Magic-Comet 2018

MAGIC : une campagne de mesures inédite pour traquer les gaz à effet de serre

Le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄) sont les deux principaux gaz à effet de serre émis par les activités humaines. Afin de mieux connaître leur concentration et leur répartition entre les régions toulousaine et orléanaise, une quarantaine de scientifiques français.e.s, principalement du CNRS et du CNES, mais aussi du CEA, de l’École polytechnique, de Météo-France et des universités de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, Lille et Reims, participent depuis le 23 mai à une vaste campagne de mesures atmosphériques inédite : la campagne MAGIC (Mesures Atmosphériques des Gaz à effet de serre à l'aide de multiples Instruments déployés en Campagnes). Cette campagne s’appuie sur l’infrastructure nationale Service des avions français instrumentés pour la recherche en environnement (Safire – Météo-France/CNRS/CNES) qui met à disposition des scientifiques un Falcon 20. Véritable laboratoire volant pour la mesure in-situ de concentration de gaz, de température/humidité/vent et de particules entre 0 et 11 km d’altitude, cet avion de recherche officie, dans ce cadre, entre Toulouse et Orléans. MAGIC repose également sur l’expertise du CNES et du CNRS dans le déploiement de ballons météorologiques depuis les Landes et le Loiret. Au total, deux avions de recherche, 14 lâchers de sondes atmosphériques sous ballons, 4 sites instrumentés du réseau ICOS et une dizaine d’instruments de mesure de la concentration des gaz sont déployés pour cette campagne inédite.

La campagne MAGIC a un double objectif :

1. Comprendre les échanges verticaux des gaz à effet de serre le long de la colonne atmosphérique, en lien avec le transport atmosphérique, les sources et les puits de gaz à la surface et dans l’atmosphère. En effet, l’une des principales inconnues du cycle du carbone concerne la méconnaissance actuelle de la distribution verticale des gaz à effet de serre, en particulier dans la haute troposphère et la stratosphère, la plupart des réseaux de mesure existant ne réalisant que des mesures à la surface.
2. Préparer les futures missions spatiales françaises pour le suivi des gaz à effet de serre annoncées lors de la COP21 à Paris : Merlin (mission franco-allemande pour la mesure du méthane), MicroCarb (mission française pour la mesure du dioxyde de carbone) et IASI-NG (mission européenne pour la mesure de la composition atmosphérique et du climat). Ces missions donnent accès à des mesures moyennes des concentrations de gaz sur la colonne atmosphérique.

Seule une utilisation couplée de mesures ballons, avions et sol permet d’atteindre ces objectifs. Les ballons apportent une mesure unique de la répartition verticale de la concentration des gaz jusqu’à 30km, mais ne permettent des mesures qu’à des points précis et limités. Les avions de recherche instrumentés volant jusqu’à une dizaine de km permettent d’envisager des mesures dans un large champ d’action et de suivre les satellites sous leurs traces.
En coopération avec le Centre allemand pour l'aéronautique et l'astronautique (DLR), agence spatiale allemande, un vol conjoint entre le Falcon 20 et le HALO du DLR (impliquant l’équipe du lidar CHARM-F, démonstrateur de la mission Merlin) est effectué afin de réaliser des mesures simultanées entre les deux avions. Ce vol est opéré en concomitance avec des lâchers de sondes atmosphériques et des mesures de télédétection depuis le sol.

Durant la campagne MAGIC, le Falcon 20 embarque particulièrement deux analyseurs à diode laser G2401-m développés par la société Picarro et permettant la mesure très précise de la concentration de CO₂, CH₄ et CO. Situés sous les ailes, des instruments de type CDP (Cloud Droplet Probe) permettent la mesure de la taille des particules atmosphériques (gouttelettes d’eau, aérosols). L’équipe à bord durant un vol est composée de sept personnes : 2 pilotes, 1 technicien-avion, 3 ingénieurs et 1 scientifique.

Plan de vol de la campagne Magic

La campagne MAGIC se déroule majoritairement entre les sites instrumentés d’Aire-sur-l’Adour (ASA) et de Trainou-Orléans (TRN).
Partant de l’aéroport de Toulouse-Francazal, le Falcon 20 de Safire relie les stations ASA et TRN avec un aller-retour en une journée. Le long du parcours, 5 chandelles sont réalisées entre 50 m (passage bas) et 11 km. Le HALO du DLR, qui part de sa base de Munich, rejoint le Falcon au-dessus d’ASA et effectue un vol coordonné avec le Falcon 20. Pas moins de sept zones de contrôle aérien, à la fois civiles et militaires, sont concernées. La coordination générale est réalisée par Safire, l’avion du DLR volant sous plastron français.
Sur les deux sites ASA et TRN, des lâchers de ballons légers dilatables sont réalisés à chaque passage de l’avion. Les ballons emportent l’échantillonneur atmosphérique AirCore et l’instrument Amulse afin de réaliser des mesures de profils de 0 à 30 km.
Enfin, des mesures de colonnes intégrées de gaz réalisées depuis le sol à l’aide de spectromètres infrarouges EM27/sun et CHRIS viennent compléter le dispositif
En particulier, au-dessus de TRN et ASA, l’avion HALO se maintient à 15 km d’altitude afin de réaliser des mesures de colonnes totales de CH4 avec le lidar CHARM-F pendant que le Falcon 20 effectue sa chandelle. Le but : connaitre les concentrations de méthane à l’endroit où la colonne est mesurée pour faciliter la comparaison et étudier la différence avec les profils mesurés par les instruments sous-ballons à une centaine de km.

Les laboratoires impliqués

• Laboratoire de météorologie dynamique (LMD – IPSL, CNRS/ENS/Ecole polytechnique/Sorbonne Université)
• Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE - IPSL, CEA/CNRS/UVSQ)
• Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique (GSMA, CNRS/Université de Reims Champagne-Ardenne)
• Laboratoire d’optique appliquée (LOA, CNRS/Université de Lille)
• Laboratoire d'études du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (LERMA, Observatoire de Paris/CNRS/Sorbonne Université/ENS/Université de Cergy-Pontoise)
• Service des avions français instrumentés pour la recherche en environnement (Safire, Météo-France/CNRS/CNES)
  
  

Missions spatiales

Merlin (Methane Remote Sensing LIdar Mission)

La mission Merlin est née de la volonté commune franco-allemande de développer un système spatial innovant et pré-opérationnel relatif au climat et à la surveillance des gaz à effet de serre. Elle a pour objectif la mesure des concentrations atmosphériques de méthane (CH4) afin de permettre l’estimation des flux de ce gaz contenu dans l’atmosphère, à l’échelle planétaire. En France, le CNES est responsable de la qualité des mesures scientifiques produites par la mission.

MicroCarb

L’objectif de MicroCarb est de cartographier, à l'échelle planétaire, les sources et puits du principal gaz à effet de serre : le dioxyde de carbone (CO2). Cette mission, en cours de développement, prévoit le lancement d'un micro-satellite en 2021. Cet instrument, dont la maitrise d’œuvre est réalisée à Toulouse, sera embarqué sur une plateforme issue de la filière Myriade du CNES. La réalisation de la mission implique la communauté scientifique française engagée dans la recherche sur la climatologie et l’étude du cycle du carbone.

IASI-NG (Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge – Nouvelle Génération)

Depuis 2006, l'instrument IASI équipe les satellites européens Metop. Sa force : outre la température et l’humidité, il mesure plus de 25 composants atmosphériques avec une très grande précision. L’instrument IASI-nouvelle génération permettra de déterminer les profils de température et de vapeur d'eau dans l'atmosphère, la température de surface des océans et des continents, de suivre une gamme très vaste de composés chimiques et de variables essentielles pour l'étude du climat : gaz à effet de serre, poussières désertiques, nuages...

Magic-Comet dans la presse

• La Dépêche du Midi, 01/06/2018
• 20 minutes, 31/05/2018 
• La Tribune, 05/06.2018
• Sciences & Avenir, 09/2019

Préparation de Magic-Comet

• Pré-Comet 

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