What is PANAME2022? (Martial Haeffelin)

Ville et qualité de l’air

Contrairement à l’atmosphère, l’autre enveloppe fluide de la Terre, l’océan abrite une grande partie de la matière vivante de la Terre.

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.

• ACROSS (PI : C. Cantrell LISA ; autres laboratoires LMD, LSCE, LATMOS, CEREA) : étude de l’impact du mélange des émissions de composés biogéniques et anthropiques sur la formation de polluants secondaires.
• STREET (PI : J. Mignot IEES ; autres laboratoires LSCE, CEREA…) : étude de l’impact du stress hydrique des arbres en ville sur les émissions biogéniques de COV et la qualité de l’air.
• RI-URBANS (PI France : M. Haeffelin IPSL ; autres laboratoires CEREA, LSCE, LMD, LISA) : adaptation des moyens de surveillance (observations et simulations) de la qualité de l’air aux sources de particules ultrafines en milieu urbain.

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.

• DYNAMICS (PI : M. Haeffelin et S. Kotthaus IPSL ; LMD, LATMOS) : amélioration des connaissances du vent, de la turbulence et de la stabilité atmosphérique dans et au-dessus de la canopée urbaine.

Dynamics project, the urban boundary layer (Simone Kotthaus)

• MOSAI (PI. F. Lohou LAERO ; autres laboratoires : LMD, IPSL) : caractérisation des incertitudes et représentativités spatiales des échanges surface-atmosphère en milieu hétérogène.
• RDP Paris Olympics (PI. V. Masson CNRM) : évaluation des performances de modèles de prévision numérique du temps d’échelle hectométrique, dans leur capacité à prévoir les événements de forte chaleur et d’orage.

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. Deux projets internationaux se penchent sur ces questions complexes :

• ICOS-Cities (PI France : M. Ramonet LSCE ; LPMA, IPSL) : développement de nouveaux outils pour quantifier les émissions et concentrations de gaz à effet de serre en environnement urbain.
• URBISPHERE (PI A. Christen U. Freiburg ; S. Grimmond U. Reading) : étude de l’effet des villes sur le climat à l’échelle régionale, et amélioration des simulations de l’impact sur le climat de l’évolution des villes.

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.

• H2C (PI A. Lemonsu CNRM ; IPSL, LATMOS) : étude de l’impact de l’exposition à la chaleur et la pollution de l’air sur la santé. Meilleure caractérisation et simulation des événements de forte chaleur.
• Pollusport (PI G. Foret LISA ; CEREA) : étudie l’impact de la pollution sur la santé et la performance des sportifs.

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 (École polytechnique et CEA, Plateau de Saclay) opéré par l’IPSL depuis près de 20 ans, ou le site QUALAIR à Sorbonne Université, Paris 5e) 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 13e) 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 dont les chercheurs du CNRM pilotent plusieurs projets sur le climat en environnement urbain (H2C, RDP Paris Olympics 2024) inclus dans l’initiative PANAME.

• INRAE dont des chercheurs spécialisés dans l’étude du cycle du carbone et de l’azote, participants au projet ICOS-Cities.
• AirParif, l’agence en charge de la surveillance de la qualité de l’air pour la région Ile-de-France, est impliqué dans plusieurs projets (RI-URBANS, H2C…).
• INERIS, partenaire de l’IPSL dans les activités de l’IR ACTRIS, est impliqué dans le projet RI-URBANS.