IASI, un allié spatial pour étudier atmosphère, météo et climat

L’instrument IASI (Interféromètre atmosphérique de sondage dans l’infrarouge), développé par le CNES en coopération avec EUMETSAT, est installé sur trois satellites météorologiques européens, Metop-A, B et C, lancés en 2006, 2012 et 2018. Le premier Metop a récemment été désactivé car sa durée d’activité était écoulée.

Il s’agit d’un spectromètre qui enregistre le rayonnement infrarouge émis par la Terre. Depuis son orbite à environ 800 km d’altitude, il scanne la totalité de l’atmosphère terrestre deux fois par jour, à 9h30 et 21h30. Les données sont réceptionnées par une antenne parabolique sur Terre et envoyées aux laboratoires en quasi temps réel (deux heures après le passage du satellite au plus tard). Elles sont ensuite analysées à l’aide de programmes informatiques automatisés. Ce sondeur atmosphérique a déjà enregistré plus de 45 milliards d’observations qui sont utilisées dans plusieurs domaines.

1. La prévision météo

À partir des spectres enregistrés par IASI, on peut déduire la température et l’humidité de l’atmosphère, ainsi que la température de surface des océans (qui permet d’anticiper la formation de cyclones) et la température de surface des continents en ciel clair. Il restitue, par couche de 1 km d'épaisseur, les températures avec une précision de 1°C et l'humidité avec une précision de 10 %. IASI a ainsi un œil sur tous les compartiments du système Terre. Ces mesures représentent la principale source d’information pour élaborer les prévisions météo (c’est 60 % des données utilisées par Météo France par exemple). Ainsi, leur utilisation a permis d’affiner la qualité des prévisions à l’échelle de la journée et au-delà, notamment en permettant de mieux localiser les zones pluvieuses et de mieux anticiper l’évolution des tempêtes. Il a ainsi été établi qu’IASI est le meilleur sondeur météorologique jamais développé.

2. L’étude du changement climatique

La Terre émet naturellement du rayonnement infrarouge. En traversant l’atmosphère, ce rayonnement est modifié par les molécules et particules de l’atmosphère qui en absorbent ou en diffusent une partie. IASI enregistre en continu ce signal modifié. L’analyse de ces enregistrements (spectres) permet ainsi de connaître la composition de l’atmosphère.

IASI permet de suivre un grand nombre de paramètres essentiels à la surveillance de l’évolution du climat (propriétés radiatives des surfaces, nuages, poussières désertiques, gaz à effet de serre, couche d’ozone en Antarctique) et d’en déduire leurs tendances sur près de 15 ans. L’augmentation des concentrations de dioxyde de carbone (CO₂) et de méthane (CH₄) est ainsi sans appel : elles ont augmenté respectivement de 7,7 et 6,4 % en quatorze ans.

Le CO₂ d’origine anthropique est principalement émis lors de la combustion d’énergies fossiles et le CH₄provient en grande partie des activités agricoles, de l’élevage, de la gestion des déchets et de l’industrie gazière. À eux seuls, ces deux gaz sont responsables de 80 % du réchauffement global. En octobre 2021, une étude¹ publiée dans la revue Nature climate and atmospheric science a analysé les données d’IASI entre 2008 et 2017 pour en déduire les modifications du bilan radiatif terrestre dans l’infrarouge. Outre la part du réchauffement dû à l’augmentation des gaz à effet de serre, l’étude montre également la diminution des concentrations en CFC-11 et CFC-12, deux composés responsables du trou dans la couche d’ozone. Très utilisés dans les circuits de réfrigération et les mousses isolantes depuis les années 1920, ils ont été interdits par le protocole de Montréal qui est entré en vigueur en 1989. Ces résultats viennent confirmer l’efficacité du protocole.

Grâce à IASI, les scientifiques peuvent donc réaliser un suivi régulier de près d’une vingtaine de variables climatiques afin de valider les modèles climatiques et évaluer l’efficacité des réglementations mises en place.

3. Le suivi des évènements atmosphériques

Il était initialement prévu qu’IASI observe une dizaine de gaz, mais c’est en réalité 33 composants atmosphériques qui sont aujourd’hui mesurés avec une très grande précision. Certains d’entre eux, comme l’ammoniac, sont cartographiés depuis l’espace pour la première fois. Plusieurs types d’évènements terrestres peuvent être détectés ou suivis grâce à certains de ces gaz :

• Le monoxyde de carbone (CO) est émis en grandes quantités par les incendies
• Le dioxyde de soufre (SO₂) est un indicateur d’éruption volcanique
• L’ammoniac (NH₃) est un gaz caractéristique de l’agriculture intensive et de l’élevage
• L’ozone est responsable de pics de pollution, notamment en période de canicule
• L’acide formique est associé à la croissance des forêts

Les scientifiques qui suivent ces données en temps réel peuvent donc donner des alertes en cas d’évènement extrême. Lors de l’éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull en avril 2010, le suivi des déplacements du nuage de SO₂ et de cendres permit de délimiter les zones à risque pour l’aviation. En octobre de la même année, IASI donna l’alerte la veille de l'éruption du volcan indonésien Merapi, sauvant ainsi des milliers de vies.

Entre 2023 et 2038, trois satellites Metop-SG (seconde génération) viendront remplacer ceux actuellement en place. Ils seront équipés de l’instrument IASI-NG (nouvelle génération) qui, grâce à sa configuration optique innovante, aura deux fois plus de résolution spectrale et de signal instrumental qu'IASI et sera donc encore plus précis.

¹ Trends in spectrally resolved outgoing longwave radiation from 10 years of satellite measurements

Marie Perez