COP21 : des satellites pour une future "police du CO2" ?

A l'approche de la COP21, désormais imminente, les différents pays énoncent leurs engagements en termes de réduction d'émissions de gaz à effet de serre. Et le besoin se fait sentir d'un réseau capable de mesurer précisement les émissions relâchées par chacun, sur l'ensemble de la planète. Les prémices d'un tel réseau voient le jour au travers de plusieurs initiatives scientifiques, dont deux inaugurées cette année en France : le satellite du CNES MicroCarb et le réseau européen ICOS.

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COP21 : des satellites pour une future
Le satellite OCO2 lancé par la NASA en 2014 mesure les flux de CO2 à la surface de la planète.

L’objectif de limitation du réchauffement climatique à 2°C ne sera pas atteint sans que soit mis en place un prix du carbone significatif et généralisé à l’ensemble de la planète, s’accordent à indiquer les experts, à quelques semaines de la COP21. Mais encore faut-il pouvoir mesurer réellement les taux de CO2 émis pour savoir si les objectifs sont atteints, et les émissions annoncées réelles. En juin, Jean Tirolle, prix nobel d’économie appelait à la mise en place « d'outils satellitaires confiés à une autorité indépendante » capables de vérifier les émissions à l’échelle des pays. Cela paraît en effet étonnant, mais l’on ne connaît pas aujourd'hui les quantités de CO2 absorbées et relâchées dans certaines régions par manque de stations de mesures terrestres. Et pour les scientifiques, des questions restent en suspens. Le CO2, par exemple, est-il davantage absorbé par les océans ou les forêts tropicales ? Quel est l’impact d’une forêt telle que celle des Landes sur les flux de CO2 ?

C’est pour répondre à ces questions scientifiques qu’ont été lancés le satellite japonais Gosat en 2009, et le satellite américain OCO-2 en 2014. En 2020, la France pourrait suivre cette voie avec le satellite MicroCarb. L’instrument que développe le CNES, un spectromètre à réseau de nouvelle génération porté par MicroCarb, sera capable de mesurer la teneur en CO2 sur l’ensemble la colonne atmosphérique avec une grande précision (de l'ordre de 1 particule de CO2 par million de particules) et sur un pixel de base rectangulaire de 5 km par 6 km. En comparaison d’OCO-2, le satellite du CNES ne sera pas plus performant, mais plus abordable. « Nous nous appuyons sur la même technologie mais avec une meilleure compacité de l’instrument, près de trois fois plus léger que celui embarqué dans OCO-2. Cela nous donne des avantages sur la capacité d’emport de l’instrument et ses coûts, » précise Carole Deniel, en charge du programme MicroCarb.

Remonter à la source des émissions de CO2

Des cartographies du CO2 existent déjà, notamment celles effectuées par le satellite Envisat depuis 2002. Toutefois, elles ne permettent pas la mesure des flux de carbone à la surface. « Notre but est de détecter à l’échelle locale les émissions de CO2, en couplant nos mesures avec les modèles de circulation météorologiques, détaille Carole Deniel. Si l’on dispose alors d’assez d’instruments en l’air, à l’image du réseau GPS, on doit pouvoir suivre les flux de CO2 et déterminer quels sont les puits ou les sources de CO2 ». La mesure de ces flux doit ainsi permettre de mieux connaître les échanges entre les différents réservoirs de carbone que sont l'atmosphère, l'océan, les sols, la végétation et le carbone "fossile" (charbon, gaz, pétrole). MicroCarb volera en orbite basse, comme ses deux homologues, au-dessus des pôles, en utilisant la lumière solaire pour s’alimenter en énergie. Les données récoltées seront ensuite partagées à l’ensemble de la communauté scientifique. « 2020 sera la première étape, conclut Carole Deniel, à partir de laquelle nous aurons une première idée de ce que nous pourrons faire avec trois satellites [Gosat, OCO-2 et MicroCarb, NDLR]. A terme, il faudrait au moins une constellation de 6 satellites pour avoir un suivi sur l’ensemble de la planète. Une police du CO2 pourrait passer par une telle constellation ».

De multiples projets pour mesurer le CO2 à partir de l’espace...

Outre ces trois satellites, de nombreux autres projets scientifiques satellitaires de suivi des gaz à effet de serre sont initiés. D’autant que le CO2 n’est pas le seul concerné. « Le CNES travaille aussi sur le projet Merlin, en coopération avec l’agence spatiale allemande, qui doit mesurer le méthane (CH4). Contrairement à MicroCarb, qui doit mesurer le CO2 par spectrométrie, une technologie passive, Merlin utilisera un Lidar, une technologie active », précise Carole Deniel. Concrètement, l’instrument émettra des tirs laser vers la surface terrestre, puis analysera le signal réfléchi afin de déduire la quantité de méthane présente dans la colonne d’atmosphère sondée par le laser. De son coté, afin de répondre aux besoins du programme Copernicus, l’Agence spatiale européenne (ESA) lancera avant 2020 les satellites Sentinel-4 et Sentinel-5 qui fourniront aussi des données sur la composition de l’atmosphère.

…et de la Terre

Les satellites ne sont toutefois pas les seuls à pouvoir mesurer le CO2 de manière efficace. L’infrastructure ICOS (Integrated Carbon Observation System), officiellement lancée à l’automne 2015 sera spécifiquement dédiée à la mesure en continu des flux et des concentrations en GES (spécifiquement le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et l’oxyde nitreux (N2O)) dans l’atmosphère, les océans et à la surface des continents, selon trois réseaux complémentaires : Atmosphère, Ecosystème, et Océan. Le réseau Atmosphère en déploiement comprend des tours de 100 à 300 mètres au-dessus du sol et des vols en avion répétés.

icos

Le réseau Ecosystème comprendra 50 stations de mesures, à 10 mètres au-dessus du sol pour les plus hautes, implantées dans différents écosystèmes représentatifs de l’usage des terres (cultures, prairies, forêts, et zones humides) au travers de 17 pays. Enfin, le réseau Océan sera constitué d’une quinzaine de vaisseaux et autant de stations fixes au-dessus des océans pour établir une estimation précise des flux atmosphère-océan et des échanges avec l’océan profond. De même que MicroCarb, avec des outils équivalents de spectrométrie, « nous voulons localiser et différencier les différentes sources en suivant les flux échangés par la surface, explique Denis Loustau, directeur de recherche à l’Inra, et coordinateur du réseau "Ecosystèmes" de l'infrastructure ICO. En fonction de la teneur en gaz ou encore de la distribution isotopique en carbone 12, 13 ou 14, on peut attribuer ces émissions à un secteur géographique ou à différents secteurs d’activités : le transport, l’industrie, etc. ».

Réunir les différents pays pour harmoniser les mesures

Le projet réunit 8 pays du continent européen, auxquels 9 autres pourraient bientôt s’ajouter. « Outre la nouvelle technologie de spectromètre qui doit permettre d’atteindre des précisions de mesures inégalées, la force du projet est le niveau d’intégration des technologies qui permettra d’avoir une cohérence entre les différentes mesures des différents réseaux, continue Denis Loustau. Nous sommes assez en avance en Europe dans ce domaine. D’autres initiatives existent aux Etats-Unis mais pas avec le même niveau d’intégration. ICOS pourrait donc s’étendre au-delà de l’Europe et être fédérateur au niveau mondial. A terme, un tel suivi doit permettre de vérifier l’impact et l’efficacité des politiques de réduction des émissions ». Aucun moyen n’existe encore pour obliger les pays à respecter leurs engagements. Mais bientôt du moins, si de tels réseaux arrivent à maturité, ils ne pourront plus tricher sur leurs niveaux d’émissions réelles...

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