De la Terre à l'espace : établir des mesures fiables des gaz à effet de serre
À l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique (IASB), de nombreux efforts sont déployés pour contribuer à la réalisation de mesures satellitaires et locales de haute qualité des gaz à effet de serre et d'autres composés qui jouent un rôle dans notre climat et la qualité de l'air. Cela va de la participation à la préparation des missions aux campagnes de traitement et de validation des données afin d'obtenir les informations les plus précises possibles.
Mahesh Kumar Sha, scientifique à l’IASB, a donné une interview sur les mesures traçables pour la surveillance des gaz à effet de serre lors de la conférence scientifique du BIPM (Bureau international des poids et mesures) organisée à l'occasion du 150e anniversaire de la Convention du Mètre.
Comment nous mesurons les gaz à effet de serre depuis l'espace
Comment les scientifiques peuvent-ils mesurer avec précision les gaz à effet de serre à l'échelle de la planète entière, depuis l'air que nous respirons à la surface de la Terre jusqu'à des altitudes de plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de nos têtes ? Et comment les données collectées par différents instruments, dans des conditions différentes, peuvent-elles être fiables et comparables dans le temps ?
Ces questions ont été au cœur d'une conversation entre le Bureau international des poids et mesures (BIPM) et Mahesh Kumar Sha lors de la conférence scientifique du BIPM organisée pour marquer le 150e anniversaire de la Convention du Mètre. Dans une courte interview vidéo, Mahesh explique comment les observations spatiales et terrestres se complètent pour fournir une image fiable de notre atmosphère en mutation.
Des satellites jusqu’au sol
Les satellites jouent un rôle crucial dans la surveillance des gaz à effet de serre, car ils offrent une couverture quasi mondiale sur une base quotidienne. En mesurant la lumière solaire réfléchie par la surface de la Terre et le rayonnement diffusé dans l'atmosphère, les instruments satellitaires peuvent déterminer les concentrations totales et/ou partielles de gaz tels que le dioxyde de carbone et le méthane dans de vastes zones.
Cependant, comme l'explique Mahesh, ces mesures sont généralement effectuées à une distance d'environ 800 km, ce qui pose des défis importants. Des facteurs tels que la réflectivité de la surface (albédo), les aérosols, l'humidité et la façon dont la lumière est diffusée dans l'atmosphère ont tous une incidence sur le signal reçu par le satellite. Contrairement à une caméra sur Terre, les satellites ne peuvent pas ajuster leurs paramètres en temps réel, de sorte que les scientifiques doivent corriger ces effets après avoir pris les mesures.
Mahesh:
Ces incertitudes signifient que nous avons besoin de mesures de référence fiables. C'est là que les observations au sol entrent en jeu.
Renforcer la confiance grâce aux réseaux de référence
Les mesures au sol permettent aux scientifiques d'observer directement les gaz à effet de serre dans l'air à des endroits spécifiques (mesures in situ) ou de mesurer la quantité totale et/ou partielle de gaz dans une colonne verticale allant de la surface jusqu'au sommet de l'atmosphère (mesures par télédétection). Le Système intégré d'observation de la colonne de carbone (ICOS) est l'un de ces réseaux in situ qui contribuent à la mesure des gaz à effet de serre en Europe. Des réseaux établis tels que le Réseau d'observation de la colonne de carbone totale (TCCON), le Réseau collaboratif d'observation de la colonne de carbone (COCCON) et le Réseau de détection des changements dans la composition de l'atmosphère (NDACC) fournissent des données de référence de haute qualité obtenues par télédétection, qui sont essentielles pour valider et calibrer les observations satellitaires.
Mahesh et ses collègues s'efforcent également de compléter ces réseaux traditionnels avec des instruments portables et moins coûteux basés sur la spectrométrie par transformée de Fourier. Ces instruments se sont révélés très fiables et sont capables de fournir des mesures d'une qualité comparable à celle des réseaux établis. En caractérisant et en déployant ces instruments sur différents sites, l'équipe vise à combler les lacunes du système d'observation mondial, en particulier dans les régions qui sont actuellement sous-échantillonnées et qui sont essentielles pour comprendre le cycle du carbone et réduire les incertitudes.
Vers de meilleures estimations des émissions
La combinaison des données satellitaires avec un réseau terrestre dense et bien caractérisé permet aux scientifiques d'identifier les biais, de réduire les incertitudes et de mieux déterminer l'état réel de l'atmosphère. Cela permet ensuite d'obtenir des estimations plus précises des émissions de gaz à effet de serre à l'échelle mondiale et régionale.
Ces efforts soutiennent directement les initiatives internationales émergentes telles que le Surveillance mondiale des gaz à effet de serre (G3W) de l'OMM, qui vise à fournir des estimations d'émissions à haute résolution — de l'ordre de 100 km sur 100 km — à l'aide de techniques avancées de modélisation inverse.
Mahesh explique:
En fin de compte, ce que nous voulons, c'est identifier les émissions à leur source. En renforçant l'infrastructure de mesure, du sol à l'espace, nous pouvons donner aux utilisateurs la confiance nécessaire pour s'appuyer sur ces données dans le domaine de la science et de la politique climatiques.
L'interview met en évidence la manière dont la métrologie, la science atmosphérique et la collaboration internationale s'associent pour relever l'un des défis les plus importants de notre époque en matière de mesure.
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