PANAME, une initiative unique pour des enjeux scientifiques multiples

Les projets concernent quatre grands sujets que sont « Ville et qualité de l’air », « Ville et météorologie », « Ville et changement climatique » et « Ville, climat, santé et activités humaines ». Ils impliquent une centaine de scientifiques, chercheurs et ingénieurs, des laboratoires de l’IPSL. Les synergies scientifiques qui démultiplient les capacités et retombées de chaque projet sont coordonnées dans une initiative intitulée PANAME (PAris region urbaN Atmospheric observations and models for Multidisciplinary rEsearch).

Ces recherches sur les questions environnementales en milieu urbain ont été identifiées comme stratégiques lors de la dernière prospective transverse du CNRS INSU. Elles sont aussi au cœur des sujets identifiés dans le pacte vert européen (European Green Deal) par la commission européenne.

What is PANAME2022? (Martial Haeffelin)

Dynamics project, the urban boundary layer (Simone Kotthaus)

Les laboratoires et les services de l’IPSL pleinement mobilisés

Depuis trois ans, l’IPSL, le CEREA, le LATMOS, le LISA, le LMD, le LSCE, et le LERMA ont initié et contribué à 10 projets de recherche nationaux et internationaux complémentaires sur l’environnement urbain en région parisienne.

Depuis 2020, les porteurs du thème « Composition Atmosphérique » de l’IPSL ont régulièrement organisés des ateliers de discussion pour favoriser l’émergence de synergies entre les 10 projets qui ont rejoint l’initiative PANAME. Le centre d’observation de la Terre de l’IPSL joue un rôle central depuis 2 ans pour faire émerger des solutions pour l’implantation des systèmes de mesures dans différents sites clés de la région parisienne.

Le centre d’observation, appuyé par le service ESPRI-OBS de l’IPSL, a lancé le projet de portail d’information et de données pour l’ensemble des 10 projets, a obtenu l’accord du pôle national AERIS pour mener à bien ce projet, et reçu le soutien financier de l’EUR IPSL pour initier les travaux du portail. Le projet de portail a été baptisé PANAME, et l’initiative PANAME a ensuite été étendue à l’ensemble des actions visant à développer des synergies scientifiques et techniques entre les projets.

Ville et qualité de l’air

Pour progresser sur notre compréhension et capacité à simuler la qualité de l’air, trois projets étudient les sources anthropiques et biogéniques des composés chimiques atmosphériques, les processus à l’origine de la formation de composés gazeux et particulaires secondaires, et les moyens d’observation et de simulation de ces phénomènes.

Ville et météorologie

Pour progresser sur notre compréhension des processus clés qui pilotent la météorologie en environnement urbain, la spécificité des échanges de chaleur, humidité et énergie entre la surface et l’atmosphère, la dynamique de l’atmosphère dans un environnement hétérogène, et ensuite pour améliorer la représentation de ces phénomènes dans les outils de simulation, à nouveau trois projets majeurs sont impliqués.

Ville et changement climatique

Les villes sont au cœur des enjeux du changement climatique, mais également des acteurs majeurs des solutions. Les villes, en concentrant les activités humaines contribuent à une part significative des émissions de gaz à effet de serre, qui sont responsables en grande partie du changement climatique. Le changement climatique, à son tour, génère des conditions météorologiques extrêmes avec une intensité accrue et une fréquence plus élevée. L’urbanisation (la nature des sols et les matériaux du bâti, la structure tridimensionnelle des villes, les émissions de chaleur et polluants par les activités humaines) rend les conditions météorologiques extrêmes plus intenses et plus durable en ville que à la campagne.

Ville, climat, santé et activités humaines

Plusieurs études ont montré que, en ville, pollution atmosphérique et stress thermique, se cumulent et font peser des risques significatifs sur la santé humaine. De plus, des événements extrêmes de pollution et de chaleur peuvent générer des conditions dégradées pour certaines activités humaines. Pour faire avancer les politiques publiques, il est cependant nécessaire de progresser dans nos études interdisciplinaires capables de croiser les données météorologiques avec les données sanitaires, et ainsi de mieux comprendre quels sont les impacts sanitaires de la pollution atmosphérique et du stress thermique. Deux projets se focalisent sur ces problématiques.

Infrastructures de recherche (IR) nationales et internationales

Les IR, qu’elles concernent les systèmes et méthodes de mesures (comme ACTRIS-FR focalisé sur les espèces atmosphériques à temps de vie court, ou ICOS-FR focalisé sur les gaz à effet de serre, ou encore SAFIRE qui opère la flotte aéroportée nationale), ou la gestion et distribution des données (comme le pôle national de données atmosphère AERIS ou l’IR DATA TERRA) sont au cœur des dispositifs indispensables pour monter efficacement les projets de recherche scientifique. Le pôle national AERIS a pris en charge la gestion des données de la quasi-totalité des projets.

Stratégie concertée des moyens de mesures

Les campagnes de mesures des 10 projets vont mettre en œuvre de nombreux systèmes d’observation des variables physiques et chimiques de l’atmosphère, au niveau de la surface, dans la couche limite atmosphérique et la basse troposphère par télédétection ou par radiosondage, ainsi que par moyens aéroportés dans les panaches de pollution et de chaleur. Les moyens de mesures sont organisés par thématique, tels que la mesures de flux (chaleur, humidité, énergie, mais aussi composés gazeux), les mesures de dynamique atmosphérique (vent, turbulence), les mesures de thermodynamique (profils verticaux et réseau de surface de température, humidité), les mesures des nombreux composés gazeux et particulaires réactifs.

La stratégie de mesures s’appuie d’une part sur des super sites pérennes qui concentrent un grand nombre d’instruments, tel que le site de l’observatoire atmosphérique SIRTA (Ecole polytechnique et CEA, Plateau de Saclay) opéré par l’IPSL depuis près de 20 ans, ou le site QUALAIR à Sorbonne Université, Paris 5^e) opéré par le LATMOS et l’OSU ECCETERRA. Le LISA opère également deux sites qui accueillent plusieurs capteurs sur le campus de U. Paris Cité (Paris 13^e) et de l’UPEC (Créteil).

Deux autres lieux regroupent des nombreux instruments : la forêt de Rambouillet où le projet ACROSS déploie des instruments sur une tour de 40m, et la zone Roissy-Gonnesse où des instruments sont déployés sur les sites de Météo-France et AirParif.

La stratégie de mesures est complétée par instruments déployés sous forme de réseau spatialement distribué. C’est le cas de 9 lidars rétrodiffusion automatique, réseau défini par l’IPSL avec le soutien de Météo-France, du SIRTA et de la société VAISALA pour l’étude et le suivi de la structure de la couche limite atmosphérique. C’est le cas aussi d’un nouveau réseau de stations météo déployées par Météo-France dans plusieurs quartiers de Paris.

Partenaires nationaux et internationaux

Sur les questions de climat et qualité de l’air en environnement urbain, les laboratoires de l’IPSL travaillent avec de nombreux partenaires (Météo-France/CNRM, INRAE, AirParif, INERIS).