QUELS GAZ PROVOQUENT LA SURCHAUFFE DE L'ATMOSPHÈRE? - SCIENCE - 2025

Les gaz qui provoquent la surchauffe de l'atmosphère sont ceux qui absorbent et émettent un rayonnement infrarouge. De même, les gaz qui endommagent la couche d'ozone contribuent à la surchauffe, car ils facilitent une plus grande pénétration du rayonnement ultraviolet.

Le réchauffement climatique est l'augmentation de la température moyenne dans la biosphère terrestre qui se produit en raison de l'effet de serre. Cet effet est un phénomène naturel qui consiste à bloquer la sortie de la chaleur terrestre (rayonnement infrarouge) vers l'espace extra-atmosphérique.

Gaz qui provoquent une surchauffe. Source: Une cravate ample

Ce blocage est exercé par certains des gaz qui composent naturellement l'atmosphère terrestre, comme la vapeur d'eau et le CO2. C'est un phénomène qui se produit naturellement et permet à la planète d'avoir une température biologiquement appropriée.

Comment les gaz chauffent-ils la Terre?

La source fondamentale d'énergie qui réchauffe la Terre est le rayonnement solaire, en particulier le rayonnement ultraviolet. Il est partiellement filtré par la couche d'ozone (O3) dans la stratosphère.

Le rayonnement ultraviolet (ondes courtes) qui parvient à pénétrer chauffe la surface de la Terre et sa chaleur est émise dans l'espace sous forme de rayonnement infrarouge (ondes longues). Cependant, il existe une influence humaine sur le processus en raison de l'émission artificielle de gaz à effet de serre.

Ces gaz absorbent et émettent de la chaleur ou détruisent l'ozone qui régule l'entrée du rayonnement ultraviolet. Les gaz qui contribuent à l'effet de serre, soit naturellement soit par influence humaine, sont appelés gaz à effet de serre (GES).

Au niveau mondial, une attention particulière est accordée au réchauffement climatique et à la destruction de la couche d'ozone. Le Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone est un traité international entré en vigueur en 1989 et réglemente l'utilisation de ces gaz.

Ce protocole a été ratifié par 65 pays avec l'amendement de Kigali du 1er janvier 2019. De son côté, le protocole de Kyoto aborde les questions relatives au réchauffement climatique.

Dans le Protocole de Kyoto, six gaz à effet de serre sont envisagés: le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxyde nitreux, l'hydrofluorocarbure, l'hydrocarbure perfluoré et l'hexafluorure de soufre.

Pour évaluer un gaz qui produit une surchauffe, sa durée de vie utile et son potentiel de réchauffement climatique (PRG) sont pris en compte. Le GWP compare la quantité de chaleur piégée par un gaz à la chaleur piégée par le CO2, dont le GWP est normalisé à 1.

Les principaux gaz provoquent une surchauffe de l'atmosphère

Vapeur d'eau

La vapeur d'eau est un élément naturel et vital de l'atmosphère terrestre et joue un rôle très important dans l'effet de serre en raison de sa capacité à absorber la chaleur. De plus, l'eau à l'état liquide et solide reflète l'énergie solaire, refroidissant la Terre.

Dioxyde de carbone (CO2)

Le dioxyde de carbone est le principal gaz à effet de serre, étant responsable de plus de 80% de l'augmentation de ce phénomène. Les niveaux de CO2 ont augmenté de manière alarmante en raison de l'activité industrielle et des transports.

Selon certaines estimations, avant la révolution industrielle, la concentration atmosphérique de CO2 atteignait environ 280 ppm (parties par million) et en 1998 elle atteignait 365 ppm. Cela représente un taux d'augmentation de 1,5 ppm par an et une augmentation de 31% par rapport aux niveaux de 1 750.

Concentration de CO2. Source: Hannes Grobe 21h17, 5 novembre 2006 (UTC)

En déterminant la composition isotopique du CO2 atmosphérique actuel, il a été démontré que l'augmentation provient de la combustion de combustibles fossiles et de la déforestation. Le CO2 fonctionne en absorbant et en émettant un rayonnement infrarouge et a une durée de vie utile de 5 à 200 ans.

Méthane (CH

Le méthane est le deuxième gaz à effet de serre, contribuant à environ 17% du réchauffement, par l'absorption et le rayonnement de la chaleur. Bien qu'une grande partie de ce gaz se produise naturellement, principalement dans les marécages, il y a une contribution humaine importante (environ 50%).

Concentration de méthane. Source: Methane-global-average-2006.jpg: NOAAtravail dérivé: Ortisa

Environ 60% du méthane présent actuellement dans l'atmosphère est le produit d'activités humaines (anthropiques). Parmi les principales sources anthropiques figurent l'élevage de ruminants, la riziculture, l'exploitation des énergies fossiles et la combustion de la biomasse.

Les niveaux estimés de ce gaz avant l'ère industrielle sont de 700 ppb (parties par milliard) et pour 1998, il a atteint 1 745 ppb, ce qui représente une augmentation de 149%. Cependant, le méthane a une durée de vie utile dans la basse atmosphère, atteignant seulement 12 ans.

Oxydes d'azote (NOx)

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

Le protoxyde d'azote (N2O) avait une concentration atmosphérique de 270 ppb avant l'ère industrielle, pour atteindre ensuite 314 ppb en 1998. Cela représente une augmentation de 16% de sa concentration et il a une durée de vie utile de 114 ans, ce qui le rend très problématique.

Hydrofluorocarbures (HFC)

Ce sont des gaz utilisés dans diverses applications industrielles, en remplacement des CFC limités par l'accord de Montréal. Cependant, les HFC affectent également la couche d'ozone et ont une forte permanence active dans l'atmosphère (jusqu'à 260 ans).

Ces gaz n'existaient pas dans l'atmosphère, ils ont été introduits par l'homme et dans le cas du HFC-23, il atteint une concentration de 14 ppt (parties par billion).

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)

C'est un autre gaz dont l'effet de surchauffe passe par la destruction de la couche d'ozone. Il est utilisé dans les équipements à haute tension et dans la production de magnésium, et a une haute permanence dans l'atmosphère.

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, il est encore utilisé, c'est le cas de la Chine.

Les dommages à la couche d'ozone sont causés par la dissociation des atomes de chlore lorsqu'ils sont frappés par les rayons ultraviolets.

Les principaux chlorofluorocarbures sont les CFC-11, CFC-12, CFC-13, CFC-113, CFC-114 et CFC-115. Ces gaz n'existaient pas dans l'atmosphère, mais en 1998, le CFC-11 atteignait déjà 268 ppt, avec une durée de vie utile de 45 ans.

Méthylchloroforme ou trichloroéthane (CH3CCL3)

C'est un type particulier de CFC, utilisé comme solvant et pour nettoyer les métaux. En se décomposant, il émet des gaz chlorés, dont les atomes de chlore contribuent à la destruction de la couche d'ozone.

Ozone troposphérique (O3)

L'O3 troposphérique est l'ozone qui se forme au niveau du sol, entre la surface et 18 km d'altitude. Bien que l'ozone stratosphérique contribue à réduire la surchauffe globale en réduisant l'entrée de rayonnement ultraviolet, l'ozone troposphérique génère un réchauffement.

Smog à Harbin (Chine). Source: Fredrik Rubensson

Il a été avancé que l'effet de l'ozone troposphérique est contradictoire. D'une part, il génère un réchauffement superficiel de la terre, mais en même temps il élimine d'autres gaz à effet de serre.

Dans tous les cas, l'O3 est un gaz toxique qui cause des lésions pulmonaires, en plus de détériorer divers matériaux.

Chlorodifluorométhane (HCFC-22)

Il est appelé R-22, un gaz incolore et jusqu'à récemment le plus utilisé dans les équipements de réfrigération. Cependant, aujourd'hui, il est interdit dans une grande partie du monde en raison de son effet négatif sur la couche d'ozone.

Chlorure de carbone ou tétrachlorure de carbone (CCl4)

C'est un organochloré qui est maintenant interdit dans de nombreux endroits en raison de sa toxicité, mais il était largement utilisé comme réfrigérant, agent extincteur, dégraissant et pesticide. Lorsque ce composé se dégrade, il génère des substances dérivées qui affectent la couche d'ozone.

Tétrafluorométhane ou perfluorométhane (CF4)

C'est un gaz connu sous le nom de R-14 et utilisé comme réfrigérant, mais il a une grande capacité à absorber et à émettre de l'énergie ultraviolette. Il a une durée de vie dans l'atmosphère de plus de 50 000 ans et un potentiel de réchauffement planétaire de 6 500.

Selon Guinness World Records, le tétrafluorométhane est le gaz à effet de serre le plus persistant, bien que sa faible proportion dans l'atmosphère limite son effet.

Hexafluoroéthane (C2F6)

Il est utilisé dans les réfrigérants et dans la production d'aluminium, car grâce à la haute énergie de ses liaisons carbone-fluor, il est très stable. Cela lui donne une longue durée de vie d'au moins 500 ans.

De même, il a un potentiel élevé d'absorption du rayonnement infrarouge, ce qui en fait un problème pour les températures mondiales. L'hexafluoroéthane figure sur la liste des gaz à effet de serre du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).

Hexafluorure de soufre (SF6)

C'est un gaz non toxique, cinq fois plus lourd que l'air, avec un indice de PRG de 176 (20 000 fois plus que le CO2). En revanche, il a une durée de vie utile de 3 200 ans, même si, en raison de sa densité, il ne remonte pas jusqu'aux couches supérieures de l'atmosphère.

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