Gaz à effet de serre

L'atmosphère terrestre laisse entrer une grosse partie du rayonnement solaire et, sous l'effet des gaz à effet de serre, retient une partie du rayonnement infrarouge réémis par le sol^[1]. La différence entre la puissance reçue du Soleil et la puissance émise sous forme de rayonnement est appelée forçage radiatif.

La transparence de l'atmosphère dans le spectre visible permet en effet au rayonnement solaire d'atteindre le sol. L'énergie ainsi apportée s'y transforme en chaleur. De plus, comme tout corps chaud, la surface de la Terre rayonne sa chaleur, dans l'infrarouge. Les GES et les nuages^{[n 2]} (constitués de glace ou d'eau liquide) étant opaques aux rayons infrarouges, ils absorbent ces rayonnements. Ce faisant, ils emprisonnent l'énergie thermique près de la surface du globe, où elle réchauffe l'atmosphère basse.

L'effet de serre naturel est principalement dû à la vapeur d'eau^[2] (pour 0,3 % en volume, soit 55 % de l'effet de serre) et aux nuages (17 % de l'effet de serre), soit environ 72 % dus à H₂O et 28 % restants dus essentiellement au CO₂^[3]. Il a porté la température moyenne à la surface de la Terre à +15 °C. Sans ce processus naturel, la température moyenne sur la surface du globe serait de −18 °C^[4],[5], ce qui aurait radicalement changé son évolution.

Selon Sandrine Anquetin, du Laboratoire d’étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE) de Grenoble, les scientifiques observent et anticipent une intensification mondiale du cycle de l'eau. Le réchauffement mondial moyen accroît l'évaporation de l’eau, donc l'humidité dans l’atmosphère. Plus l’atmosphère se réchauffe, plus elle stocke et transporte l’humidité. Il convient désormais de comprendre et d’anticiper la déclinaison du cycle de l'eau à l’échelle régionale^[6].

Un gaz ne peut absorber les rayonnements infrarouges que si ses molécules comprennent au moins trois atomes identiques, ou deux atomes différents.

Les principaux gaz à effet de serre (GES) naturellement présents dans l'atmosphère sont^{[G 1]} :

• la vapeur d'eau, sur laquelle les activités humaines n'ont que très peu d'influence directe mais qui contribue à l'effet de serre à hauteur de 60 %^[7],[8]. Les nuages contribuent aussi à l'effet de serre, mais l'importance de leur contribution, estimée par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) à 10 %, est encore débattue^[9]. Le changement climatique accentue l’évaporation de l'eau, ce qui modifie les équilibres du cycle de l'eau vers une augmentation de la quantité moyenne de vapeur dans l'atmosphère, renforçant ainsi son effet de serre, donc le réchauffement climatique lui-même : c'est une rétroaction climatique positive. La rétroaction des nuages (eau liquide atmosphérique) est plus discutée : son caractère positif ou négatif est lié à l'altitude des nuages formés ;
• le dioxyde de carbone (CO₂), responsable de près de 65 % de l'effet de serre anthropique, c'est-à-dire dû aux activités humaines^[3]. Sa concentration a augmenté de 47 % depuis 1750^[10] : le CO₂ est le principal gaz contributeur à l'augmentation actuelle de l'effet de serre terrestre^{[n 3]} ;
• le méthane (CH₄), qui est responsable de 17 % de l'effet de serre anthropique^[11] du fait de son potentiel de réchauffement global élevé, égal à 34 fois celui du CO₂ à cent ans (en prenant en compte les rétroactions climatiques^[12]), mais qui persiste moins de dix ans dans l'atmosphère. Il est rejeté pour les trois quarts par des activités humaines ;
• le protoxyde d'azote (N₂O)^[13] ;
• l'ozone troposphérique (O₃)^[14].

Les gaz à effet de serre industriels comprennent aussi des halocarbures comme :

• les hydrochlorofluorocarbures, comme le HCFC-22 (un fréon) ;
• les chlorofluorocarbures (CFC) ;
• les hydrofluorocarbures (HFC) ;
• le tétrafluorure de carbone (CF₄) ;
• l'hexafluorure de soufre (SF₆) et le pentafluorure de soufre trifluorométhyle (CF₃-SF₅) ;
• les fluorocarbures et les perfluorocarbures.

Les concentrations en gaz à effet de serre dans l'atmosphère terrestre augmentent depuis le XIX^e siècle^[15] pour des raisons essentiellement anthropiques, avec un nouveau record en 2012 selon l'Organisation météorologique mondiale (OMM)^[16]. Depuis 1991, selon les estimations de l'Agence internationale de l'énergie, les émissions de gaz à effet de serre du secteur énergétique (toutes sauf celles liées à l'agriculture ou aux incendies, soit 80 % des émissions) ont toujours augmenté d'une année à l'autre, excepté des stagnations en 1992, 1993, 2016 et 2019, et des baisses en 2009 (−1,4 %) et 2015 (−0,3 %)^[17].

En 2017, la répartition des émissions atmosphériques de gaz à effet de serre dans l'Union européenne s’établissait à : dioxyde de carbone (CO₂) 81 %, méthane (CH₄) 11 %, protoxyde d'azote (N₂O) 5 % et hydrofluorocarbures 2 %^[18].

Par secteur

Statistiques du GIEC

Pour des raisons techniques, il est temporairement impossible d'afficher le graphique qui aurait dû être présenté ici. Répartition de l’ensemble des émissions anthropiques de GES en 2010 entre les secteurs économiques. La couronne montre les parts (en pourcentage des émissions anthropiques totales de GES) des émissions directes de GES attribuées en 2010 à cinq secteurs économiques. (i) indique la répartition des émissions indirectes de CO2 découlant de la production d'électricité et de chaleur entre les secteurs qui consomment l'énergie finale. La part attribuée aux « autres énergies » correspond à toutes les sources d’émissions de GES dans le secteur de l’énergie, autres que la production d’électricité et de chaleur. L’AFAT (agriculture, foresterie et autres affectations des terres) correspond aux émissions de CO2 d’origine terrestre, provoquées par la déforestation, les feux de forêt et de tourbière, ainsi que par la décomposition dans les tourbières, les rizières, etc. ; elles se rapprochent des flux nets de CO2 attribués à la FAT (foresterie et autres affectations des terres)[19].

Le protocole de Kyoto, qui s'était donné comme objectif de stabiliser puis de réduire les émissions de GES afin de limiter le réchauffement climatique^[20], ne l'a pas tenu. Induites par les activités humaines, les émissions anthropiques directes de gaz à effet de serre proviennent principalement, selon le cinquième rapport d'évaluation du GIEC publié en 2014, des secteurs économiques suivants^[21],[22] :

• énergie (production d'électricité et de chauffage fournis par les centrales électriques à combustibles fossiles) : 35 % ;
• agriculture (minéralisation du sol, production de méthane due à la culture du riz et à la fermentation entérique des ruminants) et exploitation forestière (déforestation, incendies volontaires de forêt et brûlis de cultures) : 24 % ;
• industrie (lourde et manufacturière) : 21 % ;
• transports (marchandises, personnes) : 14 % ;
• bâtiment (construction, entretien, électricité et chauffage des bâtiments résidentiels et non résidentiels) : 6 %.

Émissions dues au numérique

Bien que le numérique (au sens des technologies de l'information et de la communication) ait tendance à être considéré comme « virtuel » ou « immatériel », son empreinte carbone est loin d'être négligeable, en raison de la forte consommation énergétique qu'il implique. Ainsi, il correspondrait à 3,7 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre en 2018 selon The Shift Project^[23] et à 3,8 % en 2019 selon GreenIT.fr^[24]. Selon The Shift Project, cette part connaît une très forte croissance qui devrait se poursuivre, notamment en raison de la multiplication des objets connectés^[24] et du développement de la vidéo en ligne (streaming), qui représente à elle seule 1 % des émissions. Ce phénomène amène l'association à appeler à une posture de sobriété numérique^[25].

Par usage

L'accroissement des principaux gaz à effet de serre est essentiellement dû à certaines activités humaines^[16].

Utilisation de combustibles fossiles

Les combustibles fossiles sont principalement le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Leur combustion a libéré, dans l'atmosphère, depuis deux siècles, de très importantes quantités de dioxyde de carbone (CO₂) provenant du carbone accumulé dans le sous-sol depuis le Paléozoïque. L'augmentation de concentration atmosphérique de CO₂ qui en résulte est le principal facteur du changement climatique. En 2007, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) indique ainsi que les activités humaines sont responsables du changement climatique^{[G 2]} avec un degré de confiance très élevé (soit une probabilité d'environ 90 %^{[G 3]}).

En 2014, le groupe de travail 3 du GIEC publie un tableau présentant les émissions de gaz à effet de serre par source d'énergie électrique^[27].

Déforestation et combustion de bois

Une forêt mature est un réservoir important de carbone. La disparition de surfaces de forêts toujours plus grandes au profit de cultures ou de pâturages (emmagasinant une quantité moindre de matière organique) libère du CO₂ dans l'atmosphère, surtout quand la déforestation se fait par brûlis^{[réf. nécessaire]}. En effet, la pousse de jeunes arbres ne peut plus absorber autant de carbone qu'en génère la dégradation des arbres morts ou brûlés remplacés par des cultures industrielles ou des pâturages. Si le bois exporté pour la construction permet de poursuivre le stockage du carbone, son utilisation en combustion (chauffage, séchage par exemple du tabac, etc.) émet également des gaz à effet de serre.

Occupation des sols

Les sols sont des réservoirs majeurs de carbone, lequel peut être dissous, de façon variable selon l'usage du sol, en CO₂. En France, l'ADEME estime ainsi que « les terres agricoles et la forêt occupent plus de 80 % du territoire national et séquestrent actuellement 4 à 5 GtC (soit entre 15 et 18 GtCO₂) dont plus des deux tiers dans les sols. Toute variation positive ou négative de ce stock influe sur les émissions nationales de gaz à effet de serre (GES), estimées à 0,5 Gt CO₂éq/an (valeur 2011) »^[28]. Selon certaines études, l'agriculture et la déforestation sont, à elles seules, responsables de la plus grande part des émissions de CO₂ depuis le XIX^e siècle^[29]. Pour cette raison, une décision du Conseil européen de 2013 préconise la prise en compte des changements d'affectation des sols et de leur utilisation dans le calcul des émissions de CO₂ (sous le nom de règles UTCATF, pour utilisation des terres, changement d'affectation des terres et foresterie^[30]).

Élevage

L'élevage contribue au réchauffement climatique à hauteur de 14,5 % des émissions anthropiques mondiales de gaz à effet de serre en 2013^{[n 4],[31]}, part dont 44 %^[31] à 60 %^[33] sont dus au méthane, les autres composantes étant le N₂O (25 %, issus principalement de la fertilisation azotée et des effluents d’élevage) et le CO₂ (15 %, issus principalement de la consommation de carburant pour le fonctionnement de la ferme et la production d’intrants)^[33]. L'élevage extensif émet 20 % de GES en moins que le système intensif, grâce au puits de carbone et à l'alimentation locale que représentent les surfaces herbagères^[33]. D'autres mesures d'atténuation, parfois déjà appliquées, sont une alimentation étudiée pour réduire la fermentation entérique, la mise en place d'usines de biogaz pour recycler le fumier et le recours à des méthodes de conservation des sols et de sylvopastoralisme^[34].

Utilisation des CFC et HCFC

Remplacés par les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), les chlorofluorocarbures (CFC) ont vu leur utilisation dans les systèmes de réfrigération et de climatisation fortement réglementée par le protocole de Montréal. Malgré cela, les rejets restent préoccupants. Par exemple, le HCFC le plus communément utilisé, le monochlorodifluorométhane ou HCFC-22, a un potentiel de réchauffement global (PRG) 1 800 fois plus élevé que le CO₂^[35]. De plus, les CFC présents dans les systèmes de réfrigération et de refroidissement et dans les mousses isolantes déjà en place représentent des émissions potentielles si elles ne sont pas captées lors de la destruction des systèmes ou des immeubles concernés. Une étude publiée en mars 2020 dans Nature Communications évalue ces stocks sur vingt ans aux émissions des véhicules de tourisme aux États-Unis. Pour les chercheurs, la taille de ces stocks est telle que la gestion prudente de la déconstruction serait peu coûteuse en regard de leurs émissions. Ils mettent également en évidence une production illégale de CFC-113 et de CFC-11^[36].

Émissions de protoxyde d'azote (N₂O)

En augmentation constante^[16], les émissions de protoxyde d'azote sont en grande partie issues de l'agriculture industrielle.

Émissions de méthane (CH₄)

Les processus à l'origine du méthane, qui font encore l'objet d'études visant à mieux les identifier et les quantifier, sont à l'œuvre dans des sources ponctuelles ou diffuses de trois types : biogéniques, thermogéniques et pyrogéniques. Chacun de ces types comporte des émissions naturelles aussi bien que liées aux activités humaines^[37].

Les émissions de méthane d'origine humaine représentent 50 à 60 % du total^[38] et proviennent en particulier des énergies fossiles, de l'élevage et des décharges. Des phénomènes naturels s'y ajoutent, comme le dégel du pergélisol^[39],[40] ou l'activité microbienne des zones inondées.

Ces émissions tendaient à se stabiliser en 2005-2007, mais sont à nouveau en forte hausse, après un record en 2012 (1,819 ppm, soit +260 % par rapport au niveau préindustriel)^[16], surtout à partir des zones tropicales. L'élevage, en plein développement^[34],[41], est une des causes de l'augmentation de ce gaz à fort potentiel de réchauffement global (pour 37 % environ du total en 2006^[32]), les autres sources étant notamment l'extension des surfaces immergées (rizières^{[42][source insuffisante]}, marécages).

Intensité des émissions

Pour le vocabulaire officiel de l’environnement, tel que défini par la Commission d'enrichissement de la langue française en 2019, l’« intensité des émissions de gaz à effet de serre » (en anglais « greenhouse gas intensity ») est : « [un] indicateur qui rapporte la quantité de gaz à effet de serre émis, mesurée par son équivalent en dioxyde de carbone, au produit intérieur brut » ; il est précisé que :

1. « L'intensité des émissions de gaz à effet de serre permet d'effectuer des comparaisons, notamment entre des pays ou des secteurs économiques » ;
2. « Bien que l'intensité des émissions de gaz à effet de serre ne concerne pas exclusivement le dioxyde de carbone, on parle fréquemment d'« intensité carbone » (en anglais : « carbone intensity »)^[43]. »

• La biodégradation des végétaux est source de CO₂ quand elle se fait en présence d'air et de méthane (CH₄) quand elle est anaérobie, comme c'est le cas sur les surfaces inondées (estuaires, marais).
• Le volcanisme est également source de CO₂. Le seul volcan de la Solfatare émet environ 1 500 tonnes de CO₂ par jour.
• La respiration des êtres vivants : source de CO₂ (partiellement ré-absorbée par la photosynthèse des plantes).
• Les rejets de méthane par les hommes et la plupart des animaux (fermentation entérique (80 %) et déjections (20 %) des ruminants^[33]).

Chaque gaz à effet de serre a un effet différent sur le changement climatique. Par exemple, sur une période de 100 ans, un kilogramme de méthane a un impact sur l'effet de serre 25 fois plus fort qu'un kilogramme de CO₂^[45]. Ce facteur est le potentiel de réchauffement global (PRG), soit le pouvoir réchauffant d'un gaz, rapporté au pouvoir réchauffant de la même masse de dioxyde de carbone. Il permet de comparer l'influence de différents gaz à effet de serre sur le système climatique.

Le PRG vaut donc 1 pour le dioxyde de carbone, qui sert de référence. Il n'y a pas de PRG pour la vapeur d'eau, car son excès réside moins de deux semaines dans l'atmosphère, puis est éliminé par précipitation. L'augmentation de sa concentration à l'équilibre peut contribuer à l'effet de serre, mais il s'agit d'un effet de rétroaction lié à l'augmentation des températures ; l'émission directe de vapeur d'eau par les activités humaines n'est pas en cause^{[T 1]}.

L'équivalent CO₂ d'une masse de gaz est la masse de dioxyde de carbone qui provoquerait le même forçage radiatif que ce gaz, c'est-à-dire qui aurait la même capacité à retenir le rayonnement solaire^[45]. Le potentiel de réchauffement global (PRG) est donc l'équivalent CO₂ d'un kilogramme du gaz à effet de serre considéré, soit :

équivalent CO₂ = PRG × masse du gaz considéré

Enfin, l'équivalent carbone ne considère que la part de l'atome de carbone dans le CO₂, à savoir 0,272 7 kg pour 1 kg de CO₂^[48]. L'émission d'1 kg de CO₂ vaut donc 0,272 7 kg d'équivalent carbone. Pour les autres gaz, l'équivalent carbone vaut :

équivalent carbone = PRG × masse du gaz considéré × 0,2727

Hormis la vapeur d'eau, qui est évacuée en quelques jours^{[réf. nécessaire]}, les gaz à effet de serre mettent très longtemps à s'éliminer de l'atmosphère. Étant donné la complexité du système atmosphérique, il est difficile de préciser la durée exacte de leur séjour^{[n 8]}. Ainsi, si un tiers à la moitié du dioxyde de carbone CO₂ émis est absorbé au cours des premières décennies, le rythme d'absorption ralentit toutefois substantiellement par la suite : au bout de 10 000 ans, de 10 à 25 % du surcroit initial de CO₂ persistent dans l'atmosphère^[49].

Les gaz à effet de serre peuvent être évacués de plusieurs manières :

• par une réaction chimique intervenant dans l'atmosphère : le méthane, par exemple, réagit avec les radicaux hydroxyle naturellement présents dans l'atmosphère pour créer du CO₂ ;
• par une réaction chimique intervenant à l'interface entre l'atmosphère et la surface du globe : le CO₂ est réduit par photosynthèse par les végétaux ou est dissous dans les océans pour former des ions bicarbonate et carbonate (le CO₂ est chimiquement stable dans l'atmosphère) ;
• par des rayonnements : par exemple, les rayonnements électromagnétiques émis par le soleil et les rayonnements cosmiques « brisent » les molécules dans les couches supérieures de l'atmosphère. Une partie des halocarbures disparaissent de cette manière (ils sont généralement chimiquement inertes, donc stables lorsque introduits et mélangés dans l'atmosphère).

Voici quelques estimations de la durée de séjour des gaz, c'est-à-dire le temps nécessaire pour que leur concentration diminue de moitié.

En 2007, le quatrième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) estime qu'entre 1970 et 2004 les émissions de gaz à effet de serre dues aux activités humaines ont augmenté de 70 %^[50].

L’Organisation météorologique mondiale (OMM) annonce le 30 octobre 2017 que les concentrations mondiales de gaz à effet de serre ont atteint de nouveaux records en 2016^[51] :

• la teneur moyenne de l'atmosphère en dioxyde de carbone (CO₂) était de 403,3 ppm (parties par million), soit 3,3 ppm de plus qu'en 2015 ; cette hausse est la plus forte augmentation interannuelle de la période 1984-2016 ; la teneur de 2016 représente 145 % du niveau préindustriel (278 ppm en 1750) ;
• le méthane (CH₄), 2^e GES persistant par son abondance, dont 60 % des émissions sont d'origine humaine, atteint un nouveau record en 2016 à 1 853 ppb (parties par milliard), soit 257 % du niveau préindustriel ; après une période de stabilisation, sa teneur augmente à nouveau depuis 2007 ;
• le protoxyde d'azote (N₂O) atteint 328,9 ppb, soit 9 ppb de plus qu’en 2015 et 122 % du niveau préindustriel ;
• globalement, le forçage radiatif de l'atmosphère par les gaz à effet de serre s'est accru de 40 % entre 1990 et 2016 ; le dioxyde de carbone est responsable d'environ 80 % de cette progression ;
• l'océan absorbe 26 % des émissions anthropiques de CO₂, limitant l'accroissement du CO₂ atmosphérique causé par l'exploitation des combustibles fossiles, mais l'absorption de quantités accrues de ce gaz (4 kg par jour et par personne) par les mers modifie le cycle des carbonates marins et entraîne une acidification de l'eau de mer. Le rythme actuel d'acidification des océans semble sans précédent depuis au moins 300 millions d'années ; cette acidification a une influence néfaste sur la calcification chez beaucoup d'organismes marins et tend à réduire leur taux de survie et altérer leurs fonctions physiologiques et diminue la biodiversité.

L’Organisation météorologique mondiale annonce le 26 mai 2014 qu'en avril, pour la première fois, les concentrations mensuelles de CO₂ dans l'atmosphère ont dépassé le seuil symbolique de 400 ppm dans tout l'hémisphère nord ; dans l'hémisphère sud, les concentrations sont de 393 à 396 ppm, du fait d'une densité de population et d'une activité économique moindres. La moyenne mondiale à l'époque préindustrielle était de 278 ppm^[52].

En 2018, la teneur moyenne de l'atmosphère en CO₂ a atteint le niveau de 407,8 ppm, dépassant de 147 % le niveau préindustriel de 1750. L'Organisation météorologique mondiale avertit qu'« aucun signe de ralentissement n'est visible malgré tous les engagements pris au titre de l'Accord de Paris sur le climat » et appelle les pays à traduire leurs « engagements en actes et revoir à la hausse [leurs] ambitions dans l'intérêt de l'humanité »^[53].

L’Organisation météorologique mondiale annonce en octobre 2021, avant la COP26, que « au rythme où augmentent les concentrations de gaz à effet de serre, l'élévation des températures à la fin du siècle sera bien supérieure aux objectifs de l'accord de Paris ». En 2020, la concentration de CO₂ se situait à 149 % des niveaux de 1750, celle de méthane à 262 % et celle de protoxyde d'azote à 123 %^[54].

Cycle du carbone

Stocks de carbone : la biosphère contient 540 à 610 Gt de carbone ; le sol : 1 500 à 1 600 Gt ; les océans : 38 000 à 40 000 Gt, la lithosphère : 66 000 à 100 000 Gt, dont 4 000 à 5 000 Gt de combustibles fossiles ; l'atmosphère : 578 Gt en 1700, 766 Gt en 1999, croissance annuelle depuis : > 6 Gt/an.

La progression et les fluctuations de la teneur en CO₂ sont retracées quasiment en temps réel sur le site du Earth System Research Laboratory (ESRL)^[56].

Émissions globales de gaz à effet de serre

Statistiques mondiales

La Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques fournit sur son site Internet de nombreuses données sur les émissions territoriales des pays parties à ladite convention^[57] :

Évolution des émissions de GES des principaux pays parties à la Convention, entre 1990 et 2015, classés par ordre décroissant d'émission en 2015
(en Mt CO_2éq, hors UTCATF*)^[58]

Pays	1990	2000	2010	2015	var.2015 /1990
États-Unis	6 363	7 214	6 925	6 587	+3,5 %
Union européenne à 28	5 643	5 152	4 775	4 308	−23,7 %
Russie	3 768	2 273	2 601	2 651	−29,6 %
Japon	1 268	1 385	1 304	1 323	+4,3 %
Allemagne	1 251	1 043	942	902	−27,9 %
Canada	611	738	701	722	+18,1 %
Australie	420	485	537	533	+27,0 %
Royaume-Uni	797	713	616	507	−36,4 %
Turquie	214	296	407	475	+122,0 %
France	550	556	517	464	−15,7 %
Italie	520	553	505	433	−16,7 %
Pologne	570	391	407	386	−32,4 %
Espagne	288	386	357	336	+16,6 %
Ukraine	962	427	413	323	−66,4 %
Pays-Bas	221	219	214	195	−11,6 %
Belgique	146	149	132	117	−19,7 %
Roumanie	301	140	121	116	−61,4 %
Autriche	79	81	85	79	+0,1 %
Suède	72	69	65	54	−25,1 %
Suisse	53	53	54	48	−10,0 %
* UTCATF = Utilisation des terres, changement d'affectation des terres et foresterie (en anglais : LULUCF).

Évolution des émissions de GES des principaux pays hors Convention, entre 1994 et 2012, classés par ordre décroissant d'émission en dernière année
(en Mt CO_2éq, hors UTCATF*)^[59]

Pays	année de base	année	point intermédiaire	année	dernière année	année	var.dern.année /année de base
Chine	4 058	1994	7 466	2005	11 896	2012	+193 %
Inde	1 214	1994	1 524	2000	2 101	2010	+73 %
Brésil	551	1990	745	2001	985	2012	+79 %
Corée du Sud	295	1990	516	2001	688	2012	+134 %
Mexique	404	1990	514	2002	638	2013	+58 %
Indonésie	267	1990	319	1993	554	2000	+108 %
Iran	385	1994			484	2000	+25 %
Afrique du Sud	347	1990	380	1994			+9 %
* UTCATF = Utilisation des terres, changement d'affectation des terres et foresterie (en anglais : LULUCF).

Après trois ans de relatif répit, les émissions mondiales de gaz à effet de serre devraient croître d'environ 2 % en 2017 par rapport à 2016 et atteindre le niveau record de 36,8 milliards de tonnes, selon les estimations établies par le Global Carbon Project, une plate-forme animée par des scientifiques issus du monde entier^[60].

Statistiques européennes

Eurostat publie des statistiques destinées au suivi des engagements du protocole de Kyoto^[61] :

Émissions de gaz à effet de serre dans l'Union européenne par pays (en Mt CO_2éq, hors UTCATF*, émissions de l'aviation internationale incluses)

Pays	1990	1995	2000	2005	2010	2016	% 2016	2016/1990	tonnes (CO2éq)/habitant 2016[62]
Total EU-28	5 719,6	5 386,7	5 277,7	5 351,2	4 909,1	4 440,8	100 %	−22,4 %	8,7
Allemagne	1 263,7	1 138,3	1 064,3	1 016,0	967,0	935,8	21,1 %	−25,9 %	11,4
Royaume-Uni	812,1	769,6	743,4	728,1	643,7	516,8	11,6 %	−36,4 %	7,9
France	555,1	552,1	565,3	568,6	527,7	475,4	10,7 %	−14,4 %	7,1
Italie	522,7	538,5	562,5	589,4	512,9	438,2	9,9 %	−16,2 %	7,2
Pologne	467,9	438,9	390,4	398,6	407,4	397,8	9,0 %	−15,0 %	10,5
Espagne	292,5	334,0	395,2	450,6	368,3	340,5	7,7 %	+19,4 %	7,3
Pays-Bas	225,9	238,9	229,4	225,4	223,7	207,0	4,7 %	−8,4 %	12,2
Tchéquie	200,1	159,4	150,8	149,0	141,5	131,3	3,0 %	−34,4 %	12,4
Belgique	149,8	157,7	154,5	149,0	136,9	122,1	2,8 %	−18,5 %	10,8
Roumanie	247,5	181,1	141,2	148,2	122,7	113,4	2,6 %	−54,2 %	5,8
Grèce	105,6	111,8	128,9	138,9	121,0	94,7	2,1 %	−10,3 %	8,8
pays voisins :
Norvège	52,3	51,7	55,5	56,0	56,4	54,7		+4,6 %	10,5
Suisse	56,7	56,0	57,1	58,3	58,5	53,5		−5,6 %	6,4
* UTCATF = Utilisation des terres, changement d'affectation des terres et foresterie (en anglais : LULUCF).

Remarques :

• les pays aux émissions de gaz à effet de serre les plus élevées par habitant utilisent des sources d'énergie à fortes émissions (en particulier pour la production d'électricité) :
  1. Lignite : Allemagne, Tchéquie,
  2. Tourbe : Irlande (13,5 t CO_2éq/hab),
  3. Schiste bitumineux : Estonie (15,0 t CO_2éq/hab),
  4. Charbon : Pologne ;
• la Belgique a des émissions particulièrement élevées du fait de la part importante de l'industrie dans son économie. Ce facteur joue aussi dans le cas de l'Allemagne, et a fortiori pour le Luxembourg : 19,8 t CO_2éq/hab ;
• les Pays-Bas ont des émissions de méthane particulièrement élevées (9,2 % du total de leurs émissions de GES contre 2,6 % pour le total de l'Union européenne)^[64] ; cela provient surtout de leurs gisements de gaz naturel (Groningue).

Émissions de CO₂ dans le monde

Émissions de CO₂ dans le monde par zone géographique^[66] (hors UTCATF)

En millions de tonnes de CO2[n 9]	1990	% 1990	2014	2015	% 2015	% var. 2015/1990
Amérique du Nord	5 743	25,5 %	6 365	6 200	17,2 %	+8 %
Canada	557	2,5 %	705	684	1,9 %	+23 %
États-Unis	5 008	22,2 %	5 317	5 177	14,4 %	+3,4 %
Amérique centrale et du sud	651	2,9 %	1 299	1 284	3,6 %	+97 %
Brésil	221	1,0 %	506	486	1,3 %	+120 %
Europe et ex-URSS	8 448	37,5 %	6 265	6 216	17,2 %	−26,4 %
Russie	2 395	10,6 %	1 822	1 761	4,9 %	−26,5 %
Union européenne à 28	4 386	19,5 %	3 424	3 470	9,6 %	−20,9 %
Allemagne	1 021	4,5 %	773	778	2,2 %	−23,8 %
Espagne	230	1,0 %	246	263	0,7 %	+14,3 %
France	383	1,7 %	323	328	0,9 %	−14,4 %
Italie	429	1,9 %	337	354	1,0 %	−17,5 %
Royaume-Uni	581	2,6 %	415	399	1,1 %	−31,3 %
Pologne	364	1,6 %	289	295	0,8 %	−19 %
Afrique sub-saharienne	530	2,4 %	942	942	2,6 %	+78 %
Moyen-Orient et Afrique du nord	956	4,2 %	2 545	2 616	7,3 %	+174 %
Arabie saoudite	168	0,7 %	487	506	1,4 %	+201 %
Asie	5 248	23,3 %	17 065	17 167	47,6 %	+227 %
Chine	2 357	10,5 %	10 790	10 717	29,7 %	+355 %
Corée du Sud	270	1,2 %	612	610	1,7 %	+126 %
Inde	663	2,9 %	2 349	2 469	6,8 %	+272 %
Japon	1 162	5,2 %	1 285	1 257	3,5 %	+8,2 %
Océanie	306	1,4 %	484	491	1,4 %	+60,5 %
Soutes internationales	626	2,8 %	1 119	1 145	3,2 %	+83 %
Monde	22 058	100 %	36 084	36 062	100 %	+60,2 %

L'étude du Global carbon project^[67], publiée le 21 septembre 2014, avant le sommet de l'ONU sur le climat, annonce que les émissions de CO₂ devraient atteindre 37 milliards de tonnes en 2014 et 43,2 milliards en 2019 ; en 2013, elles avaient progressé de 2,3 % pour atteindre 36,1 milliards de tonnes. En 2013, un Chinois émet désormais davantage qu'un Européen, avec 7,2 t de CO₂ par habitant contre 6,8 t dans l'Union européenne, mais un Américain émet 16,4 t de CO₂ ; la progression de ces émissions est très rapide en Chine (+4,2 % en 2013) et en Inde (+ 5,1 %) alors qu'en Europe, elles reculent (−1,8 %). Le Global carbon project souligne que la trajectoire actuelle des émissions de gaz carbonique concorde avec le pire des scénarios évoqués par le GIEC, qui table sur une hausse de la température mondiale de 3,2 à 5,4 °C d'ici 2100^[68].

Les émissions de CO₂ liées à l'énergie ont enregistré un coup d'arrêt en 2014 ; c'est la première fois, depuis 40 ans que l'Agence internationale de l'énergie (AIE) établit ses statistiques d'émissions de CO₂, que ces émissions cessent de croître dans un contexte de croissance économique (+3 %) ; elles avaient connu trois baisses : au début des années 1980, en 1992 et en 2009, toutes causées par un recul de l'activité économique. Le secteur de l'énergie a émis 32,3 gigatonnes de CO₂ comme en 2013. L'AIE attribue les mérites de cette stabilisation pour l'essentiel à la Chine et aux pays de l'OCDE. En Chine, « l'année 2014 a été marquée par la croissance de la production électrique issue des énergies renouvelables, hydraulique, solaire, éolienne. L'électricité fournie par les centrales au charbon a moins compté », et la consommation a fortement ralenti. Les pays développés de l'OCDE sont parvenus à découpler la croissance de leurs émissions de gaz à effet de serre de celle de leur économie, grâce à leurs progrès dans l'efficacité énergétique et l'utilisation des énergies renouvelables^[69],[70].

Les émissions de CO₂ liées à l'énergie sont reparties à la hausse en 2017, après trois années de stagnation, selon l'Agence internationale de l'énergie, à 32,5 gigatonnes, soit +1,4 %. Cette augmentation résulte d'une robuste croissance économique mondiale (+3,7 %), de prix bas pour les combustibles fossiles et de moindre efforts réalisés en matière d'efficacité énergétique. Les émissions de CO₂ de la plupart des grandes économies ont augmenté en 2017, mais elles ont reculé au Royaume-Uni, au Mexique, au Japon et aux États-Unis ; leur recul de 0,5 % aux États-Unis s'explique par le déploiement plus important d'énergies renouvelables, combiné à un déclin de la demande d'électricité. L'Asie est responsable des deux tiers de l'augmentation des émissions ; les émissions n'ont progressé que de 1,7 % en Chine malgré une croissance de près de 7 %, en raison du déploiement d'énergies renouvelables et du remplacement de charbon par du gaz. Dans l'Union européenne, les émissions ont progressé de 1,5 %, inversant les progrès réalisés ces dernières années, en raison d'un recours accru au pétrole et au gaz^[71].

Dans l'Union européenne, la France est l'un des plus faibles émetteurs, par rapport à sa population, ce qui est dû à une très forte proportion de production d'électricité d'origine nucléaire et hydraulique.

Responsabilité des émissions

Selon les pays

La question de la répartition des responsabilités des émissions anthropiques a été un des points les plus épineux des négociations internationales sur le réchauffement climatique. Les pays émergents font valoir que le réchauffement climatique est causé pour l'essentiel par les gaz à effet de serre émis et accumulé dans l'atmosphère par les pays développés depuis la révolution industrielle et que les objectifs d'efforts de réduction des émissions devraient donc être répartis en fonction des émissions cumulées depuis le début de l'ère industrielle de chaque pays. Ce raisonnement a débouché sur le « principe des responsabilités communes mais différenciées » admis à partir de la Conférence des Nations unies sur l'environnement et le développement, à Rio, en 1992^[72].

Le point de vue adopté le plus fréquemment (approche territoire) consiste à attribuer à chaque pays les émissions produites sur son territoire.

Deux autres points de vue peuvent être soutenus selon les responsables de ces émissions :

• les producteurs : une étude retraçant les émissions responsables du réchauffement climatique de 1854 à 2010 a mis en exergue la responsabilité de 90 entités productrices de combustibles fossiles et de ciment comme étant responsables des deux tiers des émissions mondiales de CO₂ liées à l'énergie (un tiers par des entreprises privées, un tiers par des entreprises publiques, un tiers par les États)^[73]. Cette présentation a surtout pour but de minorer la responsabilité des pays consommateurs en faisant porter une part majorée des responsabilités aux pays exportateurs de pétrole et de gaz (Arabie Saoudite, Russie, Iran, Irak, Émirats, Venezuela, etc.) et de charbon (Pologne, Australie, Indonésie, Colombie, etc.) ;
• les consommateurs (approche consommation) : une approche au niveau de la consommation finale et non au niveau de la production d'énergie, dénommée ECO₂Climat, comptabilise l'ensemble des émissions de gaz à effet de serre générées par la consommation de produits et services des Français (y compris les services publics), par la construction et la consommation d’énergie de leur habitat ainsi que par leurs déplacements, que ces émissions aient lieu sur le territoire français ou qu'elles proviennent des importations (« émissions importées »). Cette méthode permet d'éliminer l'effet des échanges internationaux et des délocalisations, qui font baisser les émissions en France en les déplaçant à l'étranger. Avec cette approche, les émissions de GES par personne pour la consommation finale se sont élevées en 2012 à 10,1 tonnes équivalent CO₂ en moyenne. De 2008 à 2012, l'empreinte carbone des Français ainsi calculée a augmenté de 1,3 % à 662 millions de tonnes de CO_2éq ; la population française ayant augmenté de 2 % dans le même temps, les émissions par personne ont légèrement diminué, de 10,23 à 10,15 t CO_2éq (−0,7 %)^[74].

Avec la même approche, mais avec une méthodologie différente et une envergure mondiale, le Global Carbon Project^[75] fournit un atlas mondial du carbone qui présente les données suivantes :

Émissions de CO₂ dues aux combustibles fossiles des principaux pays en 2015^[76]

Pays	Approche territoriale Mt CO2	Approche territoriale t CO2/personne	Approche consommation Mt CO2	Approche consommation t CO2/personne
Chine	10 151	7,3	8 392	6,0
États-Unis	5 411	17	5 886	18
Union européenne	3 501	6,9	4 315	8,5
Inde	2 320	1,8	2 171	1,7
Russie	1 671	12	1 338	9,3
Japon	1 225	9,6	1 451	11
Allemagne	792	9,7	902	11
Iran	642	8,1	525	6,6
Corée du Sud	592	12	662	13
Canada	568	16	584	16
Arabie saoudite	524	16,6	634	20
Brésil	523	2,5	550	2,7
Mexique	477	3,8	526	4,2
Indonésie	469	1,8	484	1,9
Afrique du Sud	462	8,3	371	6,7
Royaume-Uni	416	6,4	596	9,1
Australie	402	17	394	17
Turquie	383	4,9	436	5,6
Italie	357	6,0	480	8,1
France	337	5,2	458	7,1
Thaïlande	323	4,7	308	4,5
Pologne	311	8,1	301	7,9
Espagne	272	5,9	306	6,6
Taïwan	262	11	271	12
Malaisie	249	8,1	251	8,2
Kazakhstan	230	13	213	12
Ukraine	223	5,0	245	5,5
Argentine	208	4,8	210	4,8
Égypte	207	2,2	196	2,1
Monde	36 019	4,9	36 019	4,9
Approche territoriale : les émissions sont attribuées au pays sur le territoire duquel elles se produisent. Approche consommation : les émissions sont attribuées au pays où sont consommés les biens dont la production les a causées.

Selon les données de l'Agence internationale de l'énergie, les émissions de CO₂ liées à l'énergie atteignaient 32 316 Mt en 2016 contre 15 460 Mt en 1973, en progression de 109 % en 43 ans ; elles provenaient de la combustion de charbon pour 44,1 %, de pétrole pour 34,8 % et de gaz naturel pour 20,4 %. Depuis 2006, la Chine a dépassé les États-Unis pour les émissions de gaz à effet de serre, mais sa population est 4,3 fois plus nombreuse. Les émissions de CO₂ de la Chine étaient en 2016 de 9 057 Mt contre 4 833 Mt pour les États-Unis, 2 077 Mt pour l’Inde et 1 439 Mt pour la Russie (approche territoire) ; elles sont passées de 5,7 % du total mondial en 1973 à 28,2 % en 2016 ; mais les émissions par habitant des États-Unis restent largement en tête avec 14,95 t/hab contre 9,97 t/hab pour la Russie, 6,57 t/hab pour la Chine, 1,57 t/hab pour l'Inde et 4,35 t/hab pour la moyenne mondiale^[77].

Le sixième rapport d'évaluation du GIEC, paru en 2023, souligne que la répartition des émissions de GES dans le monde est très inégale sur le plan géographique, en particulier lorsqu'elles sont rapportées au nombre d'habitants, les habitants des pays les plus développés émettant davantage^[Combien ?] de GES que ceux des pays les moins développés^[78],[79]. En 2020, l’ensemble des pays du G20 représente 75 % des émissions mondiales^[80]. S'agissant des émissions par habitant, en 2020, les États-Unis sont en tête (14 tonnes équivalent CO₂ ou tCO₂e/hab.), suivis par la Russie (13 tCO₂e), la Chine (9,7 tCO₂e), le Brésil et l’Indonésie (7,5 tCO₂e), puis l'Union européenne à 27 (7,2 tCO₂e)^[80]. Alors que l'Inde est le 3^e pays le plus émetteur en valeur absolue, son taux d’émissions de gaz à effet de serre par habitant est l’un des plus faibles (2,4 tCO₂e) (données de 2020)^[80].

La responsabilité historique des émissions de CO₂, principal facteur du réchauffement présent, est elle aussi très inégalement répartie entre les régions, la plus grande part revenant aux pays développés. S'agissant des seules émissions de CO₂ dues à la combustion des énergies fossiles et aux industries, les pays développés en sont responsables pour 57 %, contre 0,4 % pour les pays les moins avancés et 0,5 % pour les petits États insulaires en développement^{[78],[81],[79],[82]}.

Selon les niveaux de revenus

En novembre 2015, Lucas Chancel et Thomas Piketty publient une étude intitulée Carbon and inequality : from Kyoto to Paris. Elle estime notamment que, « dans un contexte de forte hausse des émissions globales depuis 1998 [...] le niveau d’inégalité mondiale d’émissions a diminué » et que 10 % des émetteurs mondiaux sont responsables de près de la moitié des émissions totales et émettent 2,3 fois plus que la moyenne mondiale. Les auteurs préconisent la mise en place d'une taxe carbone mondiale progressive sur le CO₂, qui aboutirait à une participation nord-américaine à hauteur de 46,2 % des fonds, à une participation européenne de l’ordre de 16 % et à une contribution chinoise de 12 % ; ou bien un financement assuré par les 1 % des plus gros émetteurs (soit les individus émettant 9,1 fois plus que la moyenne mondiale) : l’Amérique du Nord contribuerait alors à hauteur de 57,3 % des efforts, contre 15 % pour l’Europe et 6 % pour la Chine^[83],[84].

Selon Lucas Chancel, « plusieurs travaux portant sur de nombreux pays ont montré que le revenu (ou le niveau de dépense, qui lui est fortement associé) est le principal facteur expliquant les différences d’émission de CO₂e, entre individus à l’intérieur des pays »^[85],[86]. Il précise que les émissions directes — « produites sur le lieu d’utilisation de l’énergie (par une chaudière à gaz ou le pot d’échappement d’une voiture, par exemple » — augmentent « moins que proportionnellement » par rapport aux revenus : « Il y a une limite à la quantité de chaleur dont nous avons besoin chaque jour ou au volume d’essence que nous pouvons mettre dans notre voiture (et ceux qui ont plusieurs voitures ne peuvent pas les conduire toutes à la fois) »^[86]. En revanche, « il n’y a pas vraiment de limite à la quantité de biens et de services que l’on peut acheter avec son argent », ce qui correspond aux émissions indirectes — les « émissions nécessaires pour réaliser les services ou les biens que l’on consomme » — qui, elles, « sont davantage corrélées au revenu que les directes : pour les 20 % des Français et Américains les plus riches, elles représentent les trois quarts de leurs émissions totales, contre deux tiers pour les 20 % les plus modestes »^[86]. L'ingénieure-économiste Audrey Berry souligne que « le niveau d'émissions carbone varie en fait beaucoup au sein d'un même niveau de vie, avec de très fortes émissions chez certains individus pauvres et de très faibles émissions chez certains individus riches »^[87].

En 2013, selon Chancel et Piketty, si les émissions des Français s’élèvent à 11 tonnes par personne et par an, les émissions des 10 % les plus modestes seraient d’environ 4 tonnes, contre 31 tonnes pour les plus aisés, soit près de huit fois moins^[86]. Ce rapport des émissions entre les 10 % les plus modestes et les 10 % les plus riches serait de 24 aux États-Unis (3,6 contre 84,5 tonnes), de 46 au Brésil (0,5 tonne contre 23) et de 22 au Rwanda (0,1 contre 2,2 tonnes)^[86]. En 2023, Lucas Chancel et Yannic Rehm mettent en évidence le fait que l'empreinte carbone des 10 % les plus riches augmente fortement si on inclut les émissions liées à leurs placements financiers : en France, elle est de 16 tonnes si l’on ne considère que ce que les plus riches consomment, contre 10 tonnes en moyenne pour l'ensemble des Français, mais elle s'élève à 38 tonnes si l’on considère que ceux qui détiennent les entreprises sont responsables des émissions liées à ce qu’elles produisent^[88].

En janvier 2020, l'Observatoire français des conjonctures économiques et l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie publient une étude qui confirme la relation positive entre le niveau de vie et les émissions de gaz à effet de serre en France^[89],[90]. Les émissions ne sont toutefois pas proportionnelles au revenu. L'étude obtient un ratio interdécile d'émissions de gaz à effet de serre inférieur de moitié à celui obtenu par Piketty et Chancel : 3,9 au lieu de 7,7 ; elle note une forte hétérogénéité au sein même des déciles de niveau de vie, ce qui tend à accréditer l'idée que le revenu ne saurait expliquer à lui seul le niveau d'empreinte carbone des ménages^[91].

Responsabilités d'entreprises

Selon Richard Heede, de l'Institut de responsabilité climatique (Climate Accountability Institute), en supposant que les producteurs de combustibles fossiles seraient responsables des émissions dues à leurs produits, 103 entreprises sont à elles seules responsables de plus de 69,8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre entre 1751 et le début du XXI^e siècle^[92],[93], et les 20 entreprises les plus émettrices depuis 1965 (dont 12 détenues par des États) ont contribué à 35 % de l'ensemble des émissions de dioxyde de carbone et de méthane liés à l'énergie dans le monde^[94].

Jean-Marc Jancovici propose, dans l'outil de bilan carbone proposé par l'ADEME, trois démarches pour agréger les résultats de mesure^[95] :

• une approche interne, qui comptabilise les émissions que l'on engendre chez soi ;
• une approche « émissions intermédiaires », qui comptabilise les émissions qui correspondent à une partie des processus externes à l'activité, mais qui sont nécessaires pour permettre à l'activité d'exister sous sa forme actuelle. Les émissions intermédiaires sont très importantes dans le cas des activités de services ;
• une approche globale, qui estime la pression totale que l'on exerce sur l'environnement en matière de gaz à effet de serre.

Notes