Détection du dioxyde d’azote dans les centrales électriques avec Sentinel-2

Le dioxyde d’azote atmosphérique est un polluant nocif qui a des répercussions importantes sur la qualité de l’air, le climat et la biosphère. Bien que les satellites cartographient les concentrations de dioxyde d’azote depuis les années 1990, leur résolution est généralement trop faible pour localiser des sources individuelles comme les centrales électriques.

Dans une étude récente publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesdes chercheurs ont utilisé les images de Copernicus Sentinel-2 pour observer pour la première fois les panaches de dioxyde d’azote provenant des centrales électriques, marquant ainsi une avancée significative dans la surveillance de la pollution de l’air.

Le dioxyde d’azote est principalement émis par les émissions d’origine humaine, comme la combustion de combustibles fossiles par les véhicules et les centrales électriques, ainsi que par des sources naturelles, comme la foudre ou les incendies de forêt. Le dioxyde d’azote a un impact considérable sur la qualité de l’air et contribue au smog et aux problèmes respiratoires. Il est un composant essentiel du smog, produisant la couleur jaune-brun du smog que nous voyons dans l’air.

La détection et la quantification des émissions de dioxyde d’azote sont essentielles pour comprendre leur impact environnemental et pour développer des stratégies visant à réduire la pollution atmosphérique.

Traditionnellement, des satellites comme le satellite Copernicus Sentinel-5P ont été utilisés pour cartographier les concentrations de dioxyde d’azote, mais leur résolution a souvent été trop grossière pour localiser des sources spécifiques comme les centrales électriques, sans faire la moyenne de nombreuses observations.

Cependant, les nouvelles recherches montrent que les satellites Copernicus Sentinel-2 et américain Landsat peuvent désormais détecter et mesurer les panaches de dioxyde d’azote provenant de centrales électriques individuelles avec une précision remarquable.

Les satellites Sentinel-2 ont été conçus pour capturer des images haute résolution de la surface de la Terre afin de surveiller les sols et les ressources naturelles, et non la pollution atmosphérique. Traditionnellement, leur utilisation principale a été la surveillance de la couverture terrestre, de la végétation et des plans d’eau en raison de leur haute résolution spatiale.

Cependant, des avancées récentes ont montré que Sentinel-2 peut également détecter des panaches de dioxyde d’azote. Cette capacité découle de sa haute résolution spatiale, qui lui permet de capturer des images détaillées pouvant révéler la présence de dioxyde d’azote dans l’atmosphère, même si elle dispose de moins de bandes spectrales que les instruments hyperspectraux.

En utilisant les bandes visibles et proches infrarouges, les chercheurs peuvent localiser les émissions de dioxyde d’azote provenant de sources spécifiques, telles que les centrales électriques, et, en les combinant avec les enregistrements à long terme des satellites Landsat, les tendances des émissions au fil du temps peuvent être analysées.

L’étude s’est concentrée sur les centrales électriques d’Arabie saoudite et des États-Unis. Les chercheurs ont utilisé des images des bandes bleue et ultra-bleue des deux satellites pour identifier les panaches de dioxyde d’azote.

Les images haute résolution leur ont permis d’estimer les taux d’émission d’oxydes d’azote de plusieurs grandes centrales électriques, notamment celles de Riyad, en Arabie saoudite, et du Wyoming aux États-Unis.

L’une des principales conclusions a été tirée de la centrale électrique 9 de Riyad, où une analyse sur 13 ans, de 2009 à 2021, a montré d’importantes variations saisonnières des émissions. En été, lorsque l’utilisation de la climatisation est élevée, les émissions atteignent un pic.

Daniel Varon, chercheur principal de l’étude, a commenté : « Cette capacité inattendue signifie que Landsat et Sentinel-2 peuvent être utilisés pour détecter les émissions de dioxyde d’azote avec une résolution spatiale fine, ce qui est particulièrement utile dans les zones urbaines où les sources de pollution sont nombreuses et proches les unes des autres.

« Nos résultats ajoutent à l’utilité des satellites Sentinel-2, leur permettant de contribuer à la surveillance de la qualité de l’air en localisant les sources de pollution, ce qui a été un défi pour les instruments satellitaires traditionnels de détection du dioxyde d’azote. »

L’utilisation de ces satellites pour la surveillance de la pollution atmosphérique n’est pas sans poser de défis.

« Nous constatons que les satellites fonctionnent mieux sur des surfaces claires et uniformes et peuvent avoir des difficultés dans les zones au terrain complexe ou aux surfaces sombres », explique M. Varon. « Cependant, même avec ces limitations, ils offrent un nouvel outil puissant pour identifier et surveiller les sources de pollution. »

Le succès de l’étude, qui a utilisé les satellites Landsat et Sentinel-2 à cette fin, ouvre de nouvelles possibilités en matière de surveillance de l’environnement. Elle offre une nouvelle façon de comprendre et de combattre la pollution atmosphérique, notamment dans les régions où les systèmes de surveillance traditionnels font défaut.

En exploitant ces satellites, les chercheurs et les décideurs politiques peuvent mieux comprendre les sources et les tendances des émissions de dioxyde d’azote, contribuant ainsi à créer des stratégies plus efficaces pour améliorer la qualité de l’air et protéger la santé publique.

À propos de Copernicus Sentinel-2

La mission Copernicus Sentinel-2 fournit des images optiques haute résolution pour surveiller l’utilisation et l’évolution des terres, l’imperméabilisation des sols, la gestion des terres, l’agriculture, la foresterie et les catastrophes naturelles, notamment les inondations, les incendies de forêt et les glissements de terrain.

La mission comprend deux satellites jumeaux, Sentinel-2A et Sentinel-2B, lancés respectivement en 2015 et 2017. Le lancement prochain de Sentinel-2C, le 4 septembre 2024, étendra encore cette capacité.

Sentinel-2C, comme ses prédécesseurs Sentinel-2A et -2B, poursuivra l’héritage de la mission en fournissant des données essentielles pour la surveillance de l’environnement, en générant des images optiques allant de la région visible à la région infrarouge à ondes courtes du spectre électromagnétique.

Depuis une altitude de 786 km, le satellite « C » fournira une imagerie continue dans 13 bandes spectrales avec des résolutions de 10, 20 ou 60 mètres et une largeur de bande exceptionnellement grande de 290 km.