2009, année record pour les gaz à effet de serre : le dernier bulletin de l’Organisation Météorologique Mondiale

Après l'échec du sommet de Copenhague (COP15) et à quelques jours du sommet qui se tiendra à Cancun du 29 novembre au 10 décembre 2010 (COP16), l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) publie un bulletin préoccupant concernant le réchauffement planétaire et le méthane.

Dans une première partie de cet article, je reprends presque intégralement le communiqué de presse publié par l’OMM. C'est en effet une synthèse très claire avec des faits et des éléments chiffrés incitant à lire le bulletin complet.

Dans une deuxième partie, j’ajoute quelques éléments d’explication et de terminologie concernant les différents gaz à effet de serre et, en particulier, les unités de mesure, utilisées dans ce domaine, l’utilisation du mot carbone masquant parfois le rôle des autres gaz à effet de serre.

La péninsule du Yucatan au Mexique vue par le satellite européen Envisat le 7 mai 2008 à 15h58 UTC.
La ville de Cancun où se tiendra la conférence sur le climat fin novembre apparaît comme une petite
tâche blanche tout à fait au nord et à l'est. Plus a l'ouest, l'autre tâche claire est Merida. C'est une région riche en sites archéologiques de l'époque maya : Chichén Itza, Tulum, Uxmal, Palenque, etc. Les petites formations de nuages sont créées par la vapeur d'eau émise par la forêt. C'est la photosynthèse :
les arbres respirent en absorbant du gar carbonique ! C'est un des enjeux des décisions sur les mécanismes REDD (Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation) Sur la côte,
la couleur de l'eau donne envie de se baigner. Souhaitons qu'à Cancun les débats porteront
davantage sur la plage de température que sur la température de la plage...
Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

Le bulletin de l’Organisation Météorologique Mondiale consacré aux gaz à effet de serre en 2009 :

Les principaux gaz à effet de serre ont atteint leurs plus hauts niveaux jamais observés depuis l’époque préindustrielle. Le réchauffement planétaire pourrait entraîner un accroissement des émissions de méthane dans les régions arctiques. Selon le Bulletin, le forçage radiatif total induit par l’ensemble des gaz à effet de serre persistants a augmenté de 27,5 % entre 1990 et 2009 et de 1,0 % entre 2008 et 2009, ce qui reflète l’accroissement des teneurs en dioxyde de carbone, en méthane et en oxyde nitreux de l’atmosphère.

Selon Michel Jarraud, Secrétaire général de l’OMM, « Les concentrations de gaz à effet de serre ont atteint des niveaux records malgré le ralentissement de l’activité économique, a déclaré Et ces concentrations auraient même été plus élevées sans l’action menée au plan international pour limiter cette hausse. De plus, les rejets possibles de méthane à partir du pergélisol de l’hémisphère Nord et des zones humides sous l’effet du changement climatique sont extrêmement préoccupants et font l’objet de recherches et d’observations intensives. »

 Le dioxyde de carbone (CO₂) est le gaz à effet de serre d’origine humaine le plus abondant dans l’atmosphère et contribue pour 63,5 % au forçage radiatif global induit par les gaz à effet de serre persistants. Ce forçage radiatif global correspond à la différence entre le rayonnement qui pénètre dans l’atmosphère et celui qui en sort. Un forçage positif a tendance à réchauffer la surface de la Terre et un forçage négatif, à la refroidir.

Pendant la dizaine de milliers d’années qui ont précédé la révolution industrielle vers le milieu du 18ème siècle, la teneur de l’atmosphère en CO₂ est restée pratiquement constante, se chiffrant à quelque 280 ppm (ppm = nombre de molécules du gaz considéré par million de molécules d’air sec).

Depuis 1750, le CO₂ atmosphérique a augmenté de 38 %, essentiellement à cause des émissions dues à la combustion des combustibles fossiles, au déboisement et aux changements d'affectation des terres. Selon l’OMM, ces 10 dernières années, la concentration de dioxyde d’azote s’est accrue de 1,88 % par an en moyenne.

Le méthane (CH₄) contribue pour 18,1 % au forçage radiatif global. C’est le deuxième plus important gaz à effet de serre persistant, après le dioxyde de carbone.

Avant le début de l’ère industrielle, la teneur en méthane de l’atmosphère était d’environ 700 ppb (ppb = nombre de molécules du gaz considéré par milliard de molécules d’air sec). Depuis 1750, cette teneur a augmenté de 158 %, principalement du fait de l’accroissement des émissions dues à des activités humaines telles que l’élevage de bovins, la riziculture, l’exploitation des combustibles fossiles et la mise en décharge des déchets. Environ 60 % des émissions de méthane sont d’origine humaine,

les 40 % restants étant d’origine naturelle (zones humides, etc.).

Après une période de stabilisation temporaire de 1999 à 2006, la concentration de méthane a de nouveau augmenté entre 2007 et 2009. Selon le Bulletin sur les gaz à effet de serre, cet accroissement est probablement dû à des émissions de méthane supérieures à la moyenne dans les zones humides aux latitudes élevées de l’hémisphère Nord résultant d’une hausse exceptionnelle des températures en 2007 et à de fortes précipitations dans les zones humides tropicales en 2007 et 2008.

On précise cependant que les raisons de cet accroissement récent de la concentration de CH₄ ne sont pas encore parfaitement comprises. Dans l’hémisphère Nord, le pergélisol renferme de grands réservoirs de carbone organique et de clathrates de méthane (une variété de glace qui contient beaucoup de méthane dans sa structure cristalline). Un réchauffement rapide et la fonte du pergélisol pourraient donc avoir pour effet de

libérer de grandes quantités de méthane dans l’atmosphère, ce qui contribuerait à accélérer le réchauffement planétaire.

L’oxyde nitreux (N₂O), aussi appelé oxyde de diazote ou protoxyde d’azote, contribue pour 6,24 % au forçage radiatif global. Ses émissions dans l’atmosphère sont d’origine naturelle et humaine, puisqu’elles proviennent notamment des océans, des sols, de la combustion de la biomasse, de l’épandage d’engrais et de divers procédés industriels. En 2009, la concentration moyenne de N₂O à l’échelle du globe a atteint 322,5 ppb, en progression de 19 % par rapport au niveau de l’ère préindustrielle.

Autres gaz à effet de serre : l’ensemble des hydrocarbures halogénés contribuent pour 12 % au forçage radiatif (une contribution presque deux fois supérieure à celle de l’oxyde nitreux). Certains de ces hydrocarbures halogénés tels que les chlorofluorocarbones (CFC), utilisés auparavant comme réfrigérants, propulseurs dans les aérosols et solvants, voient leur concentration diminuer lentement par suite de l’action engagée sur le plan international pour préserver la couche d’ozone protectrice de la Terre.

Toutefois, la concentration d’autres gaz tels que les hydrochlorofluorocarbones (HCFC) et les hydrofluorocarbones (HFC), utilisés comme substituts des CFC parce qu’ils portent moins atteinte à la couche d’ozone, augmente rapidement. Ces deux sortes de composés sont des gaz à effet de serre très puissants dont la durée de vie dans l’atmosphère est bien supérieure à celle du dioxyde de carbone.

Le rôle de l’organisation Météorologique Mondiale dans les observations des gaz à effet de serre :

L’OMM, par l’intermédiaire de son Programme de la Veille de l’atmosphère globale (VAG), coordonne les observations des gaz à effet de serre dans l’atmosphère effectuées au moyen d’un réseau de stations réparties dans plus de 50 pays, y compris à haute altitude dans les Andes et l’Himalaya. Les données recueillies, qui font l’objet d’un contrôle de la qualité, sont archivées et distribuées par le Centre mondial de données relatives aux gaz à effet de serre de l’OMM (hébergé par le Service météorologique japonais JMA).

Le bulletin de novembre 2010 est le sixième d'une série de bulletins annuels, dont le premier a été publié en 2004 et qui font état du consensus mondial des milieux responsables de la Veille de l’atmosphère globale de l’OMM au sujet de l'évolution récente et de la concentration atmosphérique des principaux gaz à effet de serre.

Quelques informations complémentaires sur les Gaz à effet de serre et les unités de mesure utilisées :

Comme toujours, la terminologie et les unités sont très importantes et un usage approximatif peut entraîner des erreurs d’appréciation importantes.

Le dioxyde de carbone n’est pas le seul gaz à effet de serre (GES ou GHG pour Green House Gas en anglais). Le communiqué de l’OMM mentionne les concentrations des principaux gaz mais il faut tenir compte également de leur impact respectif.

Les gaz ne possèdent pas tous les mêmes capacités d’absorption du rayonnement infrarouge terrestre et ils n’ont pas tous la même durée de vie. Ain de comparer leur impact sur le réchauffement planétaire, le GIEC (Groupement Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du Climat) propose l’indice PRG (Potentiel de Réchauffement Global) permettant d’évaluer la contribution relative au réchauffement climatique de l’émission d’1kg de gaz à effet de serre par comparaison avec l’émission d’1kg de CO₂ pendant une période déterminée de 100 ans.

J’ai ajouté dans le tableau suivant les valeurs de ce potentiel de réchauffement Global (ou GWP, Global Warming Potential), extrait du dernier rapport d’évaluation du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat).  Selon les secteurs d’activité, l’importance relative des gaz à effet de serre change : L’oxyde nitreux ou protoxyde d’azote N₂O (le fameux gaz hilarant qui ne fait rire personne dans ce cas précis…) et le méthane CH₄ (principalement lié à l’élevage et à la riziculture) sont dans le domaine de l’agriculture des contributeurs plus importants à l’effet de serre que le CO₂, comme le montrent les trois figures suivantes extraites du rapport établi pour la France en 2000.

L’équivalence en CO₂ (CO₂éq) est définie par la quantité d’émissions de CO₂ qui provoquerait le même forçage radiatif, multiplié par le PRG de chaque gaz, afin de prendre en compte notamment des différences de durée de vie dans l’atmosphère. On prend donc ainsi en compte le rôle « instantané » de chaque molécule et sa durée de vie.

Il faut avoir ce « bras de levier » à l’esprit quand on compare les concentrations (en parties par millions ou parties par milliards) mentionnées dans le communiqué due l’OMM.

 Une autre unité est également souvent utilisée, « l’équivalent carbone ». On l’obtient en multipliant le PRG de chaque gaz par le rapport entre la masse d’un atome de carbone (C = 12g.mol-1) et celle d’une molécule de dioxyde de carbone (CO₂ = 44g.mol-1). Donc, Equivalent carbone = PRG x 12/44. Pour les émissions de CO₂, cette unité représente précisément la masse correspondante de carbone. Elle est également utilisée pour tous les autres gaz même pour ceux qui ne contiennent pas de carbone et sert de référence pour comparer les émissions entre elles. Les équivalents carbone des principaux gaz figurent dans la dernière colonne du tableau.

Pouvoir de réchauffement global (PRG ou GWP) des gaz à effet de serre

(Source : IPCC, 4^ème rapport d'évaluation, 2007 et calcul de l'équivalent carbone)

Le mot carbone ne doit pas faire oublier le rôle des autres gaz…

Un exemple en France pour le dioxyde de carbone, le méthane et le protxyde d’azote

Les trois cartes suivantes me paraissent être de bons exemples montrant l’influence relative des différentes activités humaines sur les émissions de gaz à effet de serre. Ces cartes sont des « inventaires départementalisés » valables pour l’année 2000 (les dernières données publiées). Elles sont extraite du rapport du CITEPA, Centre Interprofessionnel Technique d'Etudes de la Pollution Atmosphérique. Créé en 1961, le CITEPA assure la fonction de Centre National de Référence et a en France le mandat de réaliser les inventaires d'émissions dans l'air.

Trois cartes extrait du rapport du CITEPA sur les émissions par départmeent en 2000.
Crédit image : CITEPA

Je vous laisse le soin de regarder avec vos élèves si on peut mettre en évidence des corrélations pour chaque type de gaz avec les grandes zones urbanisées avec sites industriels et usage intensif des transports, les zones de cultures où les engrais azotés contribuent aux émissions et les zones d'élévage...

En savoir plus :

• Le Bulletin pour 2009 de l’OMM, en anglais (traduction à venir dans toutes les langues officielles de l’ONU). Note : les précédents bulletins de la série peuvent être consultés ici.
• Sur le site de l'OMM, une vidéo de trois minutes sur les gaz à effet de serre.
• Sur le site du GIEC, le dernier rapport d'évaluation publié en 2007.
  
• Sur le site du CITEPA, le rapport du CITEPA sur les émissions par département (année 2000), le dernier rapport sur les émissions de gaz à effet de serre au titre de l'UNFCCC et la lettre d’information "C'est dans l'air" de novembre 2010.
• Les autres articles sur le changement climatique et ceux sur la déforestation et le mécanisme REDD.

Suggestions d'utilisations pédagogiques en classe :

• Sur le thème du changement climatique, un travail sur les unités de mesures, à partir des notions abordées dans cet article mais aussi sur les mesures de températures, les moyennes temporelles et spatiales, etc. Un sujet très riche et propice à de nombreuses activités !
• Mettre en place en classe des activités expérimentales pour comprendre l'effet de serre. Imaginer des petites manips où on peut mettre en évidence des différences d'effets de serre avec une instrumentation simple (thermomètre) et faire des relevés.
  
• Voir également les suggestions proposées dans les deux articles "Déforestation, développement durable et changement climatique : un exemple de suivi de longue durée et à grande échelle de la forêt amazonienne (Mato Grosso) avec les satellites d'observation" et "Université d'été Espace Education du CNES : retour en images sur une semaine studieuse pour 105 enseignants".