Différents gaz peuvent avoir un effet de serre. Leur dénominateur commun est qu’ils absorbent la chaleur (le rayonnement infrarouge thermique) émise par la Terre et la réémettent.

Lorsque le soleil brille, environ 70 % de l’énergie ainsi émise pénètre dans l’atmosphère. Le reste est retenu ou réfléchi par exemple par les nuages. La lumière que laisse pénétrer l’atmosphère est principalement invisible.

A la surface de la Terre, la lumière du soleil est retenue et convertie en chaleur qui est renvoyée vers l’espace sous forme de rayonnement infrarouge thermique, de la même façon qu’un feu de bois émet de la chaleur rayonnante. Une partie de cette chaleur ne s’échappe pas de l’atmosphère mais est retenue par certains gaz à effet de serre tels que le CO₂ et le méthane. Le rayonnement thermique fait vibrer les molécules de gaz jusqu’à la libération d’énergie, et cette énergie est réémise sous forme de rayonnement thermique. L’atmosphère retient ainsi temporairement une partie de l’énergie reçue par la Terre du soleil. Il s’agit là de l’effet de serre.

L’atmosphère terrestre contient principalement de l’azote et de l’oxygène. Les molécules de ces gaz sont simples ; elles ne sont formées que de deux atomes. Elles ont beaucoup de difficulté à intercepter le rayonnement thermique et à vibrer. Elles n’entrent par conséquent pas dans la catégorie des gaz à effet de serre. D’autres molécules présentent elles une structure capable d’intercepter la chaleur.

Le gaz à effet de serre prédominant est la vapeur d’eau. Mais sa durée de vie atmosphérique est très courte et la quantité de vapeur d’eau présente dans l’atmosphère varie en fonction d’autres gaz à effet de serre, car un air plus chaud provoque une évaporation accrue, notamment des océans.

De ce fait, le débat relatif à l’effet de serre anthropique se concentre sur les gaz à effet de serre dits « à longue durée de vie ». Le CO_2, le méthane, l’oxyde nitreux et les gaz CFC sont les principaux gaz à effet de serre. A eux seuls, ils sont responsables de plus de 97 % de l’effet direct des gaz à longue durée de vie sur la quantité de chaleur retenue dans l’atmosphère.

Source : ministère danois du Climat et de l’Énergie  

Documents importants à consulter :

La section du rapport du GIEC sur la composition de l’atmosphère (en anglais)