Première quantification à partir de données satellitaires de la production photochimique d’ozone dans la très basse troposphère

Lundi, 20 août 2018

Pour la première fois, la production photochimique d’ozone lors du transport transfrontière dans la très basse troposphère (au-dessous de 3 km d’altitude) a été quantifiée à l’aide uniquement de données satellitaires. Cette estimation a été effectuée avec la seule méthode satellitaire actuelle capable d’observer l’ozone dans la très basse troposphère, reposant sur la synergie des mesures dans l’infrarouge et l’ultraviolet des sondeurs IASI et GOME-2. Ces résultats inédits ont été obtenus par des chercheurs du Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (LISA/IPSL, CNRS / UPEC / Université Paris Diderot) et du Japan agency for marine-earth science and technology (Japon). Cette avancée majeure va permettre de mieux quantifier l’origine de la pollution à l’ozone et son export transfrontière, et d’améliorer la prévision de la qualité de l’air aux échelles régionales et globales.

Étant responsable de 7 millions de morts prématurées chaque année, dont 4,2 millions associés à la pollution ambiante, la pollution atmosphérique est le premier risque sanitaire mondial. Pour pallier cette situation extrêmement alarmante pour notre société, il est indispensable de mettre en œuvre des réglementations capables de réduire la production des polluants qui dégradent la qualité de l’air. Cependant, cette stratégie ne peut être efficace qu’avec une connaissance approfondie de l’origine géographique et des mécanismes de production de la pollution atmosphérique.
Parmi les polluants atmosphériques majeurs, l’ozone troposphérique est l’espèce gazeuse la plus néfaste pour la santé humaine et les écosystèmes. L’ozone est un polluant secondaire, c’est-à-dire qu’il est issu des réactions photochimiques de composés précurseurs (principalement les oxydes d’azote et les composés organiques volatils) d’origine anthropique ou naturelle. L’ozone peut être produit dans les régions sources des précurseurs ou durant leur transport atmosphérique vers d’autres régions plus ou moins lointaines. Pouvoir quantifier la production d’ozone en fonction du temps de transport dans l’atmosphère et son export à travers les frontières géographiques est un grand enjeu scientifique, car cela permettrait d’estimer l’origine de la pollution à l’ozone et des précurseurs qui l’ont produite.

Une nouvelle approche pour estimer la production photochimique d’ozone dans la très basse troposphère (au-dessous de 3 km d’altitude) à partir d’observations spatiales a été mise au point par une équipe de chercheurs français (LISA) en partenariat avec des chercheurs japonais (JAMSTEC). C’est la première fois qu’une quantification en suivant l’évolution journalière des panaches d’ozone est faite aussi proche de la surface, et donc en lien direct avec la qualité de l’air. Cette avancée majeure repose sur de nouvelles données de l’ozone dans la très basse troposphère, issues de la combinaison des capteurs satellitaires IASI et GOME-2, respectivement dans l’infrarouge et dans l’ultraviolet. Dénommées IASI+GOME2, ces données ont permis la première observation depuis l’espace de l’ozone dans les basses couches de la troposphère (actualité INSU du 02-10-2013, http://www.insu.cnrs.fr/node/4510), un exploit qui a été récompensé avec le Prix La Recherche 2014 dans la catégorie environnement.
Produites à l’échelle globale en temps quasi réel, les observations spatiales d’ozone IASI+GOME2 sont mises à disposition de la communauté internationale par le pôle national AERIS de services et de données pour l’atmosphère (https://www.aeris-data.fr). Elles sont actuellement les seules capables d’observer la répartition spatiale des panaches de pollution d’ozone proche de la surface, et sont en bon accord avec des mesures locales des réseaux de surveillance de la qualité de l’air.

Utilisant cette nouvelle méthode, les chercheurs du LISA et de JAMSTEC ont quantifié la production photochimique d’ozone en analysant l’augmentation des concentrations d’ozone pour des événements de pollution en Asie de l’Est, l’une des régions les plus polluées au monde. Les masses d’air, initialement polluées dans la Grande Plaine chinoise du Nord, ont traversé l’Asie de l’Est durant plusieurs jours avant d’arriver dans le Pacifique à l’est du Japon. Les parcours des polluants ont été déterminés à l’aide de mesures satellitaires et de simulations numériques décrivant la chimie et le transport des divers polluants. Pour s’affranchir de la variabilité des concentrations d’ozone associée aux processus de mélange dans l’atmosphère, les concentrations de monoxyde de carbone mesurées par IASI(1) ont été utilisées comme traceur passif des émissions anthropiques de polluants.

La production photochimique d’ozone lors du parcours de la pollution à travers l’Asie de l’Est a été estimée à plus de 80 % des concentrations d’ozone formé initialement en Chine suite aux émissions majeures des précurseurs. Qualitativement, cette production, estimée à partir des observations IASI+GOME2, et celle simulée par les modèles sont en accord raisonnable, mais il existe des différences quantitatives significatives qui mettent en évidence la difficulté à modéliser ce type de processus photochimiques.


(gauche) Production photochimique d’ozone dans la très basse troposphère estimée en fonction du rapport O3/CO de l’augmentation de concentration d’ozone par rapport aux concentrations de fond sur celle du monoxyde de carbone, pour deux événements majeurs de pollution à l’ozone en Asie de l’Est, transportée au nord (en magenta) et au sud (en rouge) du Japon en mai 2009. (droite) Répartition spatiale de l’ozone dans la très basse troposphère le 8 mai 2009, observée par synergie multispectrale des mesures IASI dans l’IR et GOME-2 dans l’UV, vents à 850 hPa des réanalyses du CEPMT et indications de deux panaches d’ozone dont la production photochimique journalière d’ozone a été estimée (rectangles en magenta et rouge). © LISA

Ces travaux de recherche ont bénéficié du soutien financier du Partenariat Hubert Curien Sakura, du CNES, du PNTS et de l’ANR, ainsi que de la mise à disposition des données EUMETSAT par le pôle thématique AERIS et par le portail NOAA CLASS.

Note(s): 
  1. Ces concentrations de monoxyde de carbone sont obtenues à partir des spectres de IASI fournis par le LATMOS-IPSL (CNRS / Sorbonne Université / UVSQ) et par  l’Université Libre de Bruxelles.
Source(s): 

Cuesta, J., Kanaya, Y., Takigawa, M., Dufour, G., Eremenko, M., Foret, G., Miyazaki, K., and Beekmann, M.: Transboundary ozone pollution across East Asia: daily evolution and photochemical production analysed by IASI+GOME2 multispectral satellite observations and models, Atmos. Chem. Phys., 18, 9499-9525, https://doi.org/10.5194/acp-18-9499-2018, 2018.. Highlight paper of the ACP/AMT special edition « Quadrennial Ozone Symposium 2016 – Status and trends of atmospheric ozone »

Contact(s):
  • Juan Cuesta, LISA/EFLUVE
    juan [dot] cuesta [at] lisa [dot] u-pec [dot] fr, 01 45 17 65 55

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