Mesures par satellite du dioxyde de carbone

De nombreuses questions restent en suspens parmi les disciplines scientifiques qui s’intéressent au cycle du carbone, et les observations satellitaires peuvent contribuer à y répondre. On sait que le système terrestre absorbe approximativement la moitié de la totalité des émissions anthropogéniques de CO₂[1]. Cela dit, on ne connaît pas précisément comment cette absorption se distribue parmi les régions terrestres. Des incertitudes sont également soulignées sur le comportement de ces différentes régions et de leurs climats vis-à-vis des flux de CO₂. Par exemple, une forêt peut augmenter son absorption en CO₂ due à sa fertilisation (ou β-effect[2]), ou pourrait relarguer du CO₂ dû à l’accélération du métabolisme par les microbes soumis au stress de hautes températures[3]. Ces questions sont complexes et nuancées dans leurs réponses, d’autant que les données restent géographiquement et temporellement limitées.

Même si les observations par satellite de CO₂ restent assez récentes, elles furent utilisées pour un certain nombre d’objectifs, certains étant listés ci-dessous.

• L’augmentation du CO₂ dans les mégapoles, qui ont été observées par le satellite GOSAT, et des estimations fiables de ces changements urbains dans l’augmentation du CO₂ anthropogénique ont été faites pour la modélisation temporelle[4]
• Les observations satellites ont été utilisées pour visualiser la distribution globale du CO₂ [5], avec l’inclusion d’études sur les émissions anthropogéniques[6]
• L’estimation des flux de CO₂ a pu être faite dans et entre différentes régions du globe[7] - [8]
• Des liens statistiques ont été observés entre certaines anomalies de températures et les mesure de CO₂ dans les régions boréales[9]
• Des modèles asymétriques zonaux de CO₂ ont été mis en place pour observer les signatures/traces des combustibles fossiles[10]
• Des quotients d’émission de CO₂/ CH₄ (méthane) ont pu être mesurés concernant les feux de forêt[11]
• Des quotients d’émission de CO₂/CO (marquant une combustion incomplète), mesurés par l’instrument MOPITT ont été analysés sur de grandes régions urbanisées du globe pour mesurer leur statut/évolution de développement[12]
• Les observations d'OCO-2 ont été utilisées pour estimer les émissions de CO₂ des feux de forêts tropicales indonésiens en 2015[13]
• Ces observations d'OCO-2 ont également été utilisées pour estimer les flux excédentaires continentaux-océaniques dus au phénomène El Nino de 2014-2016 [14] - [15]
• Les observations GOSAT ont été utilisées pour relier le phénomène El Nino Modoki de 2010-2011 au bilan carbone brésilien [16]
• Les observations d'OCO 2 ont été utilisées pour quantifier les émissions de CO₂ des centrales électriques, soulignant le potentiel significatif du suivi futur des émissions de CO₂ capté par les satellites[17]

La télédétection des gaz atmosphériques à l'état de traces (autres que le dioxyde d'azote, N₂ et le dioxygène, O₂) comporte de nombreux enjeux et défis. La plupart des techniques s’appuient sur l’observation de la lumière infrarouge réfléchie par la surface terrestre. Du fait de l’utilisation de la spectroscopie par ces instruments, un spectre de chaque signature gazeuse est enregistré - signifiant que les données satellitaires transférables/téléchargeables sont significativement plus lourdes (~1000x) comparativement à un pixel RGB. Les changements de l’albédo de surface et des angles d’observation des capteurs satellite peuvent affecter les mesures, d’autant que les satellites peuvent employer différents modes d’observation sur différentes zones géographiques, constituant une incertitude supplémentaire pour le calcul algorithmique de données brutes vers des produits finaux. Comme pour d’autres instruments satellitaires, les débris spatiaux doivent être évités pour l’intégrité des capteurs et satellites.

La vapeur d'eau peut diluer le contenu des gaz dans l’atmosphère sèche et ainsi modifier la quantité de CO₂ captée sur une colonne d’air au dessus de la surface terrestre, expliquant pourquoi les fractions molaires de l’air sec dans la colonne (xCO₂) sont le plus souvent calculées et données en produit final. Pour ce faire, les instruments/capteurs peuvent également mesurer le dioxygène (O₂) qui est dilué dans la vapeur d'eau H₂O comme les autres gaz, ou encore les algorithmes peuvent prendre en compte le contenu en vapeur d’eau et la pression atmosphérique en surface, provenant d’autres mesures/observations [18]. Les nuages peuvent également interférer avec des mesures précises du CO₂, impliquant d’embarquer sur les plateformes des instruments spécifiques à l’observation du couvert nuageux. Du fait de mesures imparfaites ou partielles, et des problèmes associés à la nécessité de mesures adéquates pour le calcul du xCO₂, les observations basées sur l’imagerie satellitaire peuvent aussi être comparées avec des observations basées en station au sol, tels que celles du réseau TCCON (en)[19].

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « space-based measurements of carbon dioxide » (voir la liste des auteurs).