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La vapeur d'eau, principal gaz à effet de serre, devant le CO2

Dossier - Tout savoir sur l'effet de serre
DossierClassé sous :climatologie , changement climatique , gaz à effet de serre

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Quelles sont les causes de l’effet de serre ? Pourquoi s’agit-il d’un phénomène naturel ? Quel est le rôle de l’activité humaine dans l’augmentation des gaz à effet de serre et quelles sont les conséquences pour la planète ? Pour tout comprendre de l’effet de serre, plongez dans ce dossier au cœur de l’atmosphère terrestre.

  
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L'effet de serre n'est pas l'apanage du seul CO2, c'est le cas des gaz dont les molécules comportent au moins trois atomes. La structure de la vapeur d'eau est caractérisée par ces deux atomes d'hydrogène dont la masse est très faible, c'est une molécule qui se déforme très facilement et présente donc de très nombreux états d'énergie différents. Son spectre d'absorption dans l'infrarouge est donc très puissant. En conséquence, la vapeur d'eau est le principal gaz à effet de serre sur Terre. On précise ici, son importance relative à celle du CO2.

Niveau débutant

Mesurer l'effet de serre

On mesure l'effet de serre par la différence entre le flux infrarouge émis par la surface, en moyenne 390 W/m2 et le flux sortant au sommet de l'atmosphère (239 W/m2). L'effet de serre est donc de 151 W/m2.

Alternativement, on le mesure encore parfois par le rapport de ces quantités (1,6) ou encore par la différence entre la température moyenne (288 K) et celle qui régnerait en l'absence d'effet de serre (255 K), soit 33 K. Le calcul de cet effet est un calcul direct dont les données sont les caractéristiques d'absorption des molécules, le profil de température, de vapeur d'eau, CO2, CH4, O3 etc. et la couverture nuageuse.

À titre d'exemple, il est aisé de calculer l'effet de serre de quelques atmosphères standard si on utilise les codes disponibles comme MODTRAN (pour MODerate resolution atmospheric TRANsmission, en anglais).

Sans les nuages et la vapeur d'eau, l'effet de serre serait moindre sur Terre. © paul vallejo Flickr, CC by-nc-nd 2.0

Spectres d'absorption du CO2 et de la vapeur d'eau

Pour une atmosphère tropicale sans nuage, l'effet de serre atteint 125 W/m2. Si on enlève la vapeur d'eau, l'effet de serre est encore de 53 W/m2 (35 %), si, au contraire, c'est le CO2 que l'on enlève, il est cette fois de 94 W/m2 (75 %). À eux deux, ces deux gaz assurent déjà (94+53)/125 = 120 % de l'effet de serre.

Pourquoi 120 % ? Parce que les spectres d'absorption de ces gaz se chevauchent. Aux longueurs d'onde où le gaz carbonique absorbe fortement, la vapeur d'eau n'ajoute pas d'absorption. La situation est un peu différente cependant pour le CO2 parce qu'il est réparti uniformément et qu'il y a donc du CO2 dans la haute troposphère et dans la stratosphère, là où il n'y a presque plus de vapeur d'eau.