OASIS : Observation atmosphériques par sectroscopie infrarouge solaire

Objectif

L'objectif de l'observatoire OASIS est de mesurer l'évolution diurne, saisonnière et pluriannuelle des profils de concentrations de gaz minoritaires atmosphériques intégrés sur la verticale, pertinents pour la qualité de l'air ou pour les paramètres climatiques, à partir de l’analyse des spectres infrarouge en occultation solaire.

L’observatoire se situe sur le toit de l’UPEC (coupole vue sur le toit) et il est équipé d’un spectromètre à transformée de Fourier (Bruker, Vertex 80) et d’un héliostat (qui sert à suivre le soleil comme source de lumière pendant la journée). Jusqu’à présent, les mesures se font en continu, en journée ensoleillée sans nuage, pour les molécules d’ozone (O₃), de monoxyde de carbone (CO), d’acide nitrique (HNO₃) et d’ammoniac (NH₃).

L’observatoire OASIS est composé :
- d’une coupole motorisée et automatisée (Sirius Observatories),
- d’un héliostat (BRUKER A547N)
- d’un spectromètre à transformée de Fourier (BRUKER Vertex 80) à moyenne résolution spectrale (0.06 cm-1) (MOPD = 12 cm).

Engagement

En se basant sur la technique de mesure des stations de recherche IR de haute qualité du réseau international NDACC (Network for Detection of Atmospheric Composition Change) (https://www2.acom.ucar.edu/irwg), l’idée originale de l’observatoire OASIS était d’évaluer les performances d'un spectromètre d'absorption solaire FTIR à moyenne résolution spectrale pour la surveillance des polluants, afin d'effectuer des recherches sur la qualité de l'air dans les grandes mégapoles.

OASIS a été maintenu en devenant en 2013 un service d’observations de l’OSU-EFLUVE. En outre, il fait partie intégrante de la plateforme OCAPI de l’IPSL, sollicité pour des campagnes sur alerte en lien avec l’INERIS et le réseau Airparif dans le cas d’épisodes de pollution en région parisienne. Il a ainsi permis des observations sur le long terme. La bonne précision de la télédétection de la colonne totale de monoxyde de carbone et la colonne troposphérique de l’ozone (Viatte et al., AMT, 2011) (https://amt.copernicus.org/articles/4/2323/2011/amt-4-2323-2011.html) a été démontrée sur 8 ans de mesure (Chelin et al., E2C2, HdbEnvChem, 2014), grâce à la bonne sensibilité à la surface des mesures par télédétection depuis le sol en comparaison des mesures par satellite. Près de 300 jours de mesure ont été collectés entre 2009 et 2016 et permettent de suivre la variabilité saisonnière de l’ozone troposphérique et la variabilité diurne pendant des évènements de pollution.

Développement

Plus récemment, nous concentrons nos efforts sur l’analyse des mesures de d’ammoniac (NH3) et l’étude sur son rôle clé dans la formation des particules fines. OASIS a permis la première longue série temporelle (2009-2017) de mesures d’ammoniac atmosphérique en Ile-de-France, par analyse de ses fortes signatures spectrales dans l’infrarouge thermique (Tournadre, AMT, 2021) (https://amt.copernicus.org/articles/13/3923/2020/amt-13-3923-2020.html).



Les méthodes de télédétection sont affranchies des problèmes d’échantillonnage de l’ammoniac, dus aux processus d’adsorption et de conversion gaz-aérosol lors de la phase de prélèvement qui compliquent l’interprétation des résultats.

Par ailleurs, les mesures de télédétection depuis le sol ont un rôle à jouer dans la validation des mesures satellitaires : bien que permettant une couverture spatiale globale journalière, les instruments en orbite ont une sensibilité à la surface bien inférieure aux instruments terrestres, et la variabilité diurne, observable depuis le sol, ne peut être étudiée par satellite en orbite héliosynchrone, où seulement deux mesures par jour sont effectuées pour une position donnée.

Perspectives d'évolution

De nombreux projets pour OASIS sont en cours ou en maturation, qui permettent de monter des collaborations nationales et internationales :
- continuité du service d'observation OASIS/EFLUVE et intercomparaison avec des mesures par satellite (IASI, CrIS et les futures missions tq MTG-IRS (EUMETSAT), IASI-NG (CNES) et peut-être Nitrosat (ESA), et avec des simulations,
- synergie instrumentale pour répondre à la problématique de la mesure de l’ammoniac atmosphérique (consortium AMICA « Ammonia Multi-Instrumental Concentration Analysis »), https://www.inrae.fr/actualites/amica-analyser-lammoniac-latmosphere-mieux-gerer-qualite-lair
- couplage/synergie des mesures de colonnes totales et/ou profils verticaux de polluants par l’observatoire OASIS avec des mesures à la surface via les analyseurs de la Station Qualité de l’Air (SQA) du LISA