Introduction
Le réchauffement climatique observé depuis la fin du XIXe siècle résulte d’un déséquilibre du bilan énergétique terrestre, causé par l’accumulation de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère. Ces gaz, qu’ils soient d’origine naturelle ou anthropique, modifient la manière dont l’énergie circule entre le Soleil, la surface terrestre et l’espace.
Comprendre leur rôle, c’est saisir les mécanismes de l’effet de serre, identifier les principaux GES, et évaluer les rétroactions climatiques qui rendent notre système climatique particulièrement sensible à leurs variations.
Le bilan énergétique de la Terre : un équilibre perturbé
La Terre reçoit l’énergie solaire sous forme de rayonnement visible et ultraviolet. Une partie est réfléchie par les nuages, les glaces ou les surfaces claires : c’est l’albédo, soit la capacité d’une surface à réfléchir la lumière solaire, exprimée par une valeur comprise entre 0 et 1 (0 = aucune réflexion, 1 = réflexion totale). Le reste est absorbé par la surface et l’atmosphère, puis réémis sous forme de rayonnement infrarouge.
Les gaz à effet de serre absorbent une partie de ce rayonnement infrarouge et le réémettent dans toutes les directions, y compris vers la surface. Ce phénomène contribue à piéger la chaleur et à maintenir une température moyenne d’environ +15 °C, contre –18 °C sans effet de serre.
Ce mécanisme naturel est essentiel à la vie sur Terre, mais son amplification par l’augmentation des GES d’origine humaine perturbe l’équilibre énergétique planétaire.
À retenir
Les GES absorbent et réémettent le rayonnement infrarouge terrestre dans toutes les directions. Ils maintiennent une température moyenne stable, mais leur excès provoque un réchauffement global.
Les principaux gaz à effet de serre
Les gaz à effet de serre sont capables d’absorber le rayonnement infrarouge émis par la Terre. Les principaux sont :
Le dioxyde de carbone (CO₂) : issu de la combustion des énergies fossiles, de la déforestation et de certains procédés industriels. Il reste longtemps dans l’atmosphère et agit sur le long terme.
Le méthane (CH₄) : son pouvoir de réchauffement global (PRG) est environ 25 fois supérieur à celui du CO₂ sur un horizon de 100 ans, selon le GIEC. Il est émis par l’élevage, les marais, les rizicultures, les décharges et les fuites de gaz fossiles.
Le protoxyde d’azote (N₂O) : avec un PRG environ 300 fois supérieur à celui du CO₂, il est libéré par les engrais azotés, certaines combustions, et des procédés industriels.
La vapeur d’eau (H₂O) : principal GES naturel. Sa concentration n’est pas contrôlée par l’homme, mais dépend principalement de la température de l’air, et aussi de l’humidité ambiante, de la végétation ou des surfaces aquatiques. Elle constitue une rétroaction positive : plus il fait chaud, plus l’air contient de vapeur d’eau, ce qui renforce le réchauffement.
À retenir
Les principaux GES sont le CO₂, CH₄, N₂O et H₂O. Leurs effets sont mesurés par leur PRG sur 100 ans. La vapeur d’eau agit comme amplificateur, non comme cause directe du réchauffement.
Conséquences climatiques de l’augmentation des GES
Depuis 1850, les concentrations de GES ont fortement augmenté. Le CO₂ est passé de 280 ppm à plus de 420 ppm aujourd’hui, entraînant un réchauffement d’environ +1,1 °C en moyenne globale depuis la période préindustrielle (1850–1900).
Ce déséquilibre se traduit par :
une élévation du niveau des mers (fonte des glaces + dilatation thermique).
une hausse des vagues de chaleur et des événements climatiques extrêmes.
des changements dans les régimes de précipitation.
une acidification des océans, liée à la dissolution du CO₂ dans l’eau. Ce phénomène est chimique, non thermique : il ne contribue pas directement au réchauffement, mais a un impact majeur sur les écosystèmes marins.
À retenir
L’augmentation des GES induit un réchauffement global, des perturbations climatiques et une acidification des océans, qui est une conséquence distincte de l’effet de serre.
Rétroactions climatiques : effets amplificateurs et régulateurs
Le climat est influencé par des rétroactions, c’est-à-dire des mécanismes qui réagissent à une variation initiale. Certaines sont positives (elles amplifient le changement), d’autres négatives (elles le freinent).
Rétroactions positives (amplificatrices) :
Vapeur d’eau : un air plus chaud contient plus de vapeur d’eau, renforçant l’effet de serre.
Fonte des glaces : elle réduit l’albédo (moins de surfaces blanches), ce qui augmente l’absorption de chaleur.
Dégel du pergélisol : il libère du CH₄ et du CO₂ à fort PRG, ce qui accentue le réchauffement global.
Rétroactions négatives (atténuatrices) :
Une augmentation de la végétation dans certaines régions peut absorber plus de CO₂, limitant légèrement son accumulation.
Le réchauffement des océans peut temporairement accroître leur capacité d’absorption du CO₂, bien que cet effet soit limité et instable.
À retenir
Certaines rétroactions climatiques amplifient le réchauffement (vapeur d’eau, fonte des glaces, pergélisol). D’autres peuvent le freiner légèrement, comme l’absorption accrue de CO₂ par la végétation ou les océans.
Conclusion
Les gaz à effet de serre jouent un rôle crucial dans le régime thermique de la Terre. Mais leur accumulation excessive, liée aux activités humaines, entraîne un déséquilibre énergétique, à l’origine du réchauffement climatique, de perturbations météorologiques, de rétroactions amplificatrices et de modifications chimiques comme l’acidification des océans.
Comprendre la nature, l’origine et les effets des GES est essentiel pour analyser les transformations du climat, et pour guider les politiques de réduction des émissions, d’adaptation environnementale et de transition énergétique au XXIᵉ siècle.