Le Soleil transmet de l'énergie vers la Terre sous forme de rayonnement. Plaçons-nous dans le cas où la Terre n'aurait pas d'atmosphère et où elle absorberait la totalité de l'énergie qu'elle reçoit (figure 1). Elle absorbe donc toute l'énergie solaire qu’elle reçoit (1) et renvoie ensuite vers l'espace cette énergie sous forme de rayonnement infrarouge (2). 

Mais l'atmosphère vient ajouter de la complexité dans ce processus simple ! En effet, certains gaz présents dans l'atmosphère, que l'on nomme « gaz à effet de serre » (GES), absorbent une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre (figure 2). Ils émettent alors à leur tour un rayonnement infrarouge dirigé vers la Terre et vers l'espace (3). La Terre reçoit donc plus d’énergie, ce qui a deux effets : sa température augmente et elle émet plus de rayonnement (2). C'est le phénomène de l'effet de serre, parfaitement naturel. S'il n'existait pas, la température moyenne à la surface du globe serait de -18 °C alors qu'elle est d’environ 15 °C actuellement. Pour faire une analogie grossière, on peut assimiler l’atmosphère à une couette et les gaz à effet de serre aux plumes qui la composent. Plus on ajoute de plumes dans la couette, plus celle-ci tient chaud. De la même manière, plus il y a de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, plus celle-ci se réchauffe. 

En augmentant la température moyenne planétaire, l'effet de serre a permis le développement de la vie telle que nous la connaissons. Mais alors, pourquoi parle-t-on autant de l'effet de serre si c'est un phénomène naturel ? C'est parce qu'un effet de serre additionnel s'ajoute à l'effet de serre naturel : il vient des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine. Comme la quantité de gaz à effet de serre est plus importante dans l’atmosphère, celle-ci émet une proportion plus importante de rayonnement vers la Terre. On observe un réchauffement depuis déjà plusieurs décennies, du fait de ces émissions supplémentaires de gaz à effet de serre.

Pour en savoir plus sur l'effet de serre, consulter cet article, un peu plus scientifiquement compliqué.