L’ajustement de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère à une réduction de leurs émissions dépend de mécanismes physiques et chimiques qui éliminent les différents gaz de l’atmosphère. Les concentrations de certains gaz à effet de serre disparaissent presque immédiatement dès que leur émission diminue, tandis que d’autres peuvent continuer de croître des siècles durant, même si leurs émissions ont été réduites.
La concentration d’un gaz à effet de serre dans l’atmosphère dépend du rapport entre les taux d’émission de ce gaz dans l’atmosphère et la vitesse des processus qui l’en font disparaitre. Par exemple, les échanges de dioxyde de carbone (CO2) entre l’atmosphère, les océans et la terre s’effectuent par des transferts gazeux entre l’atmosphère et les océans, ainsi que par des mécanismes chimiques (dégradation) et biologiques (photosynthèse). Si plus de la moitié du CO2 émis est actuellement éliminée de l’atmosphère en l’espace d’un siècle, une fraction du CO2 émis (environ 20%) persiste dans l’atmosphère pendant des milliers d’années. Du fait de la lenteur du processus d’absorption, le CO2 atmosphérique continuera à augmenter sur le long terme, même si son émission devait s’abaisser au-dessous des seuils actuels. Le méthane (CH4) est absorbé dans l’atmosphère par des processus chimiques, tandis que l’oxyde nitreux (N2O) et certains halocarbures sont détruits dans les couches supérieures de l’atmosphère par le rayonnement solaire. La durée de chacun de ces processus peut varier de quelques années à quelques millénaires. Elle peut se mesurer en fonction du temps de rémanence d’un gaz dans l’atmosphère, définie comme le temps nécessaire à une perturbation pour diminuer jusqu’à ne compter plus que pour 37% de son volume initial. Si la durée de vie du CH4, du N2O et d’autres gaz traces, comme l’hydrochlorofluorocarbure-22 (HCFC-22), un fluide de réfrigération, peut être déterminée avec assez de précision (environ 12 ans pour le CH4, 110 ans pour le N2O et 12 ans pour le HCFC-22), celle du CO2 ne peut être définie.
Les changements dans la concentration de tout gaz trace dépendent en partie de l’évolution de son émission dans le temps. Si les émissions augmentaient avec le temps, la concentration atmosphérique augmenterait également avec le temps, indépendamment du temps de rémanence du gaz dans l’atmosphère. Cependant, si des mesures étaient prises pour réduire les émissions, le sort de la concentration des éléments gazeux dépendrait des changements relatifs non seulement aux émissions, mais aussi à leurs processus d’élimination. Une explication de la manière dont la durée de vie et les processus d’élimination de différents gaz peuvent influencer l’évolution des concentrations lorsque les émissions sont réduites est fournie ici.
À titre d’exemple, la figure 1 présente des cas de figure illustrant les différentes réactions des futures concentrations de trois gaz traces à des changements divers de leurs émissions (représentées ici comme une réaction à une impulsion imposée aux changements dans les émissions). Prenons le CO2, qui n’a pas de durée de vie spécifique, ainsi qu’un gaz trace d’une longue durée de vie bien déterminée, de l’ordre d’un siècle (tel que le N2O) ; prenons également un gaz trace ayant une durée de vie déterminée mais plus courte, de l’ordre d’une dizaine d’années (tel que le CH4, le HCFC-22 ou autres gaz halocarbonés). Chaque gaz a fait l’objet de cinq cas de figure d’émissions futures : stabilisation des émissions aux niveaux actuels, et réduction immédiate des émissions de 10%, 30%, 50% et 100%.
Le comportement du CO2 (figure 1a) diffère totalement de celui des gaz traces à durée de vie déterminée. La stabilisation des émissions de CO2 à leurs niveaux actuels entraînerait une augmentation constante de CO2 atmosphérique durant le XXIe siècle et plus tard, tandis que la stabilisation des émissions aux niveaux actuels d’un gaz dont la durée de vie serait d’un siècle environ (figure 1b) ou d’une décennie (figure 1c) stabiliserait sa concentration à un niveau supérieur à celui d’aujourd’hui d’ici deux siècles, ou deux décennies, respectivement. En fait, ce n’est que dans le cas d’un arrêt quasi complet des émissions que la concentration atmosphérique en CO2 serait finalement stabilisée à un niveau constant.
Tous les autres cas de réduction modérée d’émission de CO2 montrent des concentrations croissantes dues aux mécanismes d’échange typiques associés au cycle du carbone dans le système climatique.
Plus précisément, de nos jours les taux d’émissions de CO2 dépassent largement ceux de leur absorption ; une absorption lente et incomplète signifie que des réductions faibles à modérées des émissions de CO2 n’entraîneraient pas la stabilisation de ses concentrations, mais se contenteraient de réduire son taux de croissance au cours des décennies à venir. Il faudrait diminuer les émissions de CO2 de 10% pour abaisser de 10% son taux de croissance ; de même, une réduction de 30% des émissions réduirait de 30% le taux de croissance du CO2 atmosphérique. Une réduction de 50% stabiliserait le CO2 atmosphérique, mais pas au-delà d’une décennie. Au-delà, il faudrait s’attendre à une nouvelle augmentation du CO2 atmosphérique à mesure que l’absorption par les puits terrestres et océaniques s’affaiblirait par des mécanismes d’ajustements chimiques et biologiques bien connus. On estime que l’arrêt total des émissions de CO2 amènerait une lente diminution du CO2 atmosphérique d’environ 40 ppm au cours du XXIe siècle.
Il en va tout à fait différemment des gaz traces ayant une durée de vie déterminée. À titre d’exemple, pour un gaz trace dont temps de rémanence est d’environ un siècle, comme le N2O, il faudrait une réduction des émissions supérieure à 50% pour stabiliser les concentrations à un niveau approchant le niveau actuel (figure 1b). Des émissions constantes amèneraient la concentration à se stabiliser dans quelques siècles.
Dans le cas d’un gaz ayant une courte durée de vie, les déperditions actuelles avoisinent 70% des émissions. Une réduction des émissions inférieure à 30% produirait encore dans ce cas une brève augmentation de la concentration mais, à l’inverse du CO2, la stabilisation de sa concentration surviendrait au bout d’environ 20 ans (figure 1c). L’abaissement du niveau auquel la concentration d’un tel gaz se stabiliserait est directement proportionnel à la réduction de son émission. De cette façon, dans le cas de figure donné, il faudrait une réduction supérieure à 30% des émissions de ces gaz traces pour que les concentrations se stabilisent à des niveaux bien plus bas que les niveaux actuels. Un arrêt complet des émissions de gaz traces ayant une durée de vie d’une dizaine d’années ramènerait le monde en moins d’un siècle aux niveaux de concentrations existant à l’époque préindustrielle.concentrations existant à l’époque préindustrielle.