De nombreux gaz différents composent l’atmosphère terrestre. À lui seul, l’azote en représente 78 pour cent. L’oxygène, en deuxième position, en constitue encore 21 pour cent. De nombreux autres gaz constituent le 1 % restant. Plusieurs (comme l’hélium et le krypton) sont chimiquement inertes. Cela signifie qu’ils ne réagissent pas avec les autres. D’autres ont la capacité d’agir comme une couverture pour la planète. Ils sont connus sous le nom de gaz à effet de serre.
Comme les fenêtres d’une serre, ces gaz piègent l’énergie du soleil sous forme de chaleur. Sans leur rôle dans cet effet de serre, la Terre serait assez glaciale. Les températures mondiales avoisineraient en moyenne les -18° Celsius (0° Fahrenheit), selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Au lieu de cela, la surface de notre planète se situe en moyenne autour de 15 °C (59 °F), ce qui en fait un endroit confortable pour la vie.
Pendant ce temps, depuis environ 1850, les activités humaines ont libéré des gaz à effet de serre supplémentaires dans l’air. Cela a lentement propulsé une hausse des températures moyennes à travers le globe. Globalement, la moyenne mondiale de 2017 était supérieure de 0,9 degré C (1,6 degré F) à ce qu’elle avait été entre 1951 et 1980. C’est ce qui ressort des calculs de la NASA.
Stephen Montzka est un chercheur chimiste de la NOAA à Boulder, Colo. Il y a quatre principaux gaz à effet de serre dont il faut s’inquiéter, dit-il. Le plus connu est le dioxyde de carbone (CO2). Les autres sont le méthane, l’oxyde nitreux et un groupe comprenant les chlorofluorocarbones (CFC) et leurs substituts. (Les CFC sont des réfrigérants qui ont joué un rôle dans l’amincissement de la couche d’ozone protectrice de la planète en haute altitude. Ils sont progressivement éliminés dans le cadre d’un accord mondial entamé en 1989.)
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De nombreux produits chimiques influencent le climat. Cependant, note Montzka, ces quatre gaz à effet de serre sont ceux « sur lesquels nous avons un contrôle direct ».
Les produits chimiques qui réchauffent le climat
Chaque gaz à effet de serre, une fois émis, s’élève dans l’air. Là, il aide l’atmosphère à retenir la chaleur. Certains de ces gaz retiennent plus de chaleur, par molécule, que d’autres. Certains restent également plus longtemps dans l’atmosphère que d’autres. Cela s’explique par le fait que chacun a des propriétés chimiques différentes, note Mme Montzka. Ils sont également éliminés de l’atmosphère, au fil du temps, par différents processus.
L’excès de CO2 provient principalement de la combustion de combustibles fossiles – charbon, pétrole et gaz naturel. Ces combustibles sont utilisés pour tout, depuis l’alimentation des véhicules et la production d’électricité jusqu’à la fabrication de produits chimiques industriels. En 2016, le CO2 représentait 81 % des gaz à effet de serre émis aux États-Unis. D’autres produits chimiques sont plus efficaces pour piéger la chaleur dans l’atmosphère. Mais le CO2 est le plus abondant de ceux qui sont émis par les activités humaines. C’est aussi celui qui reste le plus longtemps.
Une partie du CO2 est éliminée chaque année par les plantes pendant leur croissance. Cependant, une grande partie du CO2 est libérée pendant les mois les plus froids, lorsque les plantes ne poussent pas. Le CO2 peut également être extrait de l’air et se retrouver dans l’océan. Les organismes marins peuvent alors le transformer en carbonate de calcium. Ce produit chimique finira par devenir un élément de la roche calcaire, où son carbone peut être stocké pendant des millénaires. Ce processus de formation de la roche est très lent. Globalement, le CO2 peut rester dans l’atmosphère pendant des décennies, voire des milliers d’années. Ainsi, explique Montzka, « même si nous arrêtions d’émettre du dioxyde de carbone aujourd’hui, nous verrions le réchauffement qui en résulte pendant très longtemps. »
Le méthane est le principal composant du gaz naturel. Il est également libéré par une foule de sources biologiques. Celles-ci comprennent la production de riz, le fumier animal, la digestion des vaches et la décomposition des déchets mis en décharge. Le méthane représente environ 10 % des émissions de gaz à effet de serre des États-Unis. Chaque molécule de ce gaz piège beaucoup mieux la chaleur qu’une molécule de CO2. Mais le méthane ne reste pas aussi longtemps dans l’atmosphère. Il est décomposé lorsqu’il réagit dans l’atmosphère avec les radicaux hydroxyles (des ions OH à charge neutre composés d’atomes d’oxygène et d’hydrogène liés). « L’échelle de temps pour l’élimination du méthane est d’environ une décennie », note Montzka.
L’oxyde nitreux (N2O) représentait 6 % des gaz à effet de serre émis par les États-Unis en 2016. Ce gaz provient de l’agriculture, de la combustion de combustibles fossiles et des eaux usées humaines. Mais ne laissez pas sa faible quantité vous faire négliger l’impact du N2O. Ce gaz est des centaines de fois plus efficace que le CO2 pour piéger la chaleur. Le N2O peut également persister dans l’atmosphère pendant près d’un siècle. Chaque année, environ 1 % seulement du N2O atmosphérique est transformé par les plantes vertes en ammoniac ou en d’autres composés azotés utilisables par les plantes. Donc, cette élimination naturelle du N2O « est vraiment lente », dit Montzka.
Les CFC et leurs remplacements plus récents sont tous fabriqués par des personnes. Beaucoup ont été utilisés comme réfrigérants. D’autres sont utilisés comme solvants pour les réactions chimiques et dans les aérosols. Ensemble, ils ne représentaient qu’environ 3 % des émissions de gaz à effet de serre des États-Unis en 2016. Ces gaz ne sont éliminés que lorsqu’ils sont enfermés dans une couche élevée de l’atmosphère. Dans cette stratosphère, la lumière à haute énergie bombarde les produits chimiques, les décomposant. Mais cela peut prendre des décennies, explique Montzka.
Les produits chimiques à base de fluor, comme les CFC, note-t-il, « sont des gaz à effet de serre puissants, sur une base par molécule. » Mais leurs rejets sont si faibles que, comparés au CO2, leur impact global est assez faible. La réduction des émissions de méthane, de N2O et de CFC contribuera à ralentir le changement climatique, note M. Montzka. « Mais si nous voulons résoudre ce problème, nous devons nous occuper du CO2″, dit-il. » C’est lui qui contribue le plus… et il a ce temps de résidence extrêmement long dans l’atmosphère. «