Contribution des émissions biogéniques

FIG. 5.6 – Cartes de ∆O3 (ppbv) à 1000 hPa (a), 765 hPa (b) 545hPa (c) et 240 hPa (d) calculées avec les simulations KE_AMMA et SNOx (KE_AMMA – SNOx) ;

moyennes sur JJA.

5.4 Contribution des émissions biogéniques

Les COVs émis par la végétation peuvent influencer significativement la chimie troposphérique par les nombreuses espèces chimiques émises d’une part et par leur grande réactivité dans l’atmosphère d’autre part. L’influence des émissions biogéniques sur l’ozone a été montrée dans plusieurs études. Aghedo et al. (2007) ont montré avec le modèle ECHAM5_MOZ, une augmentation entre 10 ppbv et 30 ppbv des concentrations de l’ozone à la surface en Afrique quand les émissions biogéniques (CO, NO_x, isoprène, terpènes et autre VOCs) sont considérées dans leur modèle. Ils ont montré aussi que pendant la saison de la mousson en JJA, l’augmentation de l’ozone se produit aussi bien dans les régions de l’hémisphère sud que dans l’hémisphère nord en Afrique. Saunois et al. (2009) ont montré que la suppression des émissions d’isoprène et des terpènes dans Méso-NH induit une diminution d’environ 5 ppbv des concentrations de l’ozone dans les basses couches en Afrique de l’Ouest.

L’influence des émissions biogéniques en Afrique peut s’étendre jusqu’aux hautes altitudes sous l’effet du transport convectif. Les résultats de LMDz_INCA, présentés au chapitre 3, montrent une augmentation des concentrations d’isoprène dans la haute troposphère à partir de 400hPa. Tie et al. (2003) ont calculé, avec le modèle MOZART-2 (Horowitz et al., 2003), une diminution de 2-3% des concentrations de

a) b)

c) _d)

ppbv _ppbv

ppbv ppbv

∆O3 @ 1000hPa ∆O3 @ 765hPa

ont été supprimées dans leur modèle. Les émissions biogéniques peuvent donc influencer le budget régional de l’ozone en Afrique aussi bien dans la basse troposphère près des régions d’émissions que dans la haute troposphère.

Dans le test de sensibilité BIO présenté dans cette section, les quantités d’émissions biogéniques dans LMDz_INCA (CO, NO_x, isoprène, terpènes, méthanol et autres VOCs) ont été réduites de 20%. Le tableau 5.2 présente les quantités d’émissions d’isoprène, des terpènes et du méthanol, calculées sur le domaine D2, utilisées dans les simulations KE_AMMA et BIO en JJA. Ces trois espèces représentent la plus grande fraction d’émissions biogéniques de COVs.

Espèces KE_AMMA BIO (-20% KE_AMMA) Différence

Isoprène [Tg(C)] 21.67 17.33 4.34 Terpènes [Tg(C)] 4.14 3.31 0.83 CH3OH [Tg(C)] 3.56 2.85 0.71

TAB. 5.3 – Quantités d’isoprène, des terpènes et de méthanol en Tg (C), émises dans le domaine D2 en JJA, utilisées dans les simulations KE_AMMA et BIO.

Les résultats de la simulation BIO sont présentés sur la figure 5.7. Le modèle simule un ∆O3 de près de 1 ppbv dans les basses couches de l’atmosphère dans les régions où la couverture végétale est abondante entre 10°S et 15°N et entre 10°W et 30°E. Dans la haute troposphère, le modèle montre une plus grande influence des émissions biogénique et simule un ∆O3 de près de 2 ppbv entre 200 hPa et 100 hPa dans les régions au nord de l’équateur. Les émissions biogéniques influencent des altitudes plus hautes de la troposphère (200-100hPa) en comparaison à l’altitude où le maximum du ∆O3 est calculé avec les simulations SNOx et SLONx. Cela peut s’expliquer par une convection plus profonde dans les régions forestières en Afrique de l’Ouest. Comme le montre la distribution des pluies convective dans LMDz_INCA, présentée au chapitre 3 (section 3.3.2), de fortes précipitations sont simulées par le modèle entre les côtes Guinéennes et 15°N indiquant une intensité de la convection dans ces régions dans le modèle.

FIG. 5.7 – Moyenne zonale (a) et méridionale (b), sur le domaine D1 et JJA du ∆O3

(ppbv) calculées (KE_AMMA – BIO).

5.4 Contribution des émissions biogéniques.

La figure 5.8 montre des cartes de ∆O3 à la surface, 765hPa, 545hPa et à 140 hPa, calculées avec les simulations KE_AMMA et BIO. Les résultats du test BIO montrent que la diminution de l’ozone à la surface est plus importante au dessus du Sahel et atteint près de 2 ppbv. Le modèle simule un ∆O3 moins important par contre au dessus des régions de fortes émissions biogéniques près des côtes Guinéennes et au bassin du Congo. Les émissions biogéniques dans ces régions peuvent en effet être transportées plus au nord vers le Sahel par le flux de mousson dans les basses couches. La réduction de 20% dans les régions d’émissions biogéniques dans le test BIO conduit alors à une réduction des quantités transportées vers le Sahel et cela peut expliquer ainsi le ∆O3 simulé dans cette région. Ces résultats sont en accord avec ceux de Saunois et al. (2009) qui ont montré que dans Méso-NH l’ozone est moins influencé par les émissions biogéniques au dessus des régions d’émissions qu’au Sahel.

Dans la moyenne troposphère, le modèle simule un ∆O3 de plus de 1 ppbv au dessus du Golfe de Guinée. Cela peut s’expliquer par la réduction des émissions biogéniques qui sont plus importante en Afrique centrale et en Afrique de l’Ouest. Les alizés de Sud-Est et le TEJ peuvent en effet redistribuer les émissions depuis ces régions vers l’océan Atlantique. Moins d’émissions biogéniques sont transportées vers le Golfe de Guinée dans le test BIO ce qui explique le ∆O3 simulé dans cette région. Dans la haute troposphère à 140 hPa, l’influence du test BIO s’étend de 10°S à 30°N. La diminution des concentrations de l’ozone dans ce test dépasse 2 ppbv au dessus de l’Afrique de l’Ouest et de l’océan Atlantique et plus de 1 ppbv près des côtes Est du Brésil. La réduction des émissions biogéniques dans la simulation BIO peut expliquer ces diminutions de l’ozone dans la haute troposphère. En effet, le transport rapide des émissions biogéniques par la convection en Afrique vers la haute troposphère, où leur durée de vite augmente et où elles peuvent être redistribuées vers d’autres régions par le TEJ et la circulation de Hadley, peut induire une production de l’ozone loin de l’Afrique de l’Ouest.

FIG. 5.8 – Cartes de ∆O3 (ppbv) à 1000 hPa (a), 765 hPa (b) 545hPa (c) et 140 hPa (d) calculées (KE_AMMA – BIO) ; moyennes sur JJA.

Le test BIO présenté dans cette section montre que les émissions biogéniques en Afrique peuvent influencer le budget régional de l’ozone aussi bien dans la haute troposphère que dans la basse et moyenne troposphère. En supprimant totalement les émissions biogéniques dans le modèle ont peut estimer que le ∆O3 maximum sera d’environ 9-11 ppbv dans la haute troposphère et 4-7 ppbv dans la basse et moyenne troposphère. Ces résultats sont obtenus en multipliant par 5 le ∆O3 maximum calculé dans le test BIO dans la haute troposphère et dans la basse et moyenne troposphère. Ces résultats sont en accord avec les résultats de Aghedo et al. (2007) qui ont montré que les émissions biogéniques peuvent produire jusqu’à 10 ppbv d’O₃ en moyenne dans les régions tropicales entre 200 hPa et 100 hPa. Ces résultats sont également conformes au ∆O3 maximum de 5 ppbv calculé par Saunois et al. (2009) dans la basse troposphère au Sahel quand les émissions biogéniques ont été supprimées dans le modèle Méso-NH. Les résultats de cette section montrent aussi que dans LMDz_INCA, les émissions biogéniques contribuent aussi bien que les LiNOx à l’ozone dans la haute troposphère en Afrique équatoriale. Cependant, sachant que les LiNOx sont sous-estimés dans LMDz_INCA, leur contribution à l’ozone dans la haute troposphère est supérieure à celle des émissions biogéniques.

a) _b)

c) d)

ppbv ppbv

ppbv ppbv

∆O3 @ 1000hPa ∆O3 @ 765hPa

5.5 Contribution des émissions anthropiques.

5.5 Contribution des émissions anthropiques

Les cartes d’émissions anthropiques de CO et NO_x dans l’inventaire AMMA présentées au chapitre 1 (section 1.3.1) indiquent que les régions les plus polluées en Afrique sont près des côtes Guinéennes (le Nigeria en particulier), l’Afrique de l’Est et l’Afrique du Sud. Le test de sensibilité ANTH présenté dans cette section vise à étudier l’influence des émissions anthropiques sur l’ozone troposphérique dans le domaine D1. Une réduction de 20% des émissions de CO et NO_x en Afrique a été effectuée dans le test ANTH. Le tableau 5.4 montre les quantités d’émissions de CO et NO_x en JJA dans le domaine D2 utilisées par les simulations KE_AMMA et ANTH.

Espèce KE_AMMA ANTH (-20% KE_AMMA) Différence

CO [Tg(CO)] 9.70 7.76 1.94

NOx [Tg(N)] 0.28 0.22 0.06

TAB. 5.4 – Quantités de CO [Tg(CO)] et NO_x [Tg(N)] anthropiques émises dans le domaine D2 en JJA, utilisées dans les simulations KE_AMMA et ANTH.

Les résultats du test ANTH (figure 5.9) montrent que les émissions anthropiques en Afrique de l’Ouest influencent l’ozone dans toute la colonne troposphérique entre l’équateur et 20°N. Cependant, le ∆O3 calculé (maximum de 0.18 ppbv) est peu significatif en comparaison aux diminutions de l’ozone calculées par les tests LNOx, BIO et SNOx. Cela indique que la contribution des émissions anthropiques en Afrique au budget régional de l’ozone est faible dans LMDz_INCA. Les émissions anthropiques en Afrique de l’Ouest sont plutôt concentrées sur le Nigeria où l’activité pétrolière est importante. Aussi, les émissions anthropiques de NO_x dans cette région sont moins intenses que les émissions dans les régions polluées de l’hémisphère nord. Cette faible distribution spatiale des émissions anthropiques peut donc expliquer leur faible contribution au budget régional de l’ozone.

FIG. 5.9 – Moyenne zonale (a) et méridionale (b), sur JJA et sur le domaine D1, du ∆O3 (ppbv) calculées (KE_AMMA – ANTH).

La figure 5.10 montre le ∆O3 à la surface, à 765hPa et à 240 hPa, calculé avec les simulations KE_AMMA et ANTH (KE_AMMA – ANTH) en moyenne sur JJA. A la surface, le maximum de ∆O3 (0.5 ppbv) est calculé dans les régions de fortes émissions anthropiques au Nigeria et en Afrique du Sud. Dans la moyenne et la haute troposphère, la réduction de l’ozone simulée (maximum de 0.3 ppbv) s’étend de l’Afrique de l’Ouest à l’océan Atlantique.

FIG. 5.10 – Cartes de ∆O3 (ppbv) à 1000 hPa (a), 765 hPa (b) et à 240 hPa (c) calculées (KE_AMMA – ANTH) ; moyennes des concentrations d’O₃ sur JJA.

On peut estimer que la suppression complète des émissions anthropiques dans LMDz_INCA peut conduire à une réduction de 1-3 ppbv des concentrations de l’ozone dans la basse troposphère et jusqu’à 1 ppbv dans la haute troposphère. D’autres études ont également montré que la contribution des émissions anthropiques à l’ozone en Afrique est moins significative que la contribution des LiNOx où des émissions biogéniques et ont calculé des valeurs de ∆O3 qui sont en accord avec les résultats de LMDz_INCA. En effet, Saunois et al. (2009) et Aghedo et al. (2007) ont calculé des réductions d’O₃ de 1-3 ppbv et 1-5 ppbv respectivement dans la basse troposphère en Afrique de l’Ouest quand les émissions anthropiques ont été supprimées dans leurs modèles.

a) b)

c)

ppbv ppbv

ppbv

∆O3 @ 1000hPa ∆O3 @ 765hPa