Les Hydrocarbures

CO2 et effet de Serre
Le mécanisme de l’effet de serre

L’effet de serre a été décrit pour la première fois en 1824, par un français, Joseph Fourier, qui avait expliqué pourquoi la température s’élevait sous une surface de verre soumise aux rayons du soleil. Il montra en effet que le verre agit comme un filtre en laissant passer les rayons du soleil, riches en ultraviolets et qui dissipent leur énergie sous forme de chaleur avant de réémettre des rayons infrarouges moins énergétiques et qui sont donc absorbés par la surface du verre. La chaleur reste ainsi confinée sous la cloche de verre, c’est l’effet de serre. Quelques années plus tard, en 1896, un chimiste suédois du nom de Svante Arrhenius expliqua que le gaz carbonique présent dans l’atmosphère agit de la même façon que le verre en absorbant les rayons infrarouges réémis par la surface de la Terre. Il supputa alors que des variations de la concentration atmo sphérique en gaz carbonique étaient susceptibles de jouer sur la température atmosphérique et prédit même une élévation future de la température, suite à l’augmentation de la teneur en gaz carbonique d’origine anthropique dans l’atmosphère !
Comme nous l’avons souligné dans l’introduction, l’effet de serre a aujourd’hui une connotation négative alors que c’est un phénomène naturel qui assure à notre planète une température moyenne de 15°C. Sans ce phénomène, la température à la surface de la Terre ne dépasserait pas -18°C, température qu’on trouve à la surface de la Lune qui est dépourvue d’atmosphère. Plus vraisemblablement, sans atmosphère, la température à la surface de la Terre serait même de -100°C car l’eau des océans serait gelée et cela augmenterait le pouvoir réflecteur de la surface terrestre. Les rayons du soleil seraient alors réfléchis vers l’espace et la température serait d’autant moins élevée, contrairement à ce qui peut se passer à la surface de la Lune qui est, quant à elle, dépourvue d’eau. A l’inverse, Vénus possède une atmosphère chargée en gaz carbonique et en vapeur d’eau à tel point que l’effet de serre y est beaucoup plus élevé que sur la Terre et qu’il règne au sol une température de 400°C ! Phénomène naturel, l’effet de serre sur la Terre a donc de surcroît contribué à l’apparition de la vie.
Le problème aujourd’hui est que ce phénomène naturel se voit amplifié par les rejets humains de gaz carbonique et d’autres gaz à effet de serre que nous allons désormais passer en revue.

Les gaz à effet de serre

Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau, le gaz carbonique et le méthane. Ce dernier, de formule chimique CH4 , est produit par la décomposition de la matière organique : les sources principales sont les marais, les rizières, les flatulences des ruminants… Il est responsable à 20% de l’effet de serre et sa concentration dans l’atmosphère a doublé au cours du siècle dernier. De plus, c’est un gaz à effet de serre redoutable, quarante fois plus actif que le gaz carbonique ; aussi l’augmentation de sa teneur dans l’atmosphère, si infime soit-elle, contribue à faire varier la température. Cependant, son temps de résidence dans l’atmosphère se limite à une dizaine d’années car il se combine avec l’oxygène de l’air pour former finalement du gaz carbonique et de l’eau. On peut donc penser que même si une action demeure néc essaire pour limiter les émissions de méthane, il sera assez facile de contrôler à court terme ses méfaits climatiques.
La vapeur d’eau est également un gaz à effet de serre majeur mais sa concentration dans l’atmosphère n’a pas varié au cours des 150 dernières années : il semblerait donc que son cycle ne soit pas perturbé par l’activité humaine. De plus, la vapeur d’eau émanant de l’évaporation des masses d’eau des océans ou des lacs se condense dans les nuages en goutelettes ou cristaux de glace qui réfléchissent le rayonnement solaire, contribuant ainsi à refroidir l’atmosphère le jour. En revanche, la nuit, les nuages contribuent à retenir la chaleur.
Reste le gaz carbonique, responsable à 60% de l’effet de serre et qui provient de la dissolution des calcaires, de la combustion des forêts, de la respiration animale et végétale, des émissions volcaniques mais aussi et surtout de l’utilisation par l’homme de combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel). Sa concentration dans l’atmosphère est de 370 parties par million ou ppm soit 0,037%. Cela peut paraître minime et pourtant… le gaz carbonique a une grande capacité d’absorption des rayons infrarouges et, en raison de son immunité chimique, il se maintient plus de 200 ans dans l’atmosphère : autant dire que même si les rejets d’origine humaine sont limités dès aujourd’hui, ou si au contraire aucune action n’est menée comme c’est presque le cas pour l’instant, les effets risquent de se faire sentir encore pour deux siècles au moins ! Qu e devient le gaz carbonique au bout de ces 200 ans ? Il intervient dans ce que l’on appelle le cycle du carbone.

Le cycle du carbone

La teneur du gaz carbonique dans l’atmosphère est contrôlée par le cycle du carbone. Le carbone se présente en effet sous la forme de graphite ou sous une forme plus rare qu’est le diamant. En l’absence d’oxygène, le carbone s’associe à l’hydrogène pour former des composés organiques comme le pétrole (composés simples). La combustion du pétrole avec l’oxygène produit du C02 ou gaz carbonique et de l’eau. La matière vivante est formée de composés plus complexes du carbone comprenant de l’oxygène. C’est en particulier le cas du bois et du charbon, forme fossilisée du bois dont la combustion avec l’oxygène libère également du gaz carbonique. La matière organique vivante (ce que l’on appelle la biosphère) et morte (les combustibles fossiles par exemple) constitue donc un réservoir de carbone. Un autre réservoir est également constitué par les roches carbonatées, surtout les calcaires, qui fixent le gaz carbonique d’origine océanique ou atmosphérique. La figure 2 illustre les échanges entre les différents réservoirs de carbone. L’atmosphère est le plus petit réservoir mais il a toute son importance dans la mesure où c’est un réservoir ouvert, dans lequel le carbone est très mobile. Ainsi, on a des échanges entre l’atmosphère et les continents, échange équilibré qui passe par les végétaux et les sols. En effet, à la surface de la Terre, l’altération de certaines roches fixe le gaz carbonique tout comme les végétaux par le biais de la photosynthèse tandis qu’une quantité identique revient à l’atmosphère par la respiration et la décomposition animale et végétale. Ont également lieu des échanges entre l’atmosphère et les océans : une partie du gaz carbonique de l’atmosphère se dissout dans l’eau et se fixe par photosynthèse dans les algues et le phytoplancton. Lorsque ces organismes meurent, une partie de la matière qui les compose se dépose au fond de l’océan et se sédimente. De plus, l’accumulation de coquilles et de squelettes, composés de carbonates, au fond des océans s’intègrent dans des boues carbonatées qui forment également des sédiments. Ainsi, l’océan ne rend pas à l’atmosphère tout le carbone qu’il lui emprunte et constitue ainsi un « puits ».
L’homme, par ses activités, vient perturber le cycle du carbone : il injecte en effet du gaz carbonique supplémentaire dans l’atmosphère. L’utilisation de combustibles fossiles produit 6 milliards de tonnes ou GtC par an, l’agriculture et la déforestation 1 à 2 GtC/an. 2GtC sont absorbées par les plantes terrestres et les sols, 2 autres par les océans. Le reste, soit environ 3GtC/an s’accumule dans l’atmosphère. Cela représente moins de 1% du stock de carbone atmosphérique mais cela suffit à perturber le cycle naturel dans la mesure où ce flux vient accroître chaque année un stock qui perdurera 200 ans : ainsi la teneur en gaz carbonique dans l’atmosphère a augmenté de 30% depuis le début de l’ère industrielle. Actuellement, un habitant des pays développés rejette 5 tonnes de CO2 par an, un habitant des pays en développement 400 kg, et cela risque de s’accroître dans les décennies à venir si des mesures ne sont pas prises rapidement. En effet, il faudrait que le taux actuel d’environ 7GtC/an émis passe à moins de 3GtC/an, effort qui serait « sans commune mesure avec les chipotages autour du protocole de Kyoto qui ne vise qu’à stabiliser les émissions de 2012 au niveau de celles de 1990 » selon Adolphe Nicolas.
Reste à envisager les conséquences d’une telle pression anthropique sur l’environnement…

Réchauffement climatique

La Terre se réchauffe-t-elle ? Il est très difficile de mesurer un accroissement de la température dans la mesure où les variations annuelles peuvent masquer une évolution générale. Cependant, les scien-tifiques ont constaté un réchauffement infime mais indiscutable de 0,6°C depuis le début du XXème siècle, réchauf-fement qui est pro-portionnel à l’accrois-sement de la teneur en gaz à effet de serre de l’atmosphère. Partant du constat que l’homme continue de surcroît de modifier la composition de l’atmosphère, et notamment sa teneur en CO2, le rapport du GIEC de 2001(Groupe International sur l’Evolution du Climat, fondé en 1988) estime que la température pourrait augmenter de 1,4°C selon les plus optimistes, à 5,8°C, selon les plus pessimistes, d’ici à 2100. La fourchette des prévisions peut sembler très large, mais cela est lié au fait que suivant les « modèles climatiques » mis au point par les scientifiques, certains facteurs susceptibles d’influencer le réchauffement sont ou ne sont pas pris en compte. Ces facteurs sont appelées rétroactions et peuvent être positives ou négatives. Par exemple, le réchauffement pourrait provoquer un surcroît d’évaporation au niveau des océans. Cette vapeur d’eau supplémentaire pourrait accroître l’effet de serre, et l’on parle de rétroaction positive. A l’inverse, les poussières et particules en suspension dans l’atmosphère, appelées « aérosols », peuvent constituer une rétroaction négative. Ces poussières peuvent être d’origine naturelle (par exemple les nuages propulsés dans l’atmosphère après une éruption volcanique) ou anthropique (par exemple le nuage brun au dessus de l’Asie du Sud-Est liés à l’utilisation de bois, de charbon et de fiouls sales comme combustibles). Les aérosols réfléchissent les rayons du soleil et contribuent ainsi à refroidir la température et on peut penser qu’ils pourraient ainsi participer à limiter l’effet de serre. Mais on connaît encore très mal leurs effets.
Toujours est-il que réchauffement il y a, même si nombreuses sont les incertitudes liées aux rétroactions. Aussi, on peut s’attendre, en prenant la moyenne, à une augmentation de 3°C à la fin du siècle. Plus vraisemblablement, compte tenu de la croissance démographique et de la consommation énergétique que devrait être celle des pays en développement d’ici quelques années, c’est généralement le chiffre de 5°C supplémentaires qui est retenu. Si l’on suit les évolutions du climat depuis les origines (par l’examen des carottes glaciaires), on s’aperçoit que la Terre s’est toujours maintenue dans un équilibre où les températures étaient favorables à la vie. Jusqu’ici, les températures ne se sont pas écartées de plus de 5 à 6°C par rapport à la température actuelle. Or ce seuil, nous risquons de le dépasser car si la température augmente de 5°C en 2100, ce seront 10°C supplémentaires en 2300. Ce réchauffement risque d’entraîner un « changement global », c’est-à-dire un changement qui risque d’affecter non seulement toute la planète mais aussi tous les secteurs de notre vie.
Le changement global

Lors de la dernière glaciation, il y a 20 000 ans, la température moyenne globale n’était inférieure à celle d’aujourd’hui que de 4 à 5°C : cela peut donner une idée de l’ampleur des conséquences d’une variation de seulement quelques degrés… Comme nous l’avons vu, il est très difficile de prévoir les conséquences climatiques que peuvent avoir des variations de température dans la mesure où il est impossible de prendre en considération toutes les rétroactions positives ou négatives. Pour ne citer que quelques conséquences qui sont envisagées par les scientifiques, voici quelques exemples empruntés à Adolphe Nicolas.
1 Première conséquence : des climats régionaux beaucoup plus contrastés entraînant la désertification de certaines régions l’augmen-tation de la pluviométrie dans d’autres, etc…
2 Des phénomènes météorologiques extrêmes (tempêtes, tornades, cyclones, sécheresses…) beaucoup plus fréquents. Or une plus grands fréquence serait lourde de conséquences : pensons à la sécheresse de 1976 ; si elle se reproduisait tous les 5 ans, elle affecterait la biosphère de façon irréversible…
3 Une montée des eaux due à la dilatation des océans. L’eau risque de monter de 50 cm d’ici à la fin du siècle, puis d’un mètre par siècle. Or rappelons que 20% de la population vit à -3m au-dessous du niveau de la mer. Mais l’augmentation de la température des océans devrait également entraîner une perturbation des courants marins qui régissent les climats (El Nino pourrait se reproduire plus fréquemment ; le Gulfstream qui réchauffe les côtes européennes pourrait également se retirer et l’Europe serait alors sous les glaces).
4 La fonte des calottes polaires, qui au-delà de ses effets désastreux sur la biodiversité pourrait constituer une rétroaction positive dans la mesure où la quantité de rayons solaires réfléchis se verra amoindrie.
5 Des risques sanitaires également liés au déplacement des écosystèmes : on peut prendre l’exemple du paludisme, dont l’aire d’extension risque de s’accroître suite à l’augmentation de la température. Le réchauffement des eaux pourrait également favoriser le développement de maladies hydriques comme le choléra.
6 Une atteinte à la biodiversité : le risque d’extinction de nombreuses espèces. En témoigne déjà le blanchiment des coraux lié à l’augmentation de la température de l’eau.

Tous ces exemples témoignent de combien la menace est grande et il n’est pas sûr que nous soyons en mesure de nous adapter à de tels bouleversements. Pourtant, nous continuons d’attendre que le ciel nous tombe sur la tête si l’on en croit les mesures prises jusqu’à présent et le manque de prises de conscience individuelles… Est-ce par orgueil que l’homme veut continuer de croire qu’une croissance infinie est possible dans un monde fini ?

Marie Hoornaert