Base de connaissances

Carbone

Les gaz à effet de serre

 

> Saviez-vous que le premier gaz responsable de l’effet de serre est la vapeur d’eau ?

> Saviez-vous que l’effet de serre est une phénomène naturel et bénéfique ?

> Saviez-vous que sans l’effet de serre, la vie serait sans doute impossible sur Terre ?

 

L’effet de serre : qu'est-ce-que c'est ?

Il s’agit d’un phénomène de régulation de la température moyenne de la terre grâce à un « bouclier » de matière gazeuse dans l’atmosphère, constitué principalement de vapeur d’eau.

Ce bouclier laisse passer le rayonnement solaire vers la Terre, qui va à son tour réémettre cette chaleur sous forme de rayonnement vers l'espace. Ce bouclier thermique va favoriser en partie la réémission de cette énergie vers la Terre. La chaleur terrestre est ainsi régulée par l’effet de serre atmosphérique.

L’atmosphère, et certains de ses constituants gazeux naturels, servent de paroi transparente et empêchent le refroidissement brutal de la Terre pendant la nuit.

Sans effet de serre atmosphérique, la température à la surface terrestre serait de -18°C (rendant difficile, voir impossible la vie biologique sur terre), au lieu des + 15°C de moyenne actuelle.

 

L’équilibre du carbone sur Terre est garanti par ses capacités d’absorption (principalement l’océan et la forêt), évalué à 3 milliards de tonnes de CO2 annuellement.

Interactions du rayonnement solaire avec l'atmosphère - Effet de Serre

Source image : Planet Terre Eduscol ENS Lyon

 

 

Gaz à effet de serre : un équilibre fragile perturbé par les activités humaines

Cet effet de bouclier thermique naturel, qui joue un rôle protecteur pour la Terre, ainsi que la capacité d’absorption du CO2 par les micro-organismes des océans, et par les végétaux[1] (grâce à la photosynthèse), va être fortement perturbé par les émissions d’origines anthropiques (liées aux activités humaines) de gaz à effet de serre (GES).

En effet, le renforcement de l’effet de serre atmosphérique, généré par les émissions de gaz d’origine anthropique (comme le dioxyde de carbone - CO2 - et le méthane - CH4) modifient l’équilibre climatique initial, réduisant la radiation réémise vers l’espace.

Cette modification se traduit, entres autres, par une hausse de la température : selon différentes évaluations, d’ici la fin du siècle, le climat de la Terre pourrait se réchauffer de 1,5°C à 6°C par rapport à l’ère préindustrielle.

 

Le premier facteur d’amplification de l’effet de serre se trouve dans la combustion des énergies fossiles : le pétrole, le charbon, la tourbe, et le gaz naturel. La révolution industrielle s’est faite grâce à l’énergie tirée de la combustion du pétrole et du charbon. Ces sources d’énergie posent aujourd'hui problème car elles ne sont pas renouvelables : elles s’épuisent et émettent d’importantes quantités de CO2 dans l’atmosphère. 

Les émissions d’origine anthropique émettent aujourd’hui plus du double de la capacité d’absorption maximale du CO2 de la Terre.

 

Climate Challenge: l'effet de serre naturel

 

Pourquoi ne parle-t-on principalement que du CO2 comme gaz à effet de serre ?

Il faut pour cela, revenir quelques décennies en arrière, et se reporter au Protocole de Kyoto. Acté en 1997, ce traité international a pour objectif de réduire ces émissions de gaz à effet de serre, et est le prolongement de la Convention-Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques (CCNUCC) adoptée en 1992 au sommet de la Terre à Rio de Janeiro (Brésil). Lors de ces accords et de l’établissement du protocole, parmi les gaz d’origine anthropique, 6 ont été particulièrement visés en termes d’émission :

  • Le gaz carbonique, ou dioxyde de carbone (CO2), produit lorsque des composés carbonés sont brûlés en présence d'oxygène (combustion d’énergies fossiles, éruptions volcaniques, respiration des plantes, des animaux et des hommes, incendies naturels de forêts, etc.) ;
  • Le méthane (CH4), dû :
  • Deux halocarbures (HFC et PFC) : gaz réfrigérants utilisés pour la climatisation et les gaz propulseurs des aérosols ;
  • Le protoxyde d'azote ou oxyde nitreux (N2O), issu d’engrais azotés et de certains procédés chimiques ;
  • L'hexafluorure de soufre (SF6), utilisé dans des équipements électriques de fortes puissances (cellules de protection), les radars, les accélérateurs de particules ou certains équipements médicaux.

Chacun de ces gaz a un effet différent sur le réchauffement climatique. Parmi les 6 principaux GES retenus à Kyoto, le CO2 (ou dioxyde de carbone), est celui qui a l’effet (ou le pouvoir de réchauffement) le plus faible. Il va donc servir d’étalon pour pouvoir quantifier les effets et les impacts dus à l’émission de l’ensemble des GES établis dans le protocole, en définissant une unité de comparaison le kilo de CO2 équivalent : kgCO2eq.

Dans la pratique et par abus de langage, on parle généralement d’ « impact (ou empreinte) carbone » pour désigner l’« impact en CO2 équivalent ».

 

Principaux GES présents dans l'atmosphère, « Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing », Forster & Ramaswamy, Table 2.14 page 212 https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ar4-wg1-chapter2-1.pdf

 

 

Le rôle du bâtiment dans les émission de de GES

Les émissions de GES anthropiques doivent donc être réduites, à commencer par le secteur du bâtiment. Globalement, le bâtiment est un important consommateur d’énergie tant pour sa « fabrication » que lors de son fonctionnement.

C’est la raison pour laquelle il est nécessaire de distinguer les émissions de GES sur l’ensemble du cycle de vie du bâtiment, sur :

  1. Les phases de construction (assemblage de plusieurs matériaux, produits, équipements) ;
  2. Les phases d’exploitation et de fonctionnement ;
  3. Les phases de démolition/ déconstruction.

 

La phase d’exploitation a des effets très significatifs selon l’énergie utilisée tout au long du cycle de vie[2] pour produire de la chaleur (ou du froid). En phase d’exploitation, l’énergie (utilisée en grande partie pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire), si elle est produite à partir de combustibles fossiles, aura une incidence forte sur les rejets de CO2  [3].

Illustration avec la combustion du gaz naturel (le plus léger des hydrocarbures et donc le moins émetteurs de CO2 par rapport à d’autre gaz plus lourd (butane, propane) ou des hydrocarbures liquide fioul, pétrole etc. :

Equation bilan de la combustion du méthane (CH4)

 

Réduire les consommations énergétiques du bâtiment, et travailler à la décarbonation de sa « fabrication », constituent deux enjeux majeurs pour avoir un effet significatif sur la réduction des émissions de de gaz à effet de serre.

Pour rappel parmi les 6 secteurs émissifs identifiés, le bâtiment est le deuxième secteur le plus émetteur de GES en France (juste derrière celui des transports).

 

En 2017, la France s’est fixé un objectif de neutralité carbone à horizon 2050. Afin d’atteindre cet objectif ambitieux, la Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC) prévoit une réduction par un facteur 6 des émissions de GES en 2050 par rapport à 1990[4].

Entre autres, cela implique une décarbonation quasi-complète des secteurs de l’énergie, des transports et du bâtiment (résidentiel et tertiaire). Pour le secteur du bâtiment, la SNBC évoque plusieurs leviers pour atteindre ces objectifs :

  • Rénovation du bâti existant pour réduire les consommations énergétiques ;
  • Sobriété des usages pour limiter les consommations énergétiques ;
  • Décarbonation des consommations résiduelles ;
  • Hauts niveaux de performance carbone et énergétique pour les constructions neuves.

 


[1] Sur terre, le CO2 est absorbé par les végétaux grâce à la photosynthèse. Dans les océans, deux processus absorbent le CO2. Un processus biologique : les eaux de surface contiennent du phytoplancton qui absorbe le CO2 et produisent de l’O2 grâce à la photosynthèse (certaines de ces espèces, à leur mort, stockent le carbone dans leur squelette et se déposent au fond de l’océan). Un processus physique d’absorption du CO2 dans les océans, relève de la dissolution naturelle des gaz de l’atmosphère au contact de la surface entre l’air et l’eau. Cette dissolution est favorisée à basse température : ainsi, les zones froides des océans absorbent plus de CO2 que les zones chaudes. Avec le réchauffement climatique, les océans eux aussi se réchauffent, rendant plus difficile la dissolution du CO2 dans les mers.

[2] « Le poids carbone réel d’un bâtiment de bureaux tout au long de son cycle de vie », Décembre 2019, Observatoire de l’Immobilier Durable (OID), https://resources.taloen.fr/resources/documents/7765_191210_poids_carbone_ACV_vdef.pdf

[3 Cartographie de l’impact de l’électricité (rejets de GES par kWh de production électrique produit), selon les pays, sur le climat, https://www.electricitymap.org/zone/FR

[4] Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC), https://www.ecologie.gouv.fr/strategie-nationale-bas-carbone-snbc#e0

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