Quels sont les gaz à effet de serre ?

La définition d'un gaz à effet de serre est à la fois très simple et très compliquée pour le profane : un "gaz à effet de serre" est tout simplement un gaz présent dans l'atmosphère terrestre et qui intercepte les infrarouges émis par la surface terrestre. Ce sont des gaz dont nous n'avons pas entendu parler depuis "tout petit déjà" parce que ni l'azote ni l'oxygène, les deux gaz les plus abondants dans l'atmosphère (78% et 21% respectivement), que beaucoup d'entre nous connaissent, n'ont cette propriété (pour les amateurs de précisions, un gaz ne peut absorber les infrarouges qu'à partir de 3 atomes par molécule, ou à partir de deux si ce sont deux atomes différents. Du coup ni l'azote - diazote pour être précis - ni l'oxygène - dioxygène pour l'être tout autant - ne sont dans la catégorie des gaz à effet de serre). Mais une fois que nous avons dit cela, quels sont ces gaz exactement ? Et l'homme en est-il le seul émetteur, comme le sous-entendent parfois certains propos entendus dans les media ?

Les gaz "naturels" à effet de serre

Les deux principaux gaz responsables de l'effet de serre de la Terre, depuis que notre planète a une atmosphère qui ressemble à l'actuelle (ce qui fait bien quelques centaines de millions d'années !) sont :

• la vapeur d'eau (H2O),

• le gaz carbonique (CO2).

Il en existe d'autres, et même beaucoup d'autres. Certains, comme le CO2 et la vapeur d'eau, sont "naturels", c'est-à-dire qu'ils étaient présents dans l'atmosphère avant l'apparition de l'homme. Cette présence ancienne signifie, par la force des choses, qu'ils possèdent des sources naturelles, mais aussi des "puits", qui retirent les gaz en question de l'atmosphère et permettent à la concentration de rester à peu près stable. Pour la vapeur d'eau le "puits" s'appelle... la pluie, et pour le CO2 une partie du puits est tout simplement la photosynthèse.

Outre la vapeur d'eau et le gaz carbonique, les principaux gaz "naturels" à effet de serre sont :

le méthane (CH4), qui n'est rien d'autre que... le gaz "naturel" de nos cuisinières,

le protoxyde d'azote (N2O), nom savant du.... gaz hilarant (qui ici ne l'est plus tellement),

l'ozone (O3), molécule formée de trois atomes d'oxygène (les molécules du gaz oxygène "normal" comportent 2 atomes d'oxygène seulement).

Dire que ces gaz sont "naturels" - et donc qu'ils ont des sources naturelles - ne signifie bien évidemment pas que l'homme n'a pas d'influence sur leurs émissions ou sur leur concentration dans l'atmosphère. Pour les 3 gaz mentionnés ci-dessus, comme pour le CO2, il est avéré que l'homme ajoute sa part et a augmenté leur concentration dans l'air de manière significative. C'est du reste pour cela que, comme pour le CO2, le méthane et le protoxyde d'azote sont pris en compte dans les accords internationaux comme le protocole de Kyoto par exemple. Ce n'est pas le cas de l'ozone, mais cela est dû à des difficultés pratiques et non à une absence d'influence sur le climat.

Les gaz "industriels" à effet de serre

A côté des gaz "naturels" à effet de serre, il en existe d'autres, que nous pouvons qualifier d' "artificiels" : ils s'agit de gaz industriels qui ne sont présents dans l'atmosphère qu'à cause de l'homme. Les principaux gaz "industriels" à effet de serre sont les halocarbures (formule générique de type CxHyHalz où Hal représente un ou plusieurs halogènes) : il s'agit d'une vaste familles de gaz obtenus en remplacant, dans une molécule d'hydrocarbure (le propane, le butane, ou encore l'octane, que l'on trouve dans l'essence, sont des hydrocarbures), de l'hydrogène par un gaz halogène (le fluor, le chlore...). Les molécules ainsi obtenues ont deux propriétés importantes pour nous :

Elles absorbent très fortement les infrarouges, beaucoup plus que le gaz carbonique à poids égal,

Certaines d'entre elles (les perfluorocarbures par exemple) sont très "solides" : elles sont chimiquement très stables dans l'atmopshère, et seule la partie la plus "énergique" du rayonnement solaire et intersidéral (les ultraviolets et les rayons cosmiques) peut "casser" les liaisons de ces molécules une fois qu'elles sont dans l'atmosphère. Comme ces processus sont lents et n'interviennent que loin du sol, ces molécules d'halocarbures ont donc des durées de vie dans l'atmosphère qui peuvent être très longues, car il faut attendre qu'elles diffusent dans la stratosphère - donc qu'elles montent haut alors qu'elles sont souvent très lourdes - avant d'être "cassées", et cela peut prendre des milliers d'années.

Une famille particulière d'halocarbures, les CFC, a la double propriété de contribuer à l'augmentation de l'effet de serre, mais aussi de diminuer la concentration de l'ozone stratosphérique (la fameuse "couche d'ozone", qui en fait n'est pas vraiment une couche). La production de ces gaz est désormais interdite (ou en cours d'éradication), au titre du protocole de Montréal signé en 1987, qui ne concerne pas les autres gaz à effet de serre.

Il existe également un autre gaz industriel que l'on mentionne souvent dans les milieux spécialisés, l'hexafluorure de soufre (SF6). Il est utilisé par exemple pour les applications électriques (transformateurs) et... les doubles vitrages. Il n'est pas émis en grande quantité mais est encore plus absorbant pour les infrarouges et résistant à la partie "dure" du rayonnement solaire que les halocarbures.