L’évolution et la prévision des conséquences du réchauffement climatique en cours dépend en grande partie de notre capacité à prévoir l’évolution des échanges biosphère-atmosphère de CO2 et CH4. Pour localiser et quantifier les flux de CO2 / CH4 en surface à l’échelle globale une méthode inverse dite « top-down » peut être utilisée. Cette méthode repose sur l’utilisation de mesure de concentration si possible effectuées en surface et de modèles de transport pour estimer des flux de surface. La modélisation du transport est donc aussi fondamentale que la capacité d’effectuer des mesures de concentration précises et exactes à partir d’un satellite.
Une partie des développements instrumentaux LIDAR mentionnés sur ce site sont motivés par l’objectif d’effectuer une mesure LIDAR DIAL/IPDA du CO2 atmosphérique à partir de l’espace dans la lignée de la proposition A-SCOPE (Advanced Space Carbon and climate Observation of Planet Earth) soumise à l’ESA en 2007 (projet ESA PHLAC: Pulsed Holmium Laser for Atmospheric CO2 monitoring – projet H2020 HOLDON: HgCdTe APD Optimization for Lidar Detection Of greeNhouse gases).
Le principe d’une telle mission est indiquée ci-dessous. La charge utile consiste en un laser pulsé monomode délivrant séquentiellement des impulsions On (absorbées par le CO2) et Off (non-absorbées servant de référence) dans l’atmosphère. Dans le cadre d’une mesure IPDA (Integrated Path Differential Absorption) les signaux réfléchis par la surface sont analysés pour déterminer l’épaisseur optique différentielle due au CO2. Le rapport de mélange XCO2 est alors estimé en fonction des paramètres spectroscopiques et des variables météorologiques.
Depuis 2011, le groupe LIDAR travaille aussi sur la mission franco-allemande CNES-DLR MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) (Ehret 2017) qui est actuellement en phase C pour un lancement prévu en 2024. MERLIN repose sur le même principe que pour A-SCOPE et sera la première mission lidar à absorption différentielle en mode IPDA à être lancé dans l’espace. MERLIN délivrera comme produit principal le rapport de mélange en CH4 intégrée dans la colonne d’air. Les caractéristiques de la mission MERLIN sont disponibles ici (lien…).
L’implication du groupe LIDAR est multiple:
-membre du SAG (Science Advisory Group),
-expertise LIDAR pour le CNES, suivi du développement de la charge utile par AIRBUS et analyse des performances
-développement d’un simulateur de signal LIDAR à partir de différentes configurations de mesures: scène, données instrumentales, variables météo, données spectroscopiques…
-développement d’un processeur de signal LIDAR et des prototypes d’algorithmes de restitution du rapport de mélange en CH4 (Tellier, 2018)
-préparation de la validation des produits MERLIN
L’objectif final de la mission MERLIN est l’estimation des flux de CH4 en surface en utilisant une méthode d’optimisation. Une estimation des précisions et biais est présentée dans (Bousquet, 2018).
