Les satellites révèlent des changements dans le cycle hebdomadaire du NO2 dans les villes

Qualité de l’air
Les activités humaines, principale source de NOx dans l'atmosphère, provoquent un cycle hebdomadaire de l’abondance de NO2 sur les villes. Une analyse complète des observations de NO2 provenant de deux capteurs satellites (OMI et TROPOMI) révèle des cycles hebdomadaires significatifs dans 115 des 274 villes prises en compte. Les données montrent un net affaiblissement du cycle hebdomadaire sur les villes européennes et américaines, alors que la tendance inverse est observée dans les régions connaissant une croissance rapide des émissions. Les modèles capturent les cycles hebdomadaires observés ainsi que leurs tendances dans les grandes villes.

Cycles hebdomadaires importants

Les activités anthropiques, de loin la plus grande source de NOx dans l'atmosphère, induisent un cycle hebdomadaire de l'abondance de NO2 dans et autour des villes. Nous utilisons les mesures satellitaires du NO2 obtenues par:

  1. l'instrument OMI lancé en juillet 2004
  2. l'instrument de surveillance troposphérique à haute résolution TROPOMI, charge utile unique du satellite Sentinel-5/Precursor, lancé en octobre 2017.

L'analyse détaillée des données OMI sur2005-2017 révèle un cycle hebdomadaire significatif dans 115 des 274 villes prises en considération. Ces résultats sont corroborés par l’analyse d’une année complète d'observations par TROPOMI (cf. figure 1).

Changements observés et modélisés dans les cycles hebdomadaires

Les données OMI permettent d'identifier les tendances du cycle hebdomadaire résultant des changements d'émissions de NOx. Les données montrent un net affaiblissement du cycle hebdomadaire sur les villes européennes et américaines, une évolution attribuée à la baisse des émissions anthropiques et à l'importance croissante du NO2 de fond qui en résulte. La tendance inverse s'observe dans les régions qui connaissent une croissance rapide des émissions.

Des simulations pluriannuelles sur les États-Unis et le Moyen-Orient à l'aide du modèle de chimie-transport MAGRITTEv1.1 parviennent à reproduire les cycles hebdomadaires observés dans les plus grandes villes, ainsi que les tendances à long terme observées dans le cycle hebdomadaire. Aux États-Unis, la baisse des émissions de NOx sur la période 2005-2017 a conduit à un affaiblissement significatif du cycle hebdomadaire, comme le montre la comparaison des ratios des colonnes dimanche / semaine pour les périodes 2005-2007 et 2015-2017 (cf. figure 2).

En moyenne pour les villes américaines, le ratio a augmenté de 22% (de 0,72 à 0,88), en excellent accord avec le modèle (+20%). Ce résultat reflète la relation non linéaire entre les émissions anthropiques de NOx et les colonnes de NO2, en raison de la contribution des émissions naturelles (locales ou importées) à la colonne au-dessus des villes, et aux rétroactions chimiques du système NOx-OH.

 

Référence:

Stavrakou, T., Müller, J., Bauwens, M., Boersma, K.F., and Van Geffen, J. (2020). Satellite evidence for changes in the NO₂ weekly cycle over large cities. Scientific Reports, 10, A10066. https://doi.org/10.1038/s41598-020-66891-0 Open Access Logo

Cartes du monde des données NO2
Figure 1. (a) Localisation des villes étudiées. La couleur indique le jour du minimum d’après les données OMI NO2 sur 2005-2017. Les cercles ouverts indiquent les villes pour lesquelles le minimum OMI n'est pas significatif. (b) Colonne de NO2 lors du jour du minimum, normalisée par la moyenne, d’après les données OMI. (c, d) Identique à (a) et (b) pour les données TROPOMI de mai 2018 à avril 2019.
NO2 villes américaines New York Los Angeles Chicago
Figure 2. (a) Ratios des colonnes dimanche / semaine en moyenne sur 2005–2007 et sur 2015–2017 pour 18 villes américaines et pour New York, Los Angeles et Chicago, d’après les données OMI. (b) Idem pour les ratios calculés avec le modèle MAGRITTE. (c) Cycle hebdomadaire moyen observé et modélisé sur les villes américaines sur 2005–2007 et 2015–2017.