Enjeux environnementaux : climat et énergies renouvelables

En brûlant charbon, pétrole, gaz et forêts, les humains renforcent l'effet de serre et réchauffent la planète ; les énergies renouvelables (soleil, vent, eau, biomasse) et les économies d'énergie permettent de produire ce dont on a besoin en polluant beaucoup moins.

Objectifs

Expliquer l'effet de serre naturel et son renforcement par les activités humaines.
Citer des conséquences du changement climatique, notamment en Afrique de l'Ouest.
Distinguer énergies fossiles et énergies renouvelables, avec leurs avantages et limites.
Dimensionner simplement une installation solaire domestique.
Connaître quelques repères internationaux et des gestes concrets d'atténuation et d'adaptation.

1. L'effet de serre et le réchauffement climatique

Notions clés

Le climat est le temps qu'il fait en moyenne dans une région sur une longue période (au moins 30 ans) ; la météo est le temps d'un jour donné. Une journée fraîche ne contredit pas le réchauffement du climat.

L'effet de serre est un phénomène naturel : le Soleil chauffe le sol, le sol renvoie de la chaleur (rayonnement infrarouge), et certains gaz de l'atmosphère, les gaz à effet de serre (vapeur d'eau, dioxyde de carbone \(\ce{CO2}\), méthane \(\ce{CH4}\), protoxyde d'azote \(\ce{N2O}\)), en retiennent une partie. Sans lui, la température moyenne à la surface serait d'environ \(-18\ ^{\circ}\mathrm{C}\) au lieu d'environ \(15\ ^{\circ}\mathrm{C}\) : il rend la vie possible.

Le problème vient de son renforcement : en brûlant des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz), en déboisant et par certaines activités agricoles, les humains ajoutent des gaz à effet de serre. Plus de chaleur reste piégée : c'est le réchauffement climatique. Selon le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat), la température moyenne à la surface du globe sur 2011-2020 était supérieure d'environ \(1{,}1\ ^{\circ}\mathrm{C}\) à celle de 1850-1900, et cette hausse est due aux activités humaines.

Légende le schéma de l'effet de serre (touche chaque zone) :

flowchart LR
A[Combustibles fossiles et deboisement] --> B[Plus de CO2 et de methane]
B --> C[Effet de serre renforce]
C --> D[Rechauffement]
D --> E[Secheresses pluies extremes montee des mers]

Des conséquences visibles

Températures plus élevées et vagues de chaleur plus fréquentes.
Pluies plus irrégulières : sécheresses, mais aussi pluies violentes et inondations, avec des effets sur les récoltes.
Montée du niveau de la mer et érosion des côtes : à Saint-Louis du Sénégal, la mer gagne sur des quartiers de la Langue de Barbarie.
Santé et biodiversité : maladies favorisées par la chaleur, espèces menacées, pêche perturbée.

Pourquoi l'effet de serre naturel est-il indispensable ?

Il protège des rayons ultraviolets.
Il produit l'oxygène que nous respirons.
Il garde une température moyenne compatible avec la vie.

Sans effet de serre, la surface serait en moyenne vers \(-18\ ^{\circ}\mathrm{C}\). C'est son renforcement par les activités humaines qui pose problème.

Lequel de ces gestes augmente directement les émissions de gaz à effet de serre ?

Brûler du pétrole dans un groupe électrogène
Sécher le linge au soleil
Planter des arbres

La combustion d'un carburant fossile rejette du \(\ce{CO2}\). Planter des arbres, au contraire, en absorbe pendant leur croissance.

2. Énergies fossiles et énergies renouvelables

Notions clés

Une énergie fossile (charbon, pétrole, gaz naturel) vient de restes d'êtres vivants transformés pendant des millions d'années : son stock est limité et sa combustion rejette du \(\ce{CO2}\).

Une énergie renouvelable provient d'une source qui se renouvelle à l'échelle humaine :

Solaire : panneaux photovoltaïques (électricité) ou chauffe-eau solaires. Atout majeur en Afrique de l'Ouest, très ensoleillée.
Hydraulique : l'eau d'un barrage fait tourner des turbines, comme à Akosombo sur la Volta au Ghana ou à Manantali sur le fleuve Sénégal au Mali.
Éolienne : le vent fait tourner des pales.
Biomasse : bois, résidus agricoles, biogaz issu des déchets et des bouses. Renouvelable seulement si l'on replante autant que l'on coupe.
Géothermie : chaleur du sous-sol.

Exemple résolu : un kit solaire pour la maison

La famille de Kouassi, près de Bouaké, veut un kit solaire. Hypothèses de l'exercice : un panneau de \(100\ \mathrm{W}\) qui produit l'équivalent de 5 heures à pleine puissance par jour ; besoins : 3 lampes LED de \(10\ \mathrm{W}\) allumées 5 h, un ventilateur de \(40\ \mathrm{W}\) pendant 6 h, et deux téléphones à recharger (\(10\ \mathrm{Wh}\) chacun). Le panneau suffit-il ? Cherche d'abord (rappel : \(E = P \times t\)).

Production : \(E_{prod} = 100 \times 5 = 500\ \mathrm{Wh}\) par jour.

Lampes : \(3 \times 10 \times 5 = 150\ \mathrm{Wh}\) ; ventilateur : \(40 \times 6 = 240\ \mathrm{Wh}\) ; téléphones : \(2 \times 10 = 20\ \mathrm{Wh}\).

Besoin total : \(150 + 240 + 20 = 410\ \mathrm{Wh}\) par jour.

\(410 < 500\) : le panneau suffit, avec une petite marge pour les jours nuageux. Comme on utilise les lampes le soir, il faut aussi une batterie pour stocker l'énergie de la journée.

Joue avec la puissance du panneau \(P\) (en W) et le besoin journalier \(C\) (en Wh) : la droite montante donne l'énergie produite selon le nombre d'heures de plein soleil, la droite horizontale le besoin. Là où elles se croisent, la production couvre juste le besoin.

Laquelle de ces sources n'est PAS renouvelable ?

L'énergie hydraulique d'un barrage
Le gaz naturel
Le biogaz produit avec des déchets

Le gaz naturel est une énergie fossile : son stock s'est formé en des millions d'années et sa combustion émet du \(\ce{CO2}\).

3. Agir : atténuer et s'adapter

Face au changement climatique, on agit de deux façons :

Atténuer : réduire les émissions (énergies renouvelables, économies d'énergie, ampoules LED, transports en commun, foyers améliorés, lutte contre le déboisement, reboisement).
S'adapter : vivre avec les changements déjà là (semences résistantes à la sécheresse, récupération de l'eau de pluie, digues, bâtiments plus frais, alertes météo).

Des pays africains mènent ensemble l'initiative de la Grande Muraille Verte, lancée par l'Union africaine en 2007 : restaurer les terres et la végétation sur une large bande sahélienne, du Sénégal à Djibouti.

Quelques repères internationaux

1988Création du GIEC, qui fait la synthèse des connaissances scientifiques sur le climat.
1992Sommet de la Terre de Rio : adoption de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques.
1997Protocole de Kyoto : premiers engagements chiffrés de réduction des émissions pour des pays industrialisés.
2007Lancement de la Grande Muraille Verte par l'Union africaine.
2015Accord de Paris : contenir le réchauffement nettement en dessous de \(2\ ^{\circ}\mathrm{C}\) et poursuivre l'effort pour le limiter à \(1{,}5\ ^{\circ}\mathrm{C}\).

Exemple résolu : économies avec un foyer amélioré

Hypothèses de l'exercice : une famille utilise \(60\ \mathrm{kg}\) de bois par semaine, à \(100\) F CFA le kilo ; un foyer amélioré lui fait économiser \(40\ \%\) du bois. Quelle économie par an (52 semaines), en kilos et en F CFA ? Cherche d'abord.

Voir la solution

\[60 \times 0{,}40 = 24\ \mathrm{kg} \text{ économisés par semaine}\] \[24 \times 52 = 1\,248\ \mathrm{kg} \text{ par an}\] \[1\,248 \times 100 = 124\,800\ \text{F CFA par an}\]

Soit plus d'une tonne de bois laissée sur pied chaque année pour une seule famille, et une belle économie pour le budget.

Planter des variétés de mil plus résistantes à la sécheresse, c'est surtout…

une mesure d'adaptation
une mesure d'atténuation
une énergie renouvelable

Cela n'empêche pas le réchauffement, mais aide à vivre avec ses effets : c'est de l'adaptation. Réduire les émissions, c'est de l'atténuation.

Erreurs fréquentes

Confondre météo (un jour) et climat (moyenne sur au moins 30 ans).
Croire que l'effet de serre est mauvais en soi : c'est son renforcement qui pose problème.
Confondre effet de serre et couche d'ozone.
Penser qu'une énergie renouvelable n'a aucun impact : fabrication, déchets et emprise existent.
Oublier le stockage : le solaire seul ne fournit rien la nuit.

Récapitulatif

L'effet de serre naturel rend la Terre habitable ; son renforcement par les émissions humaines provoque le réchauffement.
Conséquences : chaleur, pluies irrégulières, montée de la mer, effets sur l'agriculture et la santé.
Renouvelables : solaire, hydraulique, éolien, biomasse, géothermie ; fossiles : charbon, pétrole, gaz.
\(E = P \times t\) permet de dimensionner une installation solaire.
Deux réponses : atténuer (moins d'émissions) et s'adapter.

Effet de serre

Retenue d'une partie de la chaleur émise par le sol par certains gaz de l'atmosphère.

Gaz à effet de serre

Vapeur d'eau, dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote…

Énergie renouvelable

Énergie dont la source se renouvelle à l'échelle humaine : soleil, vent, eau, biomasse, chaleur du sous-sol.

Atténuation

Actions qui réduisent les émissions de gaz à effet de serre.

Adaptation

Actions pour vivre avec les effets du changement climatique déjà présents.