Depuis quelques années, les émissions de gaz et d'aérosols se sont accrues en Asie du Sud-Est. Cette pollution grandissante inquiète les scientifiques qui cherchent à appréhender leur impact éventuel sur l'environnement et le climat. Pour ce faire, des simulations numériques de transport de la pollution ont été utilisées en temps réel pour guider les vols scientifiques. Sous l'impulsion de la NASA, une première expérience de prévision de la pollution "Transport and Chemical Evolution over the Pacific" (TRACE-P) s'est déroulée de février à mars 2001 dans le cadre d'une campagne impliquant des équipes de recherche internationales dont le Laboratoire d'aérologie¹ de Toulouse, en collaboration avec Météo-France.

Deux avions de la NASA ont été utilisés pendant TRACE-P : le DC-8 (photo) peut voler jusqu'à 12 km d'altitude, le P3-B jusqu'à 8 km. © NASA

L'Asie du Sud-Est connaît une révolution industrielle rapide notamment depuis ces dix dernières années. Les émissions de gaz et d'aérosols se sont considérablement accrues et il est donc nécessaire d'évaluer l'impact de cette pollution sur le climat global de la planète. Cependant, l'industrialisation n'est pas la seule activité polluante dans cette région du globe : la combustion de carburants fossiles à usage domestique et les feux de biomasse émettent du monoxyde de carbone (précurseur de l'ozone) et des aérosols de suie, apportant ainsi leur tribut à la pollution.

La combinaison de ces différentes sources contribue à former un panache² de nature complexe, si bien que même aujourd'hui, la question reste ouverte sur la composition de ces mélanges et sur leur évolution lorsque le panache quitte l'Asie pour voyager sur l'océan Pacifique vers les états-Unis et l'Europe. L'Asie du Sud-Est représente donc un laboratoire d'étude de la pollution et du transport de celle-ci à l'échelle du globe. Mais les données sont rares dans ces régions et pour identifier les panaches de pollution, il faut avoir recours non seulement aux mesures en surface, mais aussi aux mesures aéroportées. L'air pollué a plus de chances d'être transporté loin s'il se trouve à des altitudes élevées (au-dessus de 10 km), là où les vents sont forts et soufflent régulièrement d'ouest en est.

Image des champs de monoxyde de carbone (CO) : en surface (image de gauche) : la pollution reste plutôt confinée sur l'Asie de l'Est et l'intérêt ici est d'étudier les mécanismes de recirculation de l'air pollué dans la couche limite. à 300 hPa (image de droite) : où l'on voit clairement le panache de pollution se propager vers l'océan Pacifique et donc vers la côte californienne. L'intérêt ici est alors de comprendre les processus dynamiques qui favorisent le transport vertical - vers la haute troposphère - puis horizontal de cette pollution. Sur la sellette : la convection profonde et les fronts froids intermittents dans cette région.

La campagne TRACE-P s'inscrit dans une série de campagnes internationales (voir encadré ci-dessous) dont l'objectif est de mieux comprendre la pollution photo-oxydante ainsi que l'impact direct et indirect des aérosols sur le climat, notamment dans des régions sensibles où les émissions d'origine anthropique sont en pleine croissance.

L'étude de la pollution est un problème mondial qui nécessite une approche mondiale. Les simulations numériques servent à établir des modèles globaux de plus en plus performants et de plus en plus précis pour accompagner les expériences de terrain. L'équipe du Laboratoire d'aérologie de l'Observatoire Midi-Pyrénées de Toulouse a été l'un des acteurs principaux de la première phase de l'expérience. Il a fourni en temps réel des simulations numériques de panaches de pollution (MésoNH, modèle communautaire de simulation des processus atmosphériques utilisé pour la recherche). L'enjeu était important puisqu'il s'agissait de guider les avions de recherche, dans lesquels sont embarqués les appareils de mesure des polluants, et d'optimiser ainsi la qualité et la pertinence des observations. La réussite d'une telle expérience reposait donc sur la capacité à faire voler les avions effectivement dans les panaches de pollution en altitude.

Les données récoltées pendant l'expérience sont en cours d'analyse mais ne peuvent pas encore être communiquées. Cependant, les tout premiers résultats ont confirmé le rôle primordial de la convection profonde continentale et océanique et des fronts froids (récurrents dans la région) dans la détermination de la composition chimique des panaches de pollution échantillonnés au-dessus de l'océan Pacifique.

Des océans en observation

Des campagnes de grande échelle avec la participation d'équipes françaises ont eu lieu en 1997 (campagne ACE-2, océan Atlantique ouest) et en 1999 (campagne INDOEX, océan Indien nord). Une autre expérience, Aerosol Characterization Experimentation (ACE-Asie), a débuté au printemps 2001 et vise à mieux comprendre pour les régions d'Asie de l'Est et de l'océan Pacifique nord-ouest le transport des polluants et les processus de formation ou de mélange des aérosols afin d'en déterminer les propriétés chimiques et radiatives. La participation française à ces différentes campagnes s'effectue dans le cadre du Programme national d'étude de l'atmosphère et de l'océan à moyenne échelle (PATOM) et du Programme national de chimie atmosphérique (PNCA), tous deux pilotés par l'Institut national des sciences de l'Univers du CNRS. Plusieurs laboratoires du CNRS ainsi que d'autres organismes de recherche sont impliqués dans ces différentes campagnes au travers d'actions à caractère expérimental ou de modélisation.

¹ CNRS-Université Toulouse 3.

² Le terme "panache" se réfère aux notions de "nuage" de pollution (comme on parle de nuage de fumée) et de panachage, assemblage ou mélange d'éléments variés (en l'occurence, différents gaz et aérosols).