Quantification de la production photochimique d'ozone dans la très basse troposphère
Publié par Adrien le 27/08/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSU
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 (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états....) dans la très basse troposphère (La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface du globe et une altitude d'environ 8 à 15 kilomètres, selon la latitude et la saison. Elle est...), reposant sur la synergie des mesures dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle...) et l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) des sondeurs IASI et GOME-2. Ces résultats inédits ont été obtenus par des chercheurs du Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (LISA/IPSL, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / UPEC / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de...) Diderot) et du Japan agency for marine-earth science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large....) and technology (Japon). Cette avancée majeure va permettre de mieux quantifier l'origine de la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) à l'ozone et son export transfrontière, et d'améliorer la prévision de la qualité de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des...) aux échelles régionales et globales.


(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 (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la surface totale terrestre ou 29,4 % des terres émergées) et le...) de l'Est, transportée au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) (en magenta) et au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) (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

Étant responsable de 7 millions de morts prématurées chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), dont 4,2 millions associés à la pollution ambiante, la pollution atmosphérique est le premier risque sanitaire mondial. Pour pallier cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre...) 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 (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) 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 (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est...) gazeuse la plus néfaste pour la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou...) humaine et les écosystèmes. L'ozone est un polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène biologique, physique ou chimique, qui audelà d'un certain seuil, et parfois dans certaines...) secondaire, c'est-à-dire qu'il est issu des réactions photochimiques de composés précurseurs (principalement les oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de...) 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 (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions de...) atmosphérique vers d'autres régions plus ou moins lointaines. Pouvoir quantifier la production d'ozone en fonction du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de transport dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et son export à travers les frontières géographiques est un grand enjeu scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.), 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 (Graphie) 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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...), et donc en lien direct avec la qualité de l'air. Cette avancée majeure repose sur de nouvelles données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de l'ozone dans la très basse troposphère, issues de la combinaison (Une combinaison peut être :) des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension...) satellitaires IASI et GOME-2, respectivement dans l'infrarouge et dans l'ultraviolet. Dénommées IASI+GOME2, ces données ont permis la première observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) 2014 dans la catégorie environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...).

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 (Le mot monde peut désigner :). Les masses d'air, initialement polluées dans la Grande Plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes relativement faibles. Elle se trouve à basse altitude, les vallées y sont...) chinoise du Nord, ont traversé l'Asie de l'Est durant plusieurs jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) 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 (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) et le transport des divers polluants. Pour s'affranchir de la variabilité des concentrations d'ozone associée aux processus de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) dans l'atmosphère, les concentrations de monoxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) mesurées par IASI 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.

Ces travaux de recherche ont bénéficié du soutien financier du Partenariat Hubert Curien (Hubert Curien (30 octobre 1924, Cornimont - 6 février 2005, Loury) est un cristallographe français, ministre de la recherche de 1984 à 1986.) Sakura, du CNES, du PNTS et de l'ANR, ainsi que de la mise à disposition des données EUMETSAT (EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites) est une organisation intergouvernementale créée par une convention...) par le pôle thématique AERIS et par le portail NOAA CLASS (CLASS (CLS) est un célèbre groupe de l'underground informatique. CLASS a cessé son activité le 8 janvier 2004 et en a profité pour...).
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