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Le réchauffement climatique, ou réchauffement planétaire, est le phénomène d’augmentation des températures moyennes océaniques et atmosphériques, du fait d’émissions de gaz à effet de serre excessives. Ces émissions dépassent en effet la capacité d’absorption des océans et de la biosphère et augmentent l’effet de serre, lequel piège la chaleur à la surface terrestre. Le terme « réchauffement climatique » désigne plus communément le réchauffement mondial observé depuis le début du xxe siècle, tandis que l’expression « changement climatique » désigne plutôt les épisodes de réchauffement ou refroidissement d’origine naturelle qui se sont produits avant l’ère industrielle. Dans son quatrième rapport datant de 2007, auquel ont participé plus de 2 500 scientifiques de 130 pays, le GIEC affirme que le réchauffement climatique depuis 1950 est « très probablement » dû à l’augmentation des gaz à effet de serre d’origine anthropique (liés aux activités humaines).  (source Wikipédia)

Contrairement à une idée répandue, le CO2 n’est pas le seul gaz à effet de serre et si la presse évoque, de temps en temps, le méthane connu au travers du « pet des vaches », la liste des gaz à effet de serre est longue. De plus, il existe d’autres contributeurs au changement climatique qui ne sont pas des gaz (le noir de carbone par exemple).

On distingue les gaz à effet de serre « naturels », comme la vapeur d’eau et le CO2, lesquels préexistent à l’apparition de l’homme sur terre, mais également le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), l’ozone (O3) et les gaz « industriels », qui n’existent pas à l’état naturel et dont les plus connus sont les CFC — interdits par le protocole de Montréal de 1987 — mais encore présents dans un certain nombre de systèmes de réfrigération, les halocarbures (comprenant des molécules de gaz halogène tels que le fluor et le chlore combinés avec des hydrocarbures), mais également l’hexafluorure de soufre (SF6) que l’on utilise dans les applications électriques et les doubles vitrages.

La norme ISO 14064-1:2018 donne un cadre afin de pouvoir déterminer la contribution de chaque organisation — entreprise ou collectivité — afin de déterminer la contribution à l’émission ou à la réduction des gaz à effet de serre… Comme nous l’avons précisé précédemment, la vapeur d’eau n’est pas mesurée en tant que gaz à effet de serre, car elle a une durée de vie de quelques semaines, ce qui n’empêche pas les scientifiques de faire des recherches sur les facteurs globaux de contribution à l’effet de serre de la vapeur d’eau, laquelle est l’élément déterminant du phénomène, y contribuant pour 72 %2 (la vapeur d’eau plus les nuages).

1 Voir les articles de Manicore.com, le site manicore.com a été remplacé en août 2018 par jancovici.com en français et en anglais.
2 Source : GIEC, rapport 2007.


gaz à effet de serre

ISO 14064, Partie 1
3.1.1 Gaz à effet de serre GES Constituant gazeux de l’atmosphère, naturel ou anthropique, qui absorbe et émet le rayonnement de longueurs d’onde spécifiques du spectre du rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre, l’atmosphère et les nuages.
Note 1 : pour obtenir la liste des GES, se référer au dernier Rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC).
Note 2 : la vapeur d’eau et l’ozone sont des gaz à effet de serre d’origine anthropique et naturelle mais ils ne figurent pas parmi les GES reconnus étant donné que, dans la plupart des cas, il est difficile d’isoler la composante de réchauffement planétaire induite par l’Homme et imputable à
leur présence dans l’atmosphère.

La description des principaux gaz à effet de serre

La définition d’un gaz à effet de serre est à la fois très simple et très compliquée pour le profane : un « gaz à effet de serre » est tout simplement un gaz présent dans l’atmosphère terrestre et qui intercepte les infrarouges émis par la surface terrestre.

Ce sont des gaz dont nous n’avons pas entendu parler depuis « tout petit déjà » parce que ni l’azote ni l’oxygène, les deux gaz les plus abondants dans l’atmosphère (78 % et 21 % respectivement), que beaucoup d’entre nous connaissent, n’ont cette propriété (pour les amateurs de précisions, un gaz ne peut absorber les infrarouges qu’à partir de trois atomes par molécule, ou à partir de deux si ce sont deux atomes différents. Du coup ni l’azote — diazote pour être précis — ni l’oxygène — dioxygène pour l’être tout autant — ne sont dans la catégorie des gaz à effet de serre)3.

3 J. M. Jancovici, Quels sont les gaz à effet de serre ?

Le dioxyde de carbone (CO2)

Le CO2 est le principal gaz à effet de serre, ayant une permanence dans l’atmosphère supérieure à cent ans. Il contribue à la photosynthèse. Les applications pratiques sont les suivantes :

Les origines

Le CO2 existe sous deux formes principales :

  1. sous une forme fossile, les principaux gisements, en France, se situent en bordure du Massif central :
  • à Montmirail, découvert en 1987, il est exploité pour 30 ans, sur 37,5 km2. Le gisement d’un gaz à 96 % de dioxyde de carbone est situé à 2 500 m de profondeur, avec des réserves estimées à 1 milliard de m3. Mis en service en 1991, le gisement a été exploité par la société Air Liquide avec une production de 300 t/jour,
  • à Vacquières, découvert en 1995, il est exploité pour 25 ans, sur 30 km2. Le gisement d’un gaz à 98 % de dioxyde de carbone est situé à 2 500 m de profondeur, avec des réserves estimées à 1 milliard de m3 ;
  1. la combustion ou la décomposition de matières organiques.

Les applications pratiques et industrielles

Le CO2 est utilisé pour ses propriétés physiques (solvant) ou chimiques (acide). Il se liquéfie aisément au-dessous de –31 °C. C’est sous forme liquide qu’il se trouve dans les bouteilles du commerce. La neige carbonique est la forme solide, qui se sublime à –79 °C, sous la pression atmosphérique, et que l’on emploie comme agent réfrigérant. Le gaz carbonique sous pression est soluble dans l’eau (eaux minérales, eau de Seltz). À l’état supercritique (sous une pression supérieure à 75 bars, à une température de 35 °C), le gaz carbonique possède des propriétés de solvant très utilisées dans l’industrie, où il remplace
avantageusement les solvants chlorés (CFC — chlorofluorocarbures) et l’eau.

Le CO2 est un sous-produit industriel de la fabrication de l’ammoniac (lors de la production de H2), de la chaux et des ciments (calcination du calcaire), du méthanol, du bioéthanol, de la bière, du vin (fermentations alcooliques). Il est récupéré à ce stade et il subit des épurations pour l’amener à une qualité soit industrielle, soit alimentaire. On l’utilise notamment pour les boissons gazeuses, l’industrie agroalimentaire (surgelés et fourgons réfrigérés), le traitement de l’eau, le soudage et le nettoyage.

Les principales multinationales des gaz industriels sont Air Liquide, Messer France, Linde Gas, Air Products.

Les usages industriels sont les suivants :

  • pour la gazéification des boissons et l’industrie agroalimentaire, un CO2 très pur est utilisé : on parle de CO2 de qualité « alimentaire » ;
  • il existe de multiples applications de niche, comme l’utilisation du CO2 supercritique pour la cosmétique, la pharmacie ou l’électronique.

De nouvelles applications du CO2 se développent et parfois peuvent être une solution de séquestration à condition d’être utilisées en aval des applications industrielles.

Par exemple4 :

  • la récupération assistée du pétrole (EOR-CO2) pour la récupération assistée du pétrole (EOR : Enhanced Oil Recovery) utilisée depuis les années 1950 et qui permet d’augmenter de 30 à 60 % le pétrole extrait ;
  • au niveau industriel, le CO2 sert à la synthèse d’urée pour les fertilisants ou la production de plastiques, et l’acide salicylique est utilisé comme médicament, conservateur alimentaire et antiseptique. Dans les synthèses en développement (synthèses assez bien connues mais non industrialisées), on compte les polycarbonates servant à produire des élastomères pour des applications cliniques, ainsi que des carbonates organiques linéaires, utilisés comme solvants en médecine, pour les cosmétiques, comme intermédiaires chimiques, et comme additif dans le
    diesel. Enfin, les carbonates organiques cycliques deviennent des solvants ou sont utilisés comme précurseurs dans la synthèse de polymères ;
  • les synthèses en phase de recherche sont les acides carboxyliques, utilisés comme solvants ou pour la synthèse d’adhésifs, de colles et de revêtements, ainsi que les carbamates, utilisés pour la synthèse de produits pharmaceutiques, de pesticides ou de matières plastiques comme le polyuréthane.

4 Informations extraites du site club CO2 (http://www.captage-stockage-valorisation-co2.fr)

gaz à effet de serre

Définition selon le GIEC (glossaire des termes du rapport 2014) • Dioxyde de carbone (CO2 ) : gaz d’origine naturelle ou résultant de la combustion des combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon, etc.) et de la biomasse ainsi que des changements d’affectation des terres et d’autres procédés industriels (exemple : production de ciment).
C’est le principal gaz à effet de serre anthropique qui influe sur le bilan radiatif de la Terre. C’est aussi le gaz de référence pour la mesure des autres gaz à effet de serre, dont le potentiel de réchauffement global est donc égal à 1.

Une des orientations majeures pour réduire l’effet du réchauffement climatique est d’augmenter la séquestration du CO2.

La première méthode consiste à augmenter la photosynthèse en démultipliant la présence d’arbres, notamment en croissance, la photosynthèse se réduit avec l’âge des arbres, ce qui suppose une gestion durable des forêts. On emploie l’expression d’atténuation (mitigation en anglais qui vient du mot français « mitigation ») des gaz à effet de serre.

La seconde méthode consiste à installer en aval des usines produisant du gaz carbonique (une fois avoir recherché des solutions internes de substitution pour utiliser les énergies les moins émetteurs de gaz carbonique), des processus de fabrication utilisant le gaz carbonique produit. On emploie l’expression
d’adaptation car le processus est lié au système qui émet du CO2.

4 Informations extraites du site club CO2 (http://www.captage-stockage-valorisation-co2.fr)

Le méthane

Ce gaz très volatil est connu sous la forme de feux follets dans les zones marécageuses et a fait l’objet de nombreuses légendes et écrits illustrant les phénomènes sataniques. Découvert et isolé à la fin du xviiie siècle, il est stocké dans les sous-sols en tant que gisement de gaz naturel.

Sa contribution au gaz à effet de serre a plus que doublé depuis le début de
l’ère industrielle (1850-1900). Les sources naturelles en dehors des terres marécageuses et des marais sont les termites et les océans. Des études scientifiques ont souligné le risque majeur de dégagement de méthane du fait de la fonte de la banquise, contenu dans le
pergélisol (permafrost en anglais, appellation passée dans le langage courant) et qui représente 25 % des terres émergées dans l’hémisphère Nord.

C’est le plus gros réservoir de carbone continental de la planète, devant les réserves de
combustible fossile que sont le pétrole, le gaz et le charbon : « 1 700 milliards de tonnes de carbone d’origine végétale s’y sont accumulées depuis la dernière glaciation, explique Florent Dominé5. C’est deux fois plus de carbone que n’en contient actuellement l’atmosphère !6 »

5 Chercheur au laboratoire franco-canadien Takuvik.
6 Source : Laure Cailloce, « Pergélisol, le piège climatique », Journal du CNRS, 26/01/2015.

Les sources synthétiques incluent l’exploitation et la brûlure des combustibles fossiles, les processus digestifs chez les ruminants tels que les bétails (le pet de vache en a fait son succès), le paddy de riz (riz à sécher le long des routes) et les sites d’enfouissement des déchets.

Comme nous l’avons précédemment écrit, le méthane joue un rôle de plus en plus important compte tenu de l’évolution de la valeur du pouvoir de réchauffement global (PRG) d’une émission ponctuelle de méthane à horizon de cent ans, proposée par le GIEC. « Elle est passée en moins de vingt ans de 21 à 34 (et à l’horizon de vingt ans de 72 à 86) » écrit Benjamin Dessus dans Reporterre (janvier 2015)7. L’importance du stock mondial de méthane fait peser une augmentation des risques de réchauffement climatique.

Des initiatives industrielles se mettent en place afin d’exploiter ce méthane, notamment celui résultant des décharges de déchets (Veolia), d’autres initiatives essaient d’utiliser le lisier ou d’autres sous-produits de l’agriculture.

7 Cité par Global Chance, Benjamin Dessus est ingénieur et économiste et président de Global Chance.

gaz à effet de serre

Définition selon le GIEC (glossaire des termes du rapport 2014) • Méthane (CH4 ) : l’un des six gaz à effet de serre dont les émissions doivent être réduites au titre du Protocole de Kyoto. Constituant principal du gaz naturel, le méthane est présent dans tous les combustibles hydrocarbonés ; il est aussi lie à l’élevage et à l’agriculture.

L’oxyde nitreux ou le protoxyde d’azote (N2O)

Ce gaz léger, dit gaz hilarant en raison de l’euphorie qu’il provoque, est utilisé essentiellement en anesthésie et chirurgie pour ses propriétés analgésiques et anesthésiques.

Le N2O est un gaz incolore et ininflammable, stable dans les basses couches de l’atmosphère, mais décomposé dans les couches plus élevées (stratosphère) par des réactions chimiques impliquant la lumière du soleil.8

Le gaz est issu du sol (fertilisation) et des océans, mais il est produit également par la combustion des matières organiques, les combustibles fossiles, l’industrie et les stations d’épuration. Il est également produit par l’utilisation d’engrais azotés, la combustion de matière organique et de combustibles fossiles, et la production de nylon. Il est un fort contributeur de l’émission de gaz à effet de serre dans les activités agricoles (76 %).

Il est en partie responsable de la destruction de l’ozone. Le sol et les océans sont les principales sources naturelles de ce gaz. En France, l’agriculture contribuerait aux 3/4 des émissions de N2O provenant essentiellement de la transformation des produits azotés (engrais, fumier, lisier, résidus de récolte) dans les sols agricoles.

Produit dangereux et étiqueté comme tel (phase R8 facilite la combustion, S9 stocké dans un local bien ventilé et S17 éloigné des sources de chaleur), il a des effets neurologiques graves, y compris sur le fœtus, notamment lorsqu’il est utilisé comme drogue.

gaz à effet de serre

Définition selon le GIEC (glossaire des termes du rapport 2007) • Oxyde nitreux (N2O) : l’un des six gaz à effet de serre dont il est prévu de réduire les émissions au titre du Protocole de Kyoto. L’agriculture (gestion des sols et des effluents d’élevage) est la principale source anthropique d’oxyde nitreux, même si l’épuration des eaux usées,
la combustion des combustibles fossiles et les procédés de l’industrie chimique jouent également un rôle important à cet égard. L’oxyde nitreux est aussi émis naturellement par
toute une série de sources biologiques dans les sols et dans l’eau, et notamment par l’action microbienne dans les forêts tropicales humides.

Les hydrofluorocarbones (HFC)

Ces gaz ont un grand succès car ils tendent à remplacer les CFC (interdits par le Protocole de Montréal de 1987). Les chlorofluorocarbures et les HCFC (hydrochlorofluorocarbures) sont utilisés comme fluides de réfrigération et/ou propulseurs d’aérosols, notamment pour les laques et autres produits à effet de dispersion.

Leur succès provient de l’absence d’incidence sur la couche d’ozone et de leurs performances énergétiques augmentées, mais ils ont un PRG très élevé (11 700 fois celui du CO2 pour certains d’entre eux), ce qui contribue à augmenter les contributions aux gaz à effet de serre des pays tropicaux, lesquels sont fort demandeurs en climatisation et en refroidissement.

Ce sont des halogénoalcanes gazeux de la famille des fluorocarbures (FC). Ces gaz fluorés composés d’atomes de carbone, de fluor et d’hydrogène sont notamment utilisés dans les systèmes de réfrigération, des aérosols et la fabrication de mousses isolante.

Pour ces raisons, l’Europe a décidé de réduire de deux tiers l’usage des HFC à la suite d’une décision votée au Parlement européen en 2014 (et annoncée dès 2011), mais semble toujours en phase de consultation.

gaz à effet de serre

Définition selon le GIEC (glossaire des termes du rapport 2007) • Hydrocarbures halogénés : terme collectif désignant le groupe des composés organiques partiellement halogénés comprenant notamment les chlorofluorocarbones (CFC), les
hydrochlorofluorocarbones (HCFC), les hydrofluorocarbones (HFC), les halons, le chlorure de méthyle et le bromure de méthyle. Bon nombre d’entre eux ont un potentiel de réchauffement global élevé. Les hydrocarbures halogénés contenant du chlore et du brome contribuent également à l’appauvrissement de la couche d’ozone.

Les hydrocarbures perfluorés (PFC)

Ces gaz sont des composés halogénés gazeux de la famille des fluorocarbures (FC). Ces gaz fluorés sont composés d’atomes de carbone et de fluor. Ces gaz ne sont émis qu’en petites quantités dans l’atmosphère, mais ils participent activement aux changements climatiques en raison de leur grand potentiel de réchauffement planétaire (PRP : 100 ans) correspondant en moyenne à 7 600 fois celui du dioxyde de carbone (CO2), allant d’un facteur de 6 500 (CF4) à un facteur de 9 200 (C2F6).

Ces grandes valeurs de potentiel de réchauffement planétaire sont notamment dues à leur grande durée de vie dans l’atmosphère, allant de 2 600 années (C3F8 et C4F10) à 50 000 années (CF4). Ces gaz sont utilisés en médecine et en plongée sous-marine. Il n’existe pas
de bouteille pour les plongées sans PFC.

gaz à effet de serre

Définition selon le GIEC (glossaire des termes du rapport 2007) • Hydrocarbures perfluorés : figurent parmi les six gaz à effet de serre dont il est prévu de diminuer les émissions au titre du Protocole de Kyoto. Sous produits de la production
d’aluminium et de l’enrichissement de l’uranium, ils remplacent aussi les chlorofluorocarbones dans la fabrication des semi-conducteurs.

L’hexafluorure de soufre (SF6)

L’hexafluorure de soufre est un composé chimique de soufre et de fluor, de formule chimique SF6. C’est un gaz inerte, sans odeur, incolore. Il est utilisé dans :

  • la métallurgie pour la production d’aluminium et de magnésium ;
  • la fabrication de semi-conducteurs (en raison de son caractère inerte et de sa densité permettant de maintenir la pureté du milieu contre les poussières et éléments oxydants), ainsi que dans la gravure ionique réactive du silicium ;
  • la construction électrique : postes électriques (Gas Insulated Substation) et appareillage électrique à haute tension pour sa forte protection diélectrique et sa bonne stabilité à l’arc électrique ;
  • les accélérateurs de particules : pour les mêmes raisons ;
  • des applications médicales : par exemple, pour la désinfection des matériels respiratoires contre les microbes aérobies ;
  • la semelle de certaines chaussures de sport jusqu’aux années 2000 (avant d’être
    remplacé par de l’azote, à cause de son caractère de gaz à effet de serre) ;
  • certains tours de magie : à cause de sa très forte densité ;
  • des spectacles : inspiré, il rend la voix plus grave (à cause de sa forte densité qui modifie la vitesse de propagation des ondes sonores dans l’espace vibratoire des cordes vocales) cette pratique est cependant déconseillée à cause des risques élevés de suffocation.

L’hexafluorure de soufre est utilisé dans la fabrication des semi-conducteurs comme source de fluor dans les plasmas de gravure sans générer de sous-produits carbonés. SF6 peut être utilisé pour la gravure de siliciures métalliques (spécialement le tungstène), les nitrures et oxydes déposés sur leur substrat métallique.

L’hexafluorure de soufre est un produit isolant, utilisé comme diélectrique dans les transformateurs électriques. SF6 peut être utilisé comme gaz neutre isolant. SF6 est une molécule traçante pour déterminer les mouvements et la vitesse de l’air dans les immeubles (interdit en Europe depuis 2000).

gaz à effet de serre

Définition selon le GIEC (glossaire des termes du rapport 2007) • Hexafluorure de soufre (SF6 ) : l’un des six gaz à effet de serre dont il est prévu de réduire les émissions au titre du Protocole de Kyoto. Abondamment utilisé dans l’industrie lourde pour isoler l’appareillage haute tension et pour faciliter la fabrication des systèmes de refroidissement des câbles et des semi-conducteurs.
• Il a un potentiel de réchauffement global de 22 800 (valeur révisée à 23 500 dans le cinquième
rapport d’évaluation du GIEC).

Jean Hetzel & John Shideler Edition AFNOR

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