Pourquoi devons-nous surveiller la couche d'ozone ?
La couche d'ozone stratosphérique est un élément essentiel du système terrestre. En absorbant les rayons solaires ultraviolets, elle protège la surface de la Terre des rayonnements nocifs. Les émissions en surface de composés halogénés, dont la production a été progressivement interdite après la signature du protocole de Montréal en 1987, sont encore responsables de la réduction de la couche d'ozone dans le monde. La surveillance de la composition de la stratosphère - et de l'ozone en particulier - est donc cruciale.
Pourquoi ALTIUS ?
L'observation globale de la distribution de l'ozone stratosphérique est réalisée depuis plus de 40 ans par des instruments de télédétection par satellite. Plusieurs techniques de mesure ont été développées, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients.
- Les instruments mesurant dans la partie infrarouge ou micro-onde du spectre électromagnétique ont l'avantage de fournir des observations pendant le jour et la nuit de l'orbite du satellite - couvrant ainsi la nuit polaire - avec par conséquent une couverture spatiale relativement bonne (voir par exemple la Fig. 1b pour le Microwave Limb Sounder - MLS de la NASA). Par contre, ils sont relativement coûteux en raison de la technologie utilisée et de leur poids (des satellites lourds impliquent leur envoi en orbite par de grandes fusées, d'où un coût plus élevé).
- Les instruments mesurant dans les régions spectrales ultraviolette (UV) et visible (VIS) sont plus abordables, mais leur couverture spatiale était jusqu'à présent limitée.
- Les instruments mesurant l'occultation solaire, c'est-à-dire la lumière solaire traversant le limbe de l'atmosphère, étaient limités à deux profils par orbite.
- Ceux mesurant la lumière solaire diffusée par le limbe étaient limités au côté jour de l'orbite.
- Et enfin, ceux qui mesurent les occultations stellaires ou planétaires étaient limités au côté nuit de l'orbite, mais avec beaucoup moins de profils que dans le mode du limbe lumineux.
La mission ALTIUS, initiée par l’IASB et actuellement dans sa phase de développement avancée, sera le premier instrument UV-VIS qui combine ces trois modes de mesure pour maximiser sa couverture spatiale (voir Fig. 1a).
Valeur d'ALTIUS
Nous avons comparé la valeur d'ALTIUS avec l'instrument de référence MLS de la NASA en utilisant une expérience de simulation du système d'observation (OSSE).
Dans une première expérience, les profils d'ozone MLS ont été ingérés dans le modèle stratosphérique de l’IASB, BASCOE, ce qui nous a fourni un "état d'ozone MLS".
En combinant l'état d'ozone MLS obtenu avec un simulateur de l'instrument ALTIUS, nous avons pu générer des profils d'ozone ALTIUS synthétiques. Ces profils ont également été ingérés dans BASCOE fournissant l'"état d'ozone ALTIUS".
Le bon accord entre les deux états (voir Fig. 2) confirme que les instruments UV-VIS pourraient poursuivre la surveillance de la couche d'ozone.
Référence
Errera, Q., Dekemper, E., Baker, N., Debosscher, J., Demoulin, P., Mateshvili, N., Pieroux, D., Vanhellemont, F., and Fussen, D. (2021). On the capability of UV-VIS limb sounders to constrain modelled stratospheric ozone and its application to the ALTIUS mission. Atmospheric Measurement Techniques Discussions [preprint] . https://doi.org/10.5194/amt-2020-512 
