CE04 - Innovations scientifiques et technologiques pour accompagner la transition écologique

BLACKNET – BLACKNET

Approche innovante de suivi dans l'air des effets de la transition énergétique : modélisation inverse du black carbone à partir d'un réseau de mesures automatiques en Asie du Sud-Est

Le black carbon est un traceur de toute combustion et de ce fait de toute activité humaine ou événement naturel consommant de l'énergie carbonée. En Asie du Sud-Est, ces activités et ces événements sont nombreux. Or il est important de pouvoir suivre l'évolution de l'intensité et la localisation de ces sources pour rendre compte de la transition engagée et de ses effets sur l'environnement et le climat.

Opération d'un réseau de mesures automatiques de black carbon pour alimenter un modèle inverse d'estimation des sources

Les programmes internationaux qui ont tenté de simuler les effets du BC sur le climat dans l'ASE ont souligné que de meilleurs inventaires d'émissions résolus dans le temps et dans l'espace étaient cruciaux pour améliorer les prévisions et les modèles climatiques.<br /><br />BLACKNET propose de faire la démonstration opérationnelle d'un nouveau système bon marché pour surveiller le BC en même temps que d'autres traceurs de combustion, afin d'identifier, localiser et de caractériser leurs sources.<br />(1) Le premier objectif est technique : le développement et la démonstration opérationnelle d'un réseau de capteurs BC déployés sur la péninsule indochinoise, fournissant des données collectées et calculées en continu. (2) Le deuxième objectif est scientifique : le développement d'une méthodologie innovant de traitement de données atmosphériques reposant sur une modélisation inverse basée sur des capteurs de BC communicants, dans le but d'améliorer et de valider les inventaires «top-down« des émissions de BC.

WP1 INSTRUMENTS A COUT RAISONNE DE MESURE AUTOMATIQUE DU BLACK CARBON

Des capteurs opérationnels et rentables, ainsi qu'une stratégie de déploiement appropriée, sont nécessaires pour étendre les réseaux de surveillance là où ils existent déjà et combler les lacunes géographiques à l'échelle mondiale. En outre, les capteurs rentables ouvrent la voie à de nouvelles stratégies d'observation, par exemple en permettant la mise en œuvre de réseaux plus denses sur des sites d'intérêt (par exemple, les villes, les sites écologiquement sensibles), ou des approches de science citoyenne.
Néanmoins, la qualité, la traçabilité et l'interopérabilité de ces systèmes de capteurs rentables doivent respecter des exigences claires. À l'heure actuelle, des capteurs bon marché sont disponibles pour certains paramètres d'intérêt, mais avec une qualité dégradée. Le WP1 vise à achever le développement de systèmes de capteurs rentables jusqu'au TRL9 pour la qualité de l'air, y compris un intérêt spécifique et original pour le BC.

WP2 MODELISATION INVERSE

L'objectif de ce work package est d'améliorer les inventaires de BC dans la région SEA en utilisant la modélisation inverse des observations de BC générées par le réseau de BC Pods établi dans le cadre du WP1. Le WP2 fournira également une évaluation de la pertinence de ces mesures pour comprendre la distribution régionale/globale des aérosols carbonés et leur impact sur le climat et l'environnement régional/global.

WP3 MODELISATION DIRECTE

L'objectif est d'identifier les principales régions sources de BC et les voies de transport contribuant aux concentrations observées sur un site donné en utilisant la modélisation régionale de la chimie atmosphérique et les inventaires d'émissions existants (par exemple REAS 2.1 à 0,25°, Kurokawa et al., 2013). L'analyse du modèle sera effectuée au cours de la période 2000-2016, pour laquelle nous pouvons collecter un large ensemble de données satellitaires d'aérosols de qualité assurée (par exemple AERONET, MODIS, CALIOP, PARASOL, MISR) utilisées en soutien à la modélisation. La contribution des différentes régions d'émissions à une zone réceptrice donnée sera évaluée à l'aide de traceurs BC géographiquement marqués à la source.
Combinées aux observations par satellite du transport de la pollution, ces informations seront utilisées pour relier les régions réceptrices aux régions sources en tant que première hypothèse avant la modélisation quantitative inverse développée dans le WP2. Cette analyse permettra de qualifier les sites d'observation en ce qui concerne leur capacité à mesurer les contributions à grande échelle par rapport aux contributions locales à la charge de carbone. Etant donné la gamme de processus, d'échelles spatiales et temporelles impliqués, des modèles régionaux de différentes complexités seront utilisés.

Les analyseurs automatiques de black carbon ont été développés et comparés à des instruments commerciaux. Leur déploiement a commencé au Vietnam et en Thailande.
La modélisation inverse a été mise en place et des tests ont été réalisés.

Les mesures de BC réalisées à Bangkok et au nord de la Thaïlande, à Chiangmai, ont permis de
caractériser des sources de combustion très différentes, marquées par les combustibles fossiles à Bangkok et par les feux de biomasse à Chiangmai.
L’IRD poursuit son objectif de faire financer un observatoire du black carbon en Asie du sud. BLACKNET s’inscrit dans cette démarche ambitieuse.

Articles scientifiques
En préparation

Communications
Participation au regional workshop on Environmental Systems in South East Asia, Hanoi Dec 2023
Participation à l'American Geophysical Union Conference Dec 2023

Le carbone suie (BC) contribue au réchauffement climatique en absorbant la lumière du soleil. Les modèles climatiques mondiaux actuels sous-estiment systématiquement l'absorption des aérosols dans l'atmosphère d'un facteur trois par rapport aux observations, ce qui est souvent attribué à la sous-estimation des émissions de BC. Les inventaires des émissions de BC sont traditionnellement construits en utilisant une approche "bottom-up" basée sur les données d'activité et les facteurs d'émission. La détermination des facteurs d'émission nécessite des méthodologies extrêmement fines très coûteuses (en temps et en ressources), ce qui conduit dans la pratique à des données d'émission de qualité très hétérogène dans l'espace et dans le temps. L'Asie du Sud-Est (ASE) abrite une multitude de sources de combustion émettant de grandes quantités de BC dans l'atmosphère: combustion de biomasse incluant tourbières et feux de forêts et utilisation domestique de biocarburants, produits pétroliers pour le transport. Mais tout indique que cette région sera particulièrement touchée par le charbon dont la consommation va exploser au cours des prochaines décennies pour répondre à la demande en énergie. Cette partie de l'Asie se trouve également sous le vent des fortes émissions de la BC en provenance de Chine en hiver. En conséquence, toutes les tendances augmentent quantitativement et font de l'ASE la région du monde à étudier prioritairement.
Les programmes internationaux qui ont tenté de simuler les effets du BC sur le climat dans l'ASE ont souligné que de meilleurs inventaires d'émissions résolus dans le temps et dans l'espace étaient cruciaux pour améliorer les prévisions et les modèles climatiques. BLACKNET propose de faire la démonstration opérationnelle d'un nouveau système bon marché pour surveiller le BC en même temps que d'autres traceurs de combustion, afin d'identifier, localiser et de caractériser leurs sources.
(1) Le premier objectif est technique : le développement et la démonstration opérationnelle d'un réseau de capteurs BC déployés sur la péninsule indochinoise, fournissant des données collectées et calculées en continu. (2) Le deuxième objectif est scientifique : le développement d'une méthodologie innovant de traitement de données atmosphériques reposant sur une modélisation inverse basée sur des capteurs de BC communicants, dans le but d'améliorer et de valider les inventaires "top-down" des émissions de BC. Le consortium comprend des chercheurs et des groupes de recherche internationalement reconnus dans les domaines de la caractérisation des aérosols, de la modélisation inverse, des inventaires d'émissions et de la modélisation régionale. Les réalisations sur le terrain sont confortées par une forte implication dans le projet de l'Asian Institute of Technology de Bangkok et de l'Académie Vietnamienne des Sciences et Technologies. Des impacts sont attendus sur le développement potentiel du marché car de nouvelles opportunités apparaîtront pour le secteur commercial français de l'observation de la Terre, principalement les fournisseurs de technologies / capteurs et de traitement de données, mais aussi pour les utilisateurs en aval - fournisseurs de services - avec la définition et la démonstration de nouveaux services et applications dans les domaines du climat et de la qualité de l'air. Les résultats du projet s'inscriront dans des cadres internationaux tels que l'Initiative mondiale sur les émissions (GEIA), le Service de surveillance de l'atmosphère Copernicus, en particulier CAMS-43 sur les aérosols, à partir desquels les données seront utilisées pour comparaison, ou encore l'accord des dix pays membres de l'ASEAN pour lutter contre la pollution transfrontalière par les nuages.

Coordination du projet

Roland SARDA (CEA SACLAY - DRF - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LA Laboratoire d'Aérologie
LSCE CEA SACLAY - DRF - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
AIT Asian Institute of Technology / Environmental Monitoring and Management
ADDAIR ADDAIR
USTH Université des Sciences et Techniques de Hanoi / REMOSAT
LOA Laboratoire d'optique atmosphérique

Aide de l'ANR 505 506 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter