La télédétection de l’atmosphère est intrinsèquement liée aux études « amont » de spectroscopie de laboratoire. Cette synergie « spectroscopie et télédétection atmosphérique » est un atout majeur du LISA pour le développement des capacités nouvelles d’observation des polluants atmosphériques.

 

A)     Analyse des spectres satellitaires : Télédétection spatiale innovante

 

L’enjeu majeur pour la télédétection par satellite des polluants est de fournir une description 3D de leur distribution. Si la dimension horizontale est naturellement amenée par l’échantillonnage spatial du satellite, l’observation de la distribution verticale des constituants atmosphériques, surtout à partir des instruments passifs qui représentent la majorité des instruments satellitaires, reste un vrai défi. Afin de surmonter cette limitation, nous développons des approches satellitaires innovantes pour observer les polluants par analyse des spectres des capteurs de nouvelle génération IASI dans l’infrarouge et GOME-2 dans l’ultraviolet-visible-proche infrarouge. Ces travaux ont été initiés au LISA en 2008 à travers la mise au point d’une première méthode pour sonder l'ozone jusqu'à 3 ou 4 km d'altitude à partir de l'instrument IASI.Afin de mieux caractériser la pollution à l’ozone, nous avons ensuite développé la première méthode de couplage multispectral des mesures dans l'infrarouge et l’ultraviolet respectivement des sondeurs IASI et GOME-2, tous deux à bord des satellites MetOp. Cela a permis d’observer par la première fois, au niveau mondial, des panaches d'ozone situés dans la très basse troposphère (au-dessous de 3 km d'altitude) et d’estimer leur contenu en ozone à l'aide uniquement de données spatiales (Cuesta et al., 2013 ACP ; 2018 ACP, voir l’illustration ci-sous). Ces recherches ont été récompensées avec le prix La Recherche 2014 dans la catégorie environnement. Cette distinction traduit l’intérêt sociétal, en complément de l’avancée scientifique, apporté par cette première mondiale. Ce produit dénommé IASI+GOME2 est actuellement unique et il est distribué à la communauté internationale via le pôle national de données atmosphériques AERIS.Il a aussi contribué au rapport international sur l’ozone troposphérique TOAR comme l’unique produit satellitaire capable de se comparer aux observations in situ à la surface (Gaudel et al., 2018 Elementa).

Nous développons aussi des méthodes innovantes pour observer la distribution 3D des aérosols, où la plupart des observations satellitaires classiques fournissent uniquement la distribution horizontale de leur épaisseur optique. Nous avons développé une nouvelle méthode de restitution des aérosols grossiers AEROIASI permettant pour la première fois d’observer la distribution 3D des aérosols (profils verticaux d’extinction pour chaque pixel satellitaire, Cuesta et al., 2015 JGR). Ce produit novateur est en bon accord avec les observations CALIOP et fait partie des différents produits aérosols comparés dans le projet CCI-aérosols de l’ESA (Kylling et al., 2017 AMT).

Soutenus par des agences spatiales (CNES et ESA) et le PNTS, nous étudions aussi les nouvelles capacités des futures missions spatiales programmées dans les prochaines années. C’est le cas de la mission EPS-SG avec le sondeur infrarouge IASI-NG (Sellitto et al., 2013a AMT, Crevoisier et al., 2014 AMT) et le couplage multispectral IASI-NG+UVNS (Costantino et al., 2017 AMT), ou des missions proposées aux agences spatiales comme PREMIER et MAGEAQ (Barré et al., 2013, Sellitto et al., 2013b, 2014 AMT).

 

Première observation de panaches d’ozone dans la très basse troposphère (au-dessous de 3 km d’altitude) à partir de données satellitaires (Cuesta et al., 2013 ACP).

 

 

B)  Télédétection depuis le sol : OASIS – observations atmosphériques par Spectroscopie Infrarouge Solaire

 

Depuis 2009, l’observatoire OASIS mesure les concentrations des polluants sur la colonne atmosphérique à Créteil à partir de l’analyse des spectres à moyenne résolution du rayonnement infrarouge émis par le soleil et absorbé par les constituants atmosphériques. En particulier, la bonne précision de la télédétection de la colonne totale de monoxyde de carbone et la colonne troposphérique de l’ozone (entre la surface et 8 km d’altitude) a été démontrée (Chelin et al., 2014, E2C2, HdbEnvChem).

Depuis 2013, OASIS est un service d’observation de l’OSU EFLUVE. En outre il fait partie intégrante de la plateforme OCAPI de l’IPSL, sollicité pour des campagnes sur alerte en lien avec l’INERIS et le réseau Airparif dans le cas d’épisodes de pollution en Région parisienne.

Plus récemment, nous concentrons nos efforts sur l’analyse des mesures de NH₃ et l’étude sur son rôle clé dans la formation des particules fines. OASIS a permis la première longue série temporelle (2009-2017) de mesures d’ammoniac atmosphérique en Ile-de-France, par analyse des signatures spectrales du NH₃ dans l’infrarouge thermique.

 

Fortes signatures spectrales de NH3 détectées dans les spectres atmosphériques OASIS permettant la restitution des colonnes totales d’ammoniac.