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Une carte mondiale de la pollution de l’air a pu être établie grâce au capteur SCIAMACHY d’Envisat 
Sur la base de 18 mois d’observations d’Envisat, une carte atmosphérique mondiale à haute résolution de la pollution par le dioxyde d’azote montre clairement comment les activités de l’homme influent sur la qualité de l’air. Le satellite Envisat de l’ESA, avec ses dix instruments, a été lancé en février 2002 et est le plus gros satellite de surveillance de l’environnement au monde. Son spectromètre d’absorption avec imageur à balayage pour la cartographie atmosphérique (SCIAMACHY) enregistre le spectre du rayonnement solaire qui traverse l’atmosphère. Ces résultats sont alors soigneusement filtrés pour trouver les « empreintes » d’absorption spectrale des gaz à l’état de trace dans l’air.
Le dioxyde d’azote (NO2) est essentiellement produit par l’homme, et une exposition excessive à ce gaz entraîne des lésions pulmonaires et des problèmes respiratoires. Le gaz joue également un rôle important dans la chimie atmosphérique puisqu’il engendre la production d’ozone dans la troposphère – qui est la couche inférieure de l’atmosphère sur huit à seize kilomètres de hauteur.
Des mesures sur des sites localisées du dioxyde d’azote atmosphérique sont effectuées dans bon nombre de pays occidentaux industrialisés, mais les sources de données au sol sont, dans l’ensemble, fort peu nombreuses.
Même si les deux instruments fonctionnent de la même manière, GOME a une résolution spatiale de seulement 320 x 40 km, à comparer avec la résolution moyenne de 60 x 30 km de SCIAMACHY. En outre, ce dernier observe l’atmosphère sous deux angles différents – vers le bas, en visée au « nadir » tout en faisant des observations de « limbe » dans la direction de vol – et dispose d’une largeur de spectre nettement supérieure à celle de son prédécesseur.
Des équipes des universités de Brême et d’Heidelberg en Allemagne, l’Institut d’aéronomie spatiale de Belgique (BIRA-IASB) et l’Institut météorologique royal des Pays-Bas (KNMI) ont pu traiter avec succès les données de SCIAMACHY pour produire les cartes les plus fines jamais réalisées des colonnes verticales du dioxyde d’azote troposphérique.
« La résolution spatiale améliorée qu’offre SCIAMACHY signifie que nous voyons beaucoup de détails sur les images globales, y compris l’identification individuelle de villes sources » précise Steffen Beirle de l’Institut de physique de l’environnement de l’Université d’Heidelberg, auteur de la carte présentée ci-dessus.
« Il y a également une très forte concentration au-dessus du Nord-Est de la Chine. De plus, sur l’Asie du Sud Est et une bonne partie de l’Afrique, on peut voir le dioxyde d’azote produit par la combustion de la biomasse. Les routes empruntées par les navires apparaissent en certains endroits : regardez la Mer Rouge et l’Océan Indien entre la pointe sud de l’Inde et l’Indonésie. La fumée des cheminées des navires qui empruntent ce trajet rejette de grandes quantités de NO2 dans la troposphère.
Comme GOME, SCIAMACHY opère en observant les rayonnements ultraviolets, visibles et du proche infrarouge réfractés dans l’atmosphère. L’essentiel du travail se fait au sol où les chercheurs s’efforcent d’identifier de très petites manifestations d’absorption des gaz rares sur la totalité du spectre de la lumière rétrodiffusée, un exploit qui rappelle la recherche d’une aiguille dans une meule de foin.
Ce qui reste après que ces éléments ont été enlevés est le « signal » recherché des structures plus étroites d’absorption des gaz rares, repérées par comparaison avec des profils échantillonnés. Appliquée aux résultats de SCIAMACHY, cette technique est suffisamment sensible pour repérer des colonnes qui contiennent moins de quelques parties de dioxyde d’azote par milliard de particules d’air. Pour donner une idée de l’échelle, au-dessus de grandes agglomérations très polluées comme Londres, les ratios de présence des particules de NO2 peuvent atteindre des niveaux de cent parties par milliard.
Les cartes du dioxyde d’azote présentées ici ont été établies à partir de données acquises au nadir : alors que le NO2 change considérablement d’un endroit à l’autre de la troposphère, il reste uniformément réparti dans la haute atmosphère, la stratosphère. Donc, les niveaux de dioxyde d’azote mesurés au-dessus des zones les plus isolées du Pacifique ont servi à définir une colonne de référence pour le dioxyde d’azote stratosphérique, ces valeurs étant soustraites des données mondiales pour déterminer les résultats des colonnes verticales troposphériques.
« Les résultats fournis par ce capteur et les autres capteurs semblables doivent pouvoir servir à l’avenir à prédire le temps et la qualité de l’air sur des bases chimiques » précise Beirle. « Pour l’instant, nous nous attachons surtout à utiliser les résultats de SCIAMACHY pour quantifier le rôle respectif des différentes sources d’oxyde d’azote – par exemple l’utilisation de combustibles fossiles, la combustion de produits de la biomasse, la foudre – particulièrement parce que l’apport de cette dernière est reste encore très mal connu ».
SCIAMACHY est un spectromètre qui cartographie l’air sur une très large plage de longueurs d’ondes, ce qui permet la détection des gaz rares, de l’ozone et des gaz connexes, ainsi que des nuages et des particules de poussière à travers toute l’atmosphère. Il fonctionne par mesure du rayonnement solaire, transmis, réfléchi et diffusé par l’atmosphère ou la surface terrestre sur les plages de longueur d’onde de l’ultraviolet, du visible et du proche infrarouge. Avec une fauchée de 960 km, il balaye la totalité de la planète tous les six jours. Cet instrument polyvalent est une contribution nationale à la mission Envisat de l’ESA. Il a été financé par le gouvernement allemand par le biais du Centre aérospatial allemand (DLR), par le gouvernement des Pays-Bas au travers de l’Agence néerlandaise pour les programmes aérospatiaux (NIVR) ainsi que par le gouvernement belge par l’intermédiaire du BIRA-IASB.
John Burrows de l’Institut de physique de l’environnement de l’Université de Brême a été le concepteur d’origine de SCIAMACHY, et il est maintenant le Directeur de recherches de ce programme. SCIAMACHY fait partie de la famille des spectromètres atmosphériques qui comporte aussi GOME, embarqué sur ERS-2, et le futur instrument GOME-2 qui sera lancé l’année prochaine dans le cadre de la première mission MetOp.
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