Compléments

Les réseaux d’observation de la composition de l’atmosphère depuis le sol

I Les réseaux internationaux

D’une manière générale le suivi de l’évolution de la composition chimique de l’atmosphère à grande échelle remonte au 19ème siècle. La France constitue d’ailleurs l’un des pays pionnier en la matière et les

et de

font référence sur les niveaux de l’ozone troposphérique au 19ème siècle sur l’hémisphère nord. Des mesures d’autres composés tels que le gaz carbonique sont également menées au cours du 20ème siècle, mais il faut attendre 1957 et l’année géophysique internationale pour qu’une surveillance globale et véritablement structurée se développe au plan international. Ces activités se développent notamment dans le cadre des Nations Unies et de l’organisation météorologique mondiale

) et donnent lieu actuellement à un programme de veille mondiale comportant sur le suivi de l'ozone, des gaz à effet de serre (CO2, CFCs, CH4, N2O, vapeur d’eau), des radiations solaires et du rayonnement ultraviolet, des aérosols et de l’épaisseur optique de l’atmosphère, et des polluants acides. Ces activités sont en grande partie liées aux accords internationaux relatifs à la couche d’ozone et au changement climatique et entrent dans le cadre d’un système global d’observation mis en place dans le cadre des Nations Unies.

La surveillance de l’atmosphère est déclinée d’abord au niveau international à travers plusieurs réseaux de mesures spécialisés dont la coordination s’organise sous l’égide de l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM).

I.1 Le programme GAW (Global Atmosphere Watch)

Le programme GAW, composante du système d'observation du climat global de l'OMM, propose un cadre à la mise en place de stations de mesures dans toutes les régions du monde. Les mesures préconisées par le programme GAW portent sur la composition chimique de l'atmosphère et les paramètres physiques qui y sont liés, à savoir l'ozone, les gaz à effet de serre, les gaz réactifs, la chimie de précipitation, les aérosols, les radiations solaires, les radionucléides et les paramètres météorologiques.

Ce réseau comprend trois types de stations :

Les stations globales (24 en 2007) caractérisées par :

•  une situation isolée, représentative d'une grande zone géographique,
•  un bas niveau de polluants ;
•  la mesure continue d'un grand nombre de paramètres atmosphé-riques depuis des décennies ;
•  l’éloignement des sources de pollution locale ou régionale sur de grandes périodes de l'année.

Les stations régionales (plus de 400) :

•  généralement représentatives de petites régions géographiques, non affectées par la pollution locale (voitures, combustion industrielle, activités agricoles) ;
•  les paramètres mesurés dépendent du contexte local.

Les stations contributives ou associées: les autres stations proposant une ou plusieurs mesures et liées à un centre GAW Primary Standard.

I.2 Le réseau NDACC

Le réseau de détection des changements stratosphériques : NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Changes) est un dispositif international qui comporte une trentaine de stations  réparties sur les sept continents pour le suivi à long terme et à l’échelle globale des divers gaz traces, de particules et de paramètres physiques d’intérêt climatique. Les données permettent également la validation de données satellitaires. Le réseau NDACC est conçu comme un réseau "recherche " et ses activités sont sous le contrôle des scientifiques responsables des diverses expériences mises en œuvre. Il fait appel à un large spectre d’instruments (Lidar, Spectromètre UV/Visible, Spectromètres Infrarouge, Spectromètres micro-onde, et Sondes) et les données du réseau sont rassemblées dans une base de données administrée par l’agence nord américaine pour l’océan et l’espace (NOAA).

En France la contribution au réseau NDACC est coordonnée dans le cade d’un service d’observation de l’INSU (Institut National des Sciences de l’Univers). Le réseau comprend plusieurs stations essentiellement la station Alpine organisée autour de l’Observatoire de Haute Provence, la station de la Réunion (

), la station de Dumont D’Urville –Dôme C dans l’Antarctique et une participation à la station d’Alomar en Norvège

I.3 Le réseau AERONET

Le réseau AERONET (AErosol RObotic NETwork) auquel la France participe repose sur plus de 250 stations autour du globe équipées, entre autre, d’instruments destinés au suivi des aérosols atmosphériques par mesures optiques. Ce programme s’inscrit dans le cadre de la surveillance de paramètres atmosphériques qui interagissent avec le climat. Le but est de déterminer les propriétés optiques des aérosols et de valider, à travers des mesures au sol, la détermination des ces propriétés par satellite. Le réseau impose la standardisation des instruments, leur calibration et les processus de traitement des données. Les données issues de ce réseau fournissent des observations à l’échelle globale des épaisseurs optiques des aérosols, et d’autres paramètres optiques issus de l’inversion des données des régions très variés soumises à des sources très diverses d’aérosols. La France (le Laboratoire d’Optique Atmosphérique de Lille) maintien le réseau PHOTON qui fait partie du réseau global AERONET géré par la NASA.

I.4 Le réseau mondial de mesure du CO2

Il existe différents réseaux de mesure du CO2 et des autres gaz à effet de serre qui sont coordonnées dans le cadre du programme GAW de l’OMM. Pour la France, le suivi à long terme des gaz à effet de serre est effectué par le réseau RAMCES pour comprendre le cycle des trois principaux gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O, SF6) et leur rôle au sein du système climatique.

La connaissance des flux permet de valider des modèles bio-géochimiques et des scénarios socio-économiques d’émissions, qui sont utilisés pour prédire l’évolution des sources et puits dans le futur. Il s’agit aussi de quantifier le bilan de carbone d’une grande région et sa variabilité dans le contexte de vérification de politiques de contrôle ou de réduction des émissions de gaz à effet de serre (Protocole de Kyoto). Ce réseau est piloté par Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE). La méthode du LSCE consiste à partir de mesures régulières et précises de CO2 sur un réseau global d’observatoires pour déduire la distribution spatio-temporelle des sources et des puits. En effet, les variations de concentration en un point donné, résultent des flux échangés à l’échelle régionale et globale, intégrés par la circulation des masses d’air. A l’aide de méthodes d’inversion du transport atmosphérique, il est alors possible de traduire les gradients de concentration atmosphérique en termes de flux de surface.

Les stations RAMCES incluent des stations principales ou sont effectuée des mesures en continu de haute précision (0,1 ppm) à l’aide d’analyseurs infrarouges ou, plus récemment, d’analyseur à diode laser associés à la technique d’amplification dite CRDS (cavity ring down spectroscopy) et des stations secondaires ou des prélèvements d’air sont effectués régulièrement. Les échantillons sont ensuite analysés en laboratoire pour la détermination des concentrations de CO2, CH4, N2O, SF6 et également de CO et H2 et des isotopes du carbone et de l’oxygène et du Radon 222. La figure 5 donne un exemple des résultats obtenus dans les stations du réseau RAMCES.

I.5 Le réseau IGAC-DEBITS

Le suivi de la composition chimique des eaux de pluies des aérosols est assuré au niveau international dans le cadre d’un programme intituléIGAC DEBITS(acronyme de International Gobal Atmospheric Chemistry – DEposition of BIogeochemically active Trace Substances). Il s’agit d’un réseau de collecte d’eaux de pluies et d’aérosols pour le suivi à long terme de ces paramètres. La composante Française de ce réseau est le réseauIDAF(Igac-Debits AFrica) centré sur l’Afrique de l’Ouest et l’Afrique du Sud (en liaison avec des laboratoires sud-africains).

Les mesures effectuées permettent de déterminer les compositions chimiques des aérosols et des eaux de pluies (ainsi que leur pH) et donc d’en déduire les flux de dépôt sec et humide des constituants chimiques ainsi que l’acidité des eaux de pluies afin de surveiller à long terme l’évolution de ces paramètres. Ce réseau est actif depuis 1994, il est géré par le Laboratoire d’Aérologie de Toulouse. Le contrôle qualité des mesures est effectué selon des procédures imposées par l’OMM.

II Les réseaux Européens en nationaux

II.1 Le réseau EMEP

EMEP est un acronyme qui désigne un programme coopératif Européen pour la surveillance et le transport de la pollution à longue distance en Europe. Outre un grand nombre de stations de mesures réparties dans la plupart des pays européens, EMEP est aussi un organisme qui fournit de nombreuses facilités pour évaluer les impacts de la pollution en Europe concernant l’acidification et l’eutrophisation des milieux terrestres et aquatiques, les concentrations d’ozone en surface, les métaux lourds, les aérosols et les polluants organiques persistants. Les bases de données EMEP contiennent également des cadastres d’émission de polluants à l’échelle européenne et divers types de modèle concernant la pollution atmosphérique. La composante française du réseau EMEP en matière de stations de mesure est le réseau MERA coordonné par l’

et l’Ecole des Mines de Douai.

II.2 Le réseau PAES

Le réseau PAES (Pollution Atmosphérique à l’Echelle Synoptique) un réseau de recherche qui a pour but de suivre l’évolution de la pollution atmosphérique de fond au niveau du territoire français grâce à un réseau de quatre stations situées en altitude ou dans des zones suffisamment éloignées des sources de pollution proche. Il s’agit des stations du Puy de Dôme, du Pic du Midi de Bigorre, du Donon dans les Vosges et de l’Observatoire de Haute Provence. Dans ces stations, divers polluants comme l’ozone, le monoxyde de carbone, les oxydes d’azote sont mesurés en permanence.