Quels sont les principaux gaz à effet de serre et leurs principales sources d'émissions ?

Un gaz « à effet de serre » (GES) est un composant gazeux présent dans l'atmosphère terrestre qui absorbe les rayons infrarouges émis par la surface de la Terre, de telle façon qu'ils réchauffent la planète.

En raison des activités humaines, la planète a déjà gagné au moins + 1°C depuis l'ère pré-industrielle, multipliant les catastrophes climatiques. Pour lutter contre ce dérèglement climatique appelé à s'aggraver avec chaque demi degré supplémentaire, les signataires de l'accord de Paris de 2015 se sont engagés à réduire leurs émissions pour limiter le réchauffement à + 2°C, voire + 1,5°C.

Pour le moment, ces engagements des États ne sont pas tenus.

Qu'est-ce qu'un effet de serre ?

Les gaz à effet de serre sont des gaz qui absorbent le rayonnement infrarouge (une partie des rayons solaires) émis par la surface terrestre. Comme une serre, ils empêchent le rayonnement infrarouge de repartir vers l'espace⁽¹⁾. Cette absorption du rayonnement thermique par les GES contribue à réchauffer l’atmosphère, qui elle-même réchauffe la surface terrestre, créant ainsi l’effet de serre.

L'effet de serre est un phénomène naturel par lequel certains gaz dans l'atmosphère terrestre retiennent la chaleur émise par la surface de la Terre, empêchant ainsi cette chaleur de s'échapper dans l'espace. Ce processus maintient la température de la planète à un niveau compatible avec la vie. Cependant, l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre dus aux activités humaines amplifie ce phénomène, entraînant un réchauffement climatique global.

Liste des GES et sources d'émissions

Il existe de nombreux gaz à effet de serre, pouvant être classés en deux catégories :

• les gaz à effet de serre qui existent naturellement dans l’atmosphère et qui sont également produits par l’activité humaine, tels que la vapeur d’eau (H₂O), le dioxyde de carbone (CO₂) le méthane (CH₄), le protoxyde d’azote (N₂O) et l’ozone (O₃) ;
• les gaz à effet de serre créés exclusivement par l’activité humaine, incluant les principaux gaz fluorés, à savoir les chlorofluorocarbures (CFC), le tétrafluorométhane (CF₄) et l'hexafluorure de soufre (SF₆).

Pour les inventaires nationaux, sont pris en considération les émissions dites anthropiques, découlant des activités humaine. En grande augmentation dans l'atmosphère, ils sont responsables du réchauffement climatique.

Le dioxyde de carbone (CO₂) provient principalement de la combustion de combustibles fossiles, de la déforestation et de certaines activités industrielles, et il a un potentiel de réchauffement global (PRG) de 1, servant de référence pour les autres gaz.

Le méthane (CH₄) est émis par l'élevage, la gestion des déchets, l'exploitation du gaz naturel et du pétrole, ainsi que par les cultures rizicoles, et il possède un PRG d'environ 25 sur une période de 100 ans.

Le protoxyde d'azote (N₂O) est produit par l'agriculture, en particulier par l'utilisation d'engrais azotés, la combustion de biomasse, et certains procédés industriels, avec un PRG d'environ 298 sur 100 ans.

Les hydrofluorocarbures (HFCs) sont générés par les réfrigérants, les climatiseurs et les aérosols, et leur PRG varie considérablement, allant de 12 à 14 800.

Les perfluorocarbures (PFCs) proviennent de la production d'aluminium et de certains réfrigérants, et ils ont un PRG très élevé, compris entre 7 390 et 12 200.

L'hexafluorure de soufre (SF₆) est utilisé dans l'isolation électrique et dans les industries de l'électronique, avec un PRG d'environ 23 500.

L'ozone troposphérique (O₃) se forme à partir de réactions chimiques entre divers polluants dans l'atmosphère, et bien que son PRG soit variable, il reste significatif en tant que gaz à effet de serre secondaire.

Mesure et classification

Les inventaires nationaux d'émissions de gaz à effet de serre sont réalisés à partir d'estimations, selon une formule mathématique simple. Les émissions sont calculées en multipliant la quantité d'activité à un "facteur d'émission" relatif à la substance examinée.

Pour les pays qui n'ont pas la possibilité de déterminer des valeurs nationales pour leurs facteurs d'émission, les experts climat de l'ONU (Giec) proposent des données par défaut. Le facteur d'émission permet de convertir les niveaux de consommation des différentes énergies en quantité de gaz à effet de serre.

Equivalent carbone et potentiel de réchauffement global

Les pays suivent les lignes directrices du Giec pour établir leurs rapports. Y sont développées les recommandations pour les méthodes de collecte de données, les secteurs à suivre, et le "pouvoir de réchauffement global" de chaque gaz.

Il s'agit d'un indice qui "permet notamment de comparer l'impact relatif des gaz à effet de serre sur le changement climatique", en convertissant les émissions directes en "équivalent CO2" (eqCO2), explique le Citepa, organisme qui réalise l'inventaire français. C'est le "pouvoir de réchauffement global (PRG) représentant l'impact d'un gaz à effet de serre sur le climat".

Pour réduire les émissions de GES, le protocole de Kyoto s'est basé sur l’équivalent carbone (éq.CO₂), aussi appelé « potentiel de réchauffement global » (PRG), de chaque gaz. Cet indice permet de comparer les impacts des différents GES sur le climat. Par définition, le PRG attribué au CO₂ est fixé à 1. Celui des autres gaz détermine par convention le nombre de tonnes de CO₂ ayant un effet de serre équivalent à 1 tonne du gaz en question.

Par exemple, le PRG du méthane est fixé à 23. Dès lors, il est convenu qu'une tonne de méthane a un pouvoir de réchauffement 23 fois supérieur à celui d’une tonne de CO₂. Les émissions des 6 gaz à effet de serre couverts par le protocole de Kyoto atteignaient 54 Gt éq.CO₂ en 2013.

Responsabilité par pays

Tous les pays n'ont pas les mêmes responsabilités dans le cadre de la Convention des Nations unies sur le changement climatique (CCNUCC). Les pays dits de l'Annexe 1, qui regroupe tous les membres de l'OCDE mais aussi la Russie, ont pris des engagements pour réduire leurs émissions et fournissent un rapport d'inventaire disponible deux ans après l'année observée.

Pour le reste du monde qui, "aujourd'hui, émet 70% des émissions de gaz à effet de serre de la planète, il n'y a pas d'autre obligation que d'essayer de faire des communications nationales à intervalles réguliers, qui sont moins précises, qui ne sont pas du tout dans un format harmonisé", explique Philippe Ciais, directeur de recherche au Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE) et auteur du Giec.

La Chine, plus gros pays émetteur de gaz à effet de serre, et les pays du Golfe sont dans cette catégorie.

Globalement, les personnes les plus riches polluent beaucoup plus que les personnes à revenus modestes.

Les secteurs d'activité

Les grands secteurs sont passés au crible :

• l'énergie, avec toutes les activités de combustion de carburant des industries, du transport, de la construction ;
• les procédés industriels, par exemple la production de ciment ou de verre, les industries chimique, électronique, du métal, mais aussi les utilisations de produits comme substituts de substances appauvrissant l'ozone ;
• l'agriculture, foresterie et autres affectations des terres ;
• le traitement des déchets.

Le méthane, dont 60% des émissions sont d'origine humaine (élevage de bétail, riziculture, exploitation des combustibles fossiles, décharges...), et le protoxyde d'azote, dont 40% des émissions sont d'origine humaine (engrais, processus industriels...), ont aussi atteint des pics de concentration. Le protoxyde d'azote joue par ailleurs un rôle important dans la destruction de la couche d'ozone stratosphérique, qui nous protège des rayons ultraviolets nocifs émis par le soleil.

État des lieux des émissions de GES en France et dans le monde

Baisse en France

La France a accéléré en 2023 sa baisse des émissions de gaz à effet de serre, en recul de 4,8%. En 2022, les émissions étaient reparties à la baisse, en repli de 2,7%, après une hausse de 6,4% en 2021 attribuée à l'effet rebond de la reprise économique post-Covid-19.

Le pays, qui a émis 408 millions de tonnes équivalent CO2 en 2022, vise 270 millions en 2030. "Après avoir doublé la baisse entre 2017 et 2022, on doit à nouveau (la) doubler entre 2022 et 2030", a rappelé M. Béchu, ministre de la Transition énergétique. Pour cela, l'Etat a détaillé en mai 2023 puis en décembre 2023 de nouveaux plans pour réduire de 5% par an ses émissions de gaz à effet de serre d'ici 2027, et les diviser par cinq d'ici 2050.

Toujours en hausse dans le monde

Les émissions mondiales de gaz à effet de serre comptabilisées dans leur ensemble ont atteint 41,3 Gt CO2 éq. en 2022, soit 1% de plus qu'en 2021. Là encore, un nouveau niveau record.

Les quatre plus importants émetteurs de GES - Chine, États-Unis, Union européenne et Inde - représentent 56% des émissions mondiales. Seule l'UE (9% du total) est en voie de remplir, et même dépasser, ses objectifs.

Les scientifiques préoccupés

Déjà en 2019, le secrétaire général de l'Organisation météorologique mondiale (OMM), Petteri Taalas pointait qu'il n'y avait "aucun signe de ralentissement, et encore moins de diminution, de la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère malgré tous les engagements pris au titre de l'Accord de Paris sur le climat", à l'occasion de la publication du bulletin annuel de l'OMM sur les concentrations de GES.

D'après les scientifiques, le dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre persistant dans l'atmosphère, continuent de battre des records de concentration, à environ 150% de plus que le niveau préindustriel de 1750. "Il convient de rappeler que la dernière fois que la Terre a connu une teneur en CO2 comparable, c'était il y a 3 à 5 millions d'années : la température était de 2 à 3°C plus élevée qu'aujourd'hui, et le niveau de la mer était supérieur de 10 à 20 mètres au niveau actuel", souligne M. Taalas.

Les émissions de gaz à effet de serre se produisent à un rythme inédit, dix fois supérieur à celui constaté lors de périodes de réchauffement des 66 millions d'années passées, souligne une étude parue dans Nature Climate Change.

Cette vitesse excède même la perturbation climatique qui avait marqué le passage de l'ère Paléocène à l'Eocène, il y a 56 millions d'années, pointe l'étude: à l'époque, les températures mondiales avaient crû de plus de 5°C sous l'effet de gaz à effet de serre, mais sur quelques milliers d'années, provoquant pourtant l'extinction de nombreuses espèces, notamment océaniques.

Or les émissions actuelles, d'origine humaine (utilisation d'énergies fossiles en particulier), ont déjà fait gagner 1°C à la Terre depuis la Révolution industrielle, et annoncent une hausse de 3 à 4°C d'ici 2100 si aucune mesure drastique n'est prise.

"Le rythme des émissions est absolument critique," explique Andy Ridgwell, paléo-climatologue à l'Université de Bristol, co-auteur de l'étude avec deux confrères de l'Université de Hawaii et de l'Université de Californie à Santa Cruz.

Les activités humaines dégagent actuellement dans l'atmosphère environ 10 milliards de T de carbone annuellement.

Pour avoir 50% de chances de contenir le réchauffement mondial du climat à 1,5°C, les émissions mondiales doivent baisser de 43% d'ici 2030, par rapport aux niveaux de 2019, selon le dernier rapport du Giec, les experts mandatés par l'ONU.

Ces émissions doivent atteindre un pic d'ici à 2025, non seulement pour espérer limiter le réchauffement à 1,5°C mais aussi à 2°C ou 2,5°C, selon le Giec.

Dans son dernier rapport, le Giec estimait à 500 Gigatonnes (Gt) d'équivalent CO2 la quantité de gaz à effet de serre restant à émettre pour atteindre 1,5°C de réchauffement climatique, soit environ 12 années d'émissions mondiales actuelles. Selon une récente réévaluation des scientifiques, ce budget carbone ne serait finalement que de la moitié, 250 Gt de CO2e, soit six années environ.

Objectifs de réduction des GES

Protocole de Kyoto

Le protocole de Kyoto, adopté en 1997 et entré en vigueur en 2005, engageait les pays industrialisés et ceux en transition vers une économie de marché à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre de 5,2 % en moyenne par rapport aux niveaux de 1990, sur la période 2008-2012.

Ce protocole instaurait des objectifs contraignants pour 37 pays, principalement en Europe, ainsi que pour la Communauté européenne, tout en introduisant des mécanismes de flexibilité tels que le commerce des droits d'émission.

Facteur 4

L'objectif du facteur 4 vise à réduire de 75 % les émissions de gaz à effet de serre d'ici 2050 par rapport aux niveaux de 1990. Il trouve son origine dans les discussions sur le climat au sein de la communauté scientifique et politique dans les années 1990 et 2000, notamment en France. Il a été formalisé pour la première fois en 2003 dans le cadre du Plan Climat français, inspiré par les recommandations du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).

Accord de Paris

En décembre 2015, la COP21 a fixé pour objectif de stabiliser le réchauffement climatique dû aux activités humaines « nettement en dessous » de 2°C d’ici à 2100 par rapport à la température de l’ère préindustrielle (en renforçant les efforts pour atteindre une cible de 1,5°C). Cet objectif implique, selon le GIEC, de réduire les émissions mondiales de GES de 40% à 70% d’ici à 2050 (par rapport au niveau de 2010) et d'atteindre une économie quasiment neutre en carbone durant la deuxième partie du XXI^e siècle.

Dans le cadre de cet Accord de Paris, les États-Unis se sont engagés à réduire de 50-52% leurs émissions des gaz à effet de serre d'ici 2030 par rapport au niveau de 2005.

Accord de Kigali

En 2016, la communauté internationale a adopté l'accord de Kigali, un texte juridiquement contraignant prévoyant l'élimination progressive des hydrofluorocarbures (HFC), ces redoutables gaz à effet de serre, également présents dans certains aérosols et la fabrication de mousses isolantes.

Les États-Unis avaient joué un rôle central dans la rédaction de ce texte, qui appelle les États à réduire les HFC de 85% d'ici 2036 - un objectif repoussé de quelques années pour les économies émergentes. Si l'accord est respecté, il pourrait réduire de 0,5°C le réchauffement mondial d'ici 2100, selon les experts.

Un impact diffus sur la baisse des températures

Même si le monde réduit drastiquement les émissions de gaz à effet de serre, l'impact sur le réchauffement pourrait ne pas être visible avant le milieu du siècle, selon des chercheurs qui craignent une réaction boomerang face à des mesures qui paraîtraient à tort inefficaces.

"La réduction des émissions, nécessaire, est efficace dès le premier jour, mais il faudra du temps avant que nous puissions mesurer cet effet avec certitude", commente dans un communiqué Bjorn Samset, du centre de recherche norvégien sur le climat Cicero. Le système climatique est en effet notamment caractérisé naturellement par une importante force d'inertie et une forte variabilité d'une année à l'autre.

"Le changement climatique provoqué par l'Homme peut être comparé à un porte-conteneur lancé à pleine vitesse au milieu de grosses vagues. Si vous voulez ralentir le navire, vous pouvez enclencher la marche arrière, mais cela prendra du temps avant de pouvoir remarquer qu'il a ralenti", poursuit le climatologue.

Ainsi, une baisse importante des émissions pourra se voir immédiatement sur les concentrations de CO2 dans l'atmosphère, mais pas sur la hausse des températures qui est pourtant responsable de la multiplication des événements météo extrêmes. Même dans les scénarios les plus optimistes, les premiers signes d'un impact sur le réchauffement pourraient être invisibles au moins jusqu'en 2035, selon les chercheurs.