Perfectionnement du bilan du méthane via la modélisation multi-contraintes et multi-données – AMB-M3

La réduction des émissions de méthane (CH4) est nécessaire pour atteindre les objectifs de l’Accord de Paris sur le climat. La vérification de ces réductions à l’échelle régionale et sectorielle peut s’appuyer sur des approches de modélisation assimilant des observations atmosphériques. Ces approches « descendantes » sont effectivement efficaces pour déterminer les émissions nettes de CH4 mais elles souffrent de défauts critiques pour la tâche envisagée : une connaissance incomplète des émissions naturelles de CH4 et des difficultés à séparer des sources de différents secteurs se chevauchant géographiquement.
Les émissions naturelles de CH4 sont majoritairement issues des surfaces d’eau continentales (marais, tourbières, lacs…). Alors que des cartes d’émissions par les marais existent, aucun produit « grillé » n’est disponible pour les autres surfaces d’eau. Ainsi, les estimations mondiales des émissions par ces surfaces restent peu cohérentes en termes de localisation et d’intensité. Des cartes dynamiques de ces surfaces d’eau produites à partir d’un même jeu de données sont nécessaires pour assurer la cohérence et réduire les incertitudes sur les émissions de CH4. Les approches descendantes 3D s’appuient seulement sur des observations de CH4, en surface ou depuis l’espace et permettent d’estimer le flux net à la surface ou pour un petit nombre de secteurs d’émissions. Cependant, les mesures de CH4 seules ne suffisent pas à séparer les secteurs d’émissions se chevauchant. Les mesures isotopiques ou d’espèces co-émises comme l’éthane par le secteur du pétrole et du gaz ou le monoxyde de carbone par la combustion de la biomasse peuvent aider à discriminer les différentes sources. Pour cela, l’équipe de la coordinatrice du projet a récemment développé un système inverse (CIF-LMDz-SACs) qui intègre les observations des isotopes de CH4 comme contraintes supplémentaires à l’inversion.
Le projet AMB-M3 a pour objectifs 1) de produire le premier produit cohérent et sur une grille des émissions par les marais, les tourbières et les lacs pour analyser les sources de CH4 mais aussi pour forcer les approches descendantes 3D, et 2) de discriminer les sources CH4 en améliorant les capacités d’un modèle inverse. Dans le premier volet, nous développerons des cartes dynamiques et cohérentes des sols recouverts ou saturés en eau en associant de l’information sur le couvert végétal et le type de sol (contenu en carbone), pour la période 1995-2020 à partir de la base de données GIEMS-2. GIEMS-2 fournit des données mensuelles des zones inondées, même sous couvert végétal dense, de façon cohérente dans les régions semi-arides et en prenant en compte les difficultés d’inter calibration des satellites successifs. A partir de ce nouveau produit, une estimation des émissions de CH4 par les marais, tourbières et lacs sera faite en extrapolant les densités de flux données par la littérature. En parallèle, des développements ont été faits au LSCE pour simuler les émissions de CH4 par les marais et les tourbières dans différentes versions du modèle de surfaces continentales ORCHIDEE. Pour le projet, ils seront intégrés dans la même version trunk d’ORCHIDEE pour simuler les émissions de CH4 et comparé aux estimations précédentes. Le second volet vise à démontrer le potentiel des contraintes liées à l’éthane ou le monoxyde de carbone dans un système de modélisation inverse pour mieux estimer les émissions de CH4. Des analyses seront menées pour combiner de façon optimale les différentes contraintes issues des mesures à la surface et des mesures satellites afin de bénéficier des avantages de toutes les observations. Finalement, le projet AMB-M3 fournira de nouvelles estimations des sources et puits de CH4 aux échelles mondiales et régionales sur la période 2010-2020 à partir de ces nouveaux développements sur les approches montantes (ORCHIDEE) et descendantes.