1. INTRODUCTION.
Le grand défi énergétique que devra relever l’humanité
pour assurer un développement durable au cours de ce siècle,
doit prendre en compte trois obligations :
• Maîtriser la demande en énergie
d’une population de plus en plus nombreuse et dont la croissance
du niveau de vie signifie, dans un premier temps, un accroissement
de consommation de matières et d’énergie.
• Maîtriser l’appel aux sources fossiles d’énergie
dont les réserves ne peuvent que diminuer.
• Maîtriser l’impact climatique que peuvent induire
les émissions de Gaz à Effet de Serre (G.E.S.) dont
l’augmentation est due en partie aux activités humaines.
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2. UN RAPPEL D’EVIDENCES.
Un corps exposé aux rayons du soleil s’échauffe
et émet (restitue) de la chaleur autour de lui. C’est
le principe du chauffe-eau solaire. Pour parler plus savamment, ce
phénomène provient de la transformation des rayons lumineux,
absorbés dans ce corps, en chaleur qui se manifeste par l’émission
de rayons non visibles (infrarouges). La loi d’évidence
est qu’un corps chauffé par un rayonnement doit libérer
dans des conditions définies autant d’énergie
sous forme de rayonnement qu’il en reçoit, sous peine
d’atteindre une température infinie. En fait, le bilan
de cet échange d’énergie détermine la température
du corps considéré.
La terre et son atmosphère reçoivent, en provenance
du soleil, un rayonnement leur apportant environ 240 watts par mètre
carré. Si la terre renvoyait dans l’espace une quantité
d’énergie conforme à la règle, la température
de notre planète ne devrait pas, en moyenne, dépasser
–18°C. Heureusement nous bénéficions d’une
ambiance plus chaleureuse qui atteint en moyenne +15°C. L’explication
de cet écart de +33°C réside dans le phénomène
de l’effet de serre.
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3. L’EFFET DE SERRE.
L’effet de serre est un phénomène naturel qui
existe depuis que la terre est la terre. Il a évolué
depuis les origines mais il est responsable de la vie telle que nous
la connaissons et dont nous faisons partie.
Comme tout phénomène naturel, l’effet de serre
est simple dans son principe et compliqué dans son mécanisme,
soumis à de nombreux facteurs.
Le rayonnement solaire direct, peu absorbé par l’atmosphère
terrestre, chauffe la surface du sol. Ce dernier renvoie, comme il
a été dit, un rayonnement vers l’espace. Ce rayonnement
est peu absorbé par l’azote et l’oxygène,
composants principaux de l’atmosphère. Par contre, il
n’en est pas de même pour certains composants dits secondaires
de la couche gazeuse de notre planète. La vapeur d’eau,
le gaz carbonique, le méthane, l’oxyde nitreux, l’ozone
ont un pouvoir d’absorption important pour le rayonnement évacuant
la chaleur émise par la terre. A ces gaz présents dans
les cycles naturels s’ajoutent des gaz synthétisés
industriellement. Cette couverture de gaz à fort pouvoir absorbant
joue le même rôle que celui d’un toit de serre en
s’opposant à la déperdition de la totalité
de la chaleur reçue du soleil.
Toujours présent, ce phénomène a évolué
depuis les premiers temps de notre planète. Lors de la formation
de la terre, l’atmosphère était principalement
composée de gaz carbonique, d’azote et de vapeur d’eau.
Bien que le rayonnement solaire ait été plus faible
que de nos jours, l’important effet de serre exercé par
cette atmosphère a permis d’assurer une température
favorable à l’apparition de la vie. Ainsi ont pu apparaître
les premières plantes unicellulaires, résultant de la
photosynthèse, qui ont été de fait les premiers
pollueurs de l’atmosphère en générant de
l’oxygène aux dépends du gaz carbonique. La diminution
de l’effet de serre qui en est résulté a heureusement
été compensée par un accroissement du rayonnement
solaire.
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4. ETAT DES LIEUX.
Les gaz à effet de serre ont des origines et des importances
différentes. La contribution à l’effet de serre
total de ces divers gaz dépend de leur abondance et surtout
de leur efficacité spécifique. Cette dernière
est la résultante de leur pouvoir absorbant spécifique
et de leur durée d’existence dans l’atmosphère.
Actuellement la contribution à l’effet de serre total
est de 55% pour la vapeur d’eau, de 39% pour le gaz carbonique,
de 2% pour le méthane, de 2% pour l’oxyde nitreux et
de 2% pour l’ozone. A ces gaz ‘’naturels‘’,
il convient d’ajouter les gaz synthétisés par
l’industrie, particulièrement ceux dénommés
halocarbures.
4.1. LA VAPEUR D’EAU (H2O).
Le cas de la vapeur d’eau est particulier car sa concentration
s’adapte rapidement à la température.
La vapeur d’eau rejetée naturellement (volcans –
transpiration végétale ou animale – évaporation
océanique) ou artificiellement (industrie) se condense rapidement
sans avoir eu le temps de modifier durablement la température.
Inversement si la température augmente pour une raison quelconque,
la concentration de la vapeur d’eau croit également
et amplifie l’augmentation de température. Mais la
formation de nuages augmente également la réflexion
de la lumière solaire incidente ; elle contribue ainsi à
une réduction du rayonnement atteignant le sol et donc à
une diminution de la température. Le résultat de ces
phénomènes antagonistes est particulièrement
difficile à appréhender
4.2. LE GAZ CARBONIQUE (CO2).
La photosynthèse, élément important du cycle
naturel du carbone, comporte une phase d’absorption du gaz
carbonique par les végétaux et à travers eux
contribue à la construction de tous les êtres vivants
qui en effectuent donc le stockage. Inversement presque tous les
êtres vivants du règne animal utilisent l’oxygène
et rejettent du gaz carbonique dans leur processus vital. Enfin
la décomposition des êtres vivants après leur
mort produit aussi du gaz carbonique. Le carbone, constituant de
ce gaz, est stocké dans deux grands réservoirs : le
sol ou lithosphère (surtout sous forme de carbonates) et
les océans ou hydrosphère. L’évolution
du dépôt dans la lithosphère, 10 millions de
milliards de tonnes de carbone, s’effectue au rythme géologique.
Le contenu des océans, 40 mille milliards de tonnes, évolue
beaucoup plus rapidement et, de ce fait, joue un rôle plus
important dans la concentration du gaz carbonique dans l’atmosphère.
A ces mouvements naturels s’ajoutent les émissions
dues aux activités humaines en fort accroissement depuis
plus d’un siècle. Actuellement celles-ci sont évaluées
annuellement à environ 30 milliards de tonnes de gaz carbonique,
principalement issues de l’utilisation des combustibles fossiles.
Cet ajout qui peut sembler faible par rapport aux masses stockées
contribue cependant à modifier l’équilibre naturel
en augmentant la charge atmosphérique évaluée
actuellement à 750 milliards de tonnes de gaz carbonique.
4.3. LE METHANE (CH4).
Le méthane est produit par la décomposition de la
matière organique composant la matière vivante. Les
émissions naturelles de méthane sont environ de 200
millions de tonnes par an (dont 30 millions dus aux termites). Les
émissions dues à l’homme (anthropique) sont
plus importantes. L’utilisation de combustibles fossiles est
à l’origine de l’injection dans l’atmosphère
de 100 millions de tonnes annuelles (fuites de gaz, grisou), 100
millions de tonnes proviennent de l’élevage des ruminants,
80 millions de tonnes sont émises par les rizières,
40 millions de tonnes sont générées par la
décomposition de la biomasse et environ 60 millions de tonnes
par les décharges d’ordures ménagères.
4.4. L’OXYDE NITREUX (N2O).
L’oxyde nitreux est le plus stable des oxydes d’azote.
Vingt millions de tonnes sont produites chaque année naturellement
par les bactéries du sol qui fixent incomplètement
l’azote des nitrates. L’utilisation des engrais azotés
par l’agriculture accroît de cinq millions de tonnes
cette production. Les émissions des moteurs thermiques contribuent
également pour cinq millions de tonnes à la charge
atmosphérique chaque année.
4.5. L’OZONE (O3).
L’ozone atmosphérique (d’origine différente
de celle de l’ozone stratosphérique) résulte
de réactions photochimiques complexes entre produits de combustion
soit de la biomasse, soit de combustibles fossiles. Son émission
est essentiellement due aux activités humaines mais ce gaz
a une très courte vie dans l’atmosphère.
4.6. LES HALOCARBURES.
Les halocarbures, les plus connus étant les chlorofluorocarbones
(CFC) sont des gaz de synthèse industrielle. Ils ont été
utilisés comme fluides propulseurs (bombes d’aérosols)
ou réfrigérants et pour la fabrication de mousses.
Tenus pour responsables de la destruction de la couche d’ozone
stratosphérique (trou d’ozone), protégeant la
terre du rayonnement ultraviolet, leur concentration devrait se
stabiliser ou décroître si les clauses du Protocole
de Montréal (1987) sont respectées. Il faut cependant
noter que leurs substituts sont également des gaz à
effet de serre. |
5. LE CLIMAT.
Au cours des derniers millions d’années, des ères
glaciaires ont régulièrement alterné avec des
périodes de réchauffement. L’explication de cette
évolution cyclique se trouve dans la combinaison des variations
de l’activité solaire, du mouvement orbital de la terre
et de l’inclinaison de son axe.
Des moyens d’investigation très élaborés
sont à la disposition des climatologues. Ils ont en particulier
permis de reconstituer l’évolution du climat depuis 400.000
ans à partir des carottes prélevées dans la calotte
glaciaire de l’antarctique.
La température qui a régné durant une période
de temps est déterminée à partir du rapport isotopique
oxygène 18/oxygène 16 de la glace formée à
partir de la neige dont la chute a été associée
à un phénomène d’évaporation de
l’océan. Plus léger, l’oxygène 16
est naturellement plus abondant dans la vapeur d’eau que dans
l’eau liquide. Ce phénomène est d’autant
plus marqué que la température est basse. Inversement,
la teneur relative en oxygène 18 croit avec la température.
Les concentrations en CO2 et CH4 des périodes
correspondantes sont mesurées dans les bulles microscopiques
incluses dans ces mêmes échantillons. Les résultats
les plus récents montrent que l’accroissement des concentrations
du gaz carbonique et du méthane a suivi l’augmentation
de la température avec environ 800 ans de retard. Dans le passé,
c’est donc la température qui a causé l’accroissement
de la concentration de ces gaz à effet de serre par un dégazage
de l’océan et par l’accélération
du métabolisme de la biomasse. Cette augmentation de la concentration
des G.E.S. a ensuite réagi positivement sur la température
et a contribué pour 40% à son accroissement final.
Il est cependant apparu lors d’analyses effectuées sur
des carottes de glace, prélevées au Groenland, l’existence
de brèves et importantes fluctuations de température
allant à l’encontre de la tendance générale
et particulièrement visibles durant les périodes de
réchauffement. Ces diverses observations montrent la complexité
du phénomène.
L’étude du passé a conduit les spécialistes
à tenter une projection dans l’avenir
La mesure de la concentration des principaux gaz à effet de
serre depuis plus de deux siècles, a montré une augmentation
rapide. Cette augmentation s’est accélérée
depuis une centaine d’années à partir de la révolution
industrielle de la fin du XIXème siècle.
Durant cette dernière période, la teneur en gaz carbonique
est passée de 280 à 360 parties par million (ppm), une
valeur jamais atteinte depuis 150000 ans.
Les concentrations des autres gaz à effet de serre ont augmenté
encore plus vite.
Les températures moyennes sur la terre pendant cette même
période ont globalement évolué d’une manière
similaire. La tentation est donc grande d’affirmer une relation
de cause à effet entre ces deux phénomènes. Cependant,
cette conclusion fait toujours l’objet d’un débat.
Une partie de l’augmentation observée des températures
serait due à une croissance de l’activité solaire
qui correspond à la sortie du petit âge glaciaire qui
marqua le règne de Louis XIV (le Roi Soleil !). De plus, la
stabilisation de la température entre 1940 et 1970 semble également
aller à l’encontre de ce que laisserait prévoir
l’évolution des concentrations des gaz à effet
de serre qui ont continué à augmenter. Encore que pour
cette période il a été avancé que cette
pause dans la courbe de croissance des températures serait
due à la période de guerre. Cette anomalie aurait été
provoquée, lors des conflits, par le rejet dans l’atmosphère
de poussières et de gaz (‘’volcanisme humain’’)
s’opposant à la pénétration du rayonnement
solaire.
C’est donc dans ce contexte difficile que le Groupe Intergouvernemental
d’Etude du Climat (G.I.E.C.) a mis au point des modèles
climatiques complexes pour tenter de prévoir les évolutions
futures. Un bon accord a pu être obtenu entre les calculs et
les observations en associant les conséquences des variations
naturelles (activité solaire – éruption volcanique
en particulier) et des émissions dues aux activités
humaines (anthropiques).
Depuis le début du 20ème siècle, la température
moyenne a cru de 1°C environ. La contribution anthropique est
estimée, d’après ce calcul, à environ 0,6°.
L’injection par les activités de l’homme de gaz
à effet de serre, s’ajoutant aux phénomènes
naturels, a pour résultat actuellement une charge de l’atmosphère
de 750 milliards de tonnes de gaz carbonique ; quantité qui
dépasse largement le pouvoir d’absorption de la biosphère
et de l’océan. Si cette croissance de la charge en carbone
de l’atmosphère est responsable de l’augmentation
de la température moyenne de 0,6 à 1°C constatée,
la poursuite de ces rejets au rythme actuel conduirait au cours du
21ème siècle à un stock atmosphérique
de 1250 milliards de tonnes et à une teneur de 600 ppm. La
température moyenne devrait alors enregistrer une augmentation
comprise entre 1,8 et 3°C par rapport à la situation actuelle.
Malheureusement, les projections établies, prenant en compte
l’augmentation de la population, l’accroissement individuel
de la consommation en énergie associée à celui
du niveau de vie, même corrigé par l’amélioration
de l’efficacité énergétique, conduisent
à une situation plus préoccupante. Les scénarios
prévoient un doublement de la consommation énergétique
entre les années 2000 et 2050. Une politique mondiale très
volontariste pourrait réduire ce facteur d’accroissement
à 1,5. Le stock total de carbone atmosphérique atteindrait
cependant 1600 milliards de tonnes et la teneur 770 ppm. La conséquence
serait alors une augmentation des températures moyennes entre
1,8 et 6°C. Les modèles climatiques ne peuvent pas actuellement
prendre en compte des évolutions non linéaires qui pourraient
accélérer ou ralentir le réchauffement (rejet
de CO2 par la biomasse et l’océan –
relâchement de CH4 par le dégel des sols de
Sibérie et du Canada – modification de la circulation
des courants océaniques).
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6. CONSEQUENCES POSSIBLES DE L’EVOLUTION
CLIMATIQUE.
Les spécialistes envisagent que, suivant son importance, l’établissement
d’une température moyenne plus élevée aurait
des conséquences très diverses sur les paramètres
de fonctionnement de la planète.
Deux phénomènes marins majeurs pourraient subir des
modifications considérables.
• « EL NIÑO
» est un renversement des courants de l’Océan Pacifique,
qui se produit tous les 2 à 8 ans de manière aléatoire.
Ses conséquences sont majeures : inondations sur la côte
ouest de l’Amérique du Sud, cyclones en Polynésie,
sécheresse en Asie du Sud-Est, au Brésil et dans les
grandes plaines américaines. Les climatologues ont encore des
difficultés à prévoir le déclenchement
de ce phénomène et son intensité. Le réchauffement
pourrait amplifier ses conséquences.
• Le « GULF STREAM », ce courant marin, transporte
l’eau chaude des Caraïbes jusqu’au large de la
Norvège. Il apporte ainsi à l’Europe occidentale
un supplément d’environ 10°C, lui assurant des
hivers cléments. Le Gulf Stream est actionné par les
eaux plus denses car plus salées venant du Sud, qui s’enfoncent
sous l’Océan en atteignant la partie nord de l’Europe
et retournent vers le Sud. Cette pompe, ainsi amorcée, assure
la circulation des eaux refroidies vers le Sud puis à nouveau
leur remontée vers le Nord après réchauffement
aux Caraïbes. Une élévation des températures
atmosphériques provoquant de fortes précipitations
aux hautes latitudes diluerait les eaux montantes plus salées
et pourraient désamorcer cette pompe. L’Europe occidentale
aurait alors à subir des hivers aussi rigoureux que ceux
du Québec.
En dehors de ces phénomènes majeurs les climatologues,
ont établi un catalogue des changements possibles sinon probables
pour les diverses régions du monde :
• Arctique et Antarctique : la fonte des glaces et la dilatation
des eaux conduisent à une élévation du niveau
des mers de 9 à 88 centimètres avec des conséquences
évidentes pour les basses terres.
• Amérique du Nord : en Floride les cyclones sont plus
fréquents. Au centre, la sécheresse s’intensifie.
Les zones désertiques s’étendent. La production
agricole des grandes plaines est affectée.
• Amérique du Sud : Cyclone tropicaux, tempêtes
et inondations sont plus fréquents. Une baisse des ressources
agricoles est à redouter ainsi qu’une pénurie
en eau liée à la disparition des glaciers andins.
• Afrique : La sécheresse s’amplifie. Le désert
gagne sur la savane. Les ressources en eau baissent, menaçant
une agriculture déjà précaire. Les neiges du
Kilimandjaro pourraient disparaître d’ici 2020.
• Sibérie : Avec le dégel du permafrost (sol
constamment gelé), les zones végétales remontent
de 150 à 500 kilomètres vers le Nord.
• Asie du Sud-est : l’augmentation de la sécheresse
et des cyclones, associée à une submersion des terres
basses (Bangladesh), risque de provoquer une recrudescence de maladies
infectieuses et des migrations de populations.
• Europe : Au nord, les pluies plus abondantes sont favorables
à l’agriculture mais des inondations sont à
redouter. Au sud, les vagues de sécheresse sont plus fréquentes,
menaçant les ressources d’eau potable.
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7. REACTIONS MONDIALES.
Le pire n’est jamais sur. Cependant la communauté internationale
s’est émue de cette menace bien identifiée depuis
environ un quart de siècle. Entre de nombreuses manifestations
de cet intérêt pour la sécurité du Globe,
il faut citer la déclaration finale de la Conférence
de Toronto (1987), organisée dans le sillage du rapport BRUNTLAND
: « l’Humanité se livre sans frein à
une expérience inconsciente qui touche l’ensemble du
globe et dont les conséquences définitives ne le céderaient
en rien à celles d’une guerre nucléaire mondiale.
L’atmosphère terrestre change à une vitesse sans
précédent en raison des polluants de nature anthropique,
du gaspillage des combustibles fossiles et de l’effet de l’augmentation
rapide de la population dans plusieurs régions. Ces changements
représentent une grande menace pour la sécurité
internationale et ont déjà des conséquences néfastes
dans de nombreuses parties du globe. »
Cette conférence fut suivie par une impressionnante série
de réunions internationales sur l’environnement global
(Rio de Janeiro, Kyoto, La Haye, Johannesburg etc.). Si cette activité
diplomatique a donné naissance à des conventions, protocoles
ou autres textes, elle n’a pas profondément modifié
les pratiques de la plupart des pays.
Le seul espoir de ralentir ou de ne pas amplifier le processus de
modification climatique redouté réside dans la maîtrise
de la demande en énergie et dans la décarbonisation
des modes de production de celle-ci.
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8. CONCLUSION.
L’effet de serre est une réalité scientifique
indiscutable et connue depuis longtemps. Le lien entre le réchauffement
de l’atmosphère terrestre et les activités humaines,
si de nombreuses observations semblent le confirmer, est encore discuté.
Les effets sur le climat et leur ampleur sont encore le sujet de débats
très vifs, souvent pollués par des options lobbyistes
et politiques.
L’application du principe de précaution est la seule
attitude responsable vis-à-vis d’une situation recélant
à la fois des risques immenses et des incertitudes importantes.
Cela signifie, à la fois, la poursuite d’un progrès
technique associé à des actions de recherche, de surveillance
de l’évolution climatique et de maîtrise des demandes
d’énergie, seuls gages d’un développement
durable. Dans l’immédiat la seule orientation possible
- et désagréable pour ses contempteurs, qui sont les
mêmes que ceux qui s’affolent devant le risque climatique
- est l’appel aussi massif que possible à l’énergie
nucléaire pour la production d’électricité,
complété par le développement des énergies
renouvelables (hydraulique, éolienne, solaire) et la recherche
concernant de nouveaux modes de production d’énergie
(réacteurs de 4ème génération –
fusion) et de modes d’utilisation (hydrogène -séquestration
du carbone).
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