Une étude interdisciplinaire menée par le Centre thématique atmosphérique (ATC) et le Centre thématique sur les écosystèmes (ETC) de l’infrastructure de recherche européenne ICOS a reçu le prix 2024 de la publication exceptionnelle décerné par la revue Atmospheric Measurement Techniques (AMT).
L’étude en question s’intitule « Eddy covariance with slow-response greenhouse gas analysers on tall towers: bridging atmospheric and ecosystem greenhouse gas networks » (Eddy Covariance et analyseurs de gaz à effet de serre à réponse lente sur de hautes tours d’observation : relier les réseaux de suivi des gaz à effet de serre atmosphériques et écosystémiques). Il s’agit d’un travail de recherche collaboratif qui montre le potentiel de l’utilisation de hautes tours atmosphériques dans les mesures directes de flux des écosystèmes.
Le prix AMT Outstanding Publication Award récompense les publications exceptionnelles dans la rvue AMT (Atmospheric measurement Technics) qui font considérablement progresser les techniques de télédétection, de mesure in situ ou en laboratoire pour les composés et/ou les propriétés de l’atmosphère terrestre.
« C’est formidable de voir l’un de mes travaux récompensés, à un stade aussi précoce de ma carrière », déclare l’auteur principal, Pedro Henrique Herig Coimbra, chercheur à EcoSys à l’INRAE. L’étude a été menée dans le cadre de la thèse de doctorat de Pedro et du projet ICOS Cities.
« Je suis heureux que ces travaux aient été publiés dans Atmospheric Measurement Techniques, une revue de grande qualité en libre accès. »
Intégrer les données sur l’atmosphère et les écosystèmes pour mieux comprendre les échanges de carbone
Selon Pedro, l’idée de cette étude conjointe est venue naturellement entre EcoSys (qui se concentre sur le suivi des écosystèmes) et le LSCE (qui se concentre sur le suivi de l’atmosphère).
« Les deux équipes s’intéressent à comprendre les échanges de gaz à effet de serre à partir d’observations. Il était donc intéressant de tester la complémentarité des deux dispositifs sur un même site. C’est ce qui est ressorti de réunions entre Benjamin [Loubet], Olivier [Laurent], Michel [Ramonet] et moi-même », explique Pedro.
Les mesures écosystémiques et atmosphériques ont des objectifs différents. Les tours écosystémiques ont une configuration standardisée pour mesurer directement les flux de gaz à effet de serre, tandis que les tours atmosphériques mesurent avec une grande précision les concentrations des gaz à effet de serre.
La mesure des flux écosystémiques nécessite généralement de mesurer les concentrations des gaz 20 fois par seconde, tandis que les mesures dans les tours atmosphériques sont effectuées toutes les quelques secondes.
« Notre étude a montré que nous pouvons utiliser le design d’une tour d’observation atmosphérique pour mesurer les flux de dioxyde de carbone (CO2), de méthane (CH4) et de monoxyde de carbone (CO) comme s’il s’agissait d’une tour écosystémique en utilisant les corrections habituelles. Pour valider ces mesures, nous avons installé un dispositif de mesure des flux standard au sommet de la tour atmosphérique de Saclay, qui a fourni le flux de référence pour le CO2 », explique Pedro.
Ce type d’installation et de travail présente de nombreux avantages qui se renforcent mutuellement. « La communauté des écosystèmes peut tirer profit de la présence d’un plus grand nombre de tours de mesure des flux dans des environnements complexes et variés, tandis que la communauté de l’atmosphère peut bénéficier d’une meilleure quantification de l’impact potentiel des flux locaux sur la concentration mesurée », explique Pedro.
« Dans l’ensemble, en intégrant les données atmosphériques et celles relatives aux écosystèmes, nous pouvons mieux comprendre les échanges de carbone et d’énergie à l’échelle locale. »
Légende de la photo : Station atmosphérique ICOS de Saclay, en France. Un dispositif d’Eddy covariance a été installé au sommet de la tour qui fournissait le flux de référence pour le CO2. Photo de Konsta Punkka.
Une approche combinée ouvre des perspectives en matière de surveillance urbaine
L’utilisation de hautes tours pour la surveillance atmosphérique et les mesures de flux en milieu urbain existe à Londres depuis au moins une décennie (Lee et al., 2014).
« L’usage des instruments utilisés pour la mesure atmosphérique aux mesures directes de flux est relativement nouvelle », explique Pedro.
« La haute précision requise pour les mesures atmosphériques se heurte aux observations à haute fréquence nécessaires pour les mesures directes de flux. La fréquence de mesure requise dépend des conditions atmosphériques et surtout de la hauteur à laquelle s’effectue la mesure. »
« Notre étude démontre que les deux méthodes peuvent être conciliées. Une haute tour équipée d’un instrument de haute précision déjà utilisé pour la surveillance des concentrations selon les normes bien définies par ICOS peut alors devenir une tour à flux avec l’ajout d’un anémomètre ultrasonique tridimensionnel, qui ne nécessite pas beaucoup d’entretien », explique Pedro.
Selon Olivier Laurent, chercheur au LSCE et responsable du laboratoire de métrologie ICOS ATC qui a participé à l’étude, l’installation utilisée à Saclay pourrait être reproduite dans d’autres stations atmosphériques ICOS.
« À Saclay, nous avons installé un système ETC typique de mesure des flux turbulents basé sur un instrument haute fréquence de mesure du CO₂ et de l’eau (H₂O) sur la haute tour afin d’évaluer l’approche avec un analyseur ATC basse fréquence des gaz à effet de serre (GES). Cependant, cela n’est pas nécessaire sur d’autres sites si nous décidons de généraliser les mesures de covariance des turbulences sur les hautes tours. »
La combinaison des mesures atmosphériques et écosystémiques offre des applications potentielles pour les programmes de surveillance urbaine et dans les transitions rurales-forestières-urbaines.
« Cette approche nous permet de capturer à une échelle plus grande que d’habitude des mesures directes, des données représentatives qui peuvent éclairer la surveillance urbaine et les politiques climatiques », explique Pedro.
« Elle est particulièrement utile pour les villes qui cherchent à suivre les émissions et à évaluer l’impact des stratégies d’atténuation en temps réel. La surveillance est déjà une grande réussite ; le prochain objectif est de continuer à travailler sur les outils permettant de démêler les flux pour ces environnements complexes. »
Loin d’être la première collaboration entre les centres thématiques
L’étude menée à Saclay n’est pas la première collaboration entre ces deux centres thématiques.
« D’une manière générale, les activités techniques et scientifiques de l’ATC et de l’ETC sont assez indépendantes », explique Olivier. « Cependant, elles convergent sur des études spécifiques telles que celles menées dans le cadre de la thèse de Pedro ou de projets européens tels que ICOS Cities. »
Au-delà des études spécifiques, les deux centres thématiques travaillent également ensemble pour évaluer les performances métrologiques des instruments émergents sur le marché qui pourraient être utilisés pour des mesures précises et exactes des concentrations de GES et des flux.
Félicitations à Pedro et à toutes les personnes qui ont participé à cette étude révolutionnaire !