Station atmosphérique

Dans le cadre de l'OPE, une station atmosphérique a été installée sur les hauteurs de la commune de Houdainlecourt (55). Elle permet de mesurer, en continu, et à très long terme, la qualité de l'air et les gaz à effet de serre. Cette station est équipée d'un pylône de 120 mètres, doté de capteurs météorologiques et de préleveurs d'air reliés à des analyseurs au sol. Inaugurée en septembre 2011, cette station s'inscrit dans l'infrastructure européenne ICOS (Integrated Carbon Observation System), dont l'objectif est de développer l'observation de l'air et des gaz à effet de serre sur l'ensemble de l'Europe.

Contexte

L'atmosphère est un milieu fluide, mélange de gaz et particules, décrit par ses propriétés chimiques, optiques, dynamiques et thermodynamiques : composition, température, pression, précipitations, vitesse, ....

De nombreuses propriétés atmosphériques influencent les propriétés des milieux environnant, notamment les sols et les cours d'eau ainsi que la vie qui s'y développe. La composition chimique de l'atmosphère terrestre est le produit de l'histoire géologique naturelle de la Terre auquel s'ajoute depuis le début de l'ère industrielle des effets anthropiques. De même, les caractéristiques climatiques, statistiques, sont déterminées très largement par des facteurs géologiques (distribution des continents, orographie) et orbitaux (rayonnement solaire, rotation de la Terre) désormais perturbés par les activités anthropiques.

L'observation des propriétés atmosphériques sur le territoire de l'OPE nécessite de définir les variables et paramètres à observer mais aussi les réseaux auxquels ces observations se rattachent. En effet les variables météorologiques observées : température, pression, humidité, vent, précipitations, nuages... ne livrent d'informations que grâce à une couverture spatiale offerte par les réseaux d'observations (fondamentaux notamment pour la prévision météorologique) et par des séries temporelles longues permettant d'accéder à des descriptions statistiques. Cette double exigence de couverture spatiale et de suivi temporel est indispensable pour appréhender des observations incluant des phénomènes d'échelles aussi variées et relevant de processus naturels mais aussi de perturbations anthropiques. Elle implique de partager des protocoles communs d'observation et mettre en commun les données recueillies.

Méthodologie

Les principaux programmes d'observation et de suivi météorologique sont définis et encadrés au niveau international par l'Organisation Mondiale de la Météorologie. Ils se déclinent régionalement et nationalement par le biais des agences météorologiques nationales telles que Météo France. Certains programmes sont dédiés au suivi climatologique, notamment le World Weather Watch Program et le Global Atmosphere Watch Program. En France le Système d'Observation RAMCES (Réseau Atmosphérique de Mesure des Composés à Effet de Serre) contribue à l'observation des principaux gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O) et participe à l'harmonisation des observations au niveau européen dans le cadre de la préparation de l'infrastructure ICOS. Les observations de la pollution atmosphérique sont également encadrées au niveau international par diverses conventions plus ou moins contraignantes telles que la convention de Genève de 1979 sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance ou la conférence de Rio de 1992 sur le changement climatique. Ces conventions ont notamment entrainé la mise en place de réseaux d'observation au niveau européen et français, au sein par exemple du programme EMEP (programme concerté de surveillance et d'évaluation du transport à longue distance des polluants atmosphériques en Europe). En Europe, le suivi et l'évaluation de la qualité de l'air, dont la responsabilité revient aux Etats Membres, est encadré par la Directive 2008/50/CE du Parlement européen et du Conseil du 21 mai 2008 concernant la qualité de l'air ambiant et un air pur pour l'Europe. Cette directive fixe notamment les conditions de l'évaluation réglementaire des polluants suivants : dioxyde de soufre, oxydes d'azote, monoxyde de carbone, benzène, particules (PM10/PM2.5), plomb et ozone.

Localisation

La station atmosphérique de l'OPE est localisée sur un point haut à près de 395 m entre le centre du bassin parisien et les Vosges, en sommet de côte, dans une zone agricole découverte à plusieurs centaines de mètres des habitations et routes les plus proches. Elle est située sous les vents dominants de la zone d'observation et du secteur de référence de l'OPE et des zones d'intérêts pour le projet CIGEO. Sur une parcelle de 2 ha clôturée et électrifiée, elle possède deux locaux techniques de 18 m² et un pylône haubané de 120 m de hauteur permettant de réaliser des mesures météorologiques et des prélèvements d'échantillons à 10 m, 50 m et 120 m de hauteur.

Localisation de la station atmosphérique dans la zone Ope

Carte de la zone OPE où apparaît la station atmosphérique.

La station atmosphérique de l'Ope vue du ciel (prise de vue : studio Durey 23 mars 2011)

Photo de la station atmosphérique de l'OPE vue du ciel.

Quelles mesures atmosphériques ?

La station atmosphérique de l'OPE regroupe plusieurs types d'observation en lien avec des partenaires régionaux ou nationaux :

  • paramètre météorologique : P, T, Hu, vent, précipitations, rayonnement solaire : Météo France/OMM
  • qualité de l'air "réglementaire" ambiant : analyseurs CO, O3, SO2, NOx, + PM10/PM2.5 (TEOM 1405-DF)+ préleveurs PartisolPlus et DA80 pour analyses HAP (hebdomadaires) et métaux lourds (mensuelles) : AIR LORRAINE
  • suivi gaz à effet de serre CO2/CH4 et couche limite par lidar : LSCE/ICOS
  • radioactivité : Préleveurs Très Grand Débit + collecteurs de dépôt (analyse radioactivité / 10 jours), barbotteurs C14 et tritium : IRSN/OPERA
  • aérosols : profil vertical lidar (Leosphere ALS300), photomètre, distribution masse/taille (APS/OPC + SMPS), propriétés optiques (diffusion/absorption), anions/cations, traceurs (levoglucosan...): LGGE et LOA.

Concernant les particules, la station atmosphérique devra donc permettre :

  1. la caractérisation des propriétés physique, chimique et optique des aérosols ;
  2. l'acquisition de connaissances sur les "fonctions sources" naturelle et anthropique, locales vs transportées ;
  3. la caractérisation du transport des aérosols (transport d'aérosols d'origines diverses) en fonction des situations météorologiques.

Les mesures chimiques sur les aérosols ambiants et les dépôts ainsi que les méthodes de prélèvements devront être harmonisés avec les réseaux et les protocoles existants (EMEP, EUSAAR/ACTRIS...), l'objectif étant de contribuer aux bases de données telles que celles de l'EBAS/NILU.

Types d'observation effectués par la station atmosphérique
Type d'observationPartenaireRéseau FranceRéseau Europe
Pression, température, humidité, vent, rayonnement Météo France RADOME EUCOS
Gaz à effet de serre CO2, CH4, N2O, traceurs LSCE RAMCES ICOS
Polluants SO2, CO, NOx, O3 et PM10/PM2.5 AIR LORRAINE MERA EMEP
Particules : dimension, composition... LGGE/LOA ORAURE ACTRIS
Radioactivité : aérosols et dépôts IRSN OPERA
Paramètres mesurés par la station atmosphérique
Paramètre mesuréMéthodePartenaire
Analyseur gaz
CO2/CH4/H2O Picarro G1301 LSCE
Flux de CO2/H2O (eddy covariance) Licor 7200-Gill HS50 LSCE
CO/N2O Los Gatos Research Inc. LSCE
CO Thermo Scientific 48i AIR LORRAINE
O3 Thermo Scientific 49i AIR LORRAINE
NOx Thermo Scientific 42i AIR LORRAINE
SO2 Thermo Scientific 43i AIR LORRAINE
Lignes d'air 120 m, 80 m, 40 m LSCE
Aérosols - dépôts
Epaisseur optique aérosol Photomètre CIMEL CE-318 (Aeronet) LOA
Distribution verticale aérosol Lidar Leosphere ALS 300
Distribution taille / concentration aérosols TSI APS+SMPS ou (EUSAAR adapted) LGGE
Aethalomètre 7 longueurs ondes Magee Scientific AE31 (méthode EUSAAR) LGGE
Néphélomètre Thermo Scientific 3563 LGGE
Masse fractions PM10/PM2.5 TS TEOM 1405-DF AIR LORRAINE
Préleveur poussières bas débit - métaux Partisol Plus AIR LORRAINE
Préleveur poussières haut débit - HAP + mesures chimiques en cours de discussion (EC/OC, ions majeurs, espèces traces...) Digitel DA80 AIR LORRAINE
LGGE
Préleveur grand volume OPERA/IRSN IRSN
Préleveur passif 1 m² (dépôts totaux et humides) OPERA/IRSN IRSN
Barbotteurs C14 - tritium SDEC IRSN
Météo
Station météo surface (vent, température, précipitations, pression, humidité relative) Station RADOME Météo France
Profil vertical température/humidité 120 m, 50 m, 10 m Sonde Vaisala HMP155 + radiation shield CS MET21 LSCE
Vent à 120 m, 50 m, 40 m, 10 m Anémomètre sonique Gill WindObserver II LSCE

Partenaires

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