Accueil > Actualités > Actualités scientifiques > Ozone troposphérique

L’ozone troposphérique observé depuis l’espace et analysé autour de trois mégapoles chinoises.

26-05-2010

L’ozone troposphérique est un gaz néfaste pour la santé car il irrite les voies respiratoires et peut provoquer des affections du système cardiovasculaire. C’est pourquoi il est très surveillé par les réseaux de surveillance de la qualité de l’air qui mesurent sa concentration au sol. Cependant, sa répartition en altitude est importante car l’ozone peut être transporté sur de grandes distances et affecter la qualité de l’air loin des zones sources. Mais les méthodes classiques de mesure par ballons-sondes ou par avion ne permettent que difficilement d’accéder à cette information. Une équipe de chercheurs du LISA a développé une méthode d’analyse des observations de l’instrument français IASI à bord du satellite MetOp qui permet de déduire les quantités d’ozone entre 0 et 6 km d’altitude depuis l’espace. Cette méthode a été utilisée pour la première fois pour analyser la pollution au-dessus de trois mégapoles chinoises. Elle a permis en particulier d’étudier le cycle saisonnier de l’ozone troposphérique au-dessus de ces 3 mégapoles et de déterminer l’origine des pics de pollution.

L’ozone (O3) est une espèce clé dans la troposphère. Non seulement c’est un gaz à effet de serre, mais c'est également un polluant produit en grandes quantités lors des épisodes de pollution photochimique. Son pouvoir oxydant affecte la chimie de nombreuses autres espèces traces de la troposphère mais surtout est néfaste pour la santé (irritation des voies respiratoires et affection du système cardiovasculaire).

Du fait de son effet nocif sur la santé, les concentrations d’ozone de surface font l’objet d’une surveillance continue par les réseaux de surveillance de la qualité de l’air. Cependant, ces observations ne donnent pas d’information sur les concentrations d’ozone en altitude, ozone qui, lorsqu’il est associé à du transport à grande distance, peut affecter la qualité de l’air à une échelle plus régionale. Pour avoir une idée des concentrations en altitude, on utilise généralement les quelques mesures fournies par des ballons sondes ou par des avions mais le nombre d’observations reste très insuffisant pour aider utilement les modèles de prévision. Dans ce contexte, les observations par satellites peuvent s’avérer très utiles. Elles possèdent, en effet, une large couverture spatiale et une résolution spatiale élevée (de l’ordre de la dizaine de km), mais également elles donnent de l’information sur les profils verticaux d’ozone.

Extraire de l’information sur l’ozone troposphérique depuis l’espace est difficile car l’ozone troposphérique est moins abondant que l’ozone stratosphérique et donc en partie « caché » par ce dernier. Cependant, les derniers instruments satellitaires permettant de sonder l’atmosphère dans le domaine infrarouge par visée au nadir possèdent un maximum de sensibilité dans la troposphère moyenne et permettent de suivre et d’étudier la composition chimique de la troposphère. L’instrument français IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer), développé par le CNES et mis en orbite en octobre 2006 à bord du satellite européen MetOp-A, est un exemple de ce type de sondeurs particulièrement bien adapté à l’étude de l’ozone troposphérique, d’autant plus qu’il offre une couverture spatiale importante, une fréquence de passage élevée (couverture du globe 2 fois par jour) et une bonne résolution horizontale (taille du pixel au sol 12kmx12km).

Ces dernières années, le Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA / IPSL, CNRS, Université Paris-Est Créteil, Université Paris Diderot) a développé une méthode d’analyse des observations de l’instrument IASI permettant d’accéder à la meilleure sensibilité possible dans les basses couches de l’atmosphère (entre 0 et 6 km), là où les phénomènes de pollution s’opèrent. Le laboratoire a montré notamment que l’information provenant de la basse troposphère pouvait être séparée de l’information venant de la haute troposphère lorsque les conditions thermiques étaient favorables, en particulier au printemps et en été.

Une équipe de chercheurs du LISA a appliqué cette méthode à l’analyse des observations IASI réalisées au cours de l’année 2008 au-dessus de trois mégapoles chinoises (Pékin, Shanghai et Hong Kong). Ces mesures ont permis d’étudier le cycle saisonnier de l’ozone au-dessus de ces trois régions et d’observer l’impact de la mousson estivale sur la qualité de l’air. L’apport de masses d’air « propres », c’est-à-dire à faible teneur en ozone, venant de l’Océan Pacifique entraîne une diminution des concentrations d’ozone entre juin et août réduisant ainsi les problèmes liés à la pollution. L’effet est plus marqué sur la côte sud de la Chine où un minimum d’ozone est observé pendant l’été.

La possibilité offerte par l’instrument IASI d’effectuer un suivi journalier de l’ozone a par ailleurs permis d’étudier plusieurs épisodes caractérisés par de fortes valeurs d’ozone. L’équipe du LISA a ainsi montré que, en hiver, ces épisodes étaient liés à des intrusions d’air stratosphérique, plus riche en ozone, qui affecte les plus basses couches de la troposphère. En revanche, au printemps et en été, l’origine des épisodes d’ozone détectés est très vraisemblablement liée aux activités humaines, comme le montre la bonne correspondance observée entre la densité de population et la distribution spatiale de l’ozone.


(a) Densité de population (habitant/km2) dans la région de Pékin. (b) Colonnes partielles d’ozone entre 0 et 6 km dans la région de Pékin mesurées en mai 2008.


Source

Dufour, G., Eremenko, M., Orphal, J., and Flaud, J. M., 2010. IASI observations of seasonal and day-to-day variations of tropospheric ozone over three highly populated areas of China: Beijing, Shanghai, and Hong Kong. Atmos. Chem. Phys. 10, 3787-3801.


Contact

Gaëlle Dufour, Tél. : 01 45 17 65 46, e-mail : gaelle.dufour @ lisa.univ-paris12.fr

Retour à la liste actualités scientifiques