Gaz à effet de serre : liste complète, sources et impact

423,9 parties par million (ppm). C'est la concentration de CO2 mesurée dans l'atmosphère en 2024, un record absolu. La dernière fois que la Terre a connu un tel niveau remonte à 3 à 5 millions d'années, quand la température était de 2 à 3 degrés plus élevée et le niveau de la mer de 10 à 20 mètres plus haut qu'aujourd'hui. Les gaz à effet de serre sont au cœur du dérèglement climatique. Les comprendre est indispensable pour agir.

Cette fiche de référence présente l'ensemble des gaz à effet de serre (GES) : leur nature, leur pouvoir de réchauffement, leurs sources naturelles et humaines, et leur contribution respective au changement climatique.

Un gaz à effet de serre est un composé gazeux présent dans l'atmosphère qui absorbe et réémet le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre. Ce mécanisme de piégeage de la chaleur — l'effet de serre — est un phénomène naturel indispensable à la vie. Sans lui, la température moyenne de la Terre serait de -18 degrés au lieu de +15 degrés.

Le problème n'est pas l'effet de serre en lui-même, mais son intensification par les activités humaines depuis la révolution industrielle. L'augmentation massive des concentrations de GES dans l'atmosphère déséquilibre le bilan radiatif de la planète et provoque un réchauffement accéléré.

Tous les gaz atmosphériques ne sont pas des GES. L'azote (N2) et l'oxygène (O2), qui composent 99 % de l'atmosphère, sont transparents au rayonnement infrarouge. Seules les molécules possédant au moins trois atomes (CO2, CH4, H2O, N2O) ou une structure moléculaire complexe (gaz fluorés) peuvent absorber le rayonnement infrarouge.

Le Protocole de Kyoto et l'Accord de Paris définissent sept familles de GES faisant l'objet d'engagements internationaux de réduction. Ce sont les GES pris en compte dans les inventaires nationaux d'émissions.

1. Le dioxyde de carbone (CO2)

Le CO2 est le principal GES d'origine humaine. Il représente environ 74 % des émissions de GES en France et 81 % dans l'Union européenne. Sa durée de vie atmosphérique est très longue : plusieurs siècles à plusieurs millénaires pour une partie du stock.

Concentration atmosphérique : 423,9 ppm en 2024, soit une augmentation de 51 % par rapport au niveau préindustriel (280 ppm). Entre 2023 et 2024, la concentration a augmenté de 3,5 ppm, la plus forte hausse annuelle jamais enregistrée depuis le début des mesures en 1957.

Sources naturelles : respiration des êtres vivants, décomposition de la matière organique, éruptions volcaniques, dégazage océanique. Ces sources sont normalement équilibrées par les puits naturels (photosynthèse, absorption océanique).

Sources anthropiques : combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) pour l'énergie, les transports et l'industrie ; déforestation et changement d'affectation des sols ; fabrication du ciment (calcination du calcaire) ; procédés industriels.

Potentiel de réchauffement global (PRG) : 1 (référence).

2. Le méthane (CH4)

Le méthane est le deuxième GES le plus important en termes de contribution au réchauffement. Il représente environ 16 % des émissions de GES en France. Sa durée de vie atmosphérique est d'environ 12 ans, bien plus courte que celle du CO2, mais son effet réchauffant à court terme est beaucoup plus puissant.

Concentration atmosphérique : 1 942 parties par milliard (ppb) en 2024, soit une augmentation de 166 % par rapport aux niveaux préindustriels.

Sources naturelles : zones humides (marais, tourbières), termites, océans, hydrates de méthane dans les fonds marins et le permafrost.

Sources anthropiques : élevage de ruminants (fermentation entérique et gestion des déjections), rizières inondées, décharges et centres d'enfouissement, exploitation pétrolière et gazière (fuites et torchage), traitement des eaux usées, combustion de biomasse.

En France, l'agriculture est le premier secteur émetteur de méthane, principalement via l'élevage bovin.

PRG : 28 sur 100 ans (AR5 du GIEC). Autrement dit, une tonne de méthane réchauffe l'atmosphère 28 fois plus qu'une tonne de CO2 sur un siècle. Sur 20 ans, le PRG du méthane monte à 84, car il se dégrade plus vite.

3. Le protoxyde d'azote (N2O)

Aussi appelé oxyde nitreux, le N2O représente environ 5 % des émissions de GES en France. Sa durée de vie atmosphérique est d'environ 121 ans.

Concentration atmosphérique : 336,9 ppb en 2023, en hausse de 25 % par rapport au niveau préindustriel.

Sources naturelles : processus microbiens de nitrification et dénitrification dans les sols et les océans.

Sources anthropiques : utilisation d'engrais azotés (synthétiques et organiques) en agriculture — c'est la source dominante. Également : industrie chimique (production d'acide nitrique et d'acide adipique), combustion de biomasse et de combustibles fossiles, traitement des eaux usées.

PRG : 265 sur 100 ans (AR5 du GIEC). Le N2O est donc 265 fois plus réchauffant que le CO2 à masse égale.

4. Les hydrofluorocarbures (HFC)

Les HFC sont des gaz synthétiques qui n'existent pas à l'état naturel. Ils ont été développés pour remplacer les chlorofluorocarbures (CFC) et les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), responsables de la destruction de la couche d'ozone. Les HFC ne détruisent pas l'ozone, mais sont de puissants GES.

Utilisations principales : fluides frigorigènes (climatiseurs, réfrigérateurs, pompes à chaleur), agents d'extinction d'incendie, propulseurs d'aérosols, agents de gonflement des mousses isolantes.

PRG : variable selon la molécule, de 12 (HFC-161) à 14 800 (HFC-23) sur 100 ans. Le HFC-134a, le plus répandu (climatisations automobiles), a un PRG de 1 300.

Durée de vie : de 1 à 270 ans selon la molécule.

L'Amendement de Kigali (2016) au Protocole de Montréal prévoit une réduction progressive de la production et de la consommation de HFC de 80 à 85 % d'ici 2047.

5. Les perfluorocarbures (PFC)

Les PFC sont des composés entièrement fluorés, extrêmement stables chimiquement. Leur durée de vie atmosphérique est exceptionnellement longue.

Utilisations principales : production d'aluminium (émission de CF4 et C2F6 lors de l'électrolyse), industrie des semi-conducteurs, solvants industriels.

PRG : très élevé. Le tétrafluorométhane (CF4) a un PRG de 6 630 sur 100 ans et une durée de vie atmosphérique de 50 000 ans. L'hexafluoroéthane (C2F6) a un PRG de 11 100 sur 100 ans.

6. L'hexafluorure de soufre (SF6)

Le SF6 est le gaz à effet de serre le plus puissant connu. C'est un gaz synthétique utilisé principalement comme isolant électrique dans les équipements haute tension (disjoncteurs, transformateurs).

PRG : 23 500 sur 100 ans. Une seule tonne de SF6 réchauffe autant l'atmosphère que 23 500 tonnes de CO2.

Durée de vie atmosphérique : environ 3 200 ans. Une fois émis, le SF6 reste dans l'atmosphère pendant des millénaires.

Fort heureusement, les quantités émises sont très faibles. Mais chaque fuite compte énormément compte tenu de son PRG extrême.

7. Le trifluorure d'azote (NF3)

Ajouté à la liste des GES réglementés en 2013, le NF3 est utilisé dans la fabrication des écrans plats, des panneaux solaires et des semi-conducteurs (comme agent de nettoyage des chambres de dépôt chimique en phase vapeur).

PRG : 16 100 sur 100 ans.

Durée de vie atmosphérique : environ 500 ans.

Les émissions de NF3 sont en augmentation rapide en raison de la croissance de l'industrie électronique et photovoltaïque. Pour les entreprises concernées, le bilan GES obligatoire impose de comptabiliser l'ensemble de ces émissions.

Le PRG est l'indicateur de référence pour comparer l'impact climatique des différents GES. Il exprime le forçage radiatif cumulé d'une masse donnée de gaz, rapporté à celui de la même masse de CO2, sur une durée de référence (généralement 100 ans).

Par convention, le PRG du CO2 est égal à 1.

Le PRG dépend de deux facteurs :

• L'efficacité d'absorption du rayonnement infrarouge par la molécule
• La durée de vie atmosphérique du gaz : plus un gaz persiste, plus son effet cumulatif est important

Les PRG présentés ici sont ceux du cinquième rapport du GIEC (AR5, 2014), utilisés dans les inventaires nationaux actuels. Le sixième rapport (AR6, 2021) a légèrement révisé certaines valeurs (méthane à 27,2 sur 100 ans par exemple).

Dans le monde

En 2023, les émissions mondiales de GES ont atteint le record de 53 gigatonnes (Gt) équivalent CO2, en hausse de 1,9 % par rapport à 2022. La répartition sectorielle mondiale (données GIEC AR5) :

• Énergie (production d'électricité et de chaleur) : 25 %
• Agriculture, forêts et utilisation des sols : 24 %
• Industrie : 21 %
• Transports : 14 %
• Bâtiments : 6 %
• Autres : 10 %

En France

En 2024, les émissions de GES sur le territoire français (hors puits de carbone) représentent 369,2 Mt CO2 équivalent, en baisse de 32 % par rapport à 1990. La répartition sectorielle :

• Transports : 34 % (premier secteur émetteur, dominé par le CO2 des véhicules à moteur thermique)
• Agriculture : 20 % (principal émetteur de méthane via l'élevage et de N2O via les engrais azotés)
• Industrie manufacturière : 17 %
• Bâtiments (résidentiel et tertiaire) : 16 %
• Production d'énergie : 9 %
• Traitement des déchets : 4 %

Répartition par gaz en France

Le CO2 domine largement le profil d'émissions français. En 2023 :

• CO2 : 76 % des émissions (combustion d'énergies fossiles, industrie, transports)
• CH4 : 15 % (élevage, déchets, énergie)
• N2O : 5 % (agriculture, industrie chimique)
• Gaz fluorés (HFC, PFC, SF6, NF3) : 4 % (réfrigération, industrie, équipements électriques)

La vapeur d'eau (H2O) est le premier GES en termes de contribution à l'effet de serre naturel (environ 60 % de l'effet de serre total). Mais elle ne figure pas dans la liste des GES réglementés. Pourquoi ?

Les activités humaines n'augmentent pas directement la concentration de vapeur d'eau atmosphérique. Sa quantité est déterminée par la température : une atmosphère plus chaude contient naturellement plus de vapeur d'eau. L'excès est rapidement éliminé par précipitation (pluie, neige) en quelques jours.

La vapeur d'eau agit néanmoins comme un amplificateur du réchauffement : quand les autres GES réchauffent l'atmosphère, celle-ci retient plus de vapeur d'eau, ce qui renforce encore l'effet de serre. C'est une rétroaction positive qui amplifie le réchauffement initial d'environ 60 %.

L'ozone présent dans la basse atmosphère (troposphère) est un GES à courte durée de vie (quelques semaines). Il n'est pas émis directement par les activités humaines mais se forme par réactions photochimiques à partir de précurseurs : oxydes d'azote (NOx), composés organiques volatils (COV), méthane et monoxyde de carbone (CO).

L'ozone troposphérique contribue au réchauffement climatique, mais il est également un polluant atmosphérique nocif pour la santé et la végétation. À ne pas confondre avec l'ozone stratosphérique (couche d'ozone), qui protège la Terre des ultraviolets.

Les boucles de rétroaction

Le système climatique comporte de nombreuses rétroactions qui peuvent amplifier ou atténuer le réchauffement :

Rétroaction positive de la vapeur d'eau : plus il fait chaud, plus l'atmosphère contient de vapeur d'eau, plus l'effet de serre se renforce. C'est le principal amplificateur du réchauffement.

Rétroaction de l'albédo : la fonte des glaces et de la neige réduit la surface réfléchissante de la Terre. Des surfaces plus sombres (océan, sol nu) absorbent davantage de rayonnement solaire, accélérant le réchauffement.

Rétroaction du permafrost : le dégel du permafrost arctique libère du méthane et du CO2 piégés depuis des millénaires. Cela ajoute des GES supplémentaires dans l'atmosphère, amplifiant le réchauffement qui accélère lui-même le dégel.

Le forçage radiatif

Le forçage radiatif mesure la perturbation du bilan énergétique de la Terre causée par un facteur externe. Un forçage positif réchauffe la planète, un forçage négatif la refroidit.

En 2019, le forçage radiatif total des GES anthropiques était de +3,84 W/m2 par rapport à 1750. Le CO2 seul contribue pour +2,16 W/m2, le méthane pour +0,54 W/m2 et le N2O pour +0,21 W/m2.

La compréhension des GES, de leurs sources et de leur pouvoir de réchauffement permet d'identifier les leviers d'action les plus efficaces :

Décarboniser l'énergie : remplacer les fossiles par les renouvelables et le nucléaire réduit le CO2, le premier GES en volume.

Transformer l'agriculture : réduire les engrais azotés (N2O) et adapter les pratiques d'élevage (méthane) cible les deuxième et troisième GES.

Éliminer les gaz fluorés : remplacer les HFC par des fluides frigorigènes naturels (CO2, ammoniac, hydrocarbures) évite des émissions à très fort PRG.

Préserver les puits de carbone : forêts, sols, océans, zones humides absorbent naturellement du CO2 dans le cadre du cycle du carbone. Leur destruction libère des GES ; leur protection et restauration renforcent l'absorption.

Pour approfondir les mécanismes physiques de l'effet de serre, consultez notre fiche détaillée sur l'effet de serre. Pour comprendre les enjeux de biodiversité liés au dérèglement climatique, la fiche dédiée offre un éclairage complémentaire.

• Les concentrations de gaz à effet de serre font un nouveau record en 2023 — OMM
• Carbon dioxide levels increase by record amount to new highs in 2024 — OMM
• Émissions de GES en France : estimation 2023 — Citepa
• Panorama francais des GES — Chiffres cles du climat 2025
• Les émissions de GES baissent de 5,3 % au T1 2024 — Ministère de la Transition écologique
• Gaz à effet de serre : liste, sources, chiffres clés — Connaissance des Énergies
• Gaz a effet de serre — Wikipedia
• Hausse record des GES en 2024 — Notre Environnement