Que sont les gaz à effet de serre

Connaître les principaux gaz à effet de serre et leur influence sur le réchauffement climatique

Gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre (GES) sont des gaz qui absorbent une partie des rayons du soleil et les redistribuent sous forme de rayonnement dans l'atmosphère, chauffant la planète dans un phénomène appelé effet de serre. Les principaux GES dont nous disposons sont: le CO2, le CH4, le N2O, l'O3, les halocarbures et la vapeur d'eau.

Le nom d'effet de serre a été donné par analogie au chauffage généré par les serres, normalement en verre, lors de la culture des plantes. Le verre permet le libre passage de la lumière du soleil et cette énergie est en partie absorbée, en partie réfléchie. La partie absorbée a du mal à traverser à nouveau le verre, étant renvoyée vers l'environnement intérieur.

Le même raisonnement peut être utilisé pour réchauffer la Terre, où les gaz à effet de serre jouent le rôle du verre. Le soleil, étant la principale source d'énergie sur Terre, émet un ensemble de rayonnement appelé spectre solaire. Ce spectre est composé de rayonnement lumineux (lumière) et de rayonnement calorifique (chaleur), dans lesquels le rayonnement infrarouge se distingue. Le rayonnement lumineux est de courte longueur d'onde, traversant facilement l'atmosphère, tandis que le rayonnement infrarouge (rayonnement calorifique) a une longue longueur d'onde, ayant des difficultés à traverser l'atmosphère et étant absorbé par les gaz à effet de serre lors de cette opération.

Regardez cette vidéo produite par Minuto da Terra sur le fonctionnement réel des gaz à effet de serre:

Regardez également la vidéo du portail eCycle sur le problème:

Pourquoi l'intensification de l'effet de serre est-elle préoccupante?

L'effet de serre, comme expliqué, est un phénomène naturel qui permet la vie sur Terre telle que nous la connaissons, car sans lui la chaleur s'échapperait, provoquant un refroidissement qui rendrait la planète inhabitable pour de nombreuses espèces.

Le problème est que cet effet s'est considérablement intensifié en raison des actions humaines - il y avait un record d'émissions de CO2 dans l'atmosphère en 2014, selon l'Organisation météorologique mondiale (OMM). Cette intensification est principalement due à la combustion de combustibles fossiles, par les industries et les voitures, à la combustion des forêts et du bétail, entraînant le réchauffement climatique.

Selon l'OMM, au cours des 140 dernières années, la température moyenne mondiale a augmenté de 0,7 ° C. Bien que cela ne semble pas beaucoup, cela a suffi à provoquer un changement climatique important. Et la prévision est que, si le taux de pollution continue d'augmenter au rythme actuel, en 2100 la température moyenne passera de 4,5 ° C à 6 ° C.

Cette augmentation de la température mondiale entraîne la fonte de grandes masses de glace dans les régions polaires, entraînant une augmentation du niveau de la mer, ce qui peut entraîner des problèmes tels que la submersion des villes côtières et la migration forcée des personnes; augmentation des catastrophes naturelles telles que les ouragans, les typhons et les cyclones; désertification des espaces naturels; sécheresses les plus fréquentes; changements dans les régimes pluviométriques; problèmes de production alimentaire, car les changements de température peuvent affecter les zones de production; et l'interférence avec la biodiversité, qui peut conduire plusieurs espèces à l'extinction. On voit alors que le réchauffement climatique est plus qu'une augmentation de température - il est lié aux changements climatiques les plus variés.

Quels sont les principaux gaz qui provoquent cet effet?

1. CO2

Le dioxyde de carbone est un gaz liquéfié, incolore, inodore, ininflammable, soluble dans l'eau, légèrement acide et désigné par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) comme le principal contributeur au réchauffement climatique, étant en 78% des émissions humaines et représentant 55% des émissions mondiales totales de gaz à effet de serre.

Ce gaz est produit naturellement par la respiration, par la décomposition des plantes et des animaux et par le brûlage naturel des forêts. Sa production est naturelle et essentielle à la vie, le problème est la forte augmentation de cette production de CO2, qui entraîne des pertes pour la planète.

L'homme est largement responsable de cette augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. La combustion de combustibles fossiles et la déforestation sont les deux principales activités qui contribuent à la forte libération de ce gaz dans l'atmosphère.

La combustion de combustibles fossiles, substances d'origine minérale formées par des composés de carbone, y compris le charbon minéral, le gaz naturel et les dérivés du pétrole, tels que l'essence et le diesel, utilisés pour produire de l'électricité et alimenter les automobiles, sont les largement responsable de l'émission exagérée de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, provoquant une pollution et une altération du bilan thermique de la planète. La déforestation est aussi responsable d'un déséquilibre du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, car en plus de libérer du gaz en brûlant du bois, elle réduit le nombre d'arbres responsables de la photosynthèse, qui absorbent le CO2 présent dans l'atmosphère.

L'intensification de l'effet de serre n'affecte pas seulement la vie terrestre, mais a également un impact majeur sur la vie marine. Le chauffage de l'eau de mer agit directement sur les coraux. Les coraux sont des cnidaires qui vivent en symbiose avec une algue du genre Symbiodinium(zooxanthelles). Ces algues sont logées dans les cavités de l'exosquelette de carbonate de calcium (couleur blanche) des coraux, ce qui les aide à éliminer la lumière du soleil qui pénètre dans les eaux de la mer, et l'excès d'énergie produit par la photosynthèse de ces algues est transféré au corail ( en plus de lui donner de la couleur). Lorsque la température de l'eau de mer augmente, ces algues commencent à produire des produits chimiques toxiques pour le corail. Pour se défendre, le cnidaire a pour stratégie d'expulser les algues. Le processus d'expulsion est traumatisant et l'excès d'énergie que les algues ont donné au corail disparaît du jour au lendemain. Le résultat est le blanchissement et la mise à mort de ces coraux (voir plus dans notre article «Le changement climatique entraînera le blanchissement des coraux, avertissement de l'ONU»).

Des études montrent que le bétail et ses sous-produits sont responsables d'au moins 32 milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO2) par an, soit 51% de toutes les émissions de gaz à effet de serre dans le monde - en savoir plus sur "Bien au-delà de l'exploitation animale: l'élevage bovin favorise la consommation de ressources naturelles et les dommages environnementaux à l'échelle stratosphérique"

De plus, la forte concentration de CO2 entraîne une augmentation de sa pression partielle par rapport au mélange gazeux dans l'atmosphère, ce qui accélère son absorption au contact direct avec un liquide, comme dans le cas des océans. Cette plus grande absorption provoque un déséquilibre, car le CO2, au contact de l'eau, forme de l'acide carbonique (H2CO3), qui se décompose et libère des ions H + (responsables de l'augmentation de l'acidité dans le milieu), des ions carbonate et bicarbonate, saturant le Océan. L'acidification des océans est responsable d'entraver la capacité des organismes calcifiants à former des coquilles, entraînant leur disparition (voir plus dans notre article "L'acidification des océans: un problème sérieux pour la vie sur la planète").

De plus, le CO2 a un long temps de séjour dans l'atmosphère, qui varie de 50 à 200 ans; alors, même si nous parvenions à arrêter de le délivrer, il faudrait beaucoup de temps à la planète pour se rétablir. Cela montre la nécessité de réduire les émissions au maximum, en permettant au dioxyde de carbone d'être absorbé naturellement par les océans et la végétation, principalement par les forêts, et en utilisant des techniques pour neutraliser le CO2 déjà émis.

Comme le dioxyde de carbone, d'autres gaz à effet de serre ont un impact sur la planète. Pour construire un modèle comparatif entre les potentiels de réchauffement planétaire de ces gaz, le concept d'équivalent carbone (équivalent CO2) a été créé. Ce concept est basé sur la représentation des autres gaz à effet de serre en CO2, donc l'effet de serre de chaque gaz en CO2 est calculé en multipliant la quantité d'un gaz par son potentiel de réchauffement climatique (GWP) , qui est liée à la capacité de chacun d'eux à absorber la chaleur de l'atmosphère (rendement radiatif) dans un temps donné (généralement 100 ans), par rapport à la même capacité d'absorption de chaleur par le CO2.

2. CH4

Le méthane est un gaz incolore et inodore, peu soluble dans l'eau et qui devient un mélange hautement explosif lorsqu'il est ajouté à l'air. C'est le deuxième gaz à effet de serre le plus important, contribuant à environ 18% du réchauffement climatique. Sa concentration est aujourd'hui d'environ 1,72 partie par million par volume (ppmv), augmentant à un rythme de 0,9% par an.

Sa production par des processus naturels provient principalement des marais, des activités des termites et des océans. L'augmentation de sa concentration dans l'atmosphère est cependant principalement due à des processus biologiques, tels que la décomposition anaérobie (sans oxygène) des organismes, la digestion animale et la combustion de la biomasse, en plus d'être présente dans les décharges, dans le traitement des effluents liquides et des décharges. , dans l'élevage bovin, dans les rizières, dans la production et la distribution de combustibles fossiles (gaz, pétrole et charbon) et dans les réservoirs hydroélectriques.

Parmi les produits résultant de facteurs humains, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a évalué que la moitié de toutes les émissions de méthane provenaient de l'agriculture, de l'estomac des bovins et des ovins, des dépôts d'excréments utilisés comme engrais et aussi des plantations. de riz. Comme la croissance démographique a tendance à augmenter, les rejets de méthane augmentent également.

Le méthane a un temps de séjour plus court (dix ans) dans l'atmosphère par rapport au dioxyde de carbone, mais son potentiel de chauffage est beaucoup plus important, ayant 21 fois plus d'impact que le CO2 (voir plus dans notre article «Le gaz méthane incendies et menace la cible 2 degrés ”). En plus de sa grande capacité d'absorption du rayonnement infrarouge (chaleur), le méthane génère d'autres gaz à effet de serre, tels que le CO2, l'O3 troposphérique et la vapeur d'eau stratosphérique. S'il y avait des quantités égales de méthane et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, la planète serait inhabitable.

Un grand puits de ce gaz à effet de serre se produit par la réaction chimique entre celui-ci et le radical hydroxyle (OH) dans la troposphère, étant responsable de l'élimination de plus de 90% du méthane émis. Ce processus est naturel, mais affecté par la réaction de l'hydroxyle avec d'autres émissions de gaz générées par l'homme, principalement le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures émis par les moteurs des véhicules. En plus de cela, il y a deux autres puits plus petits, qui sont l'absorption par les sols aérés et le transport vers la stratosphère. Pour que le méthane stabilise ses concentrations présentes dans l'atmosphère, une réduction immédiate de 15 à 20% des émissions mondiales serait nécessaire.

3. N2O

Le protoxyde d'azote est un gaz incolore, avec une odeur agréable, des points de fusion et d'ébullition bas, ininflammable, non toxique et à faible solubilité. C'est l'un des principaux gaz contribuant à l'intensification de l'effet de serre et au réchauffement climatique qui en résulte. Bien qu'il y ait de faibles émissions par rapport aux autres gaz, son effet de serre est environ 300 fois plus intense que celui du CO2 et il reste dans l'atmosphère pendant une longue période - environ 150 ans. Le N2O est capable d'absorber une très grande quantité d'énergie, étant le gaz qui cause le plus de destruction dans la couche d'ozone, responsable de la protection de la surface de la Terre contre les rayons ultraviolets.

Le N2O peut être produit naturellement par les forêts et les océans. Son processus d'émission se produit lors de la dénitrification du cycle de l'azote. L'azote (N2) présent dans l'atmosphère est capté par les plantes et converti en ammoniac (NH3) ou en ions ammonium (NH4 +) dans un processus appelé nitrification. Ces substances sont déposées dans le sol et utilisées plus tard par les plantes. L'ammoniac déposé peut subir un processus de nitrification générant des nitrates. Et, grâce au processus de dénitrification, les microorganismes présents dans le sol peuvent transformer les nitrates en azote gazeux (N2) et en protoxyde d'azote (N2O), les émettant dans l'atmosphère.

La principale source humaine d'émissions de protoxyde d'azote est l'activité agricole (environ 75%), tandis que la production d'énergie et industrielle et la combustion de la biomasse contribuent à environ 25% des émissions. Le GIEC souligne qu'environ 1% de l'engrais azoté utilisé dans les plantations se retrouve dans l'atmosphère sous forme d'oxyde nitreux.

Dans l'activité agricole, il existe trois sources de production de N2O: les sols agricoles, les systèmes de production animale et les émissions indirectes. L'ajout d'azote au sol peut se faire par l'utilisation d'engrais synthétiques, de fumier animal ou de résidus de cultures. Et sa libération peut se produire via des processus de nitrification et de dénitrification effectués par des bactéries dans le sol, ou par la décomposition du fumier. Des émissions indirectes peuvent se produire, par exemple, en raison de l'augmentation de la production de N2O dans les systèmes aquatiques, à la suite d'un processus de lessivage (érosion avec lavage des nutriments) des sols agricoles.

Dans la production d'énergie, les processus de combustion peuvent former du N2O en brûlant du carburant et en oxydant le N2 atmosphérique. De grandes quantités de ces GES sont émises par les véhicules équipés de pots catalytiques. La combustion de la biomasse libère du N2O lors de la combustion de la végétation, de la combustion des déchets et de la déforestation.

Il y a encore une émission faible, mais significative, de ce gaz dans l'atmosphère qui provient des procédés industriels. Ces processus comprennent la production d'acide adipique et d'acide nitrique.

Les réactions photolytiques (en présence de lumière) dans l'atmosphère sont un puits naturel pour ce gaz. Dans la stratosphère, la concentration de protoxyde d'azote diminue avec la hauteur, établissant un gradient vertical dans sa vitesse de mélange. Une fraction de N2O émise en surface subit une décomposition, principalement par photolyse ultraviolette, lorsqu'elle entre dans la stratosphère, via la tropopause.

Selon le GIEC, pour stabiliser les concentrations actuelles d'oxyde nitreux, il devrait y avoir une réduction immédiate d'environ 70 à 80% de sa production.

4. O3

L'ozone stratosphérique est un polluant secondaire, c'est-à-dire qu'il n'est pas émis directement par les activités humaines, mais se forme par réaction avec d'autres polluants rejetés dans l'atmosphère.

Dans la stratosphère, ce composé se trouve naturellement et a pour fonction importante d'absorber le rayonnement solaire et d'empêcher l'entrée de la plupart des rayons ultraviolets. Cependant, lorsqu'il se forme dans la troposphère à partir de la jonction d'autres polluants, il est hautement oxydant et nocif.

L'ozone troposphérique peut être obtenu en quantités limitées en raison du déplacement de l'ozone stratosphérique et en plus grandes quantités par des réactions photochimiques complexes associées à l'émission de gaz par l'homme, normalement du dioxyde d'azote (NO2) et des composés organiques volatils. Ces polluants sont principalement libérés lors de la combustion de combustibles fossiles, de la volatilisation des combustibles, de l'élevage et de l'agriculture.

Dans l'atmosphère, ce composé contribue activement à l'intensification de l'effet de serre, avec un potentiel supérieur au CO2, et est responsable de la fumée grise dans les villes. Sa concentration élevée peut entraîner des problèmes de santé humaine, les principaux effets étant l'aggravation des symptômes de l'asthme et de l'insuffisance respiratoire, ainsi que d'autres maladies pulmonaires (emphysème, bronchite, etc.) et cardiovasculaires (artériosclérose). De plus, une longue durée d'exposition peut entraîner une réduction de la capacité pulmonaire, le développement de l'asthme et une réduction de l'espérance de vie.

5. Halocarbures

Les halocarbures les plus connus de ce groupe de gaz sont les chlorofluorocarbures (CFC), les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et les hydrofluorocarbures (HFC).

Le chlorofluorocarbone est une substance artificielle à base de carbone qui contient du chlore et du fluor. Son utilisation a commencé vers les années 1930, comme alternative à l'ammoniac (NH3), car moins toxique et ininflammable, dans les industries de la réfrigération et de la climatisation, des mousses, des aérosols, des solvants, des produits de nettoyage et des extincteurs.

Ces composés ont été considérés comme inertes jusque dans les années 1970, quand ils ont été découverts pour provoquer des trous dans la couche d'ozone. La diminution de la couche d'ozone favorise l'entrée des rayons ultraviolets qui provoquent l'effet de serre et, dans le même temps, augmentent les risques pour la santé humaine, comme dans le cas du cancer de la peau dû à une exposition excessive au soleil.

Avec ces données, le Brésil, entre autres pays, a adhéré à la Convention de Vienne et au Protocole de Montréal en 1990, s'engageant par le décret 99.280 / 06/06/1990 à éliminer complètement les CFC d'ici janvier 2010, entre autres mesures . Les objectifs n’ont pas été atteints, mais la tendance actuelle est d’inverser les dommages causés à la couche d’ozone, comme l’a indiqué le Programme des Nations Unies pour le développement (PNUD). On s'attend à ce que, d'ici 2050, la couche soit rétablie aux niveaux d'avant 1980.

La destruction de la couche d'ozone par ces composés est grande. La dégradation de la couche se produit dans la stratosphère, où la lumière du soleil photolyse ces composés, libérant des atomes de chlore qui réagissent avec l'ozone, diminuant leur concentration dans l'atmosphère et détruisant la couche d'ozone.

Premièrement, l'ozone se dégrade en décomposant les molécules de CFC par rayonnement solaire dans la stratosphère:

CH3Cl (g) → CH3 (g) + Cl (g)

Ensuite, les atomes de chlore libérés réagissent avec l'ozone, selon l'équation suivante:

Cl (g) + O3 → ClO (g) + O2 (g)

Le ClO (g) formé réagira à nouveau avec des atomes sans oxygène, formant plus d'atomes de chlore, qui réagiront avec l'oxygène et ainsi de suite.

ClO (g) + O (g) → Cl (g) + O2 (g)

Comme la réaction des atomes de chlore avec l'ozone se produit 1 500 fois plus rapidement que la réaction entre les atomes sans oxygène de l'atmosphère qui décomposent l'ozone, il y a une destruction intense de la couche d'ozone. Ainsi, un atome de chlore est capable de détruire 100 molécules d'ozone.

Pour remplacer l'utilisation des CFC, des HCFC ont été produits, qui sont beaucoup moins nocifs pour la couche d'ozone, mais causent toujours des dommages et contribuent largement à l'intensification de l'effet de serre.

Les HFC interagissent avec les gaz à effet de serre, contribuant au réchauffement climatique. Ces gaz ont un rendement radioactif bien supérieur à celui du dioxyde de carbone, selon la comparaison avec le potentiel de réchauffement planétaire (GWP). Le développement de ces composés a réduit le problème de la destruction de la couche d'ozone, mais a augmenté la température de la planète, en raison du réchauffement climatique généré par l'émission de ces composés.

Voir également la vidéo produite par l'Institut national de recherche spatiale (Inpe) sur la dégradation de la couche d'ozone par les CFC.

6. Vapeur d'eau

La vapeur d'eau est le plus gros contributeur à l'effet de serre naturel, car elle retient la chaleur présente dans l'atmosphère et la distribue sur toute la planète. Ses principales sources naturelles sont les surfaces d'eau, de glace et de neige, la surface du sol et les surfaces des plantes et des animaux. Le passage à la vapeur via des processus physiques d'évaporation, de sublimation et de transpiration.

La vapeur d'eau est un constituant très variable de l'air, changeant facilement de phase en fonction des conditions atmosphériques dominantes. Ces changements de phase s'accompagnent de la libération ou de l'absorption de chaleur latente qui, associée au transport de la vapeur d'eau à travers la circulation atmosphérique, agit dans la distribution de la chaleur sur le globe.

Les activités humaines ont peu d'influence directe sur la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère. L'influence se produira indirectement, par l'intensification de l'effet de serre résultant d'autres activités.

L'air froid contient une petite quantité d'eau par rapport à l'air chaud, de sorte que l'atmosphère des régions polaires contient peu de vapeur d'eau par rapport à l'atmosphère des régions tropicales. Ainsi, s'il y a une intensification de l'effet de serre générant une augmentation de la température globale, il y aura plus de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère en raison des taux d'évaporation plus élevés. Cette vapeur, à son tour, retiendra plus de chaleur, contribuant à l'intensification de l'effet de serre.

Que pouvons-nous faire pour réduire l'intensification de ce phénomène?

La forte émission de ces GES est le résultat des activités humaines selon la grande ligne de pensée scientifique à l'œuvre. Sa diminution dépend d'un changement d'attitude des entreprises, des gouvernements et des citoyens. Des changements de culture sont nécessaires pour une éducation axée sur le développement durable. Il faut que plus de gens commencent à chercher des alternatives qui causent moins d'impacts et qui couvrent les autorités et les entreprises qui réduisent les émissions de gaz.

Au Brésil, les principales sources d'émissions de gaz à effet de serre (GES), à la fois les unités physiques et les processus qui libèrent des gaz à effet de serre dans l'atmosphère, sont: la déforestation, le transport, le bétail, la fermentation entérique, les centrales électriques à combustibles fossiles et processus industriels.

La déforestation est un contributeur majeur et peut être atténuée par le reboisement et l'utilisation de matériaux recyclés. Pour chaque tonne de papier recyclé, 10 à 20 arbres sont sauvés. Cela représente une économie de ressources naturelles (les arbres non coupés continuent d'absorber le CO2 par la photosynthèse) et le recyclage du papier utilise la moitié de l'énergie nécessaire pour le produire par le procédé conventionnel. Une canette recyclée permet d'économiser de l'énergie l'équivalent de la consommation d'un téléviseur allumé pendant trois heures.

Le secteur des transports est très pertinent dans les émissions provenant de la combustion de combustibles fossiles, et peut être atténué par des technologies dominées et répandues dans le pays, telles que l'éthanol et le biodiesel, par l'utilisation de véhicules électriques ou alimentés par des cellules à hydrogène, ou par l'utilisation des transports alternatives, telles que le vélo et le métro. Comme dans les transports, dans les centrales thermoélectriques, le remplacement des énergies fossiles par des énergies plus propres, comme la canne à sucre, contribue également à réduire les émissions de ces gaz.

La fermentation entérique contribue à l'émission de gaz par la digestion des ruminants. Cette source peut être réduite en améliorant l'alimentation du bétail et en améliorant les pâturages (fertilisation adéquate du sol). Le remplacement des additifs alimentaires par des additifs qui attaquent les protozoaires dans le rumen réduit les émissions de méthane des animaux de 10 à 40%. L'idée est que ces additifs tuent les protozoaires, qui contribuent à une grande partie de la production d'hydrogène utilisée par archées bactéries (présents dans les intestins des ruminants). Comme ces bactéries gagnent de l'énergie en absorbant l'hydrogène et le dioxyde de carbone, dans un processus qui produit du méthane, avec moins d'hydrogène disponible, il y aura moins de production de méthane.

Il est également nécessaire d'améliorer le processus de production des industries, en cherchant des moyens d'avoir moins d'impact et de ne pas émettre beaucoup de gaz à effet de serre.

Ces changements ne se produiront qu'en facturant des personnes, il est donc nécessaire que tout le monde bouge! Si nous n'agissons pas immédiatement, nous paierons un prix très élevé pour la négligence de nos attitudes.


Original text