1.4 Plan du manuscrit
2.1.3 Quelles émissions ont été inversées ?
Les plus récentes des études d’inversion d’émissions effectuées avec des modèles de chimie-transport eulériens tridimensionnels sont indiquées dans le Tableau 2.1. Les mé- thodes inverses ont principalement été utilisées à l’échelle globale (couvrant toute la pla- nète) ou continentale. Les espèces d’intérêt à ces échelles spatiales sont celles qui ont des temps de vie longs (voir Figure 1.2) comme le méthane (Hein et al. 1997; Houweling et al. 1999; Wang et Bentley 2002), le dioxyde de carbone (Bousquet et al. 1999a; Ka- minski et Heimann 2001; Rödenbeck et al. 2003; Gurney et al. 2005), les CFC (Hartley et Prinn 1993; Mahowald et al. 1997) ou encore le monoxyde de carbone (Bergamaschi et al. 2000; Pétron et al. 2002; Pétron et al. 2004; Müller et Stavrakou 2005; Wang et al. 2004). En plus de l’inversion des sources d’émissions, certaines études se préoccupent des puits comme Bousquet et al. (1999a) pour le dioxyde de carbone, voire du bilan général de l’espèce comme Jacob et al. (2002) pour l’acétone. Des cas-tests permettent d’abor- der le problème de la qualité et de l’éventuelle amélioration du réseau de mesure pour l’inversion (Hartley et Prinn 1993; Mahowald et al. 1997).
La question de la variabilité temporelle des sources est particulièrement détaillée par Haas-Laursen et al. (1996), Hein et al. (1997), Pétron et al. (2004) et Gurney et al. (2005). Bousquet et al. (1999a) traitent une année représentative de la climatologie de toute une décennie. Les aspects théoriques de l’inversion de flux d’émission variables dans le temps sont traités pour le dioxyde de carbone à l’échelle globale par Baker (2000).
Les corrections apportées aux cadastres a priori peuvent aussi présenter une variabilité
spatiale propre. À l’échelle globale, Müller et Stavrakou (2005) obtient une augmentation
des émissions de CO de 28% et une diminution des émissions de NOxde 14% mais cette
dernière correspond à une augmentation des flux tropicaux et à une diminution en Europe et en Asie. À l’échelle continentale, Wang et al. (2004) obtiennent, pour la Chine, des augmentations moyennes des flux de CO et des NOx de 43 et 47% respectivement ; la
répartition spatiale des corrections à travers le pays est très hétérogène mais peut être expliqué de façon réaliste.
Enfi, les résultats obtenus consistent non seulement en de nouvelles valeurs pour les sources, mais aussi en une réduction de l’incertitude sur celles-ci, qui peut atteindre 75% pour un hémisphère entier (Houweling et al. 1999) ou de 25 à 80% pour un continent (Wang et Bentley 2002).
Les références citées ici ne forment pas une liste exhaustive des études effectuées à l’échelle globale. De nombreuses équipes travaillent actuellement sur l’inversion des émis- sions des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone.
Référence Espèces inversées Espèces mesurées Échelle globale
Hartley et Prinn (1993) CFCl3 CFCl3
Hein et al. (1997) CH4 CH4
Mahowald et al. (1997) CFCl3 CFCl3
Bousquet et al. (1999a) CO2 CO2
Houweling et al. (1999) CH4 CH4
Bergamaschi et al. (2000) CO CO
Kaminski et Heimann (2001) CO2 CO2
Jacob et al. (2002) acétone acétone
Pétron et al. (2002) CO CO
Rödenbeck et al. (2003) CO2 CO2
Pétron et al. (2004) CO CO (sat)
Gurney et al. (2005) CO2 CO2
Müller et Stavrakou (2005) CO, NOx CO, NO2(sat)
Échelle continentale
Wang et Bentley (2002) CH4 CH4
Gilliland et al. (2003) NH3 NH+4
Wang et al. (2004) CO, NOx CO, NOy
Échelle régionale
Mulholland et Seinfeld (1995) CO CO
Chang et al. (1996) isoprène isoprène
Chang et al. (1997) CO CO
Elbern et al. (1997) étude théorique
Elbern et Schmidt (1999) NO2 O3
Elbern et al. (2000) NO, COV O3
Mendoza-Dominguez et Russell (2001) COV, CO, NOx COV, CO, NO, NO2,
NOx, NOy, O3
Quélo et al. (2005) NOx NO, NO2, O3
TAB. 2.1 – Études en modélisation inverse des émissions à l’échelle régionale.
Les études de modélisation inverse à l’échelle régionale sont rares (huit sont indiquées dans le Tableau 2.1). La région d’Atlanta, où a eu lieu une campagne de mesures en 1992 a donné lieu à elle seule à la moitié d’entre elles. L’inversion des émissions de monoxyde de carbone par Mulholland et Seinfeld (1995) à Los Angeles conduit les auteurs à relever la prépondérance des corrections dues aux sources mobiles, notamment le trafic routier. Chang et al. (1996) et Chang et al. (1997) ont inversé respectivement les émissions d’iso- prène et de monoxyde de carbone à Atlanta. Dans le premier cas, les résultats sont jugés satisfaisants bien qu’amenant à multiplier les émissions par un facteur deux à dix. Cepen- dant, pour le monoxyde de carbone, des oscillations temporelles irréalistes apparaissent. Les auteurs concluent sur la difficulté à estimer des sources de CO, plus localisées et moins homogènes spatialement que l’isoprène. Mendoza-Dominguez et Russell (2001) se sont intéressés aux précurseurs de l’ozone que sont les COV et les NOx. À partir de la
campagne menée à Atlanta, les émissions ont été ajustées en distinguant les contributions des sources anthropiques mobiles, ponctuelles, ou surfaciques et biogéniques. Le principal objectif de Elbern et Schmidt (1999) était l’assimilation de mesures d’ozone. Cependant, comme le cadastre disponible n’était pas à jour, la méthode a été adaptée pour optimiser les émissions des précurseurs de l’ozone. Bien que le problème soit mal posé, les résultats sur les concentrations d’ozone sont améliorés de façon significative avec les émissions optimisées. Les études de Elbern et al. (2000) sur des cas académiques ont montré qu’il est possible d’optimiser les émissions de précurseurs de l’ozone dans des sites urbains complexes à condition de disposer d’un grand nombre de contraintes. Par ailleurs, l’étude conclut à une importante sous-estimation des COV tant en milieu urbain qu’autour de la ville, ce qui rejoint les résultats de Chang et al. (1996) pour l’isoprène. Enfin, l’étude la plus récente et la plus proche de notre problématique a été réalisée par Quélo et al. (2005) dans la région de Lille. Le profil temporel des émissions de NOxau cours d’une semaine
a été optimisé à l’aide de mesures de routine d’ozone, de monoxyde d’azote et de dioxyde d’azote. La validation des résultats est effectuée d’une part en appliquant les émissions optimisées à d’autres semaines afin de déterminer si les prévisions sont améliorées et d’autre part en étudiant leur sensibilité au cadastre a priori, à la situation météorologique et au mélange vertical.