1. Que sont les gaz à effet de serre ?
L’atmosphère terrestre est composée surtout de :
azote (N₂) ~78 %,
oxygène (O₂) ~21 %,
… et d’une petite fraction de gaz “mineurs”, parmi lesquels :
vapeur d’eau (H₂O),
dioxyde de carbone (CO₂),
méthane (CH₄),
protoxyde d’azote (N₂O),
ozone (O₃),
plus quelques gaz d’origine industrielle (CFC, HFC…).
Tous ces gaz n’ont pas le même rôle.
Les gaz à effet de serre sont ceux qui ont la capacité de :
absorber et réémettre le rayonnement infrarouge (la chaleur) émis par la Terre.
Les principaux GES sont :
CO₂ (dioxyde de carbone)
CH₄ (méthane)
N₂O (protoxyde d’azote)
H₂O (vapeur d’eau)
O₃ (ozone)
et certains gaz industriels.
Ce sont eux qui contrôlent en grande partie l’équilibre thermique de la planète.
2. L’effet de serre naturel : sans lui, la Terre serait gelée
La Terre reçoit :
de l’énergie du Soleil (surtout sous forme de lumière visible et UV),
elle en réémet une partie vers l’espace sous forme de rayonnement infrarouge (chaleur).
Si la Terre se contentait d’absorber et de réémettre cette énergie sans atmosphère, sa température moyenne serait d’environ –18 °C.
Autant dire : un gros congélateur.
Heureusement, l’atmosphère contient des GES qui :
laissent passer une grande partie de la lumière solaire,
mais absorbent une partie de la chaleur renvoyée par la surface,
puis réémettent cette chaleur dans toutes les directions,
y compris vers la surface.
Résultat :
moins de chaleur s’échappe directement vers l’espace,
l’atmosphère et la surface se réchauffent jusqu’à atteindre un nouvel équilibre,
la température moyenne à la surface est autour de +15 °C.
👉 Cet effet de serre naturel est donc indispensable :
sans lui, pas de mers liquides, pas de climat tempéré, pas de vie telle que nous la connaissons.
3. Comment fonctionnent les gaz à effet de serre au niveau physique ?
Pas besoin de rentrer dans des équations compliquées, mais l’idée est la suivante :
La surface de la Terre chauffée par le Soleil émet du rayonnement infrarouge (IR).
Certains gaz (CO₂, H₂O, CH₄, etc.) ont des molécules capables d’absorber ce rayonnement à des longueurs d’onde spécifiques.
En absorbant un photon infrarouge, la molécule passe dans un état excité, puis :
soit elle transfère cette énergie en chaleur aux molécules voisines (N₂, O₂…),
soit elle réémet un photon IR dans une direction quelconque.
Ce processus fait que :
une partie de la chaleur qui “monte” vers l’espace est renvoyée vers le bas,
la basse atmosphère et la surface restent plus chaudes que si le rayonnement partait librement.
Plus il y a de GES dans l’atmosphère :
plus l’“épaisseur” optique augmente,
plus la “fenêtre” par laquelle la Terre se refroidit dans l’IR se referme partiellement,
et plus la Terre doit se réchauffer pour rééquilibrer ce flux sortant.
4. Le rôle clé des principaux gaz à effet de serre
Tous les GES ne jouent pas le même rôle ni sur les mêmes échelles de temps.
4.1 Le dioxyde de carbone (CO₂)
C’est le principal gaz à effet de serre d’origine humaine (en termes de contribution globale).
Il est émis par :
la combustion de charbon, pétrole, gaz,
la déforestation,
certains procédés industriels (ciment, par exemple).
Point crucial :
une partie du CO₂ émis reste dans l’atmosphère pendant très longtemps (des dizaines à des centaines d’années).
C’est donc un “chauffage central” durable pour le climat.
4.2 Le méthane (CH₄)
Émis par :
l’agriculture (ruminants, rizières),
certaines fuites lors de la production de gaz,
la décomposition de matière organique (décharges, zones humides, permafrost…)
Il a un pouvoir réchauffant par molécule plus fort que le CO₂,
mais il reste moins longtemps dans l’atmosphère (de l’ordre de la dizaine d’années).
On peut le voir comme un coup de chauffe plus intense mais plus “court”, comparé au CO₂.
4.3 Le protoxyde d’azote (N₂O) et les autres
N₂O : lié notamment aux engrais azotés et à certaines activités industrielles.
Gaz fluorés (HFC, PFC, SF₆…) : produits industriels, très puissants GES mais présents en plus faible quantité.
Ils complètent la “famille” des GES d’origine humaine.
4.4 La vapeur d’eau : un GES, mais surtout une réaction au réchauffement
La vapeur d’eau est le GES le plus abondant.
Mais sa concentration dépend surtout de la température (loi de Clausius-Clapeyron) :
plus l’air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’eau,
lorsque la température augmente (par exemple à cause du CO₂),
l’atmosphère contient davantage de vapeur d’eau → ce qui renforce encore l’effet de serre.
On dit que la vapeur d’eau est un “feedback” (rétroaction) plutôt qu’un “forçage primaire” :
CO₂ augmente → la Terre se réchauffe → l’air peut contenir plus d’eau → la vapeur d’eau amplifie le réchauffement.
5. Du rôle “naturel” au rôle “renforcé” : ce que change l’homme
Le problème aujourd’hui n’est pas l’existence de l’effet de serre,
mais le fait que nous augmentons brutalement la quantité de GES dans l’atmosphère.
5.1 L’effet de serre renforcé
En ajoutant du CO₂, du CH₄ et d’autres GES :
on épaissit la “couverture” autour de la Terre,
pour que le système retrouve un équilibre radiatif (autant d’énergie qui sort que d’énergie qui entre),
la température moyenne doit augmenter.
C’est ce qu’on appelle l’effet de serre renforcé ou additionnel.
5.2 Conséquences sur le climat
En modifiant l’équilibre, les GES :
réchauffent l’air et les océans,
modifient les régimes de circulation atmosphérique et océanique,
impactent :
la répartition des pluies,
la fréquence des vagues de chaleur,
la fonte des glaces,
le niveau de la mer,
et plus généralement les extrêmes climatiques.
Les gaz à effet de serre ne contrôlent pas directement la petite averse du coin demain à 16 h,
mais ils modifient les statistiques de la météo sur le long terme, c’est-à-dire le climat.
6. Rétroactions et “effet boule de neige” (sans mauvais jeu de mots)
Les gaz à effet de serre sont aussi impliqués dans des boucles de rétroaction :
Vapeur d’eau : réchauffement → plus de vapeur d’eau → effet de serre renforcé → réchauffement…
Banquise et neige : réchauffement → fonte → surface plus sombre → plus d’absorption solaire → réchauffement…
Permafrost : réchauffement → dégel des sols gelés → libération de CO₂ et CH₄ → effet de serre renforcé → réchauffement…
Ces boucles ne sont pas infinies, mais elles amplifient la réponse du climat aux GES.
7. Un rôle sur des temps longs : l’“inertie” du climat
Comme certains GES (surtout le CO₂) restent longtemps dans l’atmosphère :
le climat répond sur des décennies à siècles,
même si on arrêtait d’un coup toutes les émissions,
la température ne redescendrait pas immédiatement,
on resterait à un plateau élevé pendant un moment avant d’éventuels ajustements.
Les gaz à effet de serre sont donc, en quelque sorte, des “boutons de réglage à long terme” du climat :
en les augmentant, on pousse le système vers un nouvel état plus chaud,
en les stabilisant ou en les réduisant, on limite ou on freine ces changements, mais avec du délai.
8. En résumé
Pour répondre clairement à :
“Quel est le rôle des gaz à effet de serre dans le climat ?”
On peut retenir que :
Les gaz à effet de serre (vapeur d’eau, CO₂, CH₄, N₂O, etc.) absorbent et réémettent le rayonnement infrarouge émis par la Terre.
Ils constituent un effet de serre naturel, qui maintient la température moyenne de la planète autour de +15 °C au lieu de –18 °C → condition essentielle à la vie telle que nous la connaissons.
En augmentant la concentration de ces gaz (par nos activités : énergies fossiles, déforestation, agriculture, industrie…), nous renforçons cet effet de serre.
Ce renforcement modifie l’équilibre énergétique de la Terre :
réchauffement de l’air et des océans,
modification des pluies et des sécheresses,
fonte des glaces,
montée du niveau de la mer,
changement de fréquence et d’intensité de certains phénomènes extrêmes (vagues de chaleur, pluies intenses, etc.).
Certains gaz (comme la vapeur d’eau) agissent surtout comme amplificateurs du réchauffement induit par les GES d’origine humaine (CO₂, CH₄…).
En une phrase :
Les gaz à effet de serre sont les “régulateurs thermiques” de la Terre : en quantité naturelle, ils rendent la planète habitable ; en excès, ils dérèglent progressivement le climat en renforçant le réchauffement global.
