Les activités du LSCE sur le problème inverse se situent au carrefour entre la modélisation statistique, la modélisation physique et le traitement de la mesure. L’expertise méthodologique du laboratoire facilite la diversité des applications pour l’étude des cycles biogéochimiques, renforcée par de nombreuses collaborations nationales et internationales. La mise en commun d’outils numériques de pointe lui permet d’atteindre une masse critique pour développer des systèmes complexes, en particulier pour l’assimilation de données, tout en couvrant aussi des applications scientifiques plus petites.
Au sein de ces activités, l’équipe SATINV étudie les processus qui affectent la composition de l’atmosphère terrestre en gaz à effet de serre et en aérosols. Pour cela, elle développe et met en œuvre des méthodes inverses pour estimer cette composition et les variables des processus sous-jacents, comme les sources et les puits des espèces concernées à la surface du globe et dans l’atmosphère. Plus spécifiquement, SATINV s’intéresse essentiellement aux trois principaux gaz à effet de serre d’origine anthropique, dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4) et protoxyde d’azote (N2O), à certains précurseurs du CO2 (CO, CH₂O), à l’hydrogène moléculaire (H2) et aux aérosols. Elle assimile des mesures directes de concentrations de ces espèces réalisées par des instruments conventionnels et des mesures indirectes par télédétection depuis l’espace ou le sol. Ces travaux couvrent la micro-échelle (pour la forêt ou la ville), l’échelle régionale (par exemple l’Europe) et l’échelle du globe. Avec son expertise et ses outils, elle contribue à la conception et au développement de systèmes d’observation innovants, en particulier auprès des agences spatiales (missions spatiales française Microcarb, franco-allemande MERLIN, européenne Carbonsat, etc.).
Depuis 2011, SATINV génère deux fois par an le produit officiel du service atmosphérique européen de surveillance de l’environnement (www.copernicus-atmosphere.eu) pour l’inversion des sources et les puits de CO2. Ce produit couvre toutes les années depuis 1979 jusqu’à l’année précédente de manière homogène. Pour les travaux sur les traceurs à l’échelle du globe, comme celui-ci, l’équipe utilise le modèle de circulation générale de l’atmosphère LMDZ (http://lmdz.lmd.jussieu.fr/), guidé par les vents d’analyses météorologiques et en mode débranché (résolution de la conservation de la masse seulement). Avec LMDZ, le LSCE participe aux exercices d’inter-comparaison de modèles de transport au niveau international (programme Transcom). L’équipe a aussi développé un module de chimie simplifié pour la chaine d’oxydation des hydrocarbures, qui permet l’optimisation simultanée des émissions de CO, de CH₂O, de H2, de CH4, et du radical hydroxyle (OH) en assimilant conjointement les mesures de ces composés sur de longues périodes de temps.
SATINV met aussi en place des systèmes d’inversion régionaux à la résolution kilométrique ou déca-kilométrique, en s’appuyant sur le modèle de transport CHIMERE (http://www.lmd.polytechnique.fr/chimere/). La haute résolution obtenue permet de franchir le fossé existant entre l’échelle des flux inversés et celle des mesures locales de flux. SATINV a initié l’inversion des flux de CO2 sur la métropole parisienne.
