Simon Carn mesure les émissions de gaz du mont Yasur dans la nation insulaire de Vanuatu en 2014. Crédit :Simon Carn
À la fin du mois dernier, un stratovolcan à Bali nommé Mount Agung a commencé à fumer. De petits tremblements de terre tremblaient sous la montagne. Les autorités ont depuis évacué des milliers de personnes pour empêcher ce qui s'est passé lors de l'éruption d'Agung en 1963, tuant plus de 1, 000 personnes.
Avant que les volcans n'éclatent, il y a souvent des signes avant-coureurs. De minuscules tremblements de terre rarement ressentis par les humains mais détectés par les sismographes émanent du volcan. Des panaches de vapeur d'eau s'élèvent du cratère. Lorsque le volcan commence à émettre des gaz comme du dioxyde de carbone et du dioxyde de soufre, l'éruption peut être imminente.
Mais s'approcher du sommet d'un volcan est un travail dangereux. L'utilisation de la télédétection pour détecter l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre sans mettre en danger les personnes ou les équipements augmenterait considérablement la compréhension humaine des volcans. Les émissions de télédétection pourraient empêcher les catastrophes humanitaires et les fausses alarmes.
Le mont Agung n'est pas encore entré en éruption (au moment de la rédaction de cet article), mais l'activité sismique reste intense. Les responsables balinais commencent à se demander si une éruption est vraiment imminente; les personnes qui ont été évacuées de la région veulent rentrer chez elles et le tourisme est en baisse.
Des chercheurs, dont le volcanologue de l'Université technologique du Michigan, Simon Carn, ont publié une collection d'articles, notamment "La détection spatiale des sources de dioxyde de carbone localisées" dans le journal. Science ; l'article détaille la première mesure connue de sources anthropiques et naturelles localisées de dioxyde de carbone à partir d'un satellite en orbite terrestre basse.
Les cinq articles de la collection spéciale OCO-2 Science présentent les capacités du satellite Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA; les mesures des capteurs du satellite donnent un aperçu de la façon dont le carbone relie tout sur Terre. La recherche est soutenue par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
Surveillance des émissions de CO2 depuis l'espace
L'article co-écrit par Carn explique comment l'équipe de recherche a adopté la haute résolution, mesures spatiales sensibles du dioxyde de carbone atmosphérique à l'échelle du kilomètre. Ces données révèlent que les capteurs du satellite sont capables de localiser des sources localisées de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, une tâche difficile compte tenu de la quantité de dioxyde de carbone de fond dans l'atmosphère pour commencer.
Cette figure montre les mesures de dioxyde de carbone au volcan Yasur au Vanuatu le 30 mai, 2015. Yasur est un volcan très actif et parmi les plus fortes sources d'émissions de gaz volcaniques sur Terre. Les données OCO-2 (panneau de gauche) montrent une petite augmentation du CO2 sous le vent (nord-ouest) du volcan. Le panneau du milieu montre les données OCO-2 redimensionnées pour montrer l'excès de concentration de dioxyde de carbone dans le panache volcanique au-dessus de la concentration de fond dans la région. La figure montre que le signal volcanique est très faible - seulement 1 pour cent au-dessus du carbone atmosphérique de fond. Cela démontre pourquoi des capteurs satellites extrêmement sensibles comme OCO-2 sont nécessaires pour détecter des sources de CO2 localisées. Le panneau de droite montre les concentrations réelles de dioxyde de carbone mettant en évidence les pixels de mesure considérés comme faisant partie du panache volcanique. Crédit :NASA JPL
Le satellite utilise la spectrométrie; les capteurs à bord du satellite mesurent la lumière solaire réfléchie (le rayonnement) avec une résolution spectrale élevée en utilisant des longueurs d'onde indétectables à l'œil humain. Lorsque la lumière traverse le dioxyde de carbone, une partie est absorbée par le gaz. La lumière restante rebondit sur l'océan et la Terre. Les capteurs OCO-2 mesurent la lumière qui rebondit pour quantifier ce qui a été absorbé par le dioxyde de carbone, permettre aux scientifiques d'isoler les sources d'émission, qu'elles soient humaines ou naturelles.
"L'objectif principal de l'article est la détection localisée, les émissions ponctuelles de dioxyde de carbone par opposition à la mesure de la concentration à grande échelle dans l'atmosphère, " dit Carn, professeur agrégé au Département de génie et des sciences géologiques et minières. "Les volcans peuvent être forts, sources localisées de dioxyde de carbone. Mais à l'échelle mondiale, toutes les preuves disponibles indiquent que les activités humaines émettent beaucoup plus de dioxyde de carbone que les volcans. »
La résolution spatiale du satellite OCO-2 (2,25 kilomètres) est suffisamment élevée pour que les signaux chimiques ne soient pas dilués. Cependant, alors que les mesures d'OCO-2 sont sans précédent, le satellite ne peut pas être utilisé comme outil de surveillance de routine des volcans car il ne passe pas assez fréquemment au même endroit sur la Terre.
"C'est une démonstration que la technique fonctionne, mais nous avons besoin de meilleurs capteurs avant que cela ne devienne un outil de surveillance de routine, surtout pour les volcans où l'on s'attend à des changements rapides dans les émissions de gaz, " dit Carn. " Si nous pouvions mesurer régulièrement le dioxyde de carbone volcanique depuis l'espace, ce serait un ajout très puissant aux techniques que nous utilisons. Ce genre d'observation serait utile (pour Agung) en ce moment."
Carn a passé au peigne fin les données satellitaires pour trouver des mesures de dioxyde de carbone spatiales détectables de trois volcans de la nation insulaire du Pacifique de Vanuatu. Un de ceux-là, Mont Yasur, est en éruption depuis au moins les années 1700, et le jour de la mesure OCO-2 émettait du dioxyde de carbone environ 3,4 parties par million au-dessus des niveaux atmosphériques de fond, équivalent à environ 42 kilotonnes d'émissions. En comparaison, émissions humaines en moyenne 100, 000 kilotonnes par jour.
Les capteurs d'OCO-2 ont également mesuré les émissions de dioxyde de carbone sur le bassin de Los Angeles, détecter une sorte de "dôme" de dioxyde de carbone. Les zones urbaines représentent plus de 70 pour cent des émissions anthropiques.
"Les processus naturels sur Terre sont actuellement capables d'absorber environ la moitié des émissions humaines de combustibles fossiles, " dit Annmarie Eldering, Scientifique adjoint du projet OCO-2 au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, et auteur principal d'un article de synthèse en Science sur l'état de la science OCO-2. "Si ces processus naturels s'affaiblissent, ralentir l'élimination utile du dioxyde de carbone, le réchauffement induit par les gaz à effet de serre s'accélérerait et s'intensifierait. Ces données commencent à nous donner une meilleure vision de la façon dont le climat affecte le cycle du carbone, réduisant l'énorme incertitude quant à la façon dont les deux pourraient changer à l'avenir. »
Les mesures OCO-2 à Los Angeles étaient suffisamment détaillées pour capturer les différences de concentrations au sein de la ville résultant de sources localisées. Ils ont également suivi la diminution des concentrations de dioxyde de carbone au fur et à mesure que le vaisseau spatial passait de la ville surpeuplée aux banlieues et au désert peu peuplé au nord.
