L’espace offre une nouvelle perspective sur les gaz à effet de serre et les polluants atmosphériques : à l’avenir, les satellites européens fourniront pour la première fois des cartes détaillées des émissions, qui iront jusqu’à indiquer les contributions des différentes centrales électriques et installations industrielles. Les méthodes et technologies nécessaires à cet effet ont été développées par des chercheurs de l’Empa dans le cadre de projets de recherche internationaux.
À partir de 2027, les nouveaux satellites de mesure du CO2 (CO2M) seront mis en orbite. À l’origine, seuls deux exemplaires étaient prévus, mais les simulations de l’Empa ont convaincu la Commission européenne de faire construire un troisième satellite. La couverture des mesures est ainsi considérablement améliorée : au lieu d’une mesure tous les cinq jours, les gaz à effet de serre que sont le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4) peuvent désormais être mesurés tous les 3,5 jours dans le monde entier. Les nouveaux instruments fourniront des images des gaz à effet de serre à une résolution de deux kilomètres, couvrant des régions entières et non plus seulement des bandes étroites comme les satellites précédents. Cela permettra de déterminer de manière détaillée les émissions de chaque pays, ville ou même centrale électrique. La mission CO2M fait partie du programme d’observation de la Terre Copernicus de l’Union européenne. Elle est développée par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et sera ensuite transférée à l’Organisation européenne pour l’exploitation des satellites météorologiques (EUMETSAT) pour être exploitée. Son objectif est de surveiller les émissions de CO2 d’origine humaine à l’échelle mondiale.
« Les satellites mesurent les concentrations de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques dans l’atmosphère, mais ce n’est qu’à l’aide de simulations complexes de propagation qu’il est possible de déterminer les émissions réelles d’une centrale électrique, d’une ville ou même d’un pays entier », explique Gerrit Kuhlmann, du laboratoire « Polluants Atmosphériques / Technologie Environnementale » de l’Empa. Afin de déterminer quelles technologies sont adaptées à de telles analyses, les chercheurs de l’Empa ont simulé il y a quelques années les données de mesure du CO2 d’un futur satellite. Ces simulations numériques réalisées pour l’ESA ont été déterminantes pour que les satellites CO2M mesurent non seulement le CO2, mais aussi le dioxyde d’azote (NO2). Cette combinaison est importante car elle permet de distinguer les émissions anthropiques des sources naturelles : la combustion du charbon, du pétrole et du gaz naturel produit toujours du NO2 en plus du CO2, contrairement aux émissions naturelles de CO2 de la biosphère.
Aujourd’hui, les chercheurs de l’Empa appliquent leurs modèles à des données satellitaires réelles. Les mesures effectuées par le satellite européen Copernicus Sentinel-5P démontrent la fiabilité de cette méthode. Son instrument TROPOMI détecte par exemple les émissions d’oxyde d’azote des grandes centrales électriques aux États-Unis. « Nous avons pu identifier clairement les panaches de gaz de plusieurs centrales électriques et déterminer leurs émissions d’oxyde d’azote », explique Gerrit Kuhlmann. « Les centrales électriques aux États-Unis doivent déclarer leurs émissions quotidiennement, et nos calculs correspondent très bien à ces déclarations. » Il est donc clair que les satellites sont un outil fiable non seulement pour observer les émissions, mais aussi pour les quantifier avec une résolution spatiale de quelques kilomètres carrés.
Les chercheurs de l’Empa ne se concentrent pas uniquement sur les régions pour lesquelles on dispose de données fiables, comme l’Europe et l’Amérique du Nord. Dans le cadre du projet européen CORSO, une base de données mondiale est actuellement en cours d’élaboration sur les grands émetteurs tels que les centrales à charbon, à gaz et à pétrole, les cimenteries et les usines sidérurgiques. La comparaison des estimations des émissions d’oxydes d’azote basées sur des bases de données publiques et commerciales avec les mesures réelles de TROPOMI a déjà révélé quelques surprises : certaines des installations répertoriées n’existent pas, d’autres manquaientdans les bases de données. Dans de nombreux pays, les présomptions relatives aux combustibles utilisés étaient également erronées, par exemple dans le cas des centrales dites « bicombustibles », qui peuvent fonctionner à la fois au pétrole et au gaz naturel. « Nous avons pu montrer que dans de nombreux endroits, c’est principalement le gaz qui est utilisé, ce qui entraîne des émissions d’oxydes d’azote nettement inférieures à ce qui était estimé préalablement », explique Gerrit Kuhlmann.
Les méthodes et technologies développées devraient à l’avenir être également appliquées aux gaz à effet de serre tels que le CO2. « Aujourd’hui, les données satellitaires nous permettent déjà de quantifier de manière fiable les polluants atmosphériques tels que les oxydes d’azote. Dans quelques années, les satellites CO2M nous permettront également de détecter avec précision et en continu les principales sources de gaz à effet de serre dans le monde entier », déclare Gerrit Kuhlmann. Depuis l’espace, s’ouvre donc une nouvelle perspective, permettant de voir avec précision si le monde progresse réellement dans la lutte contre le changement climatique.
