Projet TGI ICOS

ICOS - Integrated Carbon Observation System – ( http://www.icos-infrastructure.eu ) est une infrastructure de recherche européenne de mesure des concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre et des flux sur les écosystèmes et l’océan. L'augmentation des gaz à effet de serre étant la principale cause du changement climatique, l'intérêt d'ICOS est de permettre, à terme, une surveillance de leurs sources et puits. Cette surveillance donnera notamment des éléments de vérification des émissions et des puits indépendants des inventaires d'émissions fossiles et des données sur l’usage des sols. Coordonnée par la France et le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) dans sa phase préparatoire européenne, l’infrastructure de recherche ICOS est développée par le CEA, le CNRS, l’UVSQ et l’INRA. ICOS est l’un des 30 projets d’Infrastructure de Recherche qui ont été classés prioritaires à l’échelle européenne par le forum ESFRI en 2006. A ce jour, ICOS implique 17 pays en Europe.

 

Fig. 1. Réseaux ICOS de stations atmosphériques (A), de tours à flux sur différents écosystèmes (B) de suivi des flux sur l’Atlantique Nord

 

Contexte international

 

L’Union européenne (UE) est le troisième émetteur mondial de CO₂ fossile après la Chine et les Etats-Unis. En signant le Protocole de Kyoto, L’UE est engagée à réduire ses émissions par rapport à l’année de référence 1990. A terme, le plan climat prévoit une réduction bien plus ambitieuse des émissions. Aux Etats-Unis, certains états comme la Californie ont aussi pris des engagements volontaires pour réduire fortement leurs émissions de gaz à effet de serre. De nouveaux réseaux de mesure conçus pour la surveillance des puits de carbone et des émissions sont nécessaires dans le cadre de monitoring et vérification des flux naturels et anthropiques de CO2. De tels réseaux sont en construction aux USA, au Japon, en Chine. Ces réseaux de mesure s’insèrent dans la stratégie globale du groupe intergouvernemental GEO (Group for Earth observation).

En parallèle, les agences spatiales américaine et japonaise ont développé de nouveaux satellites pour mesurer le CO₂ et le CH₄ en colonne intégrée depuis l’espace. Il s’agit des missions OCO-2 et GOSAT. GOSAT a été lancé avec succès en 2009. Les données de ces satellites, avec une précision moindre mais une couverture globale, complèteront celles des réseaux sol.

L’objectif d’ICOS est d’apporter les observations nécessaires pour estimer les flux de GES sur le continent européen. Le réseau et la méthodologie développée pourront être étendus à d’autres régions, si il est possible d’y installer des stations de type ICOS, en particulier en Sibérie et en Afrique.

 

Le réseau sera construit et optimisé pour l’estimation optimale des flux, par exemple en utilisant des outils de simulation d’un réseau optimal (network design). La densification progressive du réseau optimisé permettra, combinée à des systèmes de simulation numérique et d’assimilation de données, de déterminer les flux anthropiques et biogéniques de CO₂, CH₄ à une échelle de 20 à 50 kilomètres en Europe (Fig. 1). Ces estimations régulières des flux permettront : 1) De comprendre les processus biogéochimiques qui contrôlent la variabilité du cycle des GES, 2) De détecter un affaiblissement, ou des anomalies des flux de carbone face aux accidents climatiques comme les sècheresses, 3) De connaître la valeur moyenne et de suivre la variabilité et la tendance à long terme des émissions anthropiques du continent (sur les régions les mieux couvertes) et 4) De connaître la valeur moyenne et de suivre la variabilité et la tendance à long terme des flux biogéniques.

 

Construction et fonctionnement de l’infrastructure de recherche ICOS

 

Pour le suivi à long terme des flux de gaz à effet de serre, ICOS s’appuie sur la coordination et le fonctionnement opérationnel de trois réseaux de mesure complémentaires (Fig. 1). Les méthodes de collecte de données et les instruments de mesure sont standardisés pour toutes les stations du réseau. Ces observations sont compatibles avec les standards internationaux de métrologie WMO et FLUXNET, et de distribution des données INSPIRE et GEOSS. Le réseau ICOS est constitué à l’échelle européenne par :

- 50 stations atmosphériques de suivi en continu des concentrations du CO₂, du CH₄, du N₂O et autres GES pour quantifier les bilans régionaux et les réductions d’émission,

- 40 sites de tours de flux pour le suivi à petite échelle les échanges de CO2, de vapeur d’eau et d’énergie des principaux écosystèmes,

- Des mesures automatiques des flux sur des navires océanographiques et commerciaux pour la caractérisation des flux air-mer de CO₂.

Chacun de ces trois réseaux est coordonné par un centre thématique qui assurera le traitement opérationnel continu, le contrôle qualité, la distribution et l’archivage des données, ainsi que la coordination des développements technologique dans le domaine des nouveaux capteurs, en particulier les nouvelles technologies et nouveaux composés mesurés.

L’intégration des données pour calculer des flux de CO₂, CH₄ sur le continent européen se fait avec des systèmes d’assimilation de données. Plusieurs systèmes existent en Europe en mode recherche. Le LSCE développe un système complet d’assimilation global du cycle du carbone qui pourra être adapté pour fonctionner à différentes échelles, sur le globe, l’Europe, et la France. Les activités d’assimilation des flux de gaz à effet de serre à partir des observations atmosphériques font aussi partie programme européen GMES.

Le réseau ICOS devrait être construit en 2012 dans une majorité de pays. 10 pays ont un engagement de financement pour leur réseau ICOS national. On estime que le réseau sera complet avant 2014, sous réserve de l’engagement financier des pays restants.

 

Contribution du LSCE à ICOS

 

Une contribution française préexistante est constituée par le réseau atmosphérique RAMCES de l’INSU développé par des laboratoires français. Le réseau atmosphérique français est largement construit sur l’expérience et les sites développés par le Service d’Observation RAMCES du LSCE. Dans le cadre d’ICOS la composante française du réseau ICOS comprendra 15 sites dont 11 sites principaux avec un équipement maximum. Parmi ces sites, 8 sont localisés à l’outre-mer (Ile Amsterdam dans les TAAF, Guyane, Réunion) ou à l’étranger (Côte d’Ivoire, Inde, Irlande). Ce réseau atmosphérique français représente une contribution majeure au réseau européen. Le réseau atmosphérique est la partie distribuée de la composante atmosphère de l’infrastructure ICOS. En ce qui concerne la France, le réseau atmosphérique est basé principalement sur l’existant du LSCE ainsi que l’installation de nouvelles stations, parfois en collaboration étroite avec d’autres organismes.

 

Pour que l’infrastructure de recherche ICOS atteigne des objectifs opérationnels compatibles avec un suivi régulier et la production d’estimation continues des flux en Europe, il a été prévu de créer autour du réseau de stations, quatre  installations centrales: un siège européen de la coordination, un Centre Thématique Atmosphérique, un Centre Thématique Ecosystèmes, un Centre Thématique Océan et un Laboratoire d’Etalonnage et de fabrication de standards. La France est candidate pour la construction du centre atmosphérique Européen de l’infrastructure ICOS au sein du LSCE.

 

En France, ICOS est associé avec IAGOS (In service aircraft for a global observation service), un autre infrastructure de recherche ESFRI, pour former un Très grand instrument de recherche (TGI-R) du MESR. Une labellisation SOERE (« GREAT GASES ») par l’Allenvi (Alliance pour l’environement) complète le dispositif de structuration, avec l’implication des groupes IAGOS et ICOS-Océan. Un comité de pilotage rassemble régulièrement les principaux organismes responsables de ICOS et IAGOS pour décider des orientations stratégiques de ces infrastructures.

 

Fig. 2. lignes commerciales de navigation et séries temporelles