COP26 : des milliards d’observations de l’atmosphère analysées à l’ULB pour lutter contre la pollution et le dérèglement climatique

Prendre la mesure du réchauffement climatique, du trou dans la couche d’ozone, des émissions de gaz à effet de serre ne serait pas possible sans données fiables. Les parties réunies à Glasgow pour la COP26 le savent bien. A Bruxelles, une quinzaine d’experts sur les trente que compte le laboratoire Squares de l’ULB y consacrent leurs recherches grâce aux données envoyées par des instruments placés sur des satellites en orbite autour de la Terre. Il ne s’agit pas ici de quelques petites informations mais de millions de données transmises chaque jour depuis dix ans. Une masse d’informations au chevet de la Terre, de ses problèmes climatiques et de pollution.

2,5 millions d’observations chaque jour

Squares, c’est le laboratoire de spectroscopie, chimie quantique et télédétection atmosphérique de l’ULB. Il est logé dans le bâtiment D de l’ULB. C’est d’ailleurs sur le toit du haut bâtiment que nous emmène la physicienne Cathy Clerbaux. L’antenne parabolique recevant les ondes de deux instruments en orbite autour de la Terre y trône, tournée vers le ciel.

"L’antenne a été installée en 2006, au moment du lancement d’un satellite Metop qui a emporté sur sa charge utile l’instrument Iasi (interféromètre à infrarouge qui mesure une multitude de longueurs d’onde et permet l’identification des molécules, par exemple le CO2 ou le méthane, ndlr). Aujourd’hui, l’antenne reçoit 2,5 millions d’observations de l’instrument Iasi par jour, que l’on analyse quasi en temps réel".

Ces observations sont en effet réceptionnées deux heures maximum après le passage des deux satellites Metop, à chaque fois qu’ils font le tour de la Terre et balaient son atmosphère, soit 14 fois par jour. "A chaque orbite, on reçoit l’ensemble des observations réalisées partout lors du passage des satellites autour de la Terre. Nous analysons ces observations automatiquement et on a donc des informations sur l'atmosphère et la surface de la Terre le long de cette orbite", précise la physicienne et professeure en master de l’environnement à l’ULB.

Relever les températures et les gaz présents dans l’atmosphère

Quelques étages en dessous de l’antenne parabolique en effet, les observations sont réceptionnées dans des ordinateurs et traitées. "Toutes ces données sont utilisées par les agences météo qui constituent les premières utilisatrices de ces satellites", précise Cathy Clerbaux. "Elles assimilent les données dans des modèles. Les modèles traitent toute une série d’informations de manière automatique (mesures au sol, en mer, par avion, par satellite). Et à travers toutes ces modélisations, on va essayer de générer la meilleure prévision du temps possible".

Mais ces instruments permettent aussi de surveiller la composition de l’atmosphère, c’est-à-dire les gaz présents dans l’air, qu’il s’agisse de polluants ou de gaz à effets de serre. Et ces éléments varient dans le temps et dans l’espace. "Nos instruments voient tout, tout le temps mais seulement ce qui est transporté dans l’atmosphère. C’est un instantané de ce qui est transporté par les vents", précise la physicienne.


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L’instrument Iasi observe donc les concentrations de gaz dans l’atmosphère mais par les émissions. Est-il possible dès lors d’identifier la source de ces émissions ? "Quand on voit au-dessus d’un pays, des émissions de gaz importantes, on peut faire des trajectoires inverses c.-à-d. que l’on regarde d’où viennent les vents et on fait le parcours du gaz à l’envers. Quand on a des sources très ponctuelles, par exemple un volcan qui entre en éruption, si on regarde par où sont venus les vents, on peut retrouver quel est le volcan à la source. C’est pareil pour tous les gaz. Donc les grosses industries qui émettent des gaz ou les épandages importants au-dessus des champs, on peut voir les aussi. Quand on a ces images satellites successives, on observe d’où viennent les vents et on fait le trajet inverse pour retrouver les sources d'émission", explique Cathy Clerbaux. L’intérêt, c’est que, dès lors, les pays ne mentent plus quand ils ont des inventaires d’émissions de gaz à effet de serre à réaliser…

Une chercheuse, une molécule

Dans le labo, chaque chercheur est spécialiste d’une molécule. Ils et elles suivent le CO2, le méthane, l’ozone, l'ammoniac… et une étudiante en thèse s’intéresse, elle, aux CFCs, ces gaz fluorés (chlorofluorocarbure) responsables du trou dans la couche d’ozone que l’on retrouve notamment dans les vieux frigos.

Pierre Coheur, codirecteur du laboratoire Squares, nous explique que les observations envoyées par Iasi permettent aussi de visualiser les concentrations en ammoniac dans l’atmosphère, ce qui n'était pas prévu au départ. Iasi permet ainsi de repérer les grands élevages et l'usage des fertilisants utilisés dans l’agriculture intensive.

"On observe ainsi de fortes concentrations d’ammoniac dans la vallée du Nil en Egypte. Au bout de dix ans de données envoyées par l’instrument à bord des satellites, notre vision est extrêmement précise. Nous avons ainsi repéré les 500 sources ponctuelles qui sont vraisemblablement les plus importantes à l’échelle du globe et on les a rapportées à l’activité anthropique (humaine, ndlr) soit agricole soit industrielle".

Ces observations ont permis de confirmer, autre exemple, que la présence d’ammoniac dans l’atmosphère est surtout liée à l’agriculture intensive en Belgique (nord de la Flandre) et en Europe (pollutions azotées aux Pays-Bas, vallée du Pô en Italie ou la vallée de l’Ebre en Espagne). Dans l’est de l’Europe, les sources sont davantage les grandes industries de production d'engrais et moins les clusters agricoles. "L’intérêt", analyse Pierre Coheur, "c’est que l’ammoniac est un composé important dans le système atmosphérique autant comme polluant parce qu’il va former des particules fines dans l’atmosphère, que, indirectement, parce qu’il a un impact sur tous les écosystèmes et sur le climat".

Ces données ont d’autres applications très concrètes. Elles permettent par exemple de suivre les nuages de fumée liés aux éruptions volcaniques. Des compagnies aériennes sont ainsi abonnées aux alertes réalisées au Squares, ce qui leur permet de modifier si nécessaire la trajectoire de leur flotte pour éviter que les cendres endommagent les moteurs des avions. 

CFC et couche d’ozone

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Evolution du trou dans la couche d’ozone, entre 2008 et 2021. Réalisation du Squares à l’ULB © Laboratoire Squares, ULB

Quelques bureaux plus loin, Simon Whitburn est concentré sur un tas de documents éparpillés sur son bureau. Pour faire simple, ce jeune chercheur étudie l’impact de la hausse des concentrations des gaz à effet de serre dans l’atmosphère sur les changements de température à la surface de la Terre et dans l’atmosphère.

Ses recherches ont mené à des observations d’une grande utilité : "Nous avons notamment pu mettre en évidence l'augmentation du CO2 et du méthane et la diminution dans l’atmosphère des concentrations des CFC responsables du trou dans la couche d’ozone, dont la fabrication est interdite".


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L’évolution du trou dans la couche d’ozone entre 2008 et 2021 est ainsi visible sur la carte ci-dessus réalisée par les chercheurs du Squares sur le campus du Solbosch.

L’importance de données nombreuses et fiables dans le temps

L’intérêt de ces recherches financées par Eumetsat, l’agence européenne qui exploite les satellites météo, est multiple et étroitement lié au volume des observations sur lesquelles elles se fondent.

"Sur une quinzaine d’années, que ce soit toujours le même genre de données qui arrivent tous les jours, tout le temps, c’est fondamental. On peut dès lors faire des séries temporelles, voir comment les gaz évoluent dans le temps, etc. C’est important parce que les données climatiques vont fluctuer en fonction de plein de facteurs y compris des facteurs naturels comme les courants marins, les éruptions volcaniques, etc. Ça aura un impact sur les températures. Et donc il faut absolument avoir des séries cohérentes dans le temps, suffisamment longues, justement pour pouvoir découpler ces phénomènes naturels de la contribution des gaz à effet de serre sur la hausse des températures", explique Cathy Clerbaux.


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Trois satellites avec des instruments Iasi sont en orbite autour de la Terre. L’un des trois est en fin de vie mais une nouvelle génération de satellites sera lancée vers 2022. "On aura 35 années de données", souffle Simon Withburn. "Nous aurons une belle série d’observations pour réaliser des études climatiques sur des échelles temporelles qui seront encore plus significatives".

En quelques années, la section du laboratoire Squares dédiée à l’analyse de l’atmosphère a pris de l’importance. Un développement lié à l’urgence à observer, analyser et résoudre les problèmes de pollution et de dérèglement climatique.

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