Quelques chiffres sur les gaz à effet de serre

Gilles Delaygue

Université de Berne

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

15/03/2002

Résumé

Contribution chiffrée des différents gaz à effet de serre présents dans l'atmosphère et contribution anthropique. D'après les valeurs issues, entre autres du rapport IPCC-GIEC 2001.


Contribution totale (naturelle et anthropique) à l'effet de serre

H2O

CO2

O3

CH4 + N2O

60 %

26 %

8 %

6 %

L'effet de serre global estimé ici est la différence entre l'énergie rayonnée par la surface de la Terre dans l'infra-rouge (390 W.m-2) et l'énergie rayonnée globalement par la Terre dans l'infra-rouge (235 W.m-2). Dans ce bilan radiatif global, l'effet de serre naturel (H2O, CO2, nuages,..) correspond donc à un forçage radiatif de +155 W.m-2. La contribution des nuages est environ 30 W.m-2. Le tableau indique la contribution de chacun des gaz pour les 125 W.m-2 restants. Estimations de Kiehl et Trenberth (1997). L'effet de serre additionnel (gaz d'origine anthropique) correspond à +2,4 W.m-2 depuis le début de l'ère industrielle (1850).

Concentrations actuelles dans l'atmosphère

H2O

CO2

CH4

N2O

Halocarbures (dont CFC)

- troposphère : variable de quelques pour mille à quelques pour cent (5 à 7 %)

- stratosphère : 0,0005 % (5 ppm)

0,0365 % (365 ppm)

en route vers 0,04 %

0,00018 % (1,8 ppm)

0,000032 % (0,32 ppm)

~0,0001 % (~1 ppm)

Concentrations dans l'atmosphère avant la « Révolution Industrielle » (1750), et leur accroissement

H2O

CO2

CH4

N2O

CF4 (un PFC)

??

~280 ppm (+ 30 %)

~0,7 ppm (x 2,6)

~0,27 ppm (+ 20 %)

~0,04 ppb (x 2)

Remarque : le CF4, un perfluorocarbure (PFC), est détecté dans les carottes de glaces et semble avoir une source naturelle extrêmement faible, d'où sa présence en 1750. Les autres PFC, HFC, SF6, CFC, halons, sont uniquement d'origine synthétique et n'existaient pas avant le XXème siècle.

Contribution anthropique à l'effet de serre depuis 1750

Le forçage radiatif total lié aux gaz d'origine anthropique est de + 2,4 W.m-2, dont :

CO2

CH4

N2O

Halocarbures (dont CFC)

60 %

20 %

6 %

14 %

À ce forçage, il faut rajouter celui lié à l'ozone troposphérique (+ 0,4 W.m-2) et à l'ozone stratosphérique (- 0,2 W.m-2).

Figure 1. Forçage radiatif lié aux activités anthropiques

Forçage radiatif lié aux activités anthropiques

Noter les incertitudes liées à ces chiffres, diverses selon les produits.


Temps de résidence dans l'atmosphère

H2O

CO2

CH4

N2O

CF4

quelques jours à quelques semaines

100 ans

10 ans

120 ans

>50 000 ans

Le temps de résidence des halocarbures dans l'atmosphère est très variable, le CF4 ayant le temps de résidence le plus long. Pour plus de détails voir Table 4.1 du chapitre Sources of Greenhouse Gases de Climate Change 2001 (Rapport du GIEC).

Pouvoir de Réchauffement Global (PRG) relatif au CO2

Le PRG (GWP, Global Warming Potential ) d'un gaz est une estimation de son impact radiatif potentiel dû à l'émission d'un kilogramme du gaz, relativement à un kilogramme de CO2. Il dépend des propriétés radiatives du gaz (voir tableau" aptitude d'absorption des I.R."), mais aussi de son élimination progressive de l'atmosphère (voir données "temps de résidence atmosphérique"). Cet impact potentiel dépend donc de l'horizon auquel il est estimé. Les valeurs données ici sont à l'horizon 100 ans (cf. Global Warming Potentials du rapport de l'IPCC, Climate Change 2001 ).

Pour un gaz donné, le PRG est le facteur par lequel il faut multiplier ses émissions pour obtenir la masse de CO2 qui produirait un impact équivalent. Ainsi, lorsqu'on dit que « le PRG à cent ans du méthane (CH4) est de 23 », cela signifie que le largage instantané dans l'atmosphère d'un kilogramme de ce gaz produira sensiblement le même effet radiatif, au bout d'un siècle, que le largage de 23 kilogrammes de CO2 !

CO2

CH4

N2O

CF4 (Halocarbure)

1

23

296

5.700

Le PRG est donc un équivalent CO2 et permet de définir une autre unité souvent utilisée : l'équivalent carbone. Celui-ci vaut par définition le PRG à cent ans multiplié par 12/44 (rapport entre le poids moléculaire du carbone et celui du CO2).

Équivalent carbone d'un kilogramme de gaz

CO2

CH4

N2O

CF4 (Halocarbure)

0, 273 (12/44)

6,27

81

1.555

Cette mesure représente une référence simple aux masses de combustibles fossiles qui produisent du CO2 et qui sont précisément mesurées par leur masse de carbone. Ainsi la combustion d'une tonne de carbone correspond bien à l'émission d'une "tonne équivalent carbone" de CO2. Le rejet d'un kilogramme de CO2 équivaut à la combustion de 273 grammes de carbone.