Protection de l`environnement Matière 1 147

Protection de l’environnement
Matière 1
147-454FE
LES GAZ À EFFET DE SERRE
Par
Isabelle Coupal et Sébastien Poirier
Présenté à :
Annette Huot, professeure
Département des Techniques du milieu naturel
Le mardi 5 avril 2011
ii
TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION
1
2. DÉVELOPPEMENT
1
2.1 L’effet de serre
1
2.2 La vapeur d'eau (H2O)
4
2.3 Le dioxyde de carbone (CO2)
4
2.4 Le méthane (CH4)
5
2.5 L’oxyde nitreux (N2O)
5
2.6 L’ozone (O3)
6
2.7 Les hydrocarbures halogénés
6
3. CONCLUSION
7
4. BIBLIOGRAPHIE
8
Listes des figures :
Figure 1. L’effet de serre
2
Figure 2. Les différentes couches atmosphériques
2
Figure 3. Émissions de certains gaz à effet de serre par secteur d’activité
3
1. INTRODUCTION
L’atmosphère est à la base de la vie sur terre. Il est donc bien important de connaître ses
propriétés, dont l’effet de serre. Contrairement aux croyances populaires, celui-ci a
toujours existé, mais l’humain l’a rendu problématique. Dans ce présent travail, il y aura
une description de ce qu’est l’effet de serre, des bienfaits et des problèmes que cela peut
apporter, de la position des différentes couches de l’atmosphère, du pourcentage des
émissions de gaz à effet de serre par secteur d’activité économique et une description
physique de chacun de ces derniers, soient la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone
(CO2), le méthane (CH4), l’oxyde nitreux (N2O), l’ozone (O3) et les hydrocarbures
halogénés (CFC, HCFC, HFC, PFC et SF6).
2. DÉVELOPPEMENT
2.1 L’effet de serre
Pour simplifier son explication, on compare l’atmosphère de la Terre à une couche de
verre transparent. Sur notre planète, il y a donc un effet de serre parce que, tout comme
avec le verre d’une serre, la chaleur (rayons infrarouges) entre plus facilement qu’elle ne
sort. Naturellement, cet effet était là bien avant l’arrivée des humains, puisqu’il permet de
garder la Terre à une température moyenne de 15°C. En son absence, celle-ci chuterait à
-18°C! D’importants écarts de températures entre le jour et la nuit seraient aussi ressentis.
Il n’y aurait probablement pas autant de vie sur la planète qu’aujourd’hui. Cependant, le
problème que l’on rencontre présentement est la trop grande émission de gaz qui
augmentent l’effet de serre, provoquant un réchauffement de la température. Cela
entraîne divers problèmes colossaux comme la fonte des glaciers, la hausse du niveau des
océans, les nouvelles aires de répartition de certaines espèces et les phénomènes naturels
de plus en plus présents. On parle donc de changements climatiques. On voit à la figure
1, la grande quantité de rayons infrarouges du Soleil qui entrent dans l’atmosphère de la
Terre. Une certaine quantité réussit à ressortir ou à être reflétée, mais il y en a qui reste
emprisonnée. Cela produit l’effet de serre.
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Figure 1. L’effet de serre. (Figure dessinée par Isabelle Coupal)
La figure 2 est importante pour comprendre que la couche d’ozone se trouve dans la
stratosphère et que nous vivons dans la troposphère.
Figure 2. Les différentes couches atmosphériques.
(Référence : Wikipédia, figure libre de droits d’auteur)
3
Dans la figure 3, on remarque que les transports sont responsables de beaucoup
d’émission de CO2. De plus, si on l’additionne à l’extraction ainsi que la distribution des
énergies fossiles, nous retrouvons environ ¼ de tous les gaz à effet de serre produits par
les humains. Il faudrait donc revoir notre dépendance aux énergies fossiles pour alimenter
les voitures et autres moyens de transport et pour la fabrication de divers objets de la vie
courante comme les matières plastiques.
Figure 3. Émissions de certains gaz à effet de serre par secteur d’activité.
(Référence : Wikipedia, figure libre de droits d’auteur)
4
2.2 La vapeur d'eau (H2O)
La vapeur d’eau (H2O) est de l’eau sous forme gazeuse, inodore et incolore, et constitue
le plus grand facteur de gaz à effet de serre, et ce, tout en étant naturellement présente
dans l’atmosphère. «L’eau contribue à refroidir la surface de la Terre par l’évaporation,
à réfléchir l’énergie du soleil (sous forme de nuages et de calottes glaciaires) et à garder
la terre chaude (sous forme de vapeurs d’eau).»1
La vapeur d’eau compte pour plus du deux tiers des gaz à effet de serre et elle augmente
au fur et à mesure que l’atmosphère se réchauffe, car la capacité de l’air à retenir
l’évaporation est supérieure de même que la quantité d’eau évaporée lorsque la
température de la terre est plus chaude. La vapeur d’eau absorbe le rayonnement
infrarouge. Or, une augmentation de vapeur d’eau dans l’atmosphère causera une
absorption supérieure du rayonnement infrarouge, ce qui accroîtra davantage l’effet de
serre. Par conséquent, l’effet de serre naturel de la vapeur d’eau est considéré seulement
«comme une rétroaction dans le système climatique»2, car il est peu influencé par
l’activité humaine.
2.3 Le dioxyde de carbone (CO2)
Le dioxyde de carbone est un gaz invisible, qui n’a aucune odeur et qui a une saveur
piquante. On le retrouvait déjà à l’état naturel avant les premières industries. En effet, les
végétaux s’en servent pour faire de la photosynthèse. L’humain produit beaucoup de gaz
carbonique, ce qui fait qu’on en retrouve désormais en quantité plus grande que la
normale dans l’atmosphère. Il est le deuxième gaz à effet de serre le plus important après
la vapeur d’eau. Le CO2 est dégagé lors de la combustion, soit naturellement lors de la
respiration des plantes et des animaux (dont les humains), lors des incendies forestiers ou,
encore, lors des éruptions volcaniques, ou soit chimiquement dans les transports, les
résidences, les industries, lors des déforestations, en agriculture et dans nos déchets et
égouts. On appelle «puits de carbone» tout réservoir, naturel ou artificiel, capable de
1
2
Les changements climatiques, Manipuler le thermostat de la Terre, Environnement Canada, dépliant.
Les changements climatiques, Manipuler le thermostat de la Terre, (2008) Environnement Canada, dépliant.
5
stocker le dioxyde de carbone pour ainsi réduire sa quantité dans l’atmosphère. Par
exemple, les forêts boréales retiennent beaucoup de CO2 et sont donc considérées comme
de très bons puits de carbone.
2.4 Le méthane (CH4)
Le méthane (CH4) est un combustible, un gaz à effet de serre naturel et artificiellement
émis par l’être humain. Il est inodore et incolore dans des conditions normales de
température et de pression. Il se trouve à être plus léger que l’air et, par conséquent, il se
retrouve plus haut dans la stratosphère. On le retrouve en moins grande quantité que la
vapeur d’eau et le dioxyde de carbone. «Comme le dioxyde de carbone, le méthane est un
gaz à effet de serre dont les molécules absorbent la chaleur essayant de s'échapper dans
l'espace.»3 Cependant, il retient beaucoup plus efficacement la chaleur. Il provient
essentiellement de la décomposition de matières en milieu anaérobique. «Les sources
principales sont les marécages, les rizières, les processus de digestion des animaux,
l’extraction des combustibles fossiles et la décomposition des ordures.»4 Les émissions
artificielles du méthane aident à augmenter l’effet de serre. Depuis la révolution
industrielle, sa concentration dans l’atmosphère a plus que doublé, contribuant ainsi
grandement au réchauffement climatique.
2.5 L’oxyde nitreux (N2O)
L’oxyde nitreux peut être appelé «protoxyde d’azote» ou encore «gaz hilarant». Il est
invisible (incolore), mais il a une odeur et un goût sucrés. Il provient principalement du
sol et des océans. Il se retrouve donc déjà dans la nature. Cependant, l’humain contribue
grandement à son accroissement dans l’atmosphère en brûlant des combustibles fossiles
et des matières organiques. Certaines pratiques agricoles utilisant des engrais faits à base
d’azote dégagent aussi beaucoup d’oxyde nitreux. On l’utilise aussi pour son effet
hallucinogène, anesthésique et euphorisant à l’inhalation. Il est le quatrième gaz à effet de
serre le plus polluant après le H2O, le CO2 et le CH4.
3
4
«Atmosphere, Climate & Environment» (2011), sur le site internet de Manchester Metropolitan University.
Les changements climatiques, Manipuler le thermostat de la Terre, (2008) Environnement Canada, dépliant.
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2.6 L’ozone (O3)
À température ambiante, l’ozone est de couleur bleu pâle et son odeur rappelle celle de
l’eau de javel. Dans la stratosphère (une couche de notre atmosphère), l’ozone est connu
pour former une couche à une hauteur allant de 13 à 40 km avec un maximum de
concentration d’ozone vers 24 km. Cette couche d’ozone capte plus de 97% des rayons
ultraviolets du Soleil. C’est l’ozone stratosphérique qui nous est bénéfique. Cependant, il
est un gaz très nocif lorsqu’il se retrouve dans la troposphère, là où nous vivons et
respirons l’air. Nous parlons alors d’ozone troposphérique. Il peut effectivement agresser
le système respiratoire des animaux (dont nous, les êtres humains) et même brûler les
végétaux les plus sensibles. On peut le produire artificiellement à cause de l’action des
rayons UV sur des produits chimiques émis par les automobiles, industries, les centrales
électriques thermiques et les incinérateurs. Il est aussi émis par des décharges électriques
dans du dioxygène (O2). Ainsi, il s’en produit lors de l’utilisation de l’imprimante laser,
lorsqu’il y a des éclairs lors d’un orage et même à partir de toute étincelle. C’est pourquoi
il est important de bien aérer les pièces dans lesquelles on retrouve des produits qui
émettent des décharges électriques.
2.7 Les hydrocarbures halogénés
Les hydrocarbures halogénés sont un groupe chimique produit par l’activité humaine et
composés d’un halogène (brome, chlore, fluor et de carbone). Ces gaz à effet de serre
sont très «puissants» pour capter la chaleur dans l’atmosphère. Ils sont uniquement
d’origine industrielle et sont communément appelés les «gaz fluorés». Il existe cinq
catégories
principales
d’halocarbures5 :
les
chlorofluorocarbures
(CFC),
les
hydrofluorocarbures (HFC), les perfluorocarbures (PFC), les hydrochlorofluorocarbures
(HCFC) et l'hexafluorure de soufre (SF6).
5
«Gaz fluorés» (2011), sur le site internet Wikipedia, l’Encyclopédie universelle.
7
«Les chlorofluorocarbures contribuent à dégrader l'ozone stratosphérique. Ils sont
responsables du trou dans la couche d'ozone.»6
Les chlorofluorocarbures sont
ininflammables, extrêmement stables et inertes. Ils étaient très peu coûteux à fabriquer,
avant leur interdiction, ce qui a rapidement augmenté leur concentration dans l’air. En
plus de contribuer au réchauffement climatique, ils ont une espérance de vie très longue,
ce qui fait en sorte que, même en très infirme quantité, ils font des ravages pendant
longtemps à la couche d’ozone qui nous protège des rayons ultraviolets du soleil. Ils sont,
par conséquent, nullement à négliger et «suscitent beaucoup d’intérêt chez les groupes
environnementaux».7
Avant, on utilisait les CFC, les HFC et les HCFC dans les bombes aérosols et les
extincteurs comme agents propulseurs. Ils étaient aussi présents dans l’industrie de la
réfrigération. Il y en avait donc beaucoup d’émis par les climatiseurs, les réfrigérateurs et
les congélateurs industriels ou domestiques. Les PFC et les SF6 sont aussi utilisés pour
divers autres fonctions, entre autres en alimentation (PFC) et dans les industries
métallurgiques (SF6). Désormais, on a prohibé l’utilisation de ces gaz dans certains pays.
3. CONCLUSION
Somme toute, on peut constater que l’effet de serre a toujours existé. Toutefois, l’humain
l’a rendu problématique, augmentant les quantités de gaz à effet de serre, soit la vapeur
d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), l’oxyde nitreux (N2O),
l’ozone (O3) et les hydrocarbures halogénés (CFC, HCFC, HFC, PFC et SF6) de façon
significative dans l’atmosphère. Cela entraîne donc le problème de l’augmentation de la
température moyenne sur Terre et les changements climatiques. Il faut souhaiter que le
Protocole de Kyoto, qui a comme mandat de diminuer la production de gaz à effets de
serre8, soit pris plus au sérieux par les habitants de la planète, car ce qu’il se produit
présentement est très grave aux points de vue écologique et santé.
6
«Hydrocarbures halogènes» (2011) sur le site internet Wikipedia, l’Encyclopédie universelle.
7
«Gaz fluorés» (2011), sur le site internet Wikipedia, l’Encyclopédie universelle.
8
«Le Protocole de Kyoto» (2011) sur le site internet UNFCCC.
8
4. BIBLIOGRAPHIE
Sites Internet
«Atmosphere, Climate & Environment» (2011), sur le site internet de Manchester
Metropolitan University. Page web consultée le 19 mars 2011.
http://www.ace.mmu.ac.uk/eae/french/global_warming/older/Methane.html
«Effet de serre» (2011), sur le site internet Wikipedia, l’Encyclopédie universelle. Page
web consultée le 19 mars 2011.
http://fr.wikipedia.org/
«Émission de CO2» (2010), sur le site internet Verdura. Page web consultée le 19 mars
2011.
http://www.vedura.fr/economie/quotas-carbone/emission-carbone
«Le Protocole de Kyoto» (2011), sur le site internet UNFCC. Page consultée le 19 mars 2011.
http://unfccc.int/portal_francophone/essential_background/kyoto_protocol/items/3274.php
«Les changements climatiques : l’effet de serre» (2011), sur le site internet Défi Climat.
Page web consultée le 19 mars 2011.
http://www.deficlimat.qc.ca/deficlimat2011/3_effetdeserre
«L’oxyde nitreux (N2O)» (2011), sur le site internet de l’Université Laurentienne. Page
web consultée le 19 mars 2011.
http://www.laurentian.ca/Laurentian/Home/Research/Special+Projects/Climate+Change+
Case+Study/Glossary/nitrous+oxide+(N2O).htm?Laurentian_Lang=fr-CA
Documents
Questions fréquemment posées au sujet de la science du changement climatique, mise à
jour 2008, Section de l’évaluation et de l’intégration scientifiques, Direction générale des
sciences et de la technologie, Environnement Canada, Toronto (Ontario), 57 pages.
Les changements climatiques, Manipuler le thermostat de la Terre, (2008)
Environnement Canada, dépliant.