Gaz à effet de serre et aérosol

Les gaz à effet de serre (GHG) contrôlent les flux d'énergie qui se déversent dans l'atmosphère en absorbant les rayonnements infrarouges. Ces gaz présents à l'état de traces composent moins de 1  % de l'atmosphère. Leur concentration est déterminée par l'équilibre existant entre les " sources " et les " puits ". Les sources sont les processus à l'origine des gaz à effet de serre; les puits sont ceux qui les détruisent ou les éliminent. L'homme modifie les concentrations de gaz à effet de serre en introduisant de nouvelles sources ou en perturbant les puits naturels. L'élément qui contribue le plus à l'effet de serre naturel est la vapeur d'eau. Sa présence dans l'atmosphère n'est pas directement touchée par l'activité humaine. Néanmoins, la vapeur d'eau a une incidence sur les changements climatiques du fait d'une importante " rétroaction positive ". L'air chaud contenant plus d'humidité, les modèles prévoient qu'un léger réchauffement global entraînerait une augmentation des concentrations totales en vapeur d'eau, qui viendrait s'ajouter à l'effet de serre. Par ailleurs, il se pourrait que certaines régions deviennent plus arides. Du fait que les modélisations climatiques faisant intervenir les nuages et les précipitations sont particulièrement complexes, l'ampleur précise de cette rétroaction - phénomène crucial - reste inconnue. Le dioxyde de carbone est actuellement responsable de plus de 60  % de l'effet de serre " renforcé ", qui est responsable des changements climatiques. Ce gaz est naturellement présent dans l'atmosphère mais la combustion de charbon, de pétrole et de gaz naturel entraîne un dégagement du carbone stocké dans ces " combustibles fossiles " à un débit sans précédent. De même, le déboisement provoque la libération du carbone présent dans les arbres. Les émissions annuelles s'élèvent actuellement à plus de 7 milliards de tonnes de carbone, soit près de 1  % de la masse totale de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Le dioxyde de carbone produit par l'activité humaine entre dans le cycle naturel du carbone. Des milliards de tonnes de carbone circulent naturellement chaque année entre l'atmosphère, les océans et la végétation terrestre. Les échanges qui se produisent dans le cadre de ce gigantesque système naturel complexe sont précisément équilibrés; les niveaux de dioxyde de carbone semblent s'être modifiés de moins de 10  % au cours des 10000 années qui ont précédé l'industrialisation. Dans les 200 ans qui se sont écoulés, ces concentrations ont augmenté de près de 30  %. Même si la moitié des émissions de dioxyde de carbone sont absorbées par les océans et la végétation terrestre, les concentrations dans l'atmosphère continuent d'augmenter de plus de 10  % tous les 20 ans. Une deuxième influence humaine importante sur le climat provient des aérosols. Ces nuages de particules microscopiques ne sont pas un gaz à effet de serre. Outre diverses sources naturelles, ils proviennent du dioxyde de soufre émis essentiellement par les centrales électriques et par la fumée qui accompagne le déboisement et la combustion des résidus de récolte. Les aérosols disparaissent de l'atmosphère après quelques jours seulement mais ils sont émis en quantité tellement énormes qu'ils ont une incidence non négligeable sur le climat. Les aérosols refroidissent localement le climat en renvoyant la lumière du soleil dans l'espace. Les particules d'aérosols bloquent directement la lumière du soleil et fournissent en outre le point de départ de la formation de nuages qui ont aussi souvent un effet de refroidissement. Au-dessus des régions fortement industrialisées, le refroidissement attribuable aux aérosols peut à ce jour pratiquement annuler l'effet de réchauffement provoqué par l'augmentation des gaz à effet de serre. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre dont les concentrations ont déjà doublé. Les principales sources " nouvelles " de méthane sont agricoles, surtout les rizières inondées et les troupeaux de ruminants de plus en plus nombreux. Les émissions provenant de décharges de déchets et de fuites liées à l'extraction du charbon et à la production de gaz naturel y contribuent également. Le méthane est essentiellement détruit par des réactions avec d'autres substances chimiques présentes dans l'atmosphère, qui sont très difficiles à modéliser et à prévoir. Le méthane provenant des émissions passées contribue actuellement pour 15 à 20  % au renforcement de l'effet de serre. L'augmentation rapide des émissions de méthane a commencé plus récemment dans le cas du dioxyde de carbone mais elle ne saurait mettre longtemps à la rattraper. Toutefois, le méthane a une durée de vie effective dans l'atmosphère de 12 ans seulement alors que le dioxyde de carbone est beaucoup plus persistant. Cela signifie que l'importance relative du méthane par rapport au dioxyde de carbone dépend de " l'intervalle de temps ". C'est ainsi que l'impact relatif du méthane par rapport aux émissions de dioxyde de carbone des dix dernières années devrait être de 80  % au cours de la période de vingt ans comprise entre 1990 et 2010 mais de 30  % seulement au cours des cent années allant de 1990 à 2090. L'oxyde nitreux, les chlorofluorocarbones (CFC) et l'ozone sont à l'origine des autres 20  % responsables de l'augmentation de l'effet de serre. Les concentrations d'oxyde nitreux ont augmenté de 15  %, essentiellement par suite d'une agriculture plus intensive (épandage d'engrais azotés). Les CFC ont connu une hausse rapide jusqu'au début des années 1990 mais leurs concentrations se sont depuis stabilisés grâce à un contrôle strict des émissions introduit dans le cadre du Protocole de Montréal pour protéger la couche d'ozone stratosphérique. L'ozone est un autre gaz à effet de serre naturel dont les concentrations sont en progression dans certaines régions de la basse atmosphère à cause de la pollution de l'air, même si elles diminuent dans la stratosphère. Les émissions de gaz à effet de serre dues à l'homme ont déjà entraîné une modification du bilan énergétique mondial d'environ 2,5 watts par mètre carré. Cela équivaut à environ 1  % du rayonnement solaire net qui gouverne le climat. Un pour cent, c'est peu, certes, mais sur toute la surface de la planète, cela équivaut à la teneur en énergie de 1,8 million de tonnes de pétrole par minute, soit plus de cent fois la consommation énergétique mondiale à des fins commerciales. Les gaz à effet de serre n'étant qu'un sous-produit de la consommation énergétique, il est paradoxal de constater que la quantité d'énergie que l'humanité utilise effectivement est infime par rapport à l'impact des gaz à effet de serre sur les flux d'énergie naturels dans le système climatique.