Préambule: Pourquoi faut-il faire baisser le taux de dioxyde de carbone dans l'air ?

II) L'effet de serre

L'effet de serre est, à l'origine, un phénomène naturel :
Le rayonnement solaire qui parvient jusqu'à la surface de la Terre fournit l'énergie nécessaire à la vie. Approximativement 30 % du rayonnement solaire qui parvient à la Terre est réfléchi vers l'espace par les nuages, la poussière et les surfaces réfléchissantes telles que la neige. Les 70 % restants sont absorbés par la surface de la Terre et sont réémis sous forme de rayonnement infrarouge. Une partie de ce rayonnement est capté par certains gaz de l'atmosphère qui permettent à celui-ci de se réchauffer. Ces gaz sont appelés gaz à effet de serre et il en existe 3 principaux: le dioxyde de carbone, le méthane et le protoxyde d'azote nitreux.
Ils agissent comme le verre d'une serre : ils laissent passer les courtes ondes du rayonnement solaire qui réchauffent le sol de la serre, qui se met alors à émettre des rayons infrarouges que le verre capte et renvoie vers le sol, ce qui réchauffe encore plus le sol qui émet alors plus de rayons infrarouges.
Les gaz à effet de serre fonctionnent de même et ainsi la Terre a une température moyenne d'environ 15°C ce qui permet des conditions climatiques assez stables pour que la vie puisse s'y maintenir. Si la Terre n'avait pas d'atmosphère, elle laisserait tout le rayonnement infrarouge émis par le sol s'échapper dans l'espace et la température moyenne sur Terre serait de -18°C.
Les gaz à effet de serre sont donc nécessaires à la vie.

Cependant, si la quantité de gaz à effet de serre est trop grande dans l'atmosphère, l'effet de serre est amplifié, la température moyenne augmente alors fortement et contrairement aux apparences, c'est aux pôles qu'elle augmentera le plus : en effet, une très faible augmentation de température global fera fondre aux pôles une grande quantité de neige, qui normalement renvoie le rayonnement solaire. Celui-ci sera alors emmagasiné par la Terre sur des régions qui avant renvoyaient le rayonnement solaire, ce qui fait augmenter encore un peu plus la température aux pôles et donc ce qui fait fondre encore un peu plus des étendues qui normalement renvoyaient le rayonnement solaire.
Ceci est aussi bien visible sur les prévisions d'enneigement des stations françaises dans les prochaines années si le taux des gaz à effet de serre continue à augmenter :

Simulation de l'impact du doublement de la concentration en gaz carbonique sur l'enneigement des Alpes.
L'enneigement dans les Alpes et les Pyrénées serait affecté, principalement en moyenne montagne.

Les conséquences d'une baisse de l'enneigement dans les stations de sport d'hiver seraient similaires à une baisse de l'enneigement des pôles.
Il est donc essentiel de garder des taux de gaz à effets de serre stables.

Et ainsi par un phénomène de causes et conséquences, la simple augmentation de la température moyenne aura de nombreux effet dont le fonte des glaciers liés à la fonte des neiges au pôles, un enneigement dans les stations de sport d'hiver plus faible.

Mais depuis 200 ans, les activités humaines ont provoqué une augmentation de la concentration des gaz à effet de serre. Cela a pour conséquence de détruire l'équilibre radiatif du système Terre-atmosphère de sorte qu'il y a plus de rayonnement infrarouge qui est absorbé par l'atmosphère. L'atmosphère, à son tour, émet du rayonnement infrarouge vers la surface de la Terre. Le danger pour la planète ne vient pas de l'effet de serre lui-même mais de son renforcement. Ce renforcement de l'effet de serre pourrait produire une augmentation de la température de la Terre et causer des changements dans les précipitations, l'humidité des sols et le niveau de la mer. Certaines évidences indiquent que l'effet sur le climat est déjà décelable et que des changements significatifs du climat vont devenir de plus en plus visibles dans les prochaines décennies. N'importe quel changement des conditions climatiques a des conséquences potentielles sérieuses sur l'écosystème et la santé humaine. Les conséquences pourraient être bénéfiques à certaines régions et néfastes pour d'autres, selon l'ampleur des changements et la sensibilité de la région.

Alors pourquoi avoir choisi parmi ces gaz à effet de serre de traiter plus particulièrement le dioxyde de carbone ?
Pour plusieurs raisons. Tout d'abord, le dioxyde de carbone est le gaz à effet de serre dont le taux augmente actuellement le plus rapidement :

De plus les prévisions pour le futur de l'évolution de la concentration de ce gaz ne sont guère optimistes :

Divers scénarios d'évolution de la concentration de gaz carbonique par l'homme pour ce siècle

A : scénario pessimiste
B et C : scénarios prévus en cas d'évolution notable de notre style de vie
D : scénario optimiste

Le dioxyde de carbone est aussi beaucoup plus présent dans l'atmosphère que le méthane et le protoxyde d'azote nitreux.
Les quantités de chaque gaz à effet de serre émises sont indiquées dans ce tableau :

Un autre gaz à effet de serre souvent oublié est la vapeur d'eau: elle est très présente dans l'atmosphère ( quasiment 1% de sa composition à comparer aux 0,035% du CO₂). Le méthane et le dioxyde de carbone sont aussi beaucoup moins présents dans l'atmosphère que la vapeur d'eau. De plus, chaque gaz à effet de serre agit sur certaines longueurs d'ondes des rayons infrarouges émis par la Terre.
Ainsi, les longueurs d'ondes des rayons infrarouges dans le champ d'action de la vapeur d'eau sont quasiment toutes arrêtées par celle-ci, ce qui n'est pas le cas des longueurs d'ondes des rayons infrarouges captées par le méthane et le dioxyde de carbone.

De plus, la régulation naturelle des gaz à effet de serre est très importante : actuellement, une molécule de méthane lâchée dans l'air mettra en moyenne 10 ans avant d'être régulée naturellement, alors qu'une molécule de dioxyde de carbone mettra 100 ans avant d'être régulée naturellement.

Pour finir de nombreux pays essaient de réduire leurs émissions de méthane. Cet objectif peut être atteint par exemple en améliorant les décharges publiques et en utilisant le méthane qu'elles dégagent. Cette méthode permettrait à de nombreux pays de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre de plusieurs pour-cent. Ces réductions ont généralement été prises en compte dans les scénarios pour 2010. Cependant, si les réductions d'émission de méthane constituent une solution raisonnable, elles ne résolvent pas les problèmes soulevés par la mise en oeuvre du Protocole de Kyoto. Cette solution à en outre peu d'incidence sur le changement climatique, surtout causé par les émissions de dioxyde de carbone.

C'est donc pour toutes ces raisons que nous avons choisi de traiter parmi les gaz à effet de serre le cas du dioxyde de carbone.