ARGONAUT — Suivi des émissions de polluants et de gaz à effet de serre à haute résolution depuis l'espace

L’industrialisation et l’urbanisation de la société ont conduit à la dégradation de la qualité de l’air (QA) entrainant plus de 7 millions de morts prématurées annuellement et à l’avènement du Changement Climatique (CC) avec les cinq années les plus chaudes mesurées depuis 2010. La société est confrontée à des défis environnementaux majeurs avec le besoin de développer des politiques environnementales coordonnées au niveau des territoires aussi bien que des nations pour limiter l’impact des émissions de polluants et Gaz à Effet de Serre sur la QA et le CC. L’objectif principal d’ARGONAUT est de fournir des estimations des émissions anthropiques françaises à haute résolution pour les principaux polluants (oxydes d’azote - NOx, monoxyde de carbone - CO et composés organiques volatils non méthaniques - NMVOCs) et le dioxide de carbone (CO2) en s’appuyant sur l’inversion atmosphérique et la nouvelle génération de satellites d'observation de la composition atmosphérique (Sentinel-5P/TROPOMI, CO2M). Nous exploiterons l’imagerie haute résolution multi-espèces et la co-assimilation d’espèces pour mieux estimer les émissions de ces espèces. L’observation simultanée des polluants comme le dioxyde d’azote (NO2) et le CO, mesurés depuis longtemps depuis l’espace avec une bonne précision, va apporter une contrainte supplémentaire pour l’inversion des émissions de certaines espèces co-émises comme le CO2 ou les NMVOCs, plus difficiles à mesurer à une précision utile. Pour réaliser des inversions atmosphériques performantes, l’imagerie à haute résolution est essentielle, notamment pour exploiter les corrélations locales entre les sources, séparer celles-ci, et quantifier la contribution anthropique et l’évolution de leurs émissions. Progresser sur la question de la co-assimilation des polluants et du CO2 devrait aider à améliorer les inventaires d’émissions aussi bien pour les polluants que pour le CO2 et accroitre la cohérence des réponses QA/CC aux échelles nationales et sous-nationales. Avec la disponibilité récente d'images de TROPOMI co-localisées de NO2, de CO et de formaldéhyde (HCHO), et à l'avenir de CO2 et de NO2 provenant de CO2M, l’implémentation de telles approches inverses devient possible. ARGONAUT développera un système d’inversion atmosphérique adapté à l'exploitation de cette imagerie à haute résolution. Un objectif parallèle du projet est de démontrer le potentiel des approches inverses à l’échelle locale des villes ou de grands sites industriels. Cela pose des défis supplémentaires, car les systèmes de modélisation et d’inversion doivent être capables de résoudre les panaches atmosphériques associés malgré une incertitude importante des produits d'analyse météorologique à cette échelle locale. Les techniques traditionnelles d'inversion atmosphérique, qui supposent que les erreurs de modélisation du transport peuvent être caractérisées par un bruit statistique sans corrélation temporelle ou spatiale, ne sont pas adaptées. Pour résoudre ce problème et aller vers des inversions d’émissions plus réalistes, le projet ARGONAUT propose de développer de nouveaux indicateurs statistiques basés sur des métriques non-localisées. Enfin, le projet vise à identifier la valeur ajoutée des approches d'inversion atmosphérique basée sur l'assimilation d'images satellites et des inventaires d’émissions résultants pour les services opérationnels tels que la prévision et l’évaluation de l’exposition aux polluants ou la surveillance des émissions locales de CO2. Le projet ARGONAUT contribuera à (i) définir les briques élémentaires d'un futur système opérationnel national et des services associés, et (ii) à renforcer la visibilité et la position de la communauté scientifique française de modélisation inverse en tant qu'acteurs clés des services opérationnels européens utilisant l’imagerie satellitaire.