vignette|Illustration artistique de l'Orbiting Carbon Observatory 2 (OCO-2), satellite de la NASA chargé de mesurer les taux de Les mesures spatiales du dioxyde de carbone () sont utilisées pour étudier le cycle du carbone terrestre. Il existe une grande diversité d’instruments actifs et en lancement prévus pour mesurer le dioxyde de carbone de l’atmosphère terrestre à partir de l’espace. La première mission satellitaire conceptualisée pour mesurer le était le Interferometric Monitor for Greenhouse Gases (IMG) à bord du satellite ADEOS-I en 1996. La durée de cette mission est inférieure à un an. Depuis lors, des mesures spatiales supplémentaires ont été entreprises, incluant celles de deux satellites haute précision (de l’ordre de 0,3 % ou 1 ppm, GOSAT et OCO-2). Différentes conceptions d’instruments peuvent être le fruit de missions originellement différentes de celles concernant l’étude du cycle du carbone.
Objectifs et principaux résultats De nombreuses questions restent en suspens parmi les disciplines scientifiques qui s’intéressent au cycle du carbone, et les observations satellitaires peuvent contribuer à y répondre. On sait que le système terrestre absorbe approximativement la moitié de la totalité des émissions anthropogéniques de . Cela dit, on ne connaît pas précisément comment cette absorption se distribue parmi les régions terrestres. Des incertitudes sont également soulignées sur le comportement de ces différentes régions et de leurs climats vis-à-vis des flux de . Par exemple, une forêt peut augmenter son absorption en due à sa fertilisation (ou β-effect), ou pourrait relarguer du dû à l’accélération du métabolisme par les microbes soumis au stress de hautes températures. Ces questions sont complexes et nuancées dans leurs réponses, d’autant que les données restent géographiquement et temporellement limitées.
Même si les observations par satellite de restent assez récentes, elles furent utilisées pour un certain nombre d’objectifs, certains étant listés ci-dessous.
L’augmentation du dans les mégapoles, qui ont été observées par le satellite GOSAT, et des estimations fiables de ces changements urbains dans l’augmentation du anthropogénique ont été faites pour la modélisation temporelle Les observations satellites ont été utilisées pour visualiser la distribution globale du , avec l’inclusion d’études sur les émissions anthropogéniques L’estimation des flux de a pu être faite dans et entre différentes régions du globe Des liens statistiques ont été observés entre certaines anomalies de températures et les mesure de dans les régions boréales Des modèles asymétriques zonaux de ont été mis en place pour observer les signatures/traces des combustibles fossiles Des quotients d’émission de / (méthane) ont pu être mesurés concernant les feux de forêt Des quotients d’émission de /CO (marquant une combustion incomplète), mesurés par l’instrument MOPITT ont été analysés sur de grandes régions urbanisées du globe pour mesurer leur statut/évolution de développement Les observations d'OCO-2 ont été utilisées pour estimer les émissions de des feux de forêts tropicales indonésiens en 2015 Ces observations d'OCO-2 ont également été utilisées pour estimer les flux excédentaires continentaux-océaniques dus au phénomène El Nino de 2014-2016 Les observations GOSAT ont été utilisées pour relier le phénomène El Nino Modoki de 2010-2011 au bilan carbone brésilien Les observations d'OCO 2 ont été utilisées pour quantifier les émissions de des centrales électriques, soulignant le potentiel significatif du suivi futur des émissions de capté par les satellites
Enjeux La télédétection des gaz atmosphériques à l'état de traces (autres que le dioxyde d'azote, et le dioxygène, ) comporte de nombreux enjeux et défis. La plupart des techniques s’appuient sur l’observation de la lumière infrarouge réfléchie par la surface terrestre. Du fait de l’utilisation de la spectroscopie par ces instruments, un spectre de chaque signature gazeuse est enregistré - signifiant que les données satellitaires transférables/téléchargeables sont significativement plus lourdes (~1000x) comparativement à un pixel RGB. Les changements de l’albédo de surface et des angles d’observation des capteurs satellite peuvent affecter les mesures, d’autant que les satellites peuvent employer différents modes d’observation sur différentes zones géographiques, constituant une incertitude supplémentaire pour le calcul algorithmique de données brutes vers des produits finaux. Comme pour d’autres instruments satellitaires, les débris spatiaux doivent être évités pour l’intégrité des capteurs et satellites.
La vapeur d'eau peut diluer le contenu des gaz dans l’atmosphère sèche et ainsi modifier la quantité de captée sur une colonne d’air au dessus de la surface terrestre, expliquant pourquoi les fractions molaires de l’air sec dans la colonne (x) sont le plus souvent calculées et données en produit final. Pour ce faire, les instruments/capteurs peuvent également mesurer le dioxygène () qui est dilué dans la vapeur d'eau comme les autres gaz, ou encore les algorithmes peuvent prendre en compte le contenu en vapeur d’eau et la pression atmosphérique en surface, provenant d’autres mesures/observations . Les nuages peuvent également interférer avec des mesures précises du , impliquant d’embarquer sur les plateformes des instruments spécifiques à l’observation du couvert nuageux. Du fait de mesures imparfaites ou partielles, et des problèmes associés à la nécessité de mesures adéquates pour le calcul du x, les observations basées sur l’imagerie satellitaire peuvent aussi être comparées avec des observations basées en station au sol, tels que celles du réseau .
Liste des instruments satellitaires Instrument/satelliteInstitution principaleDates de fonctionnementSondages journaliers utilisables théoriquementTaille des sondages approximative Données publiquesNotesRefHIRS-2/TOVS (NOAA-10)NOAA (États-Unis)Juillet 1987 - Juin 1991100 x 100 kmNonLes mesures de n’étaient pas l’objectif premier de la missionIMG (ADEOS-I)NASDA (Japon)17/08/1996-Juin 1997508 x 8 kmNonSystème FTSSCIAMACHY (ENVISAT)ESA, IUP Université de Brême (Allemagne)1/3/2002-Mai 20125 00030 x 60 kmOui AIRS (Aqua)JPL (États-Unis)4/5/2002-en cours18 00090 x 90Oui IASI (MetOp)CNES/EUMETSAT (ESA)19/10/200620-39 km de diamètreOui (seulement quelques jours) GOSATJAXA (Japon)23/01/2009-en cours10 00010.5 km de diamètreOui Première mission dédiée à haute précision (<0,3 %), mesure également le méthane ()OCOJPL (États-Unis)24/2/2009100 0001,3 x 2,2 kmN/AN’a pu être placé en orbite OCO-2JPL (États-Unis)2/7/2014-en cours100 0001,3 x 2,2 kmOui Haute précision (<0,3 %)GHGSat-D (ou Claire)GHGSat (Canada)21/6/2016-en cours~2-5 images, 10 000 pixels12 x 12 km, résolution de 50 mDisponible uniquement pour partenairesCubeSat et spectromètre imageur utilisant un interféromètre de Fabry-PerotTanSat (ou CarbonSat)CAS (Chine)21/12/2016-en cours100 0001 x 2 kmOui (Radiances L1B) GAS FTS à bord de FY-3D CMA (Chine)15/11/207-en cours 15 00013 km de diamètreNonGMI (GaoFen 5)CAS (Chine)8/8/2018-en cours 10 000 +9,7 km de diamètreNonInterféromètre spatial hétérodyne JAXA (Japon)29/10/2018-en cours 10 000 +9,7 km de diamètreOui (Radiances L1 B) Va également mesurer le et le COOCO-3JPL (États-Unis)4/5/2019-en cours 100 000<4,5 x 4,5 km Oui Amarré à la station ISSMicroCarbCNES (France)Attendu en 2023~30 0004.5 x 9 kmSusceptible d’également mesurer le GOSAT-GWJAXA (Japon)Attendu en 2024GeoCARBUniversité de l'OklahomaAttendu en 2023~800 0003 x 6 kmPremier satellite d’observation géosynchrone centré sur le , mesure également le et le CO
Mesures de la colonne partielle En plus des mesures de sur la totalité de la colonne d’air jusqu’au sol, il y’a eu de nombreux sondages annexes qui ont mesuré le en périphérie de la haute-atmosphère, ainsi que certains instruments thermiques mesurant la haute-atmosphère de jour comme de nuit.
Des sondages de l’atmosphère par l’utilisation de la technologie SABER (Broadband Emission Radiometry, Radiométrie des émissions à large spectre) embarquée à bord du TIMED, dont le lancement a eu lieu le , ont été faits dans la mésosphère et la basse thermosphère dans les bandes thermiques . ACE-FTS (Atmospheric Chemistry Experiment - Fourier Transform Spectrometer), à bord du , lancé le , mesure le spectre solaire, duquel des profils de peuvent être calculés . SOFIE (Solar Occultation For Ice Experiment) est un sondeur atmosphérique à bord du satellite AIM lancé le .
Missions conceptuelles Il y a eu d’autres missions conceptuelles ayant passé des évaluations initiales, mais n’ont pas été sélectionnées pour devenir de véritables systèmes d’observation de la Terre et des GES. Ces missions sont :
Détection active du nocturne, diurne, et saisonnière (ASCENDS) qui est une mission basée sur la technologie LIDAR GeoFTS (Spectromètre de Fourier géostationnaire) Mission d’imagerie atmosphérique des régions nordiques (AIM-North), impliquant une constellation de deux satellites en orbite elliptique centrées sur les latitudes boréales terrestres . Ce concept est en étude Phase 0 en 2019-2020. CarbonMonitoringSatellite (CarbonSat) était un concept pour une satellite d’imagerie avec une couverture globale atteinte tous les 6 jours. Cette mission n’a jamais dépassé la phase conceptuelle
Références
Catégorie:Télédétection spatiale Catégorie:Atmosphère terrestre Catégorie:Observation de la Terre par satellite