Détection et quantification des émissions d'oxydes d'azote à l'aide de données satellitaires dans la région de la Méditerranée orientale et du Moyen-Orient

Detection and quantification of the emissions of nitrogen oxides using satellite data across the eastern Mediterranean and Middle East region

• Auteur / Autrice : Anthony Rey-Pommier
• Direction : Frédéric Chevallier, Theodoros Christoudias, Philippe Ciais, Jean Sciare, Jonilda Kushta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 08/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec The Cyprus Institute
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Charbel Afif
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pepijn Veefkind, Trissevgeni Stavrakou, Isabelle Pison, Claire Granier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pepijn Veefkind, Trissevgeni Stavrakou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méditerranée (mer)

Pollution

Satellites

Oxydes d'azote

Mots clés libres

Oxydes d'azote

Émissions

Satellite

Pollution

Moyen-Orient

Méditerranée

Emissions

Pollution

Nitrogen oxides

Satellite

Middle-East

Mediterranean

Résumé

Les zones urbaines et les installations industrielles concentrent la majorité des émissions de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre. Dans la région de la Méditerranée orientale et du Moyen-Orient, ces émissions ont des effets néfastes sur la qualité de l'air et de graves répercussions sur le climat mondial. Pour de nombreux pays de cette région, les inventaires d'émissions sont incertains ou obsolètes, ce qui empêche une mise en œuvre optimale des stratégies d'atténuation du changement climatique et de surveillance de la qualité de l'air. Pour résoudre ces problèmes, l'utilisation de systèmes d'observation indépendants devient de plus en plus courante. Les mesures satellitaires à résolution spectrale du rayonnement solaire rétrodiffusé permettent de quantifier les concentrations de polluants atmosphériques, qui peuvent être utilisés pour identifier et calculer les émissions. En particulier, les mesures de l'instrument TROPOMI à bord du satellite Sentinel-5 Precursor récupèrent des densités de colonne de dioxyde d'azote à haute résolution spatiale qui peuvent être utilisées pour cartographier les émissions d'oxydes d'azote à partir de différentes méthodes. Parmi ces méthodes, le schéma flux-divergence fournit une cartographie simple et efficace des émissions des villes et des installations industrielles isolées de l'ensemble de la région. Bien que cette méthode présente des limites, elle démontre l'importance de la contribution des systèmes d'observation indépendants pour surmonter les faiblesses des inventaires d'émissions pour la qualité de l'air, avec la possibilité d'étendre son champ d'application aux inventaires de gaz à effet de serre à travers l'utilisation de facteurs d'émission sectoriels entre les oxydes d'azote et le dioxyde de carbone.

Urban areas and industrial facilities concentrate the majority of air pollutant and greenhouse gas emissions. In the Eastern Mediterranean and Middle East region, these emissions result in adverse impacts on air quality and serious implications for global climate. In many countries of this region, emission inventories are uncertain or outdated, which hinders an optimal implementation of climate change mitigation and air quality monitoring strategies. To overcome such issues, the use of independent observation systems is becoming increasingly prevalent. Spectrally resolved satellite measurements of solar backscattered radiation enable the quantification of atmospheric pollutant concentrations, which can be used to identify and calculate emissions. In particular, measurements from the TROPOMI instrument on board the Sentinel-5 Precursor satellite retrieve nitrogen dioxide column densities at high spatial resolution which can be used to map emissions of nitrogen oxides from different methods. Among these methods, the flux-divergence scheme provides a simple and efficient mapping of emissions from cities and isolated industrial facilities of the entire region. Although limitations exist for this method, it demonstrates the importance of the contribution of independent observation systems to overcome the weaknesses of emission inventories for air quality, with potential to expand its scope to greenhouse gas inventories through the use of sectoral emission factors between nitrogen oxides and carbon dioxide.