L’essentiel
L’effet de serre est un phénomène naturel : certains gaz de l’atmosphère absorbent le rayonnement infrarouge émis par la Terre et en renvoient une partie vers le sol. Il maintient la température moyenne à environ 15 °C, contre environ -18 °C sans lui. Les émissions humaines le renforcent, ce qui réchauffe le climat.
L’effet de serre en quatre étapes
L’effet de serre se comprend en suivant l’énergie du Soleil jusqu’au sol, puis son trajet retour. Voici le schéma à savoir refaire.
Les gaz à effet de serre laissent passer la lumière du Soleil, mais ils absorbent l’infrarouge émis par la Terre.
- Étape 1 : le Soleil envoie un rayonnement, surtout visible, qui traverse l’atmosphère.
- Étape 2 : une partie est réfléchie vers l’espace par les nuages et les surfaces claires. Le reste est absorbé et chauffe le sol et l’océan.
- Étape 3 : la surface chaude émet à son tour un rayonnement infrarouge.
- Étape 4 : les gaz à effet de serre absorbent une partie de cet infrarouge, puis le réémettent dans toutes les directions. La part renvoyée vers le bas réchauffe encore la surface.
Un phénomène naturel et indispensable
Sans effet de serre, la température moyenne de la Terre serait d’environ -18 °C. Elle est d’environ 15 °C, soit 33 °C de plus. L’eau liquide et la vie telles qu’on les connaît en dépendent.
Le problème n’est donc pas l’effet de serre lui-même, mais son renforcement par les gaz ajoutés depuis l’ère industrielle.
Astuce : Le nom vient d’une comparaison avec la serre de jardin, mais elle est imparfaite : une vraie serre garde surtout la chaleur en empêchant l’air chaud de s’échapper.
Les principaux gaz à effet de serre
Tous les gaz n’ont pas le même pouvoir de réchauffement. On le compare à celui du CO₂ sur 100 ans, grâce au pouvoir de réchauffement global (PRG). Le diazote et le dioxygène, majoritaires dans l’air, ne sont pas des gaz à effet de serre.
| Gaz | Formule | Origine humaine principale | PRG |
|---|---|---|---|
| Dioxyde de carbone | CO₂ | Combustibles fossiles, déforestation | 1 |
| Méthane | CH₄ | Élevage, rizières, décharges, fuites de gaz | Environ 28 |
| Protoxyde d’azote | N₂O | Engrais azotés | Environ 270 |
| Vapeur d’eau | H₂O | Peu d’émission directe : sa quantité suit la température | Non défini |
Le bilan d’énergie de la Terre
En moyenne, le sommet de l’atmosphère reçoit environ 340 W par mètre carré du Soleil. La Terre en réfléchit environ 30 % : cette part s’appelle l’albédo. Une surface claire a un albédo élevé, une surface sombre un albédo faible.
Si la Terre renvoie vers l’espace autant d’énergie qu’elle en absorbe, sa température reste stable. Quand l’effet de serre augmente, elle en renvoie moins pendant un temps : l’énergie s’accumule et la température monte.
- Énergie réfléchie : 340 × 0,30 = 102 W/m².
- La neige fraîche réfléchit la plupart de la lumière. L’océan en absorbe la plus grande partie.
- Quand la banquise fond, l’océan sombre apparaît : il absorbe plus d’énergie, ce qui accentue le réchauffement. C’est une rétroaction positive.
Les erreurs à éviter
L’effet de serre est une pollution. L’effet de serre est naturel et il est renforcé par les activités humaines.
Sans lui, la Terre serait glacée. C’est son renforcement qui pose problème.
Les gaz à effet de serre bloquent les rayons du Soleil. Ils absorbent surtout l’infrarouge émis par la Terre.
La lumière visible du Soleil les traverse presque sans obstacle.
L’effet de serre et le trou de la couche d’ozone, c’est pareil. Ce sont deux phénomènes distincts.
L’ozone de la haute atmosphère filtre les ultraviolets, et son amincissement n’est pas la cause du réchauffement.
Exercices corrigés
1. Quel rayonnement les gaz à effet de serre absorbent-ils surtout ?
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L’infrarouge émis par la Terre. La surface chaude émet de l’infrarouge, que ces gaz absorbent puis réémettent.
2. Lequel de ces gaz n’est pas un gaz à effet de serre ?
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Le diazote. Le diazote, pourtant majoritaire dans l’air, n’absorbe pas l’infrarouge terrestre.
3. De combien de degrés l’effet de serre naturel réchauffe-t-il la Terre ?
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33 °C. 15 - (-18) = 33 °C.
4. La Terre reçoit en moyenne 340 W/m² et son albédo vaut 0,30. Quelle puissance est réfléchie ?
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102 W/m². 340 × 0,30 = 102 W/m². Les 238 W/m² restants sont absorbés.
5. Avec un PRG de 28, à quelle masse de CO₂ équivalent correspondent 50 t de méthane ?
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1 400 t. 50 × 28 = 1 400 t de CO₂ équivalent.
6. La fonte de la banquise accélère le réchauffement car…
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l’albédo diminue et l’océan absorbe plus d’énergie. La glace claire est remplacée par une eau sombre, qui absorbe plus : c’est une rétroaction positive.
Questions fréquentes
Quel est le principal gaz à effet de serre ?
Dans l’effet de serre naturel, c’est la vapeur d’eau. Parmi les gaz émis par les activités humaines, le CO₂ est celui qui contribue le plus au réchauffement.
Comment faire le schéma de l’effet de serre ?
Dessine le Soleil, l’atmosphère et le sol. Ajoute les flèches du rayonnement solaire qui arrive, de la part réfléchie, de l’infrarouge émis par le sol et de l’infrarouge renvoyé vers le sol par les gaz.
L’effet de serre est-il mauvais ?
Non, il rend la Terre habitable. C’est son renforcement rapide par les émissions humaines qui modifie le climat.