone et ont une très haute permanence active dans l'atmosphère.

Hydrocarbure perfluoré (PFC)

Les PFC sont produits dans des installations d'incinération pour le processus de fusion de l'aluminium. Comme les HFC, ils ont une haute permanence dans l'atmosphère et affectent l'intégrité de la couche d'ozone stratosphérique.

Hexafluorure de soufre (SF6)

Ce gaz a également un effet négatif sur la couche d'ozone, ainsi qu'une forte persistance dans l'atmosphère. Il est utilisé dans les équipements haute tension et dans la production de magnésium.

Chlorofluorocarbures (CFC)

Le CFC est un puissant gaz à effet de serre qui endommage l'ozone stratosphérique et est réglementé en vertu du Protocole de Montréal. Cependant, dans certains pays comme la Chine, il est encore utilisé dans divers processus industriels.

Quel est l'effet de serre pour les êtres vivants?

- Conditions aux limites

La vie telle que nous la connaissons n'est pas possible au-dessus de certains niveaux de température. Seules certaines bactéries thermophiles sont capables d'habiter des environnements avec des températures supérieures à 100 ° C.

Température vitale

En général, l'amplitude de la variation de température qui permet la majeure partie de la vie active varie de -18 ºC à 50 ºC. De même, les formes de vie peuvent exister à l'état latent à des températures de -200 ° C et 110 ° C.

La plupart des espèces animales et végétales ont des plages de tolérance encore plus restreintes à la température ambiante.

- L'équilibre dynamique de la température

L'effet de serre est un processus naturel positif pour la vie sur la planète, car il garantit cette plage vitale de température. Mais il en est ainsi tant que le bon équilibre est maintenu entre l'entrée d'énergie solaire et la sortie de rayonnement infrarouge.

L'équilibre

L'équilibre est garanti car la nature produit presque autant de gaz à effet de serre qu'elle immobilise. L'océan produit environ 300 gigatonnes de CO2, mais en absorbe un peu plus.

De même, la végétation produit environ 440 gigatonnes de CO2, en même temps qu'elle en fixe environ 450.

Conséquences de l'effet de serre dû à la pollution

La pollution anthropique apporte des quantités supplémentaires de gaz à effet de serre, brisant l'équilibre dynamique naturel. Bien que ces montants soient bien inférieurs à ceux générés par la nature, ils sont suffisants pour rompre cet équilibre.

Cela a de graves conséquences sur l'équilibre thermique planétaire et par conséquent sur la vie sur Terre.

Réchauffement global

L'augmentation de la concentration de gaz à effet de serre engendre une augmentation de la température moyenne mondiale. En fait, on estime que la température mondiale moyenne a augmenté de 1,1 ° C depuis l'ère préindustrielle.

D'un autre côté, il a été indiqué que la période de 2015 à 2019 a été la plus chaude jamais enregistrée jusqu'à présent.

La fonte de la glace

L'augmentation de la température entraîne la fonte des glaces polaires et des glaciers du monde entier. Cela implique une élévation du niveau de la mer et une altération des courants marins.

Changement climatique

Bien qu'il n'y ait pas d'accord complet sur le processus de changement climatique résultant du réchauffement climatique, la réalité est que le climat de la planète est en train de changer. Ceci est mis en évidence par l'altération des courants marins, des vents et des précipitations, entre autres aspects.

Déséquilibres démographiques

L'altération des habitats due à l'augmentation de la température affecte la population et le comportement biologique de l'espèce. Dans certains cas, certaines espèces augmentent leurs populations et élargissent leur aire de répartition.

Cependant, les espèces qui ont des plages de températures très étroites pour la croissance et la reproduction peuvent réduire considérablement leurs populations.

Diminution de la production alimentaire

De nombreuses zones agricoles et d'élevage voient leur production réduite car les espèces sont affectées par l'augmentation de la température. D'autre part, les altérations écologiques entraînent la prolifération des ravageurs agricoles.

Santé publique

Maladies à transmission vectorielle

À mesure que la température moyenne planétaire augmente, certains animaux vecteurs de maladies élargissent leur aire de répartition géographique. Ainsi, des cas de maladies tropicales surviennent au-delà de leur aire de répartition naturelle.

Choc

L'augmentation de la température peut produire le soi-disant choc thermique ou coup de chaleur, ce qui implique une déshydratation extrême. Cette situation peut entraîner de graves défaillances organiques, touchant en particulier les enfants et les personnes âgées.

Prévention et solutions

Pour éviter l'augmentation de l'effet de serre, il est nécessaire de réduire les émissions des gaz qui le provoquent. Cela nécessite des mesures allant de la sensibilisation du public, en passant par la législation nationale et internationale, aux changements technologiques.

Cependant, selon le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), il ne suffit pas de réduire les émissions. De plus, il est nécessaire de réduire la concentration actuelle de gaz à effet de serre dans l'atmosphère pour arrêter le réchauffement climatique.

En ce sens, une solution consiste à augmenter la couverture végétale pour fixer le CO2 atmosphérique. Une autre consiste à mettre en œuvre des systèmes technologiques de filtration de l'air pour extraire le CO2 et le fixer dans les produits industriels.

Jusqu'à présent, les efforts visant à conclure des accords internationaux tels que le Protocole de Kyoto n'ont pas atteint leurs objectifs. En revanche, les développements technologiques pour extraire le CO2 atmosphérique ne se situent qu'au niveau du prototype.

La prévention

Pour éviter une augmentation de l'effet de serre, il est nécessaire de réduire la production de gaz à effet de serre. Cela implique une série d'actions qui incluent le développement d'une conscience citoyenne, des mesures législatives, des changements technologiques.

Conscience

Une population consciente du problème du réchauffement climatique généré par l'augmentation de l'effet de serre est fondamentale. De cette manière, la pression sociale nécessaire est fournie pour que les gouvernements et les pouvoirs économiques prennent les mesures nécessaires.

Cadre juridique

Le principal accord international pour s'attaquer au problème de la production de gaz à effet de serre est le protocole de Kyoto. Cependant, jusqu'à présent, cet instrument juridique n'a pas été efficace pour réduire le taux d'émissions de gaz à effet de serre.

Certains des principaux pays industrialisés ayant des taux d'émission plus élevés n'ont pas signé l'extension du protocole pour son deuxième mandat. Par conséquent, un cadre juridique national et international plus strict est nécessaire pour obtenir un effet réel.

Changements technologiques

La réingénierie des procédés industriels est nécessaire pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. De même, il est nécessaire de promouvoir l'utilisation des énergies renouvelables et de réduire l'utilisation des énergies fossiles.

En revanche, il est essentiel de réduire la production de déchets polluants en général.

Solutions

Selon les experts, il ne suffit pas de réduire les émissions de gaz à effet de serre, il faut aussi réduire les concentrations actuelles dans l'atmosphère. Pour cela, différentes alternatives ont été proposées qui peuvent utiliser des technologies très simples ou sophistiquées.

Puits de carbone

Pour cela, il est recommandé d'augmenter la couverture des forêts et des jungles, ainsi que de mettre en œuvre des stratégies telles que les toits verts. Les plantes fixent le CO2 atmosphérique dans leurs structures végétales, en l'extrayant de l'atmosphère.

Pompes d'extraction de carbone

Jusqu'à présent, l'extraction du CO2 de l'atmosphère est coûteuse d'un point de vue énergétique et a un coût économique élevé. Cependant, des recherches sont en cours pour trouver des moyens efficaces de filtrer l'air et d'éliminer le CO2.

L'une de ces propositions est déjà au stade de l'usine pilote et est en cours d'élaboration par les universités de Calgary et Carnegie Mellon. Cette usine utilise une solution d'hydroxyde de potassium comme piège à eau et du calcium caustique, à travers lequel l'air est filtré.

Dans ce processus, le CO2 contenu dans l'air est retenu, formant du carbonate de calcium (CaCO3). Par la suite, le carbonate de calcium est chauffé et le CO2 est libéré, appliquant le CO2 purifié résultant à des fins industrielles.

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