Les gaz à effet de serre (4)
La question :
La vapeur d’eau est un puissant gaz à effet de serre, et elle est bien plus abondante que le gaz carbonique. Est-ce qu'on en tient bien compte pour calculer l'effet de serre et son évolution ?
Les réponses
Celle de François-Marie Bréon, chercheur au Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement
L’effet de serre est généré par l’absorption du rayonnement infrarouge par un certain nombre de molécules atmosphériques. Notons tout d’abord que les molécules à deux atomes (comme par exemple l’oxygène ou l’azote qui constituent 99% de l’atmosphère) n’absorbent pratiquement pas le rayonnement infrarouge et ne contribuent donc pas à l’effet de serre. A l’inverse, d’autres molécules, et en particulier la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), le protoxyde d’azote (N2O) et le méthane (CH4), absorbent et émettent le rayonnement infrarouge, et participent donc à l’effet de serre.
Cette absorption/émission du rayonnement infrarouge dans l’atmosphère est parfaitement comprise. On peut mesurer en laboratoire l’intensité de l’absorption de différents gaz en fonction de la température et de la pression. Il existe des modèles qui calculent la propagation du rayonnement infrarouge dans l’atmosphère et ces modèles sont en accord quasi-parfait avec les mesures. Ils sont d’ailleurs utilisés tous les jours pour estimer les profils verticaux de température et de vapeur dans l’atmosphère à partir des mesures faites par satellite. L’absorption par la vapeur d’eau, le gaz carbonique ou les autres gaz est donc parfaitement connue et quantifiée.
La vapeur d’eau est le troisième gaz le plus abondant dans l’atmosphère et le premier gaz à effet de serre. C’est ce qui est clairement démontré à partir des mesures et des modèles de transfert radiatif évoqués plus haut. Cependant, ces mêmes modèles montrent que la contribution du dioxyde de carbone est loin d’être négligeable malgré sa concentration plus faible. En effet, le CO2 absorbe le rayonnement infrarouge à des longueurs d’onde différentes de celles de la vapeur d’eau. Par ailleurs, la concentration de la vapeur d’eau dans l’atmosphère est très variable et décroît rapidement lorsque on s’élève en altitude. Ainsi, en altitude, l’absorption du CO2 est dominante.
Contrairement à ce qui est parfois dit, l’effet de serre n’est pas saturé et continue à augmenter lorsque les concentrations des différents gaz cités plus haut augmentent.
La vapeur d’eau n’est pas le moteur du réchauffement climatique, mais elle y participe par un effet amplificateur. En effet, l’augmentation des concentrations des gaz tels que CO2 et CH4 conduit à une amplification de l’effet de serre, et donc une élévation des températures. Or, une atmosphère plus chaude peut contenir plus de vapeur d’eau. L’élévation des températures conduit donc à une augmentation des concentrations de vapeur d’eau atmosphérique. Puisque la vapeur d’eau absorbe le rayonnement infrarouge, on a alors un renforcement de l’effet de serre, qui conduit à une augmentation supplémentaire des températures.
Cet effet est bien compris ; il est pris en compte dans les modèles de climat qui montrent qu’il conduit à un doublement de l’augmentation des températures par rapport à ce qui est attendu sans cette rétroaction.