L’observation des gaz à effet de serre par AERIS

Alors que la COP 27 vient de s’achever en Egypte sur un bilan très mitigé, la question de la réduction des émissions de gaz à effet de serre demeure cruciale : d’après le bulletin annuel de l’Organisation Mondiale de la Météorologie les niveaux de gaz à effet de serre ont atteint des records en 2021. Cet effet de serre additionnel entraîne une hausse de la température mondiale (+ 1,2 °C depuis l’ère préindustrielle), la multiplication d’événements extrêmes que l’on a pu constater cet été ou encore l’élévation du niveau des mers.

En 2021, la concentration de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère s’élevait à 416 parties par million (ppm), celle du méthane à 1 908 parties par milliard (ppb) et celle de protoxyde d’azote à 335 ppb, soit des progressions respectives de 149 %, 262 % et 124 % par rapport à l’ère préindustrielle, lorsque les activités humaines ne perturbaient pas encore l’équilibre naturel de ces gaz dans l’atmosphère.

 La concentration en CO2, le principal gaz à effet de serre, atteint aujourd’hui une valeur inédite depuis plus de 2 millions d’années : après la baisse exceptionnelle en 2020, avec la crise du Covid-19, les rejets carbonés sont largement repartis à la hausse en 2021, et devraient encore connaître une légère augmentation en 2022. Les concentrations de méthane, qui ont également un impact très important sur l’effet de serre, ont connu une hausse « exceptionnelle » en 2020 et 2021, rapporte l’OMM. Avec une augmentation de 15 ppb puis de 18 ppb, il s’agit des plus fortes augmentations depuis le début des mesures, il y a près de quarante ans.

Ainsi l’observation des gaz à effet de serre est un enjeu de première importance pour pouvoir suivre l’évolution du réchauffement planétaire.

Le pôle national de données et services dédié à l’atmosphère AERIS collecte et diffuse différentes données concernant les gaz à effet de serre :

On peut trouver dans le catalogue AERIS des données provenant d’observations satellitaires comme celles acquises par l’instrument IASI (Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge) qui fournit des informations utiles à la fois pour la météorologie, le suivi de la composition atmosphérique et les études sur le climat. Il mesure en particulier la composition atmosphérique avec la composition verticale des principaux gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4).

Quicklook du portail IASI sur les données de niveau 2 de CO mesurées par METOP-B datant du 04/12/22

Des campagnes de mesures dont les données sont gérées par AERIS s’intéressent à l’observation des gaz à effet de serre. C’est le cas par exemple des campagnes MAGIC qui mesurent les gaz à effet de serre (dioxyde de carbone et méthane) grâce à différents instruments (plateformes instrumentées au sol, lancers de ballons, instruments montés à bord d’avions de recherche). L’initiative MAGIC compte déjà 5 campagnes de mesures initiés depuis 2018 et pilotés par le CNES et le CNRS et bénéficie aussi du soutien des agences spatiales allemande (DLR) et européennes (ESA, Eumetsat). Elle mobilise 17 équipes de 7 pays.

Lancer de ballons durant la campagne MAGIC 2020
Distribution 3D de CH4 (ppm) mesurée par l’analyseur in-situ Picarro à bord du DLR Cessna-Caravan lors du premier vol de la campagne MAGIC2021 entre Kiruna et Pallas (c) A. Fiehn, 2021

Ces différentes campagnes de mesures visent à préparer la future mission spatiale du CNES « MICROCARB » dont l’objectif est de cartographier, à l’échelle planétaire, les sources et puits du dioxyde de carbone avec un instrument dédié embarqué à bord d’un mini-satellite. AERIS participera à cette mission spatiale par sa contribution à la récupération et à la diffusion des données aux utilisateurs et à la préparation du segment sol.

L’initiative européenne IAGOS permet de disposer d’instruments à bord d’avions de ligne de différentes compagnies. Ces instruments effectuent, de manière continue, des mesures tout au long des vols commerciaux des avions. Les concentrations en CO2 et en CH4 sont mesurées ainsi que celles d’autres gaz à effet de serre. AERIS est le Centre de données de IAGOS. Il collecte et diffuse l’ensemble des produits de cette Infrastructure de Recherche européenne.

Quicklook du profil de méthane (CH4) lors du vol du 21/02/21 entre Frankfurt et Austin (c) IAGOS Database

Les gaz à effet de serre peuvent également être observés par des réseaux d’instruments situés au sol. C’est le cas de l’infrastructure de recherche européenne ICOS qui fournit des données standardisées et ouvertes sur le long terme provenant de plus de 140 stations de mesure réparties dans 14 pays européens. Ces stations observent les concentrations de gaz à effet de serre dans l’atmosphère ainsi que les flux de carbone entre l’atmosphère, la surface terrestre et les océans. AERIS est en charge du portail de données des stations françaises réalisant des mesures atmosphériques pour ICOS-France et non labellisées au niveau européen.

Global total methane (CH4) emissions estimated from CTE-CH4 atmospheric inverse model. The ICOS atmospheric methane observations are used to constrain the emission magnitude and distributions over Europe. (c) ICOS

Enfin, le réseau international TCCON (Total Carbon Column Observing Network) dédié à l’étude des composés atmosphériques à l’état de trace liés au cycle du carbone fournit des données sur les gaz à effet de serre. Le réseau est composé de stations comprenant des spectromètres à transformée de Fourier AERIS met à disposition en avance de phase, pour une utilisation plus rapide, les données de la station TCCON-Paris qui a intégré le réseau international en 2014.

N’hésitez pas à consulter le catalogue AERIS pour plus de données relevant de la thématique atmosphère !

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