De meilleures estimations des flux biogéniques en Europe

2023-2024
Les composés organiques volatils (COV) sont des précurseurs-clés des particules fines et de l'ozone troposphérique. La biosphère terrestre est de loin la plus grande source de COV, mais ses émissions restent mal connues.

En utilisant les données hebdomadaires TROPOMI du formaldéhyde, nous estimons que les émissions biogéniques de COV en Europe sont environ deux fois plus élevées que dans les inventaires actuels. Cette augmentation est due aux niveaux élevés de HCHO observés dans le sud de l'Europe. Les émissions hebdomadaires dérivées de TROPOMI rendent mieux compte des fluctuations importantes des émissions qu'une inversion basée sur des observations mensuelles.

Les composés organiques volatils (COV) jouent un rôle important pour la qualité de l'air et le climat. Ils sont des précurseurs d'aérosols organiques et influencent les niveaux d'ozone troposphérique par leur interaction avec les oxydes d'azote. Par conséquent, des estimations précises des émissions de COV sont importantes pour l’étude de la qualité de l'air.

Les émissions naturelles provenant de la végétation sont de loin la source la plus importante de COV, représentant environ 85 % des émissions mondiales. Parmi les COV biogéniques, l'isoprène est le plus abondamment émis, représentant environ la moitié des émissions biogéniques totales, suivi par les monoterpènes et le méthanol.

Toutefois, nos estimations actuelles des émissions sont très incertaines, car elles ne reposent que sur peu de mesures directes des émissions de COV, et elles dépendent fortement des types de végétation et d'autres conditions. Plutôt que d'utiliser des mesures directes de flux de COV pour estimer les émissions, nous utilisons une approche différente, appelée modélisation inverse, qui est basée sur des données satellitaires et des modèles atmosphériques.

Utilisation des satellites pour estimer les émissions de COV

L'isoprène et les monoterpènes sont des gaz très réactifs dans notre atmosphère. Leur dégradation conduit à la production de formaldéhyde (HCHO), une molécule mesurée par les satellites dans le domaine spectral de l'ultraviolet.

Nous utilisons le modèle atmosphérique MAGRITTE à une résolution spatiale de 0,5°.  Ce modèle tient compte des réactions chimiques pertinentes dans notre atmosphère, ainsi que du transport des composés chimiques par le vent. Sur la base des connaissances existantes sur les émissions de COV, le modèle simule les concentrations de formaldéhyde, qui sont ensuite comparées à des mesures de formaldéhyde de haute qualité effectuées par le capteur satellitaire TROPOMI (Fig. 1). Ces comparaisons permettent d'améliorer les estimations des émissions de COV.

Nous avons réalisé l'inversion des émissions sur l'Europe pour quatre années (2018-2021) avec une résolution temporelle hebdomadaire. Nos résultats montrent que les émissions d'isoprène dans le sud de l'Europe semblent fortement sous-estimées ; un doublement des émissions sur l'Europe est nécessaire pour reproduire les données TROPOMI (Fig. 2).

En Europe centrale et au Benelux, les changements d’émission sont modérés, ce qui indique un bon accord avec les inventaires d'émissions disponibles. L'impact de l'inversion sur les émissions anthropiques de COV (-17%) et sur les émissions de COV dues à la combustion de la biomasse (+13%) est relativement faible en Europe. 

 

Référence:

  • Oomen, G.-M., Müller, J.-F., Stavrakou, T., De Smedt, I., Blumenstock, T., Kivi, R., Makarova, M., Palm, M., Röhling, A., Té, Y., Vigouroux, C., Friedrich, M. M., Frieß, U., Hendrick, F., Merlaud, A., Piters, A., Richter, A., Van Roozendael, M., and Wagner, T.: Weekly derived top-down volatile-organic-compound fluxes over Europe from TROPOMI HCHO data from 2018 to 2021. Atmos. Chem. Phys., 24, 449–474, https://doi.org/10.5194/acp-24-449-2024, 2024.
Observations hebdomadaires des colonnes de formaldéhyde au-dessus de l'Europe
Observations hebdomadaires des colonnes de formaldéhyde au-dessus de l'Europe
Figure 1. Observations hebdomadaires des colonnes de formaldéhyde au-dessus de l'Europe, telles qu'observées par le capteur satellitaire TROPOMI en juillet 2019. Les observations présentent une grande variabilité, induite par les variations des conditions météorologiques d'une semaine à l'autre. Ces données sont les ingrédients essentiels de l'inversion des émissions.
optimisation of emissions using satellite data compared to the current inventory
Figure 2. L'optimisation des émissions à l'aide de données satellitaires (en bas) suggère une forte augmentation des flux d'isoprène sur le domaine européen par rapport à l'inventaire actuel (en haut). L'augmentation la plus importante se produit dans les pays méditerranéens.