Émissions de gaz à effet de serre : sources, durée de présence et potentiel de réchauffement

Origine des principaux gaz

Les gaz à effet de serre retiennent la chaleur dans l’atmosphère. Pour comprendre leurs différences, il ne suffit pas d’énumérer leurs sources : il importe aussi de savoir quelle quantité de chaque gaz s’accumule, combien de temps il reste dans l’air et quelle est son influence sur le réchauffement par unité de masse. L’Agence de protection de l’environnement des États-Unis (EPA) décrit les sources et les critères de comparaison des principaux gaz dans son aperçu des gaz à effet de serre.

Le dioxyde de carbone (CO₂) est libéré dans l’atmosphère par la combustion de combustibles fossiles — charbon, gaz naturel et pétrole —, par l’incinération de déchets solides, par la combustion d’arbres et d’autres matières biologiques, ainsi qu’à la suite de certaines réactions chimiques, notamment la production de ciment. Il peut aussi être retiré de l’air : les plantes l’absorbent dans le cadre du cycle biologique du carbone. Son bilan atmosphérique reflète donc à la fois les émissions et les processus d’absorption.

Le méthane (CH₄) est émis lors de la production et du transport du charbon, du gaz naturel et du pétrole. L’EPA mentionne également des sources liées à l’élevage et à d’autres pratiques agricoles, à l’utilisation des terres et à la décomposition de déchets organiques dans les décharges municipales. Ces voies d’émission sont différentes de celles caractéristiques du CO₂, bien que les deux gaz contribuent à l’effet de serre.

Le protoxyde d’azote (N₂O) est lié aux activités agricoles, aux changements et aux usages des terres, ainsi qu’aux procédés industriels. Il est également émis par la combustion de combustibles fossiles et de déchets solides, ainsi que lors du traitement des eaux usées. Les gaz fluorés — notamment les hydrofluorocarbures, les perfluorocarbures, l’hexafluorure de soufre et le trifluorure d’azote — sont des composés synthétiques issus de diverses applications et de différents procédés domestiques, commerciaux et industriels.

L’EPA indique que les gaz fluorés sont généralement émis en quantités moindres que d’autres gaz à effet de serre, mais qu’ils peuvent être puissants : à masse égale, ils retiennent beaucoup plus de chaleur que le CO₂. Certains, en particulier les hydrofluorocarbures, sont utilisés comme substituts de substances qui appauvrissent la couche d’ozone stratosphérique. Cette relation décrit l’usage de certains composés ; elle ne signifie pas que tous les gaz fluorés ont les mêmes applications.

Trois facteurs pour comparer leur effet

L’EPA articule la comparaison de l’impact climatique autour de trois facteurs. Le premier est l’abondance atmosphérique, c’est-à-dire la quantité d’un gaz présente dans l’air. L’agence explique que des émissions plus importantes de gaz à effet de serre entraînent des concentrations atmosphériques plus élevées. Selon le gaz et l’échelle, celles-ci s’expriment en parties par million, en parties par milliard ou en parties par billion.

Le deuxième facteur est le temps de présence. Les gaz considérés peuvent rester dans l’atmosphère de quelques années à des milliers d’années. L’EPA indique qu’ils y restent tous assez longtemps pour bien se mélanger : la quantité mesurée est, de manière générale, similaire dans différentes régions du monde, quel que soit le lieu d’émission. Cela aide à expliquer pourquoi les concentrations atmosphériques ne correspondent pas nécessairement à la localisation immédiate d’une source.

Le troisième facteur est l’efficacité de rétention de l’énergie. Certains gaz absorbent plus d’énergie par unité de masse émise que d’autres. Pour les comparer, on utilise le potentiel de réchauffement global (GWP, selon son sigle anglais) : il mesure la quantité d’énergie absorbée par l’émission d’une tonne d’un gaz sur une période donnée, généralement un horizon de 100 ans, par rapport à l’émission d’une tonne de CO₂. Un GWP plus élevé indique une absorption plus importante par tonne sur cet horizon ; à lui seul, il ne constitue ni une mesure des émissions totales ni une mesure de l’abondance du gaz.

Le tableau résume les sources et les nuances présentées par l’EPA ; il ne classe pas les gaz selon leur contribution totale au changement climatique. Pour effectuer ce type de comparaison, il faudrait, en plus de leurs propriétés, des données sur les émissions et les concentrations correspondant à un périmètre et à une période définis.

Ce que signifie exprimer les émissions en équivalent CO₂

Les émissions de différents gaz peuvent être exprimées en équivalent dioxyde de carbone (CO₂e). Selon l’EPA, la conversion consiste à multiplier les émissions d’un gaz par son GWP. Elle tient ainsi compte du fait que, par unité de masse, certains gaz réchauffent davantage que le CO₂ sur l’horizon choisi. Le résultat permet de comparer des quantités à l’aide d’une unité commune, mais son interprétation dépend du GWP appliqué et de la période considérée.

L’EPA indique que les valeurs de GWP figurant sur ses pages consacrées aux gaz correspondent à celles utilisées dans l’Inventaire des gaz à effet de serre et des puits des États-Unis, fondées sur le Cinquième rapport d’évaluation du GIEC (AR5). L’agence précise que toutes ses estimations d’émissions proviennent de cet inventaire, qui couvre 1990–2022. Les chiffres ou équivalences issus de ce cadre ne doivent donc pas être présentés comme des estimations universelles ni confondus avec une comparaison fondée sur des valeurs de GWP actualisées.

La mesure atmosphérique est un autre aspect, lié à la comparaison des impacts mais distinct de celle-ci. La NOAA explique que, lorsqu’elle mesure le CO₂, elle indique la fraction molaire dans l’air sec : la proportion de molécules de CO₂ par rapport au nombre total de molécules d’air une fois la vapeur d’eau retirée. La NOAA précise que cette fraction molaire ne change pas lorsque l’air se dilate en se réchauffant ou en s’élevant vers une zone de pression plus faible, ni lorsque l’eau s’évapore ou se condense en gouttelettes. L’explication de la NOAA sur la mesure du CO₂ atmosphérique apporte un contexte méthodologique ; elle ne constitue pas une corroboration indépendante des sources d’émission ou des GWP décrits par l’EPA.

Ce que permettent de conclure ces différences

La comparaison distingue trois questions qu’il ne faut pas confondre : où un gaz est émis, combien de temps il peut rester dans l’atmosphère et quelle quantité de chaleur une masse donnée absorbe sur un horizon donné. Le CO₂ fait également l’objet d’un processus d’élimination mentionné par l’EPA — son absorption par les plantes —, tandis que, pour les gaz fluorés, la source souligne leur forte puissance par unité de masse, même si leurs émissions sont généralement moindres que celles d’autres gaz.

Le GWP aide à convertir les émissions en CO₂e, mais cette équivalence ne suffit pas à fournir une description complète du climat. L’abondance atmosphérique, le temps de présence et l’efficacité d’absorption sont des dimensions différentes. De même, la documentation de la NASA GISS sur les définitions et méthodes d’analyse de la température porte sur la manière dont les relevés de température sont établis et comparés ; elle n’apporte pas de preuve directe permettant de quantifier les sources ou les propriétés des gaz décrits ici.

Par conséquent, une explication rigoureuse des différences entre les gaz doit préserver la distinction entre émissions, concentration et potentiel de réchauffement. Les informations de l’EPA fournissent un cadre institutionnel pour décrire les sources et les critères de comparaison, tandis que les références de la NOAA et de la NASA servent ici uniquement à situer des questions méthodologiques distinctes. Aucune de ces références contextuelles ne remplace les données spécifiques nécessaires pour évaluer les émissions totales ou les tendances dans un lieu et une période précis. La comparaison du GWP dépend toujours de l’horizon temporel choisi.