3 Juin 2009

Premières cartes globales d’ammoniac mesurées par l’instrument français IASI

La première cartographie complète des sources d’ammoniac sur Terre vient d’être réalisée par une équipe du LATMOS-IPSL (CNRS/UPMC/UVSQ) en collaboration avec des chercheurs belges de l’Université Libre de Bruxelles.

Ces travaux ont été réalisés grâce aux mesures infrarouges de l’instrument français IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer), élément du satellite météorologique MetOp développé par le CNES. Dans une publication parue dans la revue Nature Geoscience du 21 juin, l’équipe décrit un résultat inattendu de la mission IASI et identifie une trentaine de sources majeures d’ammoniac pour l’année 2008.

 


Distributions d'ammoniac en 2008 mesurées par le sondeur IASI/MetOp au-dessus de l'Europe, superposée à une image obtenue par l'instrument MODIS [Image MODIS, L. Gonzalez et C. Deroo (LOA et Université de Lille)]. Du jaune au rouge, les couleurs indiquent des concentrations d'ammoniac de plus en plus fortes. Les structures blanches sont des nuages. © ULB, CNES et INSU-CNRS

 

Un composé volatile aux effets durables

L’ammoniac (NH3) contribue significativement à la formation de particules impliquées dans le développement d’épisodes de pollution. Il émane principalement de l’usage des fertilisants agricoles et de l’intensification des pratiques d’élevages. Ses sources d'émission ont été multipliées par cinq depuis la révolution industrielle.

L’ammoniac est le plus mal connu des polluants régulés par les directives européennes pour la qualité de l’air. Les cadastres d’émission sont peu précis et la surveillance globale et systématique de ce composé est difficile : une fois émis, l’ammoniac reste peu de temps dans l’atmosphère mais engendre une cascade d’effets environnementaux. Des concentrations élevées d’ammoniac affectent la faune, la flore, et la qualité de l’air localement.

Une moisson inattendue

Iasi embarqué à bord de Metop-A (crédit ESA)
Iasi embarqué à bord de Metop-A (crédit ESA)

Bien que l’instrument IASI ne soit pas prévu initialement pour détecter l’ammoniac dans l’atmosphère terrestre, les chercheurs ont mis au point une méthode pour isoler la signature de ce composé volatile du bruit de fond de l’instrument.

Grâce à son spectromètre, plusieurs constituants atmosphériques ont été observés : l'ozone, le monoxyde de carbone, le méthane, le dioxyde de carbone.

En filtrant les données sur l'ammoniac et en les accumulant pendant une année d’observation en continu (plus d’un million de mesures par jour, avec deux passages par jour en tout point du globe), les chercheurs ont pu obtenir des cartes de concentration et les comparer aux modèles atmosphériques récents.

Une trentaine de nouvelles sources identifiées

Distributions d'ammoniac en 2008 au dessus de la San Joachin valley (Californie).
Distributions d'ammoniac en 2008 au dessus de la San Joachin valley (Californie).

 Ces travaux ont mis en évidence une sous-estimation des sources d’ammoniac fournies par les inventaires actuels :

  • dans des vallées agricoles de l’hémisphère Nord, en particulier en Amérique (régions de San Joaquin en Californie et Snake River Valley dans l’Idaho)
  • et en Europe (vallées du Po et de l’Ebre).

Les différences les plus importantes sont localisées en Asie Centrale avec l’identification de certaines sources qui n’existent pas dans les inventaires actuels. Au total, une trentaine de sources majeures d'ammoniac ont été identifiées pour l'année 2008.

 Grâce à ces travaux et plus généralement grâce au programme Metop, la surveillance au quotidien des pics de pollution, pourra être améliorée.

Le programme Metop

Vue générale de METOP (crédit : EUMETSAT)
Vue générale de METOP (crédit : EUMETSAT)
Le programme Metop est un partenariat CNES/Eumetsat (European Meteorological Satellites) qui va couvrir 15 années d’observation de la composition atmosphérique en continu avec le lancement de trois satellites successifs.

MetOp-A est le premier d’une série de satellites météorologiques européens. Il a été lancé avec succès le 19 octobre 2006 par une fusée Soyouz.

Il comprend douze instruments de mesures météorologiques dont le sondeur IASI élaboré par le CNES. Placé sur une orbite polaire héliosynchrone à 800 kilomètres d’altitude, il observe la totalité de l’atmosphère deux fois par jour.

Les instruments qui équipent Metop-A

  • IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) est un interféromètre qui utilise le rayonnement infrarouge émis par la terre pour effectuer des mesures de température et de vapeur d’eau pour les besoins de la météorologie opérationnelle. Il peut également surveiller les concentrations de composés directement impliqués dans le réchauffement climatique et la qualité de l’air.
  • MHS (Microwave Humidity Sounder) est un sondeur hyperfréquences pour la détermination de l’humidité. Cet instrument à cinq canaux est sensible à l'eau liquide dans les nuages. Il peut également fournir une évaluation qualitative du taux de précipitation.
  • GOME 2 : surveillance de l’ozone à l’échelle du globe
  • ASCAT : diffusiomètre de pointe
  • GRAS : récepteur GNSS de sondage atmosphérique
  • AVHRR 3 (Advanced Very High Resolution Radiometer) est un radiomètre de pointe à très haute résolution. Cet imageur multispectral a 6 canaux dans le domaine spectral visible et infrarouge. Son objectif principal est la caractérisation des nuages (distribution, hauteur du sommet, émissivité, etc.), la température des mers et la couverture de glace, neige et végétation.
  • AMSU/A (Advanced Microwave Sounding Unit) est un sondeur hyperfréquences de technologie avancée. Son rôle principal est de produire des sondages de température au-dessus de zones nuageuses et d'aider à la détection des nuages pour les autres instruments infrarouge.
  • HIRS (High Resolution Infrared Radiation Sounder) est un sondeur haute résolution à 19 canaux dans l'infrarouge et 1 canal dans le domaine spectral visible. Il fournit des profils de température et d'humidité.
  • SEM 2 est un spectromètre utilisé pour mesurer les flux de particules ionisés dans l’espace

Références de l'article

Global ammonia distribution derived from infrared satellite observations Nature Geoscience Lieven Clarisse1, Cathy Clerbaux2, Frank Dentener3, Daniel Hurtmans1 & Pierre-François Coheur1 Nature Geosciences. Published online: 21 June 2009

1 Spectroscopie de l'Atmosphère, Service de Chimie Quantique et Photophysique, Université Libre de Bruxelles (ULB), 1050 Brussels, Belgium
2
UPMC Univ. Paris 06, LATMOS-IPSL; CNRS/INSU, LATMOS-IPSL, 75252 Paris Cedex 05, France
3 European Commission, Joint Research Centre (JRC), I-21027
Ispra, Italy.

Contacts

Contact scientifique : Cathy Clerbaux

Responsable de la thématique météorologie : Didier Renaut

Responsable de la thématique chimie de l'atmosphère : Carole Deniel

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