Variation du climat et augmentation de l'effet de serre sont-elles due aux activités humaines ?

Deux réponses contradictoires

Argument en faveur de l'activité humaine

L’effet de serre « anthropique » Avec les activités humaines, le taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère a augmenté de 30 % au cours des deux derniers siècles.

En France, entre 70 % et 90 % des émissions de CO2 proviendraient de la combustion des combustibles fossiles et environ 10 % seraient liées à l'agriculture et la déforestation (voir graphique 1). Toutefois le CO2 est un gaz faiblement acide qui a tendance à disparaître naturellement de l’atmosphère. Sa durée de vie est tout de même d’une centaine d’années.

Le méthane (CH4) est présent dans l’atmosphère en très faible quantité. Jusqu’en 1850, sa concentration était de 0,8 ppmv (partie par millions en volume) et n’avait guère évolué depuis 400 000 ans. Cependant, son rôle ne doit pas être négligé car sa capacité d’absorption du rayonnement infrarouge est de 20 à 50 fois supérieure à celle du CO2. Par ailleurs, depuis l’ère industrielle, sa concentration atmosphérique ne cesse d’augmenter : 1 ppmv en 1900, 1,1 ppmv en 1950 et 1,8 ppmv aujourd’hui. Cette augmentation a de multiples origines, essentiellement liées aux activités humaines.

Le méthane est un gaz produit lors de la fermentation anaérobie (en absence d’oxygène). Cette réaction a lieu : - dans les rizières (175 à 350 Mt.an-1) et les terrains humides (150 à 300 Mt.an-1) : les microorganismes des sols détrempés ou associés aux racines dans les rizières dégagent du CH4 lors de leurs activités métaboliques ; - dans la panse des ruminants (75 à 150 Mt.an-1) : le système digestif des ruminants (vaches, moutons, etc.) possède un premier compartiment, la panse ou rumen, où se déroule la digestion microbienne du fourrage. Du CH4 est alors produit et éructé par les ruminants.

Les activités agricoles sont ainsi, en France, à l’origine de 57 % des rejets de CH4 atmosphérique. L’augmentation de ce type d’activité, liée à l’augmentation de la population mondiale, entraîne une augmentation de la concentration en méthane. Par ailleurs, l’utilisation de combustibles fossiles et les décharges contribuent également à cette augmentation. Chaque année, la concentration en CH4 augmente de 0,5 %. Un bon point cependant, le méthane est facilement oxydable : sa durée de vie dans l’atmosphère est de 12 ans seulement.

Les activités agricoles, notamment l’utilisation d’engrais azotés, sont également à l’origine d’une augmentation de la concentration en protoxyde d’azote (N2O). Le N2O est naturellement présent dans l’atmosphère en quantité infime mais sa concentration a augmenté de 15 % depuis l’ère industrielle. Et surtout, sa capacité d’absorption du rayonnement infrarouge est 310 fois celle du CO2. De plus sa durée de vie dans l’atmosphère est relativement longue (120 ans).

Les chlorofluorocarbures (CFC) sont des gaz de synthèse récemment apparus dans l’atmosphère. Ils sont interdits depuis 1990. Ils étaient utilisés dans les aérosols (mousse à raser, déodorisant, etc.) comme gaz réfrigérant ou propulseur. L’augmentation de leur concentration au cours du siècle dernier fut de 4 %. Leur pouvoir d’absorption du rayonnement infrarouge étant considérable (16 000 fois plus important que celui du CO2 !), les CFC ont fortement contribué à l’intensification de l’effet de serre (voir graphique 2).

L’ajout de cet effet de serre « anthropique » à l’effet de serre naturel a des conséquences directes sur la température et le climat terrestres. C’est pourquoi, au cours du 2e Sommet de la Terre à Rio de Janeiro en juin 1992, la communauté internationale a donné le coup d’envoi d’un programme visant à lutter contre le réchauffement climatique

Argument en faveur de la nature

Le principe de l’effet de serre naturel Le Soleil, comme tout corps chaud, émet vers l’extérieur un rayonnement électromagnétique. Compte tenu de sa température de surface, 5 800 K (soit environ 5 500 °C), ce rayonnement se répartit de la façon suivante : - Domaine de l’ultraviolet (longueur d’ondes inférieure à 300 nm) : 10 % - Domaine du visible (longueur d’ondes allant de 300 nm à 700 nm) : 40 % - Domaine l’infrarouge proche (longueur d’ondes supérieure à 700 nm) : 50 %

L’ensemble de ces rayonnements parvient au niveau de l’atmosphère terrestre. Un tiers est réfléchi vers l’espace par l’ensemble atmosphère Terre (phénomène d’albédo). Une partie des rayonnements ultraviolets est absorbée par l’ozone stratosphérique, tandis que les rayonnements infrarouges sont capturés par les gaz à effet de serre (vapeur d’eau, dioxyde de carbone…) à la limite de la troposphère.

Ainsi, seule la moitié du rayonnement solaire initial arrive à la surface de la Terre. 25 % de ce rayonnement est absorbé par les océans, 21 % est absorbé par le sol et seulement 0,2 % par les plantes.

La surface du sol échauffée par le rayonnement solaire réémet vers l’atmosphère un rayonnement infrarouge appelé rayonnement infrarouge tellurique. Ce sont ces rayons infrarouges qui se retrouvent piégés par les gaz à effet de serre situés dans la haute troposphère : il s’agit principalement de la vapeur d’eau (H2O), du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4).

En effet, les molécules biatomiques symétriques comme H2, N2, O2… absorbent très peu les infrarouges tandis que les molécules non symétriques comme H20, CO2, CH4 sont beaucoup plus absorbantes. Ces molécules réémettent à leur tour un rayonnement infrarouge contribuant à l’échauffement du sol et de l’atmosphère.

Le mécanisme de l’effet de serre (voir visuel 1) Les gaz à effet de serre existent à l'état naturel. Sans l'effet de serre naturel, la température moyenne serait de 18 °C. Elle est actuellement de 15 °C.

Les gaz à effet de serre sont minoritaires dans l’atmosphère : ce sont des gaz peu toxiques et inertes ou faiblement acides. Mais c’est grâce à eux que la température moyenne de la surface de la Terre est de +15 °C et non de -18 °C. Globalement, la vapeur d’eau entre pour 20°C et le CO2 pour 10 °C dans cette différence.

Bilan radiatif naturel de la Terre (voir shéma 2) Le bilan radiatif de la Terre représente la différence entre l'énergie solaire qui arrive sur la planète et celle qui est réémise. Cette énergie peut être directement renvoyée vers l'espace, essentiellement par les nuages et la surface terrestre, ou bien être absorbée puis réémise sous forme de chaleur. Lorsque le bilan est à l’équilibre, la température moyenne de la planète est stable. Unités : Watt par m2

Compte tenu de l’émission de rayonnement infrarouge par le sol, on comprend également que la température en surface soit plus importante que celle en altitude et que la température de la troposphère ne cesse de décroître quand on s’élève jusqu’à la tropopause (puisque cette couche contient la majorité de la masse de l’atmosphère et donc des gaz à effet de serre).

Comme la température moyenne de la Terre se révèle stable à l’échelle de millions d’années, cela signifie qu’une partie des rayonnements infrarouges est également réémise vers l’espace et, qu’au final, l’ensemble Terre-atmosphère absorbe autant d’énergie solaire qu’elle en renvoie.