Contexte

Alors que le changement climatique représente un défi environnemental majeur du monde contemporain, il est essentiel de pouvoir quantifier, à l’échelle planétaire, les sources et puits de CO₂, le principal gaz à effet de serre. Or, à ce jour, il est difficile d’en mesurer les quantités absorbées ou émises dans l’atmosphère par manque d’observations dans certaines régions du globe. 

Les flux annuels globaux de CO₂ représentent 200 gigatonnes de carbone. Les émissions liées à l'activité humaine, dites anthropiques, ajoutent environ 10 gigatonnes à la balance naturelle. Ce surplus est, pour moitié, absorbé par la végétation, les sols et les océans, l'autre moitié entraînant une augmentation de la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre. Première mission européenne dédiée au suivi des flux de carbone, MicroCarb permettra de comprendre comment agissent ces puits de carbone et apportera des informations indispensables à la connaissance des origines et des impacts du changement climatique. 

Piloté par le CNES dans le cadre du Programme d’investissements d’avenir, ce programme fait l’objet d’une coopération avec l’agence spatiale du Royaume-Uni (United Kingdom Space Agency – UKSA), avec l’appui de l’Union européenne. 

Le but de la mission est d’établir des cartes de concentration de CO₂ afin d’en déduire les flux de carbone entre les zones étudiées, d’un point de vue statique, au cours des saisons (en fonction du cycle végétal mais également de la variation de température des océans) et dans le temps plus long (prise en compte du changement climatique). 

Pourquoi procéder ainsi ? Parce que les flux, qui reflètent la circulation de CO₂ entre les zones, ne sont pas directement mesurables. MicroCarb va donc mesurer la concentration de CO₂ dans la colonne d’atmosphère au-dessus du pixel au sol visé (de l’ordre de 4,5 x 9 km²), avec une précision élevée, de l’ordre de 1 ppm. Pour cela, l’instrument mesurera le spectre atmosphérique dans le domaine du proche infrarouge, qui est la bande de longueur d’onde dans laquelle on peut observer la signature de la molécule de CO₂, en analysant le rayonnement solaire réfléchi par la Terre le long de la trace au sol du satellite (terres émergées, mers, cibles fixes). Ces mesures seront converties en concentrations de CO₂, à partir desquelles les flux pourront être calculés. MicroCarb effectuera également des mesures dans la bande de longueur d’ondes caractéristique de l’O₂, nécessaire pour obtenir la part relative du CO₂ par rapport à la colonne d’air totale.

MicroCarb est une mission d’échantillonnage, c’est-à-dire qu’elle n’assure une couverture en chaque point du globe qu’au terme d’un cycle de 25 jours, mais que ses données alimenteront un modèle à 4 dimensions (3 dimensions spatiales et une temporelle).

Par ailleurs, MicroCarb doit préfigurer un système opérationnel futur apte à assurer un suivi global et précis des émissions fossiles. La compréhension du cycle du carbone peut enfin nous aider à prévoir son évolution en fonction des différents scénarios climatiques. 

Déroulé du projet

Le lancement de MicroCarb est prévu dans le courant de l’année 2025, depuis le Centre Spatial Guyanais à Kourou, en tant que passager auxiliaire sur un lanceur européen Vega C.

L’orbite retenue pour l’atteinte des objectifs scientifiques est une orbite héliosynchrone d’altitude 650 km, afin d’optimiser le flux solaire reçu et l’homogénéité de la couverture globale à l’horizon de la semaine.

Organisation

Le projet MicroCarb est piloté par le CNES en partenariat étroit avec les laboratoires de l'Institut Pierre-Simon Laplace, en particulier le LSCE (Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement), unité mixte de recherche du CNRS et du CEA, et le LMD (Laboratoire de météorologie dynamique). Il fait l’objet d’une coopération avec l’UKSA (agence spatiale du Royaume-Uni) et mobilise des industriels français et européens, ainsi que des laboratoires et industriels britanniques. 

Le programme est financé dans le cadre du Programme d’investissements d’avenir du gouvernement français, ainsi que de la subvention pour charges de service public reçue par le CNES. L’UKSA a financé en partie l’instrument et son intégration à la plateforme. Enfin, dans le cadre du programme H2020 / IOD-IOV, l’Union européenne contribue également via l’ESA (déploiement du centre de mission chez EUMETSAT et lancement sur Vega C).

Responsabilités                                                        

Le CNES est responsable :

• de la maitrise d’œuvre du système et du satellite,
• de la garantie des performances mission de mesure de concentration,
• des évolutions de la composante sol de commande et contrôle,
• de la spécification et du développement du segment sol de mission (contrôle de l’instrument, traitement des données)
• des interfaces avec le lanceur,
• des opérations et de l’exploitation du système.

Airbus Defence & Space a assuré le développement de l’instrument.

Les activités scientifiques sont coordonnées par un groupe de mission MicroCarb composé de :

• Un chercheur principal (PI), responsable scientifique de la mission MicroCarb, François-Marie Bréon, appartenant au CEA/LSCE-IPSL. Il assume la responsabilité scientifique du projet et préside le groupe mission.
• Un groupe de scientifiques représentants de la communauté utilisatrice. Il est composé, en plus du PI du LSCE, de représentants du LMD, du CESBIO, du CNRM, du GSMA, du LISA, de MONARIS, et du LSCE ainsi que de représentants de University of Leicester, University of Edinburgh et du National Physics Laboratory côté Royaume-Uni.

Les laboratoires scientifiques ont en charge les développements algorithmiques d’une partie des chaînes de traitement, et l’exploitation scientifique de la mission