Impact de l'homme sur la composition de l'atmosphère

Le CO2 n'est pas le seul gaz présent dans l'atmosphère. Je vais vous détailler, à partir des chiffres trouvés sur wikipédia, le rôle des différents gaz qui la composent et l'impact des activités humaines sur leur présence.

Tout d'abord il faut que vous compreniez la notion d'équilibre. Lorsque deux substances chimiques sont en contact, elle tendent naturellement à se retrouver dans des proportions particulières, dépendant des substances.

Par exemple l'ion hydronium H3O+ est présent dans l'eau à proportion de 1 pour 10 millions de molécules d'eau. Il se transforme perpétuellement en eau et l'eau en ion hydronium, de manière à ce que ce taux soit constamment de 1 pour 10 millions. Le même type d'équilibre existe entre différents états d'une même molécule, comme par exemple entre l'eau liquide, l'eau glacée et la vapeur d'eau.

Or ces équilibres peuvent varier en fonction des conditions de température et de pression, ou en présence d'autres molécules. Par exemple l'ion H30+ cité ci dessus peut devenir beaucoup plus courant en présence d'acides (par exemple 1 pour 100 dans l'estomac). De même, lorsque la température baisse en fin de nuit, l'équilibre entre l'eau liquide et la vapeur d'eau bouge au profit du liquide, et de la rosée se forme. Si la température remonte dans la matinée, la rosée s'évaporera. Des phénomènes d'équilibre très complexes existent entre les différents constituants de l'atmosphère, ainsi qu'entre celle ci et les océan, l'atmosphère et les être vivants... C'est pourquoi il est difficile de comprendre, et surtout de prédire, ce qui se passe au dessus de nous.

Voici les différents gaz présents dans l'atmosphère, et les effet des activités humaines sur leur présence.

Diazote (N2) 780 840 ppmv (78,084 %)
Le diazote est le principal composant de l'atmosphère, c'est un gaz plutôt neutre, c'est à dire qui réagit peu avec les autres substances, même s'il peut être utilisé par certaines plantes et bactéries. Son taux est très important et l'activité de l'homme ne le modifie que très peu.

Dioxygène (O2) 209 460 ppmv (20,946 %)
Second constituant de l'atmosphère, l'oxygène est un gaz qui lui réagit beaucoup. Il est impliqué dans toutes les réactions de combustion, c'est à cause de lui que les métaux rouillent, et bien sûr, il a un rôle capital dans la survie de toutes les espèces aérobies, les espèces qui respirent (plantes, animaux, un grand nombre de microorganismes). Là aussi la forte teneur de l'atmosphère empêche les activités humaines d'avoir un rôle vraiment significatif sur son taux. Par contre, comme il réagit beaucoup, son taux décroît en permanence, et depuis des milliards d'années sa présence en aussi grande quantité est uniquement due à la production massive par les plantes. Il n'est pas exclu que les activités humaines et les perturbations qu'elles engendrent n'aient pas des impacts sur sa présence future, mais ce ne serait visible qu'après un très grand laps de temps, le taux actuel ayant mis 300 millions d'années à être atteint. Si notre espèce a un impact significatif sur ce taux dans quelques millions d'années, ce sera probablement parce que nous avons engendré une catastrophe trop importante ayant entraîné notre disparition.

Argon (Ar) 9 340 ppmv (0,9340 %) L'argon appartient à la famille des "gaz nobles" ou "gaz inertes", qui comme leur nom l'indique ne réagissent chimiquement avec rien (leur couche d'électrons externe est saturée si vous voulez tout savoir). L'humanité n'a pas d'impact sur son taux à ma connaissance, bien qu'il soit utilisé dans l'industrie justement pour éviter les réactions à haute température (comme par exemple dans les ampoules électriques à incandescence pour protéger le filament). De toute manière, sauf augmentation vraiment significative, impossible car on peut difficilement le trouver en quantité, sa variation n'aurait que peu d'impact.

Dioxyde de carbone (CO2) 384 ppmv(0,0384 %)
Pas besoin de m'attarder sur lui, vous en savez déjà pas mal d'après les articles précédents (1 et 2).

Néon (Ne) 18,18 ppmv
Le Néon est, lui aussi, un gaz rare. De même que l'argon, je en pense pas que l'humanité joue un rôle dans sa présence, bien qu'il soit utilisé entre autre dans les lampes du même nom (qui peuvent comporter autre chose que du Néon). En effet, comme toutes les molécules, le Néon peut s'exciter lorsqu'on lui apporte une certain quantité d'énergie et rendre cette énergie sous forme de lumière, phénomène utilisé dans les lampes fluorescentes.

Hélium (He) 5,24 ppmv
L'Hélium est plus ou moins un gaz noble lui aussi (il a la particularité de n'avoir que deux électrons). Comme les deux précédents, les variations de sa quantité n'auraient que peu d'incidences, voire aucune, sur l'environnement.

Méthane (CH4) 1,745 ppmv
Le méthane est un des principaux composants du gaz "naturel". Il est inflammable à certaines concentration (très supérieures à celle de l'atmosphère), et réagit avec l'oxygène pour donner du CO2 et de la vapeur d'eau. C'est un gaz à effet de serre très puissant (25 fois plus que le CO2 sur un siècle). Son taux à été multiplié par 2,5 depuis 1750. Il est produit en masse par l'élevage (les fameux pets de vache), par la dégradation de matières organiques par des bactéries. Il est présent sous forme d'hydrate de méthane dans les fonds océaniques et le permafrost, j'en ai parlé dans ce billet. Je ferais un article plus détaillé sur lui.

Krypton (Kr) 1,14 ppmv
Encore un gaz noble, utilisé de la même manière que les autres.

Dihydrogène (H2) 0,55 ppmv
Il réagit avec l'oxygène pour donner de l'eau, sa présence est due à un équilibre entre les trois espèces, et les activités humaines, même si elles en produisent en quantité, n'influeraient probablement pas sur cet équilibre, il serait rapidement transformé en eau. Il représente un espoir pour l'avenir, pouvant être utilisé comme combustible et produit de manière renouvelable. Je lui consacrerait aussi un article.

Vapeur d'eau (H2O) de 1 % à 4 % (variable)
L'eau sous forme gazeuse contribue à l'effet de serre de manière importante, sa présence dans l'atmosphère varie en fonction des latitudes des saisons, des masses d'air... Globalement, les activités humaines émettent de la vapeur d'eau, mais on aussi une influence indirecte, le réchauffement climatique entraînant une augmentation de la vaporisation de l'eau liquide, et donc une augmentation de la quantité de vapeur, entraînant elle même une augmentation de l'effet de serre, jusqu'à un point d'équilibre. Reste à savoir à combien de degrés au dessus de la température actuelle ce nouveau point d'équilibre se situera. Plus que l'augmentation directe due aux émissions humaines, c'est ces effet d'amplification qui sont réellement inquiétant.

Monoxyde d'azote (NO) et Dioxyde d'azote (NO2) 0,5 et 0,2 ppmv
Encore appellés NOx, ils sont produits par les éclairs, mais surtout par les moteurs a explosion. Ils sont toxiques et ont un impact sur la santé publique. Le Protoxyde d'azote, N2O, un autre NOx, est 292 fois plus efficace que le CO2 pour l'effet de serre. Sa présence est due en grande majorité aux activités humaines.

Xénon (Xe) 0,09 ppmv
Encore un gaz noble...

Ozone (O3) 0,0 à 0,07 ppmv
Le cas de l'ozone est très particulier. C'est un gaz produit lorsque le dioxygène reçoit de l'énergie, c'est à dire soit dans la stratosphère, créé par les rayonnements venus de l'espace, soit dans la troposphère. Il est alors créé par les moteurs électriques, les lignes électriques dans certaines conditions, les feux de forêt... L'ozone est réparti selon l'altitude comme vous pouvez le voir sur la courbe ci contre : dans la stratosphère, on observe la fameuse couche d'ozone, bien que ce soit plus une couche d'air un peu plus riche en ozone. Cet ozone nous protège des rayons ultraviolets, car elle les absorbe pour redevenir du dioxygène, qui lui même se transforme continuellement en ozone. Au niveau du sol, la grande quantité d'ozone est un problème, car cet ozone est un gaz qui réagit encore plus que l'oxygène avec tout ce qui l'entoure, et est dangereux pour les voies respiratoires, il facilite aussi les cancers. Pour simplifier, on peut dire que l'ozone produit dans la stratosphère naturellement nous protège, alors que l'ozone produit par l'homme est dangereux, on parle parfois de bon et de mauvais ozone. Les activités humaines ont largement augmenté le taux d'ozone troposphérique, celui ci étant quasi nul normalement, et réduit la taux d'ozone stratosphérique, notamment à cause des gaz cités ci dessous : les CFC.

Chlorofluorocarbonates (CFC)
Les CFC sont des molécules présentes en très petite quantité dans l'atmosphère, mais au potentiel réchauffant plus de 20 000 fois supérieur au CO2. ILs sont exclusivement produits par l'homme et sont utilisés dans les systèmes de réfrigération ou dans les nettoyants industriels. Ils réagissent aussi avec l'ozone, ce qui peut avoir un effet bénéfique lorsqu'ils viennent d'être émis, réduisant le taux d'ozone troposphérique, mais ces gazs ne tardent pas à se répandre et atteindre la stratosphère, où ils sont à l'origine du trou dans la couche d'ozone. Ils tendent à être remplacés par les HFC, molécules voisines, qui elles ne détériorent pas l'ozone mais augmentent autant l'effet de serre.

Ce que l'on peut remarquer d'une manière générale, c'est que l'homme a un impact d'autant plus élevé que le gaz est présent en faible quantité dans l'atmosphère à l'origine, ce qui est logique, il est très difficile de modifier le taux d'oxygène par exemple. Il aura fallu un siècle et demie pour arriver à modifier suffisamment le taux de CO2 de manière visible, mais cette modification augmentant l'effet de serre, elle risque de produire des emballements catastrophiques. Le méthane, la vapeur d'eau, le protoxyde d'azote, les CFC et HFC, produits de manière massive par l'homme et quasi inexistants pour les trois derniers avant notre arrivée augmentent aussi de manière importante l'effet de serre. Jusqu'ici, l'océan à joué son rôle régulateur, absorbant les gaz en surplus dans l'atmosphère, mais les équilibres étant atteint entre les gaz dissous et les gaz libres, l'effet de serre risque d'augmenter beaucoup plus vite ces prochaines décennies. Alors, la point d'équilibre entre les gaz dissous et les gaz libres va être modifié, à cause du réchauffement de l'eau, et l'océan va se mettre à recracher progressivement les gaz à effet de serre. Si à cela on ajoute les émissions qui ne semblent pas prêtes de s'arrêter, et les stocks de gaz à effet de serre naturels qui risquent de se libérer dans l'air à cause du réchauffement, on peut vraiment parler de bombe climatique potentielle, qui pourrait conduire à une augmentation très importante de la température (dans les 15°C selon certain modèles) qui pourraient alors rendre notre planète vraiment invivable.

Arriverons nous à la température de Vénus? (photo ci dessus) Cette planète est un peu plus proche du soleil que la notre, et qui fait la même taille, mais son effet de serre est bien plus important, la température étant d'à peu près 450°C. Si la température terrestre augmentait assez pour que l'eau des océans se vaporise suffisamment, on aurait ici un emballement vraiment catastrophique conduisant à la vaporisation totale de tous les océans, ce qui augmenterais encore plus l'effet de serre. Cet événement est peu probable, il faudrait que la pollution humaine augmente encore pendant plusieurs décennies et que les gisements d'hydrates de méthane soient plus important que prévus (leur taille n'est pas connue précisément). De plus, il semblerait qu'une telle situation ne soit pas stable, ces conditions ayant déjà été présentes il y a 4,3 milliard d'années, et ayant donné naissance aux océans. Néanmoins, les activités humaines risquent d'avoir un impact sans précédent sur l'atmosphère, ce qui aura aussi un impact sur les écosystèmes. Il est possible que les seules espèces d'animaux connus par nos petits enfants soient les animaux domestiques et les petits animaux (rats, insectes...). Il est aussi possible que ces perturbations nous empêchent d'avoir des petits enfants...