30 Septembre 2016

Mission

bpc_merlin-timeline_fr.png

Contexte Scientifique

Le méthane (CH4) est le deuxième gaz à effet de serre après le gaz carbonique (CO2), Il a un potentiel de réchauffement global (GWP) de 28 sur 100 ans, ce qui le rend plus efficace vis à vis du CO2 à plus faible concentrations.Les principales sources anthropiques de CH4 sont les émissions provenant de la production d’énergie, les décharges, le traitement des déchets, les bovins, les rizières, et la combustion incomplète de la biomasse. Il existe également d’importantes sources naturelles de CH4 provenant des zones humides notament. En raison des activités humaines, le rapport de mélange atmosphérique du CH4 a été multiplié par plus de 2,5 depuis 1750. En outre, le méthane augmente aussi le forçage radiatif de l’ozone et de la vapeur d’eau dans la stratosphère. Compte tenu de ces effets indirects, le forçage radiatif de CH4 atteint environ 60% de celui du CO2 en dépit d’un rapport de mélange atmosphérique beaucoup plus faible.

La compréhension du cycle du méthane est encore très largement imparfaite, y compris à l’échelle planétaire en ce qui concerne la quantification des différents types d’émissions. L’estimation des émissions de CH4 peut se faire soit par des mesures directes de flux contraignant des modèles représentant les processus à l’œuvre et par des inventaires d’émissions (approche montante), soit par l’inversion d’observations atmosphériques de méthane à l’aide d’un modèle de chimie-transport (approche descendante). Cette seconde approche s’appuie sur les réseaux d’observations de surface (très précises mais inégalement réparties), et sur les reconstructions existantes de colonnes de méthane par télédétection spatiale passive. Même si ces méthodes passives amènent un grand nombre de données supplémentaires pour contraindre le cycle du méthane, ces données demeurent peu précises, sujettes aux biais (eg aérosols), et de grandes zones d’importance pour le cycle du méthane restent très peu observées (hautes latitudes, zones nuageuses).

L’objectif du lidar CH4 Merlin est d’améliorer cette situation en apportant des données de méthane sur toute la Terre, et notamment sur des zones clefs pour le cycle du méthane, pas ou peu couvertes actuellement: l’arctique, l’Eurasie, et les continents tropicaux. Un instrument actif comme le lidar Merlin devrait fournir des données plus précises que les instruments passifs actuels, car moins sujets aux biais associés à la présence de couches de particules dans l’atmosphère, et permettre l’observation des hautes latitudes. La faible empreinte au sol, de l’ordre de 100 m, et l’absence de biais dus à la présence de couche de particules, devrait permettre de reconstruire une colonne de méthane même en situation météorologique complexe. Cette relative insensibilité aux biais pour un instrument actif est fondamentale pour les systèmes d’inversions atmosphériques qui pré supposent généralement l’absence de biais.

Un réchauffement de la planète, en particulier dans les régions boréales, pourrait favoriser la fonte du pergélisol qui contient des quantités importantes de méthane. Il existe aussi des gisements d’hydrates de méthane sur les plateaux continentaux océaniques qui pourraient être vulnérables au réchauffement des océans. Autre exemple d’importance, la modification du régime des précipitations tropicales ou boréales, associée à l’évolution du climat, pourrait fortement affecter les émissions de méthane des zones inondées, qui constituent la première source de méthane à l’échelle planétaire.

Le développement et la mise en œuvre d’un système d’observation et de suivi pour la détection des émissions de CH4 dans ces zones vulnérables a donc une grande importance scientifique. Le lidar CH4 Merlin se veut le démonstrateur d’une réponse pertinente à ces enjeux scientifiques majeurs.

Mission

Le projet Merlin est né de la volonté commune franco-allemande de développer un satellite innovant et pré-opérationnel relatif au climat et à surveillance des gaz à effet de serre. Cette mission a pour objectif la mesure et la restitution des flux de méthane (CH4) contenus dans l'atmosphère, à l'échelle planétaire.

Le méthane est un composé important du cycle du carbone, il contribue de façon significative au réchauffement du climat de la Terre. Le principal objectif scientifique est d'apporter une amélioration significative au calcul des flux de CH4, ce qui requiert une précision de 1% sur le rapport colonne moyenne sèche / mélange de CH4, à la résolution horizontale de 50 km.

La mission Merlin se base sur un petit satellite pour les mesures des gradients spatiaux et temporels des colonnes de méthane atmosphérique à l'échelle mondiale. La composante spatiale est constituée d'une nouvelle plateforme de la série Myriade Evolutions (gamme des 400 kg) développée sous le contrôle du CNES, et du premier lidar (Light Detecting And Ranging) IPDA (Integrated Path Differential Absorption) développé sous la responsabilité du DLR, l'administration spatiale allemande.

Le satellite Merlin travaillera à une altitude d'environ 500 km, sur une orbite héliosynchrone, avec un nœud ascendant soit à 06:00 ou à 18:00 heure locale, en fonction des opportunités de lancement.

La technique IPDA permet des mesures en toute saison, à toutes les latitudes. La technique IPDA repose sur des mesures DIAL (Differential Absorption Lidar) utilisant un laser pulsé émettant à deux longueurs d'ondes, une longueur d'onde verrouillée précisément sur la raie d'absorption du méthane, et l'autre longueur d'onde en dehors de la raie d'absorption du méthane pour être utilisée comme référence.

Concept de prise de vue par Merlin
© CNES/Illustration D. Ducros

En dehors de la composante spatiale, l'autre partie clé de la mission est la composante sol constituée d'un Centre de Contrôle et d'un Centre de Mission dédié à la Charge Utile.

  • Le Centre de Contrôle de Merlin est en charge du contrôle du satellite. Il utilise le réseau de stations sol du CNES.
  • Le Centre de Mission de Merlin est dédié au contrôle et au suivi de la charge utile. Il réalise les traitements des données et leur mise à disposition en accord avec les exigences scientifiques.

Les produits de la mission sont divisés en différents niveaux (de 0 à 3). Ils sont distribués selon la politique définie par les diverses composantes contribuant à la mission.

Publié dans :