L'effet de serre - Cours météo

L'effet de serre, on l'a tous déjà expérimenté sans forcément le savoir. En été, il fait plus chaud dans la voiture que dehors, c'est à cause de l'effet de serre. Il fait plus chaud sous une serre que dans le jardin, c'est à cause de l'effet de serre. C'est d'ailleurs de la serre du jardinier que l'expression “Effet de serre” tient son origine. Voyons maintenant en détails ce qu'est l'effet de serre.

1 | Comment fonctionne l'effet de serre ?

À chaque instant, la Terre est bombardée de rayonnements cosmiques, notamment solaires, qu'ils soient visibles ou invisibles. En l'occurrence, c'est la partie visible qui nous intéresse. La partie visible des rayonnements, qui correspond à la lumière, atteint la surface de la Terre après avoir traversé l'atmosphère.

Dans l'atmosphère se trouve un panel très large de gaz, en proportions bien différentes. Une partie de ces gaz va réfléchir une partie des rayonnements solaires vers l'espace. On parle d'environ 6 % de lumière réfléchie par les différentes composantes de l'air et 20 % de lumière réfléchie par les nuages. La surface terrestre réfléchie quant à elle environ 4 % de la lumière reçue.

Cela dit, les 70 % de lumière atteignant le sol sans être renvoyés vers l'espace sont d'une importance clé. Ils sont absorbés pour 3 % par les nuages, pour 16 % par l'air et pour 51 % par la surface terrestre.

La surface terrestre absorbant un peu plus de la moitié de la lumière, elle absorbe donc une grande quantité d'énergie. Cette énergie excite les molécules en surface et ces mêmes molécules émettent à leur tour un rayonnement, mais dans le domaine de l'invisible, des infrarouges pour être précis. À noter que plus il y a de lumière absorbée, plus il y a émission de rayonnements infrarouges. La notion de rayonnements infrarouges est importante car elle correspond à une caractéristique bien précise de certains gaz à effet de serre de l'atmosphère.

Les rayons infrarouges sont donc émis et rencontrent eux aussi l'atmosphère et ses composants. Parmi les gaz présents dans l'atmosphère, une partie est dite “à effet de serre”. Un gaz à effet de serre est un gaz dont les molécules ont la particularité d'absorber certains rayonnements avant d'émettre à leur tour un rayonnement. Ce même rayonnement va possiblement rencontrer une molécule par laquelle il se fera absorber avant qu'elle n'émette un nouveau rayonnement et ainsi de suite. Les molécules en question auront été excitées et seront donc montées en température. La multiplication de ce processus entraîne un réchauffement plus global dans la zone concernée.

Dans l'atmosphère, les gaz à effet de serre les plus importants laissent passer la lumière, mais sont opaques aux infrarouges. Ils absorbent donc les infrarouges avant d'émettre à leur tour un rayonnement, qui pourra être intercepté par une autre molécule de gaz à effet de serre et ainsi de suite.

Les infrarouges sont émis de jour comme de nuit, avec néanmoins quelques variations, selon l'horaire. L'émission est bien plus faible en fin de nuit qu'en milieu d'après-midi, l'émission étant étroitement liée à la lumière absorbée par le sol.

Concrètement, une des conséquences les plus observables de l'effet de serre “naturel” se déroule en hiver. Prenez une nuit nuageuse, la température aura tendance à baisser légèrement au fil de la nuit, mais elle ne descendra pas très bas. Prenez maintenant une nuit bien claire, sans un seul nuage à l'horizon. La température descendra vite et assez bas. La différence de température s'explique par la présence des nuages, qui sont composés d'eau et de vapeur d'eau, un gaz à effet de serre, qui absorberont une bonne partie des infrarouges émis par le sol avant d'émettre de nouveaux rayons qui seront à leur tour susceptibles d'être absorbés et ainsi de suite. Au contraire, l'absence de nuages laisse presque libre champ aux infrarouges pour s'échapper vers l'espace. Les gaz à effet de serre représentant bien moins de 1 % de la composition totale de l'atmosphère.

PS : Dans l'exposé, il est dit que les nuages réfléchissent la lumière et que la vapeur d'eau est un gaz à effet de serre. C'est assez contradictoire, mais il n'en est rien. L'eau sous forme liquide ou solide interagit avec la lumière, qu'elle ne laisse passer qu'en partie. La vapeur d'eau est quant à elle presque inoffensive sur la lumière. Cependant, concernant les infrarouges, la donne change, car l'eau sous ses trois états est presque totalement opaque aux infrarouges.

2 | Les gaz à effet de serre

Nous avons vu que l'atmosphère est composée de nombreux gaz dont certains sont dit “à effet de serre”. Pour rappel, un gaz à effet de serre (GES), est un gaz dont les molécules ont la propriété d'absorber certains rayonnement avant d'en émettre à leur tour après avoir été excitées.

Pour faire simple, l'atmosphère terrestre est composée de 79 % d'azote, 20 % d'oxygène et 1 % d'autres gaz parmi lesquels environ 0,04 % de gaz à effet de serre hors vapeur d'eau. Parmi ces gaz, on retrouve bien sûr le CO₂ (dioxyde de carbone), le méthane (CH₄), l'ozone (O₃) ou encore le protoxyde d'azote (N₂O), dont on reparlera ci-dessous.

Mais attention, ces proportions sont valables pour l'atmosphère sur toute son épaisseur, soit environ 800 kilomètres ! Plus proche de nous, la troposphère (environ 13 kilomètres d'épaisseur sous nos latitudes) livre des proportions assez similaires, mais plus variables à cause de la vapeur d'eau dont la proportion oscille entre 0,3 % et 4 % de la composition de la troposphère.

La pollution industrielle est un des acteurs majeurs de l'augmentation de la concentration de GES dans l'atmosphère.

Parmi les gaz à effet de serre, tous n'ont pas le même impact, en termes de température, sur l'environnement. Pour évaluer cet impact, le GIEC a mis en place un indice, nommé “Potentiel de réchauffement global sur 100 ans” qui se base sur l'impact du dioxyde de carbone dans le réchauffement climatique. L'indice est de 1 pour le dioxyde de carbone alors que le protoxyde d'azote atteint 298. C'est-à-dire qu'une molécule de protoxyde d'azote contribue sur 100 ans autant au réchauffement climatique que 298 molécules de dioxyde de carbone sur 100 ans également. Le potentiel de réchauffement global du méthane atteint quant à lui 23.

Pour ce qu'il en est de la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère, il faut prendre différentes échelles pour avoir des chiffres relativement précis.

Les pourcentages sont donnés à titre indicatif et il est nécessaire de prendre du recul par rapport aux valeurs, qui sont très petites, certes, mais pas négligeables. La température qu'il fait sur Terre est en moyenne de 15°C. Elle résulte d'un équilibre très instable entre la proportion de rayonnement lumineux reçu, et par conséquent de rayonnement infrarouge produit, et la proportion gaz à effet de serre. En effet, même s'ils ne représentent qu'une petite proportion de l'atmosphère, sans eux, la température sur Terre serait de -18°C environ. Avec ces quelques notions supplémentaires, il est aisé de comprendre qu'une légère hausse de la proportion de gaz à effet de serre entraîne une grande augmentation de température. Donc même si ces chiffres paraissent petits, ils ne sont pas à négliger.

Vous souhaitez en savoir davantage sur l'effet de serre ?

Voici une vidéo qui va vous éclairer avec des mots simples... En cas de questions, n'hésitez pas à nous contacter via notre interface de contact.