Gaz à effet de serre : causes, effets et systèmes de mesure pour l’action climatique

Les gaz à effet de serre (GES), tels que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et le protoxyde d’azote (N₂O), retiennent la chaleur dans l’atmosphère, intensifiant l’effet de serre et provoquant le réchauffement climatique. La surveillance précise de ces gaz est essentielle pour une action climatique efficace, le respect des objectifs internationaux et la protection des écosystèmes ainsi que de la santé humaine.

L’été 2024 s’achève comme le plus chaud jamais enregistré depuis 175 ans, date à laquelle les premières données météorologiques ont commencé à être recueillies. Un record qui n’a plus rien d’exceptionnel : depuis quatre décennies, la température de la planète augmente sans relâche, avec une hausse moyenne de 1,45 °C.

Bien que l’année 2023 ait été la plus chaude jamais enregistrée, il est probable qu’à la fin de celle-ci, les températures observées dans le monde dépassent encore celles de l’année précédente. Ce qui est le plus alarmant, c’est que nous ne sommes pas face à une simple succession d’anomalies météorologiques ponctuelles ou saisonnières, mais à des changements de plus en plus constants et récurrents liés à l’énergie piégée dans l’atmosphère, dont l’origine réside dans les niveaux élevés de gaz à effet de serre (GES).

« L’année 2023 nous a clairement montré que le changement climatique est déjà là. Des températures sans précédent brûlent les terres et réchauffent les océans, tandis que des phénomènes météorologiques extrêmes provoquent des ravages à travers le monde. Bien que nous sachions que ce n’est que le début, la réponse mondiale reste clairement insuffisante. » António Guterres, Secrétaire général de l’ONU.

Incendies de forêt, cyclones, vagues de chaleur, pluies torrentielles, élévation du niveau de la mer ou longues périodes de sécheresse : ces phénomènes deviennent de plus en plus fréquents et se développent avec une rapidité et une intensité inédites à travers la planète. Une menace qui cause ses plus grands ravages parmi les êtres humains, mais aussi sur les écosystèmes et les espèces de leurs habitats.

Pour faire face à cette menace environnementale d’ampleur planétaire, il est primordial de surveiller l’état du climat. Grâce à une surveillance précise des principaux gaz contribuant à l’effet de serre (dioxyde de carbone, méthane et protoxyde d’azote), il est encore possible de freiner le changement climatique.

Qu’est-ce que les gaz à effet de serre et comment affectent-ils la planète ?

Définition et rôle naturel des GES

Les gaz à effet de serre (GES) sont des gaz naturellement présents dans l’atmosphère terrestre qui ont la capacité de retenir la chaleur et de réguler la température de la planète. Ils agissent comme une couverture thermique permettant au rayonnement solaire d’atteindre la surface tout en empêchant une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre de s’échapper dans l’espace.

Les principaux gaz à effet de serre naturels sont le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄), le protoxyde d’azote (N₂O), l’ozone (O₃) et la vapeur d’eau (H₂O). Sans leur effet modérateur, la température moyenne mondiale serait d’environ –18 °C, rendant la vie telle que nous la connaissons impossible.

Par conséquent, l’effet de serre n’est pas en soi négatif. C’est un processus naturel essentiel qui maintient la Terre suffisamment chaude pour permettre la survie des écosystèmes, de l’agriculture et de la biodiversité.

Ce phénomène se produit lorsque le rayonnement solaire (lumière visible et ultraviolette) traverse l’atmosphère et réchauffe la surface terrestre. La surface chauffée émet alors de l’énergie vers l’espace sous forme de rayonnement infrarouge.

Une partie de ce rayonnement est absorbée et réémise par les gaz à effet de serre, ce qui entraîne le piégeage de la chaleur dans les couches inférieures de l’atmosphère. Cet équilibre entre l’énergie entrante et sortante est ce qui maintient le climat de la planète stable.

Cependant, lorsque la concentration de GES augmente en raison des activités humaines, cet équilibre naturel est perturbé, provoquant la rétention d’une plus grande quantité d’énergie dans l’atmosphère et entraînant une hausse de la température mondiale.

Influence humaine : GES anthropiques et forçage radiatif

Depuis la Révolution industrielle, les activités humaines ont considérablement augmenté la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. La combustion de combustibles fossiles, les procédés industriels, l’agriculture intensive et la déforestation ont contribué à l’accumulation de ces gaz au-delà des niveaux naturels.

Ce phénomène intensifie ce que l’on appelle le forçage radiatif, qui mesure la quantité d’énergie supplémentaire piégée dans le système climatique en raison de l’augmentation des GES. Un forçage radiatif positif signifie que plus d’énergie entre dans l’atmosphère qu’il n’en sort, générant ainsi un effet de réchauffement.

• CO₂ représente environ 75 % des émissions totales de GES et peut rester dans l’atmosphère pendant plusieurs siècles.
• CH₄ a une durée de vie plus courte (≈12 ans), mais un potentiel de réchauffement global plus de 25 fois supérieur à celui du CO₂.
• N₂O persiste plus d’un siècle et contribue à la fois au réchauffement global et à la destruction de la couche d’ozone.

Ensemble, ces gaz ont fait augmenter la température moyenne de la Terre d’environ 1,45 °C au-dessus des niveaux préindustriels, déclenchant des impacts environnementaux et sociétaux sans précédent.

Lien avec le réchauffement climatique et le changement climatique

L’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre est le principal moteur du réchauffement climatique, c’est-à-dire la hausse à long terme de la température moyenne de la planète. Ce réchauffement perturbe les régimes climatiques naturels et entraîne des phénomènes météorologiques extrêmes plus fréquents tels que les vagues de chaleur, les sécheresses, les inondations et les tempêtes intenses.

La hausse des températures mondiales accélère également la fonte des glaciers et des calottes polaires, contribuant à l’élévation du niveau de la mer et menaçant les écosystèmes ainsi que les communautés côtières.

De plus, l’accumulation de GES modifie la chimie des océans, augmentant leur acidification et perturbant la biodiversité marine. Les effets combinés de ces processus définissent ce que nous appelons aujourd’hui le changement climatique : une crise complexe et interconnectée qui nécessite une surveillance précise et une action mondiale déterminée.

Comprendre le fonctionnement des gaz à effet de serre et la manière dont les activités humaines modifient leur équilibre naturel est essentiel pour concevoir des stratégies d’atténuation efficaces et des systèmes de surveillance de la qualité de l’air capables de protéger à la fois les populations et la planète.

Qu’est-ce que l’effet de serre

L’effet de serre est un phénomène naturel qui permet à la Terre de retenir la chaleur provenant de la lumière visible et ultraviolette, entre autres rayonnements solaires. Une partie de ce rayonnement est absorbée par la surface terrestre, ce qui la réchauffe à un niveau adéquat pour le développement de la vie. Sans cette énergie solaire, la température moyenne de la planète n’atteindrait pas –18 °C.

Cependant, une partie de ce rayonnement, pour équilibrer la chaleur, est renvoyée vers l’atmosphère sous forme de rayonnement infrarouge. C’est alors que certains gaz polluants, issus des activités humaines et présents dans l’atmosphère, entrent en action en absorbant une partie de ce rayonnement infrarouge qui est à son tour renvoyé vers la surface terrestre, provoquant un réchauffement considérable. La chaleur reste piégée par l’action des gaz à effet de serre, modifiant profondément la température nécessaire au développement de la vie dans la biosphère et provoquant le réchauffement climatique.

Principales sources et causes des émissions de gaz à effet de serre

L’activité humaine est le principal facteur de l’augmentation de la concentration de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère. Ces gaz sont libérés lors de la production d’énergie, des processus industriels, de l’agriculture, de la gestion des déchets et des changements d’utilisation des sols. Ensemble, ils amplifient l’effet de serre et accélèrent le réchauffement climatique.

Les secteurs suivants représentent les principales sources d’émissions anthropiques :

Combustion des combustibles fossiles (industrie, transport et énergie)

La combustion du charbon, du pétrole et du gaz naturel est la plus grande source individuelle d’émissions mondiales de GES. Lorsque ces combustibles fossiles sont brûlés pour produire de l’énergie ou faire fonctionner des machines, ils libèrent de grandes quantités de dioxyde de carbone (CO₂), le principal gaz à effet de serre responsable du changement climatique à long terme.

Industrie et production d’énergie

Les installations industrielles et les centrales thermiques représentent la majorité des émissions de CO₂. La production d’électricité et de chaleur à elle seule est responsable de près de 40 % des émissions mondiales liées à l’énergie. La combustion de combustibles fossiles dans les chaudières, turbines et fours libère du CO₂ ainsi que d’autres polluants tels que le dioxyde de soufre (SO₂) et les oxydes d’azote (NO_x), qui dégradent encore la qualité de l’air.

Transport

Les voitures, camions, navires et avions fonctionnant avec des moteurs à essence ou diesel émettent à la fois du CO₂ et du méthane (CH₄). Le secteur des transports contribue à environ un cinquième des émissions mondiales de GES, en raison de la dépendance continue aux moteurs à combustion interne et de la lente adoption des alternatives de mobilité à faibles émissions de carbone.

Agriculture et élevage (méthane et protoxyde d’azote)

Les pratiques agricoles et d’élevage génèrent d’importantes quantités de méthane (CH₄) et de protoxyde d’azote (N₂O), deux gaz dont le pouvoir de réchauffement est beaucoup plus élevé que celui du CO₂.

• Méthane : émis lors de la fermentation entérique chez les animaux ruminants (vaches, moutons, chèvres) et lors de la décomposition anaérobie de la matière organique dans les rizières, le stockage du fumier et les déchets agricoles.
• Protoxyde d’azote : provient principalement des engrais azotés, des pratiques de gestion des sols et de l’application de fumier dans les systèmes agricoles intensifs.

Ces deux gaz sont extrêmement puissants : le méthane a un pouvoir de réchauffement global 28 fois supérieur à celui du CO₂, tandis que celui du protoxyde d’azote est près de 300 fois plus élevé sur une période de 100 ans.

Déforestation et changement d’utilisation des sols (perte des puits de carbone)

Les forêts et la végétation agissent comme des puits de carbone, absorbant le CO₂ grâce à la photosynthèse et le stockant dans la biomasse et les sols. Cependant, la déforestation, la dégradation des forêts et la conversion des terres libèrent ce carbone stocké dans l’atmosphère.

Chaque année, la destruction des forêts pour l’agriculture, l’exploitation minière et l’expansion urbaine contribue à environ 10 à 12 % des émissions mondiales de GES. La perte de ces puits réduit également la capacité naturelle de la planète à compenser les émissions d’autres secteurs, créant une boucle de rétroaction qui aggrave le déséquilibre climatique.

Déchets et décharges (production de méthane)

La décomposition des déchets organiques dans les décharges en conditions pauvres en oxygène (anaérobies) produit du méthane, l’un des gaz à effet de serre les plus puissants. De plus, l’incinération des déchets et les résidus dérivés du pétrole émettent du CO₂ et des composés organiques volatils (COV), contribuant davantage à la pollution atmosphérique locale et au changement climatique.

Une mauvaise gestion des déchets n’émet pas seulement des GES, mais génère également des sous-produits nocifs pouvant affecter la qualité de l’air, des sols et de l’eau. Le développement des technologies de valorisation énergétique, du recyclage et du compostage constitue une stratégie efficace pour réduire les émissions de méthane dans ce secteur.

Procédés industriels et produits chimiques (ciment, acier, gaz fluorés)

Production de ciment, d’acier et de produits chimiques

Le secteur industriel est responsable d’environ 25 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Des procédés tels que la fabrication du ciment, la production d’acier et la synthèse chimique libèrent du CO₂ et du protoxyde d’azote (N₂O) en raison de la combustion de carburants et de réactions chimiques. Par exemple, la production de ciment à elle seule représente près de 8 % des émissions mondiales de CO₂, principalement en raison de la calcination du calcaire.

Gaz fluorés et composés synthétiques

Les applications industrielles et les procédés chimiques émettent également des gaz fluorés (F-gaz) tels que les hydrofluorocarbures (HFC), les perfluorocarbures (PFC) et l’hexafluorure de soufre (SF₆). Bien que ces gaz soient émis en plus petites quantités que le CO₂ ou le CH₄, ils ont un potentiel de réchauffement global extrêmement élevé (allant de centaines à plusieurs dizaines de milliers de fois celui du CO₂). Ils sont largement utilisés dans la réfrigération, la climatisation, les aérosols et les mousses isolantes et doivent être strictement régulés par des accords internationaux tels que l’amendement de Kigali au Protocole de Montréal.

Comprendre l’ensemble des émissions de gaz à effet de serre

Les étendues des émissions de GES classifient l’origine de ces gaz :

• Champ d’application 1 : émissions directes provenant de sources possédées ou contrôlées (par exemple, combustion de carburants, procédés industriels).
• Champ d’application 2 : émissions indirectes issues de l’énergie achetée (électricité, chaleur, vapeur).
• Champ d’application 3 : toutes les autres émissions indirectes de la chaîne de valeur, y compris l’utilisation des produits, la gestion des déchets et le transport.

Comprendre ces catégories aide les industries, les gouvernements et les organisations à quantifier, surveiller et réduire plus efficacement leur empreinte carbone totale.

Pourquoi il est essentiel de mesurer les gaz à effet de serre

Une action climatique fondée sur les données

La mesure des gaz à effet de serre (GES) constitue la pierre angulaire d’une gouvernance climatique efficace. Surveiller la concentration et les flux de gaz tels que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et le protoxyde d’azote (N₂O) fournit la base scientifique nécessaire pour concevoir et évaluer les politiques climatiques. Des données précises et traçables permettent aux gouvernements et aux industries de quantifier leurs émissions, d’évaluer les efforts de réduction et de mesurer les progrès vers les objectifs de neutralité carbone.

Ce principe est soutenu par plus de 100 experts internationaux issus de 48 pays qui, sous la coordination du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), ont souligné la nécessité de cadres de mesure transparents et standardisés lors des réunions tenues au Centre commun de recherche de la Commission européenne à Ispra (Italie). Ces cadres sont essentiels pour garantir que les actions climatiques soient scientifiquement solides et cohérentes entre les pays.

Bien qu’il existe des outils et des modèles offrant des possibilités de surveillance sans précédent, il subsiste encore d’importantes différences dans les estimations des flux de CO₂ liés à l’utilisation anthropique des terres. Grassi, G., et al., 2023.

Dans cette optique, l’Accord de Paris, la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC) et l’Organisation météorologique mondiale (OMM) ont mis en place des initiatives mondiales de surveillance pour soutenir une action climatique fondée sur les données. Ces cadres visent à harmoniser les méthodes de mesure, à améliorer la comparabilité des données et à renforcer la base scientifique des engagements climatiques internationaux.

« La surveillance fiable et harmonisée des gaz à effet de serre favorise la transparence, soutient la vérification des engagements et renforce la réponse mondiale face au changement climatique. » GIEC, 2023

Valeur scientifique et politique des données fiables sur les GES

Les données fiables et vérifiées sur les GES servent de pont entre le savoir scientifique et la prise de décision politique. Elles permettent aux chercheurs de développer des modèles climatiques précis, d’évaluer l’influence humaine sur l’atmosphère et de prévoir les tendances environnementales à long terme. En parallèle, les décideurs politiques utilisent ces données pour évaluer le progrès national vers les objectifs de réduction des émissions et élaborer des stratégies d’atténuation conformes aux normes internationales.

L’harmonisation des inventaires de gaz à effet de serre, promue par le GIEC, garantit que les pays utilisent des méthodologies comparables pour estimer les émissions par secteur et par activité. Cette cohérence renforce la confiance dans les rapports internationaux et consolide la responsabilité dans le cadre de la CCNUCC. Elle constitue également la base des politiques de données ouvertes qui favorisent la transparence et la planification climatique collective.

L’accès à des données environnementales ouvertes a déjà généré des avantages mesurables. En Europe, par exemple, la disponibilité de jeux de données harmonisés sur les GES a permis d’obtenir d’importantes économies d’énergie et réductions de coûts dans les secteurs public et privé. L’initiative Global Greenhouse Gas Watch (G3W) lancée par l’OMM représente une avancée majeure dans cette direction, en intégrant des observations terrestres et satellitaires dans un réseau mondial de surveillance en temps réel.

« Les avancées scientifiques et technologiques révolutionnaires, telles que la modélisation climatique à haute résolution, l’intelligence artificielle et les systèmes d’alerte précoce, peuvent stimuler la transformation nécessaire pour atteindre les Objectifs de développement durable. » Petteri Taalas, Secrétaire général de l’OMM

Le défi de l’incertitude dans les inventaires nationaux

Malgré les progrès accomplis, l’incertitude dans les inventaires nationaux de gaz à effet de serre demeure l’un des plus grands défis de la gouvernance climatique. Selon le chercheur Giacomo Grassi, « il existe d’importantes différences entre les estimations des flux anthropiques de CO₂ et les inventaires nationaux utilisés pour évaluer le respect des objectifs climatiques ». Ces écarts résultent de différences méthodologiques, de jeux de données incomplets et de variations dans la définition de l’utilisation des sols et des facteurs d’émission.

Pour réduire ces incohérences, la communauté scientifique s’efforce de perfectionner les modèles d’émission et d’améliorer la calibration entre les données d’observation et les rapports nationaux. Un recours accru à la télédétection, aux systèmes de surveillance basés sur l’Internet des objets (IoT) et aux réseaux d’échantillonnage à haute fréquence peut aider à vérifier les sources d’émissions et à combler les lacunes de données dans les régions sous-observées.

Réduire l’incertitude n’est pas seulement un défi technique, c’est une condition essentielle pour garantir la crédibilité politique et la confiance du public. Des données transparentes et bien documentées permettent des comparaisons équitables entre les pays, une vérification précise des progrès et une meilleure conception des stratégies d’atténuation fondées sur des émissions réelles plutôt qu’estimées. En fin de compte, la précision scientifique dans la surveillance des GES transforme les données en action, jetant les bases de politiques climatiques efficaces, responsables et tournées vers l’avenir.

Mesure des gaz à effet de serre : technologies et méthodes

La mesure et l’analyse des gaz à effet de serre (GES) reposent sur une combinaison de méthodes directes et indirectes conçues pour quantifier leur concentration, leurs sources et leur comportement dans l’atmosphère. Les technologies modernes de surveillance fournissent des données en temps réel et de haute précision permettant aux scientifiques et aux décideurs politiques d’évaluer les tendances d’émissions, de mesurer l’efficacité des politiques climatiques et de concevoir des stratégies d’atténuation plus efficaces.

Stations de surveillance atmosphérique

Les stations de surveillance atmosphérique sont essentielles pour suivre la concentration des gaz à effet de serre à l’échelle locale, régionale et mondiale. Ces stations fonctionnent en continu et recueillent des données en temps réel qui reflètent les variations de CO₂, CH₄, N₂O et d’autres gaz traces. Stratégiquement situées dans des environnements urbains, ruraux et isolés, elles offrent une vision complète des sources d’émissions et des puits naturels.

Les stations typiques sont équipées d’instruments analytiques avancés tels que des spectromètres infrarouges non dispersifs (NDIR), des systèmes de spectroscopie à diode laser accordable (TDLAS) et des chromatographes en phase gazeuse. Ces dispositifs garantissent la détection des gaz avec une précision de l’ordre de la partie par million (ppm), fournissant des données essentielles pour les modèles climatiques et les inventaires internationaux.

Observations par satellite

L’utilisation de la télédétection par satellite a transformé la surveillance des gaz à effet de serre à l’échelle mondiale. Les satellites exploités par la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’initiative Global Greenhouse Gas Watch (G3W) de l’Organisation météorologique mondiale (OMM) permettent la détection continue des GES sur de vastes zones, souvent inaccessibles.

Ces satellites sont équipés de spectromètres qui mesurent la lumière solaire réfléchie et absorbée par la surface terrestre, ce qui permet de quantifier les gaz tels que le CO₂, le CH₄ et le N₂O. L’intégration de la technologie LIDAR (Light Detection and Ranging) améliore encore la précision en émettant des impulsions laser dans l’atmosphère et en mesurant la lumière réfléchie, ce qui permet d’obtenir des profils verticaux précis des concentrations de gaz.

Inventaires des gaz à effet de serre

Les inventaires nationaux des gaz à effet de serre compilent les données relatives aux émissions et aux absorptions de GES sur une période donnée, généralement une année. Ces inventaires suivent des méthodologies standardisées définies par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), garantissant la cohérence et la comparabilité entre les pays.

Les inventaires sont essentiels pour vérifier le respect des accords internationaux tels que l’Accord de Paris. Ils permettent aux pays d’évaluer l’efficacité de leurs politiques climatiques et de les adapter afin d’atteindre les objectifs de réduction des émissions. Les modèles informatiques complètent ces efforts en estimant les émissions à partir de données d’activité, de statistiques énergétiques et de facteurs d’émission.

Ce processus exige une calibration et une harmonisation rigoureuses des données afin de garantir que les estimations de GES soient transparentes et scientifiquement fiables, soutenant ainsi les rapports climatiques mondiaux et les cadres de responsabilité.

Surveillance basée sur des capteurs et solutions IoT

En plus des systèmes à grande échelle, les réseaux de surveillance basés sur des capteurs jouent un rôle de plus en plus important dans la détection des émissions locales ou fugitives, notamment dans les environnements industriels. Ces réseaux utilisent des capteurs électrochimiques et optiques capables d’identifier de petites fuites et des pics de concentration en temps réel.

Par exemple, les stations Kunak AIR Pro intègrent des capteurs de haute précision qui surveillent en continu des gaz tels que le méthane (CH₄), le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d’azote (NO_x), fournissant des données environnementales détaillées autour des sites industriels, des usines de traitement des déchets ou des zones urbaines. Associées à la plateforme Kunak Cloud, ces données peuvent être analysées à distance, permettant aux opérateurs de détecter les anomalies, de prévenir les émissions et d’optimiser les processus industriels.

Ces systèmes basés sur l’IoT améliorent non seulement la sécurité au travail, mais contribuent également aux stratégies de réduction des émissions en facilitant la détection précoce, la prise de décision fondée sur les données et le respect des réglementations environnementales.

Autres méthodes scientifiques

Plusieurs techniques complémentaires sont utilisées pour approfondir la compréhension de la dynamique des GES et de leurs échanges entre la surface et l’atmosphère.

L’une des plus utilisées est la technique de covariance des tourbillons (Eddy Covariance), qui mesure les flux verticaux de gaz, de vapeur d’eau et d’énergie entre la surface terrestre et l’atmosphère. Cette méthode est essentielle pour identifier les sources et puits naturels de carbone dans les forêts, les zones humides et les terres agricoles.

Une autre approche avancée est l’analyse isotopique, qui utilise des isotopes tels que l’azote-15 (N-15) et le carbone-13 (C-13) pour retracer l’origine, la transformation et le transport des gaz à effet de serre. Ces méthodes fournissent des informations cruciales pour développer des pratiques agricoles durables et améliorer la précision des modèles mondiaux d’émissions.

Ensemble, ces technologies complémentaires offrent une vue d’ensemble complète et précise des concentrations de gaz à effet de serre et de leur évolution dans le temps, jetant les bases de stratégies d’action climatique plus éclairées et efficaces.

Cadres et initiatives mondiaux pour la surveillance des GES

L’Accord de Paris et les budgets carbone

L’Accord de Paris, adopté en 2015 dans le cadre de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC), a établi les bases des efforts mondiaux coordonnés visant à limiter l’augmentation de la température moyenne mondiale à bien en dessous de 2 °C par rapport aux niveaux préindustriels, tout en poursuivant les efforts pour la restreindre à 1,5 °C. Chaque pays signataire s’engage à définir et à mettre à jour ses contributions déterminées au niveau national (CDN), qui incluent des objectifs de réduction des émissions et des stratégies d’adaptation.

Pour atteindre ces objectifs, le concept de budgets carbone mondiaux est devenu un outil essentiel de planification de l’action climatique. Un budget carbone représente la quantité maximale de CO₂ pouvant être émise tout en conservant une probabilité raisonnable de limiter le réchauffement global au seuil souhaité. Les évaluations scientifiques indiquent que, pour atteindre l’objectif de 1,5 °C, les émissions mondiales de CO₂ doivent diminuer d’environ 45 % d’ici 2030 par rapport aux niveaux de 2010 et atteindre la neutralité climatique d’ici 2050.

Atteindre ces objectifs de réduction nécessite des systèmes de surveillance robustes capables de suivre les progrès en temps réel. Des données fiables et transparentes sur les GES fournissent la base factuelle nécessaire pour concevoir des politiques, mesurer la conformité et évaluer si les actions nationales sont cohérentes avec les engagements mondiaux de neutralité carbone.

Programmes du GIEC et de l’OMM

Deux institutions clés coordonnent les efforts internationaux de suivi et d’évaluation des gaz à effet de serre : le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) et l’Organisation météorologique mondiale (OMM).

Le GIEC élabore les Rapports d’évaluation, qui synthétisent les connaissances scientifiques sur le changement climatique et fournissent des méthodologies pour les inventaires nationaux des gaz à effet de serre. Ces directives garantissent la cohérence et la comparabilité entre les pays, constituant ainsi la base d’une déclaration transparente dans le cadre de l’Accord de Paris.

Pour sa part, l’OMM joue un rôle fondamental dans l’observation atmosphérique mondiale. En 2023, elle a lancé l’initiative Global Greenhouse Gas Watch (G3W), qui intègre des observations satellitaires, des mesures terrestres et des modèles atmosphériques afin de créer un système unifié de surveillance quasi en temps réel des concentrations mondiales de GES. Ce programme soutient les communautés scientifique et politique en fournissant une vérification indépendante des données d’émissions et en renforçant la capacité mondiale d’observation du climat.

Jeux de données internationaux et inventaires carbone

Les initiatives mondiales de surveillance reposent sur des jeux de données ouverts et harmonisés qui rassemblent des informations sur l’utilisation des combustibles fossiles, la production industrielle, le changement d’affectation des sols et d’autres sources d’émissions. Parmi les ressources les plus reconnues figure le Global Carbon Budget 2023, qui quantifie les émissions de CO₂ issues des activités humaines et des puits naturels.

Selon ce rapport, les émissions mondiales de CO₂ d’origine fossile ont atteint 37,4 milliards de tonnes en 2023, soit une légère augmentation par rapport à l’année précédente. Bien que les émissions se soient stabilisées ou réduites dans certaines régions comme l’Europe et les États-Unis, elles continuent d’augmenter dans les économies émergentes. Le rapport souligne également la contribution croissante de la déforestation et de la dégradation des terres au total des émissions, mettant en évidence l’urgence de mettre en œuvre des pratiques durables de gestion des sols.

En intégrant des données provenant de multiples sources — inventaires, systèmes satellitaires et réseaux de capteurs —, les ensembles de données internationaux constituent la base de la modélisation scientifique, du développement des politiques et de la vérification des engagements climatiques mondiaux.

Principaux gaz à effet de serre et leurs caractéristiques

Dioxyde de carbone (CO₂) — principal GES de longue durée issu de la combustion

Le dioxyde de carbone est le gaz à effet de serre anthropique le plus abondant et le plus persistant. Il est principalement émis par la combustion de combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel), la production de ciment et la déforestation. Bien que le CO₂ soit moins puissant par molécule que d’autres gaz, sa longue durée de vie atmosphérique (plus de 100 ans) en fait le principal contributeur au réchauffement climatique.

Méthane (CH₄) — puissant polluant climatique de courte durée issu de l’agriculture et des déchets

Le méthane est un gaz à effet de serre de courte durée mais extrêmement puissant, avec un potentiel de réchauffement global 28 fois supérieur à celui du CO₂ sur une période de 100 ans. Ses principales sources incluent l’élevage (fermentation entérique), les décharges, le traitement des eaux usées et l’extraction et le transport des combustibles fossiles. Malgré sa durée de vie atmosphérique relativement courte (environ 12 ans), son effet radiatif intense en fait une priorité pour les stratégies de réduction rapide.

Protoxyde d’azote (N₂O) — émis par les engrais et l’industrie

Le protoxyde d’azote est produit par des processus microbiens du sol amplifiés par l’utilisation d’engrais synthétiques en agriculture, ainsi que par des activités industrielles et de combustion. Il possède un potentiel de réchauffement global environ 300 fois supérieur à celui du CO₂ et reste dans l’atmosphère pendant plus d’un siècle. De plus, le N₂O contribue à la destruction de la couche d’ozone, ce qui en fait une double priorité environnementale.

Gaz fluorés (HFC, PFC, SF₆) — usages industriels et réfrigérants

Les gaz fluorés sont des composés synthétiques largement utilisés comme réfrigérants, propulseurs d’aérosols et agents isolants dans les processus industriels. Bien qu’ils ne représentent qu’une petite fraction des émissions totales, ils possèdent des potentiels de réchauffement global (PRG) très élevés, parfois plus de 10 000 fois supérieurs à celui du CO₂. Des réglementations telles que l’amendement de Kigali au Protocole de Montréal visent à réduire progressivement leur production et leur consommation à l’échelle mondiale.

Progrès technologiques pour l’action climatique

L’innovation technologique joue un rôle essentiel dans la réalisation des objectifs climatiques mondiaux. Les outils émergents basés sur l’intelligence artificielle (IA), les architectures de l’Internet des objets (IoT) et l’analyse des données en temps réel transforment la manière dont les émissions sont détectées, quantifiées et communiquées.

Grâce à l’intégration de réseaux de surveillance et de plates-formes cloud, de grands volumes de données environnementales peuvent être collectés, traités et visualisés en temps réel. Cette approche améliore la traçabilité, favorise la conformité aux normes internationales et facilite une prise de décision plus efficace pour les gouvernements et les industries.

Des solutions de haute précision telles que le Kunak AIR Pro et la plate-forme Kunak Cloud illustrent comment les réseaux de capteurs connectés peuvent fournir une surveillance continue de la qualité de l’air et des gaz dans des environnements complexes. Ces systèmes permettent la détection précoce des fuites, soutiennent les initiatives de réduction des émissions et fournissent des données vérifiables conformes aux stratégies ESG (environnementales, sociales et de gouvernance).

En combinant automatisation, science des données et connectivité, ces technologies jettent les bases d’une approche intelligente et fondée sur les données de l’action climatique, où la transparence et la précision sont essentielles pour obtenir des résultats durables et mesurables.

Foire aux questions (FAQ) sur les GES

Quels sont les principaux gaz à effet de serre ?

Les principaux gaz à effet de serre (GES) responsables de la rétention de chaleur dans l’atmosphère terrestre sont : le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄), le protoxyde d’azote (N₂O), l’ozone (O₃) et la vapeur d’eau (H₂O). Il existe également des gaz synthétiques tels que les hydrofluorocarbures (HFC), les perfluorocarbures (PFC) et l’hexafluorure de soufre (SF₆), qui contribuent aussi au réchauffement climatique, bien qu’émis en plus faibles quantités. Chacun présente un potentiel de réchauffement global (PRG) et une durée de vie atmosphérique différents, ce qui détermine leur impact relatif sur le changement climatique.

Comment les gaz à effet de serre provoquent-ils le réchauffement climatique ?

Les gaz à effet de serre provoquent le réchauffement climatique en emprisonnant la chaleur dans l’atmosphère par le mécanisme de l’effet de serre. Le rayonnement solaire qui atteint la surface de la Terre est absorbé puis réémis sous forme de rayonnement infrarouge. Les GES absorbent et réémettent une partie de cette énergie, empêchant sa dissipation dans l’espace. À mesure que la concentration de ces gaz augmente, la quantité de chaleur retenue croît, ce qui entraîne une hausse progressive de la température moyenne mondiale et modifie les régimes climatiques, intensifiant des phénomènes extrêmes tels que les vagues de chaleur, les sécheresses ou les tempêtes violentes.

Quelle est la différence entre le CO₂, le CH₄ et le N₂O ?

Bien que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et le protoxyde d’azote (N₂O) contribuent tous au réchauffement climatique, ils diffèrent par leur origine, leur durée de vie atmosphérique et leur puissance de réchauffement :

• CO₂ : émis principalement par la combustion de combustibles fossiles, la production de ciment et la déforestation. Il représente environ 75 % des émissions mondiales de GES et peut persister dans l’atmosphère pendant plus d’un siècle.
• CH₄ : provient de l’élevage (fermentation entérique), des décharges et du transport de gaz naturel. Il est environ 28 fois plus puissant que le CO₂ sur une période de 100 ans, bien que sa durée de vie atmosphérique soit d’environ 12 ans.
• N₂O : résulte principalement de l’utilisation d’engrais azotés et de certains procédés industriels. Son potentiel de réchauffement global est environ 300 fois supérieur à celui du CO₂ et sa durée de vie dans l’atmosphère dépasse les 100 ans.

Ensemble, ces trois gaz constituent le cœur des stratégies internationales de lutte contre le changement climatique en raison de leur fort impact et de leur longue persistance dans l’atmosphère.

Comment mesure-t-on les gaz à effet de serre ?

La mesure des gaz à effet de serre repose sur diverses technologies et méthodologies conçues pour détecter et quantifier leurs concentrations dans l’atmosphère :

• Stations de surveillance atmosphérique : recueillent des données continues en temps réel à l’aide d’instruments tels que des analyseurs infrarouges non dispersifs (NDIR), des chromatographes en phase gazeuse ou des spectromètres à diode laser accordable (TDLAS).
• Observations satellitaires (NASA, ESA, OMM) : permettent de mesurer l’absorption et la réflexion de la lumière solaire afin de cartographier la répartition mondiale des GES, en particulier du CO₂ et du CH₄.
• Inventaires nationaux de GES : élaborés par les pays selon les lignes directrices du GIEC, ils estiment les émissions par secteur et activité.
• Systèmes basés sur des capteurs et l’IoT : tels que Kunak AIR Pro et Kunak Cloud, qui permettent de détecter en temps réel les émissions locales ou industrielles, fournissant des données environnementales haute résolution pour la prise de décision et la conformité réglementaire.

Ces méthodologies complémentaires garantissent une surveillance précise à différentes échelles, des tendances mondiales aux émissions locales.

Quelles solutions existent pour réduire les émissions de gaz à effet de serre ?

La réduction des émissions de GES nécessite une combinaison d’innovation technologique, de politiques efficaces et de changements de comportement. Parmi les stratégies les plus importantes figurent :

• Transition vers les énergies renouvelables (solaire, éolienne, hydraulique) pour remplacer les combustibles fossiles.
• Amélioration de l’efficacité énergétique dans l’industrie, les transports et les bâtiments afin de réduire la consommation d’énergie.
• Développement d’une agriculture à faibles émissions grâce à une utilisation optimisée des engrais et à une meilleure gestion du fumier.
• Protection et restauration des forêts et des écosystèmes naturels qui agissent comme puits de carbone.
• Mise en œuvre de technologies de capture, d’utilisation et de stockage du carbone (CCUS) dans les procédés industriels.
• Utilisation de technologies de surveillance continue telles que les solutions de Kunak, permettant de détecter les fuites, de réduire les émissions et d’assurer le respect des réglementations environnementales.

La combinaison de technologie, de données fiables et d’un engagement politique est essentielle pour accélérer la transition vers la neutralité carbone et bâtir une économie durable et résiliente.

Conclusion : de la mesure à l’action

Une surveillance fiable et transparente des gaz à effet de serre (GES) constitue la base d’une politique climatique efficace et d’une durabilité industrielle. La combinaison de la précision scientifique, des données environnementales ouvertes et des technologies innovantes telles que les réseaux de capteurs IoT permet de passer d’efforts isolés à une action climatique coordonnée et fondée sur les données. La surveillance continue facilite la détection précoce des émissions, soutient la prise de décisions éclairées et renforce les engagements mondiaux en faveur de la neutralité carbone et d’une planète plus saine.

Références

• Poulter, B., Canadell, J., Hayes, D. et Thompson, R. Balancing Greenhouse Gas Budgets. Eds. Elsevier. Mai 2022.
• Janssens-Maenhout, G., et al., 2020. Toward an Operational Anthropogenic CO₂ Emissions Monitoring and Verification Support Capacity. Bull. Amer. Meteor. Soc., 101, E1439–E1451. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0017.1
• Grassi, G., et al., 2023. Harmonising the land-use flux estimates of global models and national inventories for 2000–2020. Earth System Science Data, 15, 3 (1093–1114). https://essd.copernicus.org/articles/15/1093/2023/
• Organisation météorologique mondiale, et al. United in Science 2023 Report. https://library.wmo.int/records/item/68235-united-in-science-2023
• Friedlingstein, P., et al., Global Carbon Budget 2023. Earth System Science Data, 15, 12 (5301–5369). https://essd.copernicus.org/articles/15/5301/2023