LES GAZ A EFFET DE SERRE

1- Définition

Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxyde nitreux (ou protoxyde d'azote) et l'ozone. Les activités humaines modifient sensiblement les concentrations de gaz à effet de serre en générant d'importantes émissions (CO2, CH4, N2O) et en introduisant de nouvelles substances dans l'atmosphère (CFC, halons…). Les gaz à effet de serre industriels incluent les halocarbones lourds (fluorocarbones chlorés), CFC, molécules de HCFC-22 comme le fréon et le perfluorométhane et l'hexafluorure de soufre (SF6).Ces gaz à effet de serre sont des gaz dont la molécule est formée notamment d'atomes de chlore, de carbone et de fluor. Ils ont été largement utilisés comme gaz réfrigérant et comme agent propulseur dans les aérosols. Leur utilisation produit des composés chlorés qui sont inoffensifs à basse altitude, mais qui dans la stratosphère libèrent du chlore, ce qui contribue à détruire la couche d'ozone. Cela a conduit à l’interdiction totale des CFC, les plus destructeurs à partir de l'an 2000. Parvenues dans la stratosphère, les molécules d’halocarbures sont cassées par le rayonnement solaire et libèrent des composés chimiques chlorés (ou bromés) qui, par le jeu de réactions catalytiques vont attaquer l'ozone:

Cl + O3 -> ClO + O2; ClO + O -> Cl + O2; O3 + O -> 2O2.

La production et l'importation des SACO (substances appauvrissant la couche d’ozone) ont diminué de 90 % dans les pays industrialisés depuis 1980. De plus, les CFC, les halons, le tétrachlorure de carbone, le méthylchloroforme et les hydrobromofluorocarbures (HBFC) sont en cours d'élimination progressive dans des pays développés. On y fabrique encore des hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et du bromure de méthyle, mais leur élimination est prévue d'ici quelques années.Les CFC, le tétrachlorure de carbone, le méthylchloroforme et les HCFC sont des substances appauvrissant la couche d'ozone qui contiennent donc du chlore. Les halons, le bromure de méthyle et les HBFC contiennent plutôt du brome, qui détruit lui aussi l'ozone. Le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PACO) des SACO varie selon la formule chimique de chaque composé.

2- Historique

L'ammoniac (NH3) et le chlorure de méthyle (CH3Cl) ont été révélés toxiques en 1928, alors qu’ils étaient utilisés comme fluides frigorigènes. Les CFC ont étés créés pour remplacer ces composés. Leur non-toxicité, leur ininflammabilité, leur stabilité et leur absorption efficace de la chaleur ont valu aux CFC la réputation de produits miracles du XXe siècle. À la fin des années 1940, on a commencé à les utiliser comme gaz propulseurs dans les aérosols, usage qui atteint un point culminant vers la fin des années 1970. Les applications des CFC ont aussi gagné les industries de l'emballage, des matériaux isolants et des mousses.

Cependant, des recherches réalisées aux Etats Unis en 1974 ont démontrées l’impact négatif des CFC : ils entrent dans la haute stratosphère, relâchent des molécules de dichlore en surplus qui entrent en catalyse pour détruire chacune 100 000 molécules d'ozone trioxyde, un gaz bleuté de serre qui bloque l'entrée des rayons UVB dangereux pour la vie des plantes et des animaux.

Pendant les années 1980, on les a utilisés surtout comme frigorigènes dans les réfrigérateurs et les climatiseurs, comme solvants dans les dégraissants et les produits de nettoyage, comme diluants des mélanges de gaz stérilisateurs, ainsi que comme agents d'expansion pour la production des mousses.

Les gouvernements ont donc décidés de mettre fin à la production des CFC dans le cadre du Protocole de Montréal qui est entré en vigueur le 1er janvier 1989. La production des CFC avait atteint son maximum en 1988. Les signataires représentaient alors approximativement 82 % de la consommation mondiale en substance appauvrissant la couche d'ozone. D'autres pays ont suivi depuis. Toutes les substances destructrices d'ozone, à l'exception des HCFC et du bromure de méthyle, ont déjà été quasiment éliminées dans les pays industrialisés. Les pays en développement signataires du protocole de Montréal ont jusqu'en 2010 pour éliminer totalement les CFC et les halons. La France a cessé sa production de halons au 1er janvier 1994, celle de CFC et de tétrachlorure de carbone au 1er janvier 1995 et celle du trichloroéthane et des HBFC au 1er janvier 1996.

Mais malgré une très forte baisse des rejets de CFC, la durée de vie des CFC rejetés dans le passé et le réchauffement de la basse atmosphère détériorent encore la couche d'ozone. En effet, la plupart des émissions de CFC ont cessé mais ces molécules subsistent en moyenne 100 ans dans l'atmosphère. En 1995, la production de CFC avait chuté de 76 % à l'échelle mondiale.

Pour remplacer ces CFC, on emploie maintenant les HCFC qui durent 10 fois moins longtemps et détruisent plus de 15 fois moins l'ozone, et les HFC (sans impact sur l’ozone). Néanmoins, le protocole de Copenhague appelle à l’interdiction des HCFC pour 2030. Le besoin de trouver des substituts aux CFC dans les années 90 a amené l’industrie à utiliser de nouveau les hydrocarbures qui n’ont pas d’impact sur la couche d’ozone, et qui contribuent de façon négligeable au réchauffement de la planète. Les hydrocarbures sont des réfrigérants et des agents de gonflage de mousse sûrs, efficaces, et fiables. On s’en servait au tout début de la réfrigération moderne dans les années 20 et 30, mais ils furent remplacés avec l’apparition des CFC dans les années 40.

Les hydrocarbures sont des substances qui existent naturellement à partir de matières végétales fossilisées, et qui sont présentes partout dans le monde sous forme de pétrole et de gaz naturel. On utilise les gaz (dont le propane, le cyclopentane, le butane et l’isobutane) comme combustibles et matières premières dans la fabrication et comme réfrigérant. Les hydrocarbures sont relativement bon marchés à produire et on en trouve dans la plupart des régions du monde. Les anciens réfrigérateurs utilisaient le fréon comme réfrigérant. Aujourd'hui la majorité des fabricants européens d'électroménagers ont optés pour l'isobutane.

Les niveaux de sécurité et de performance des CFC sont maintenus chez les autres gaz. Les valeurs de potentiel de réchauffement global comprennent à la fois les effets réchauffant des composés et leur durée de vie dans l’atmosphère. Selon le GIEC, les halocarbures contribuent actuellement à hauteur de 12 % au réchauffement climatique. Les émissions de fluides frigorigènes, selon le scénario des pratiques habituelles, devraient dépasser 11 000 tonnes en 2015, soit une augmentation de 36 % par rapport à leur niveau actuel. L’amélioration de la récupération en fin de vie, du confinement et de la qualité des interventions doit permettre de stabiliser les émissions de fluides frigorigènes à 8 000 tonnes par an. Dans le meilleur des scénarios, ces émissions seront réduites de 25 % en 2015.

3- Types de fluides et composition

Les CFC :

Les chlorofluorocarbures sont des composés qui ne contiennent que du chlore, du fluor et du carbone. Ils sont très stables et se transforment dans la haute atmosphère (stratosphère) en détruisant la couche d'ozone. Ils ont été utilisés dans de nombreuses applications comme la réfrigération, la climatisation, le gonflage de la mousse, le nettoyage de pièces électroniques et comme solvants.Les CFC se déplacent dans la stratosphère et sont décomposés par les UV, où ils libèrent les atomes de chlore qui attaquent alors la couche d'ozone. Un seul atome de chlore peut détruire au moins 100 000 molécules d'ozone avant de rencontrer par hasard une autre molécule avec laquelle il se lie pour former une substance à longue durée de vie. Ils contribuent donc fortement au réchauffement climatique.

Nom chimique Vie (années) Formule PACO PRG (100 ans)

CFC-11Trichlorofluorométhane 45 CCl3F 1,0 4 600

CFC-12Dichlorodifluorométhane 100 CCl2F2 1,0 10 600

CFC-113Trichlorotrifluoroéthane 85 C2Cl3F3 0,8 6 000

CFC-114 Dichlorotétrafluoroéthane 300 C2Cl2F4 1,0 9 800

CFC-115Chloropentafluoroéthane 1 700 C2ClF5 0,6 7 200

Les HCFC :

Les hydrochlorofluorocarbures (chlorofluorocarbures hydrogénés) sont des molécules chimiques composées de carbone, de chlore, de fluor et d'hydrogène. Elles sont moins stables que les CFC et détruisent l'ozone dans de plus faibles proportions. Ce sont des substances de transition aux CFC. Le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone relativement faible des HCFC, qui n'atteint que 2 à 5 % de celui des CFC, en fait des bons produits de remplacement temporaires pour certaines applications pour lesquelles des substituts sans aucun effet sur la couche d'ozone ne sont pas encore disponibles.

Les HCFC sont surtout utilisés comme agents gonflants pour les mousses de plastiques, comme frigorigène en réfrigération et en climatisation, comme solvants de dégraissage et, dans une moindre mesure, comme propulseurs dans les aérosols, ainsi que pour la lutte contre les incendies. Le règlement européen n° 2037/2000 intègre les dispositions du protocole de Montréal et va même au-delà puisqu'il prévoit l'arrêt de la production de HCFC au 1er janvier 2026 selon un calendrier de réduction par producteur. Il prévoit en outre l'interdiction de la mise sur le marché et de l'utilisation de HCFC vierges dès 2010.

La France est le seul producteur dans l'Union européenne de ce pesticide, essentiellement utilisé dans la production fruitière. Une exemption pour les "usages critiques" est néanmoins prévue si aucune solution de remplacement acceptable n'est disponible. Les pays en développement devront le faire avant 2015.

Nom chimique Vie (années) Formule PACO PRG (100 ans)

HCFC-22Chlorodifluorométhane 11,9 CHClF2 0,055 1 700

HCFC-1232,2-dichloro-1,1,1-trifluoroéthane 1,4 CF3-CHCl2 0,02 120

HCFC-1242-chloro-1,1,1,2-tétrafluoroéthane 6,1 CF3-CHClF 0,022 620

HCFC-141b1,1-dichloro-1-fluoroéthane 9,3 CCl2F-CH3 0,11 700

HCFC-142b1-chloro-1,1-difluoroéthane 19 CClF2-CH3 0,065 2 400

HCFC-225ca1,1-dichloro-2,2,3,3,3-pentafluoropropane 2,1 CHCl2-CF2-CF3 0,025 180

HCFC-225cb1,3-dichloro-1,2,2,3,3-pentafluoropropane 6,2 CClF2-CF2-CHClF 0,033 320

Les HFC :

Les hydrofluorocarbures sont des molécules chimiques sont composées de carbone, de fluor et d’hydrogène. Elles ne contiennent pas de chlore et ne participent donc pas à la destruction de la couche d’ozone. Elles représentent une solution viable et éprouvée aux problèmes que les procédures du Protocole de Montréal et du Protocole de Kyoto cherchent à résoudre.

Les HFC sont peu gourmands en énergie, peu toxiques, économiques et sans danger pour l'utilisateur. Les pouvoirs publics et l'industrie soutiennent leur utilisation au niveau mondial dans des applications qui répondent à des besoins environnementaux et sociétaux importants, dont les aérosols-doseurs, l'isolation, la réfrigération, la climatisation et les extincteurs.

Une substitution rapide, en particulier dans les pays en développement, aura un impact favorable dans le cadre du Protocole de Kyoto.Les HFC devaient représenter moins de 2% de toutes les émissions de gaz à effet de serre en 2000. Des prévisions réalistes montrent que les émissions seront inférieures à 3% en 2050.

Nom chimique Vie (années) Formule PACO PRG (100 ans)

HFC-23Trifluorométhane 260 CHF3 0 12 000

HFC-32Difluorométhane 5,0 CH2F2 0 550

HFC-1251,1,1,2,2-Pentafluoroéthane 29 C2HF5 0 3 400

HFC-134a1,1,1,2-Tétrafluoroéthane 13,8 CH2FCF3 0 1 300

HFC-143a1,1,2-Trifluoroéthane 52 CF3CH3 0 4 300

HFC-152a1,1-difluoroéthane 1,4 CHF2-CH3 0 120

HFC-227ea1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane 33.0 C3HF7 0 3 500

HFC-245fa1,1,1,3,3-pentafluoropropane 7,2 C3H3F5 0 950

HFC-365mfc1,1,1,3,3-pentafluorobutane 9,9 C4H5F5 0 890

Les Halons :

Les halons sont des composés chimiques qui contiennent tout à la fois du brome, du chlore, du fluor et du carbone dans leur structure, ils sont utilisés comme extincteurs d'incendie aussi bien dans des dispositifs fixes que dans des extincteurs portatifs. Les halons ont le potentiel le plus élevé d'appauvrissement de la couche d’ozone (halon 1211: 3,0; halon 1301: 10,0; halon 2402: 6,0) de toutes les substances appauvrissant la couche d’ozone inscrites dans le Protocole de Montréal. Le Canada interdit la production et l’importation de nouveaux halons depuis le 1er janvier 1994. L’utilisation de halons recyclés est toujours permise dans le but de faciliter la transition à des solutions de rechange.

Nom chimiqueVie(années)

Formule PACO PRG (100 ans)

Halon 1211Bromochlorodifluorométhane 11 CBrClF2 3,0 1 300

Halon 1301Bromotrifluorométhane 65 CBrF3 10,0 6 900

Halon 2402 Dibromotétrafluoroéthane - CBrF2-CBrF2 6,0 -

4- Impact sur l’ environnement

L’effet de l'augmentation des UV-B sur les écosystèmes terrestres est important.La sensibilité des plantes aux UV-B diffère selon les espèces, et même selon les variétés au sein d'une même espèce. Des études indiquent que certaines plantes seraient touchées par un appauvrissement prolongé de l'ozone de 15 à 20 %.

Les UV-B ont un impact sur les plantes et, par conséquent, sur leur capacité de produire de la nourriture. De nombreux facteurs déterminent le rendement des cultures. Si une plante ne parvient pas à compenser les dommages physiques causés par les UV-B, son rendement diminuera.

Ces résultats indiquent que l'industrie agricole devra peut-être s'adapter à des taux accrus d'UV-B à court et à moyen terme, alors que l'appauvrissement de la couche d'ozone devrait atteindre son maximum. Les forêts et les prairies devraient aussi être soumises à des taux accrus de rayonnement UV-B, et il y aura probablement des incidences sur la biodiversité de la planète.

5- Impact sur la santé

L’effet de serre est indispensable à la vie : sans lui, la température moyenne de la planète serait de –18°C, et toute l’eau serait gelée. Les rayons UV arrêtés par la couche d’ozone sont très agressifs pour les cellules vivantes. Ils provoquent descancers, et tuent les coraux. Sans la couche d’ozone, la vie ne pourrait supporter l’intensité solaire. L’ozone de haute altitude nous protège des UV : il nous est bénéfique.

Mais l’ozone de basse altitude renforce l’effet de serre : il nous est donc nocif ; il est de plus très agressif et peut provoquer des maladies respiratoires comme l’asthme. Les niveaux d’ozone stratosphérique ont en effet baissé de 6 à 10 % par rapport à 1980. Cette baisse s’accompagne d’une augmentation des rayonnements UV-B. La diminution de la couche d’ozone a déjà eu pour effet des niveaux dangereux de rayonnement ultraviolet, ce qui augmente les dangers pour la santé des humains en cancer de la peau, cataracte, et déficience du système immunitaire.

Cela met aussi en danger les cultures, les forêts, les plantes, la vie marine et les animaux, et contribue à la détérioration rapide du plastique et d’autres matériaux très répandus dans le monde. Le changement de climat est la cause d’une recrudescence de désastres naturels, inondations, tempêtes, feux, vagues de chaleur et périodes de grand froid, ainsi que de la propagation des maladies contagieuses.