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L'effet de serre augement la température de la Terre en retenant de la chaleur dans l'atmosphère. L'effet de serre maintient la Terre à une température plus élevée que si la planète n'était sujette qu'au réchauffement direct par le Soleil. Lorsque la lumière du soleil atteint la surface de la Terre, une portion de celle-ci est absorbée, ce qui réchauffe le sol, alors que le restant rebondit vers l'espace sous forme de chaleur. Les gaz à effet de serre présents dans l'atmosphère sont capables d'absorber et de rediriger un peu de cette chaleur à nouveau vers la Terre.
L'effet de serre est un facteur important dans le maintien de la Terre à une température chaude car il permet de préserver la chaleur qui autrement s'échapperait de l'atmosphère vers l'espace. En effet, sans l'effet de serre, la température moyenne globale de la Terre serait beaucoup plus basse et la vie sur Terre telle que nous la connaissons ne serait pas possible. La différence entre la température moyenne actuelle de la Terre de 14,4° C (57,9° F) et la température estimée rien qu'avec le rayonnement solaire, -18,1° C (-0,6° F), nous donne une estimation de l'effet de serre, soit 32,5° C.
Afin de comprendre précisément comment fonctionne l'effet de serre, imaginez le scénario suivant : c'est une journée chaude et ensoleillée, le soleil brille de milles feux sur la Terre. Les rayons de soleil (rayonnement à ondes courtes) pénètrent l'atmosphère terrestre et réchauffent la Terre. Une partie de cette énergie est absorbée par la surface de la Terre; une autre partie est transformée en chaleur (rayonnement à ondes longues) et réfléchie vers l'espace. Cependant, alors que cette énergie traverse l'atmosphère pour retourner dans l'espace, elle est interceptée par les différents gaz à effet de serre et finit par être tenue captive dans l'atmosphère. Par conséquent, la chaleur s'accumule dans l'atmosphère, réchauffant la Terre, tout comme les fenêtres d'une serre laissent entrer la lumière et conservent la chaleur à l'intérieur pour réchauffer les plantes.
L'absorption de cette chaleur par l'atmosphère est appelé «l'effet de serre».1 Ainsi, plus il y a de gaz à effet de serre, plus la chaleur s'accumule sur la Terre.
L'effet de serre est un phénomène naturel existant depuis des millions d'années qui joue un rôle crucial puisqu'il régule la température globale de la Terre. L'effet de serre a été découvert par Joseph Fournier en 1824, vérifié expérimentalement par John Tyndall en 1863, et quantifié par Svante Arrhenius en 1896.
L'important est qu'une partie de cette énergie reste captive dans l'atmosphère terrestre; une autre partie est relâchée dans l'espace. Tant que la quantité d'énergie provenant du soleil et la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère ne changent pas, la température moyenne de la Terre restera elle aussi, constante. Cependant, ceci n'est plus le cas. Les concentrations de gaz à effet de serre dans notre atmosphère sont les plus élevées qu'il ne l'a été dans les 14 derniers millions d'années. Ceci amplifie l'effet de serre et réchauffe la Terre plus que normal, ce qui est en train de modifier les tendances climatiques de la planète, créant le réchauffement global et le changement climatique.
Si vous ouvrez la porte d'une voiture qui a été stationnée en plein soleil pendant quelques heures, vous noterez que la température dans la voiture est bien plus élevée que la température extérieure. Ceci s'explique par le fait que les fenêtres permettent à l'énergie solaire, sous forme de lumière, de pénétrer dans la voiture. Une fois à l'intérieur, cette lumière est transformée en chaleur. Cependant, les fenêtres ne permettent pas à l'énergie présente dans la voiture, maintenant sous forme de chaleur, de les traverser aussi facilement que la lumière; alors une portion de cette énergie reste donc à l'intérieur de la voiture. L'effet net est que la voiture conserve plus d'énergie qu'elle n'en perd. Ainsi, la température intérieure de la voiture augmente.
L'effet de serre est causé par l'interaction entre l'énergie provenant du soleil et les gaz à effet de serre (GES) tels que le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d'azote (N2O) et les gaz fluorés dans l'atmosphère terrestre. La propension de ces gaz de retenir la chaleur est ce qui cause l'effet de serre.
Les GES sont constitués de trois atomes au miminum. Cette structure moléculaire rend possible l'absorption de chaleur et la ré-émission de celle-ci vers la surface de la Terre. La clé au terme effet de serre est de se souvenir qu'une serre retient efficacement la chaleur.
Ces gaz permettent au rayonnement solaire (rayonnement à ondes courtes) de pénétrer librement dans l'atmosphère. Lorsque la lumière du soleil atteint la Terre, une portion de l'énergie est absorbée et réchauffe le sol. Cependant, une autre partie est réfléchie vers l'espace sous forme de chaleur (rayonnement à ondes longues). Une partie de cette chaleur ré-émise vers l'espace est interceptée et absorbée par les GES dans l'atmosphère.
Ce cycle continu d'absorption de chaleur réfléchie mène à une augmentation globale de la température de la Terre. Ce phénomène, similaire au fonctionnement d'une serre, est la raison pour laquelle les gaz pouvant produire cet effet sont connus conjointement sous le nom de gaz à effet de serre.
Les composantes de forçage principales de l'effet de serre sont :
La composante principale de rétroaction de l'effet de serre est :
Le CO2, le CH4, le N2O et les gaz fluorés sont des gaz bien mélangés dans l'atmosphère qui ne réagissent pas aux changement de température et de pression de l'air, et ne se condensent pas en neige ou en pluie. La vapeur d'eau, d'un autre côté, est une composante active dans le système climatique et répond rapidement aux changement de conditions en devenant pluie ou neige, ou en s'évaporant pour retourner dans l'atmosphère. Ainsi, l'impact de l'effet de serre est principalement circulé par le biais de l'eau, assurant une rétroaction rapide.
Le CO2 et autres gaz à effet de serre qui n'ont pas la particularité de se condenser, sont des gaz clés dans l'atmosphère terrestre pour le maintien de l'effet de serre et le contrôle de son intensité. Étant donné que la vapeur d'eau réagit rapidement, elle est contrôlée par le forçage radiatif fourni par les gaz à effet de serre qui ne se condensent pas.
En effet, l'effet de serre s'écroulerait sans la présence de ces GES. La rétroaction par condensation de la vapeur d'eau et le forçage par les autres GES dans l'atmosphère jouent tous deux un rôle important dans l'effet de serre. Tant que la concentration de GES dans l'atmosphère et la quantité d'énergie provenant du soleil ne changent pas, la température moyenne de la Terre devrait rester constante.
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