Effet de serre - Définition et Explications

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Une représentation schématique des échanges d'énergie entre l'espace, l'atmosphère terrestre, et la surface de la Terre.
Une représentation schématique des échanges d'énergie entre l'espace, l'atmosphère terrestre, et la surface de la Terre.

L'effet de serre est un processus naturel de réchauffement de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) qui intervient dans le bilan radiatif de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Il est dû aux gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...) (GES) contenus dans l'atmosphère, à savoir principalement la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) (qui contribue le plus à l'effet de serre), le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) CO2 et le méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) CH4.

Cet effet a été nommé ainsi par analogie avec la pratique en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) et jardinerie de construire des serres, espaces clos dont une ou plusieurs faces sont transparentes, laissant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) et le retenant prisonnier à l'intérieur. C'est le piégeage des infrarouges qui entraine une augmentation de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...).

Mode d'action

Lorsque le rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement...) atteint l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...), une partie (environ 28,3 %) est directement réfléchie (renvoyée vers l'espace), par l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...), les nuages blancs et la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) claire de la Terre (en particulier les régions blanches et glacées comme l'Arctique (L’Arctique est la région entourant le pôle nord de la Terre, à l’intérieur et aux...) et l'Antarctique), c'est l'albédo (L'albédo est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface sur l'énergie solaire...). Les rayons incidents qui n'ont pas été réfléchis vers l'espace sont absorbés par l'atmosphère (20,7 %) et/ou la surface terrestre (51 %).

Cette partie du rayonnement absorbée par la Terre lui apporte de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) (énergie), qu'elle restitue à son tour, la nuit notamment et en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.), en direction de l'atmosphère sous forme de rayons infrarouges, c'est le rayonnement du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend...). Ce rayonnement est alors absorbé en partie par les gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production...). Puis dans un troisième temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), cette chaleur est réémise dans toutes les directions, notamment vers la Terre.

C'est ce rayonnement qui retourne vers la Terre qui crée l'effet de serre, il est à l'origine d'un apport supplémentaire de chaleur à la surface terrestre. Sans ce phénomène, la température moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) sur Terre chuterait d'abord à -18 °C. Puis, la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) s'étendant sur le globe, l'albédo terrestre augmenterait et la température se stabiliserait vraisemblablement à -100°C.

On peut considérer l'atmosphère comme un réservoir d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). Si l'effet de serre est plus efficace pour retenir (en fait ralentir la déperdition de l'énergie) l'énergie, ce réservoir se remplit - et l'énergie emmagasinée par la surface terrestre augmente .

En moyenne, l'énergie venue de l'espace et reçue par la Terre et l'énergie de la Terre émise vers l'espace sont quasiment égales. Si ce n'était pas le cas, la température de surface de la Terre évoluerait vers toujours plus froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) ou vers toujours plus chaud. En effet, si les échanges moyens d'énergie avec l'espace ne sont pas équilibrés, il y aura un stockage ou un déstockage d'énergie par la Terre. Ce déséquilibre provoque alors un changement de température de l'atmosphère (voir Réchauffement climatique).

L'effet de serre doit son nom à l'analogie entre l'atmosphère terrestre et une serre destinée à abriter des plantes. Les parois vitrées de la serre laissent entrer le rayonnement visible (qui transporte la majeure partie de l'énergie solaire) mais réfléchissent (ne laisse pas échapper) des rayonnements infrarouges, cause importante des pertes thermiques de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) corps (loi du corps noir). Le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) de la serre joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) donc un rôle analogue à celui de l'atmosphère, qui contient les gaz à effet de serre.

Les gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont des composants gazeux de l'atmosphère qui contribuent à l'effet de serre. Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) (CO2), le méthane (CH4), l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins...) nitreux (ou protoxyde (Le protoxyde d'une substance chimique est le composé le moins oxygéné parmi tous...) d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...), de formule N2O) et l'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes...) (O3). Les gaz à effet de serre industriels incluent les halocarbones lourds (fluorocarbones chlorés incluant les CFC, les molécules de HCFC-22 comme le fréon et le perfluorométhane) et l'hexafluorure de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...) (SF6).

Contributions approximatives à l'effet de serre des principaux gaz :

  • vapeur d'eau : 55 %
  • dioxyde de carbone : 39 %
  • ozone : 2 %
  • méthane : 2 %
  • oxyde nitreux : 2 %

Bien que contribuant fortement à l'effet de serre, la vapeur d'eau ne peut s'accumuler indéfiniment dans l'atmosphère : en raison des équilibres physiques, les quantités excédentaires (hygrométrie supérieure à 100 %) sont naturellement et rapidement éliminées par précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des...).

L'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) humaine

La plupart des gaz à effet de serre (GES) sont d'origine naturelle. Mais certains d'entre eux sont uniquement dus à l'activité humaine ou bien voient leur concentration dans l'atmosphère augmenter en raison de cette activité. C'est le cas en particulier de l'ozone (O3), du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4).
La preuve que l'augmentation du CO2 atmosphérique est d'origine humaine se fait par analyse isotopique.

L'ozone est fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) par l'activité industrielle humaine, alors que les CFC encore largement utilisés détruisent eux, l'ozone, ce qui fait que l'on peut constater un double phénomène :

  • une accumulation d'ozone dans la troposphère (La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface du globe et une...) au-dessus des régions industrielles,
  • une destruction de l'ozone dans la stratosphère (La stratosphère est la seconde couche de l'atmosphère terrestre, se situant au-dessus de la...) au-dessus des pôles.

La combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) des carbones fossiles comme le charbon, la lignite, le pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) ou le gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...) (méthane) rejette du CO2 en grande quantité dans l'atmosphère. Si bien que seule la moitié est recyclée par la nature, et que l'autre moitié reste dans l'atmosphère, ce qui augmente l'effet de serre. Un des secteurs d'activités qui dégage le plus de gaz à effet de serre est l'énergie : à ce sujet, voir l'article énergie et effet de serre.

Les activités humaines dégagent donc une abondance de GES : les scientifiques qui étudient le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) pensent que l'augmentation des teneurs en gaz d'origine anthropique est à l'origine d'un réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou...). Ces gaz à effet de serre fonctionnent donc comme une couverture qui maintient une température chaude à la surface de notre Terre et l'empêchent ainsi de se refroidir.

En France, selon le groupe Facteur 4 (L'expression Facteur 4 désigne un objectif ou engagement écologique qui consiste à...), les émissions de gaz à effet de serre proviennent des transports (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou...) pour 26 %, suivis de l’industrie (22 %), de l’agriculture (19 %), des bâtiments et habitations (19 %), de la production et de la transformation de l’énergie (13 %), et du traitement des déchets (3 %). Depuis 1990, les émissions ont augmenté de plus de 20 % pour les transports et les bâtiments. En revanche, elles ont diminué de 22 % dans l’industrie, de 10 % dans le secteur agricole, de 9 % dans le secteur de l’énergie et de 8 % pour le traitement des déchets. (Voir le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) de rapport 2006 du groupe Facteur 4).

Conséquences pour l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...)

L'effet de serre n'est pas en soi nocif aux écosystèmes ; sans lui, la température terrestre avoisinerait les -18 °C. Cependant un excès de GES dépassant la capacité des écosystèmes à les piéger et les absorber est un danger pour la plupart des espèces dites évoluées.

Un réchauffement global provoquerait d'abord une augmentation mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) d'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) par dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement,...) et par la fonte des calottes polaires, qui engloutirait les terres basses (les îles coralliennes comme les îles Maldives (Les Maldives, officiellement la République des Maldives, sont un pays d'Asie du Sud-Ouest...) sont les premières menacées), mettant en péril de nombreuses espèces dont peut-être, par acidification des océans, le phytoplancton qui produit 80 % du dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2,...) que nous respirons et qui absorbe l'essentiel du dioxyde de carbone) dissous dans l'eau de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) (le CO2 est 60 fois plus présent dans la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) que dans l'air (1,8 % au lieu de 0,03 %) pour un volume grossièrement estimé à 1 370 millions de km³. D'autres conséquences sont attendues, dont une augmentation de la pluviométrie, et la modification des courants marins, ce qui modifierait aussi le niveau moyen des mers avec des conséquences potentiellement désastreuses. Des conséquences plus ou moins difficiles à prévoir risquent de provoquer un véritable changement climatique. Un effet " boule de neige " auto entretenu pourrait être amorcé par la fonte du pergélisol avec évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente...) d'hydrates de méthane, s'ajoutant à celui qui pourrait aussi être libéré en mer, ainsi que par l'augmentation des incendies de forêts et d'inondations se traduisant par la méthanisation (La méthanisation, ou digestion anaérobie, est le processus naturel biologique de dégradation de...) de matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par...) immergée, qui sont autant de facteur de réchauffement.

Les scientifiques prévoient une augmentation de 1,5 °C à 6 °C pour le siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) à venir en supposant que l'augmentation des rejets de GES continue au rythme des 20 dernières années (on n'a pas observé de ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée...) global des émissions, même depuis Kyoto). Un arrêt total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) et immédiat des rejets de carbone n'empêcherait cependant pas la température moyenne de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) de continuer à augmenter pendant plusieurs dizaines à centaines d'années, car certains GES ne disparaissent de l'atmosphère que très lentement.

Conséquences pour les humains

Le changement climatique ne peut que perturber les activités humaines, plus ou moins directement. Par exemple, après s'être plaints d'avoir de plus en plus chaud en 2006, les Inuit du Grand Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) québécois, ont obtenu une réduction des tarifs d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...). En juin, la température ayant atteint 31 °C pendant près d'une semaine, Larry Watt (Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour la...), le bien-nommé maire (Le maire représente l'autorité municipale. Dans de nombreux cas, il est le détenteur du pouvoir...) de Kuujjuak, la capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs,...) du Nunavik, a passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) d'une dizaine de climatiseurs pour le conseil municipal.

Le réchauffement climatique semble une réalité au nord du 55e parallèle : même si les avis (Anderlik-Varga-Iskola-Sport (Anderlik-Varga-Ecole-Sport) fut utilisé pour désigner un...) diffèrent d'un spécialiste à l'autre, les modèles prévoient que la température devrait y progresser de quatre à sept degrés d'ici le XXIIe siècle et que le niveau des mers des régions polaires devrait augmenter d'un demi-mètre. D'ici seulement 15 ans, certains passages de l'océan Arctique (L'océan Arctique, ou océan glacial Arctique, s'étend sur une surface de...) pourraient être navigables quatre ou cinq mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) par an au lieu de deux actuellement.

Histoire de la notion d'effet de serre

Dans les années 1780, Horace-Bénédict de Saussure (Horace Bénédict de Saussure (né le 17 février 1740 à Conches,...) mesure les effets thermiques du rayonnement solaire à l'aide de boîtes transparentes qu'il dispose dans la vallée (Une vallée est une dépression géographique généralement de forme...) et au sommet d'une montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la...).

En 1824, Joseph Fourier (Jean Baptiste Joseph Fourier, né le 21 mars 1768 à Auxerre et mort le...) publie Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires dans lesquelles il affine (En mathématiques, affine peut correspondre à :) l'analyse des expériences de Horace-Bénédict de Saussure en concluant " la température du sol est augmentée par l'interposition de l'atmosphère, parce que la chaleur solaire trouve moins d'obstacles pour pénétrer l'air, étant à l'état de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), qu'elle n'en trouve pour repasser dans l'air lorsqu'elle est convertie en chaleur obscure ".

La vapeur d'eau et le dioxyde de carbone sont identifiés comme les principaux responsables de cet effet de serre par John Tyndall (John Tyndall (2 août 1820-4 décembre 1893) est un scientifique et alpiniste irlandais.) en 1861. Il suggère alors qu'une modification de la composition de l'atmosphère peut avoir une influence sur l'évolution du climat.

En 1896 Svante August Arrhenius (Svante August Arrhenius (19 février 1859 à Vik, Suède - 2 octobre 1927 à...) estime qu'un doublement de la quantité de dioxyde de carbone devrait augmenter de 4° la température moyenne. Il espère ainsi que l'exploitation du charbon permettra de repousser la prochaine ère glaciaire. Le géologue américain Thomas Chamberlin arrivera indépendamment aux mêmes conclusions.

L'effet de serre est à l'origine des alertes du rapport Brundtland (1972). En France, Jean-Marc Jancovici et Hervé Le Treut ont vulgarisé les risques liés à l'effet de serre depuis les années 1980.

Débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance,...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) sur l'origine et les conséquences de l'effet de serre

Traînées au soleil levant et évolution(Lille, 08 Octobre 2006)

Les études concernant le réchauffement climatique et ses conséquences ont été parmi les plus fournies de l'histoire scientifique inter-disciplinaire. Toutefois, les pressions politiques et les conséquences potentielles pour le lobby industriel lié à l'exploitation des énergies fossiles, que l'adoption de quotas d'émissions carboniques menacerait dangereusement, ont favorisé l'émergence et le développement d'un contre-courant scientifique remettant en cause l'interprétation des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...).

Le type de contre-expertises scientifiques apportées contre les théories alarmistes de l'origine anthropique du réchauffement climatique est sujet à caution, notamment à cause du financement de ces contre-expertises par des lobbys industriels, chapeautés par Don Pearlman (cf. Carbon Club) lors des accords signés à Kyoto.

Dans le documentaire vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la...) The Greening of the Planet Earth (diffusé en 1988), la Western Fuels Association prévoit que le doublement des émissions de carbone, tel qu'il est en cours, permettrait l'augmentation des surfaces cultivables sur la planète. La Western Fuels Association a également financé le lancement de la World Climate Review, dont le contenu peut difficilement prétendre détenir l'indépendance que réclame l'objectivité scientifique.

Certains scientifiques, tout en reconnaissant les changements induits par la montée des eaux et le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de prendre des mesures, rejettent le catastrophisme actuel. Par exemple dans le cas des Maldives, qui sont des îles coralliennes, l'hypothèse selon laquelle les coraux seraient tout à fait capables de rehausser les îles plus rapidement que la montée des eaux est parfois avancée. Des espèces seraient alors conduites à régresser ou disparaître, tandis que d'autres apparaîtraient et se développeraient selon les principes de la sélection naturelle (En biologie, la sélection naturelle est l'un des mécanismes qui guident l'évolution...). L'histoire de la Terre (L'histoire de la Terre couvre approximativement 4,6 milliards d'années...) montre en effet qu'il y a déjà eu dans le passé des périodes où il a fait bien plus chaud et d'autres périodes où il a fait bien plus froid, et qu'à chaque fois la nature a trouvé les réponses appropriées. D'autres répondent à ces mêmes arguments que ces transformations ont duré des millénaires, alors que le changement climatique envisagé se produirait sur un siècle ou deux, ce qui pourrait être trop rapide pour que la nature puisse s'adapter.

Le rôle des contrails ou traînées de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui...) des avions a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'un rapport (en anglais) de l'IPCC mais doit encore être éclairci et maîtrisé, notamment dans ses liens avec le trou dans la couche d'ozone qui pourrait induire d'importantes rétroactions susceptibles d'accélérer le réchauffement global (via la réduction des capacités naturelles des écosystèmes à absorber et stocker le carbone).

Effet de serre sur Vénus

L'effet de serre, en tant que processus naturel, est également observé sur Vénus où, avec une atmosphère composée à 96% de dioxyde de carbone (CO2), la température atteint plus de 400 °C.

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