Microcarb, le démonstrateur pour la mesure du dioxyde de carbone à l’échelle planétaire

Premier satellite européen dédié au suivi des flux de carbone, MicroCarb a été placé sur orbite basse à 650 km d’altitude le 26 juillet par le lanceur Vega C.

Détecter les concentrations de CO₂ dans l’atmosphère terrestre

MicroCarb va mesurer les concentrations de dioxyde de carbone (CO₂) dans l’atmosphère. Il va détecter les évolutions des flux de carbone à la surface du globe qui correspondent aux échanges entre les différentes sources et puits de carbone (villes, forêts, océans…). Chaque année, les émissions humaines libèrent environ 40 milliards de tonnes de CO₂, tandis que les puits naturels en absorbent près de 20 milliards. Les sources augmentent localement la concentration, tandis que les puits la diminuent. En analysant ces gradients spatiaux et temporels, les scientifiques peuvent identifier les zones d’absorption et d’émission de carbone.

MicroCarb va mesurer, depuis l’espace, le taux de CO₂ présent dans l’atmosphère terrestre avec une extrême précision, de l’ordre de 1 ppm. Cela permettra également aux scientifiques d’évaluer le risque que les puits de carbone deviennent sources de CO₂.

Petit mais agile et performant

Ce démonstrateur de 180 kg est le dernier basé sur la plateforme Myriade du CNES, afin de tenir dans l’enveloppe de coûts : 200 millions d’euros pour la fabrication et le lancement.

La plateforme et le miroir de changement de visée de l’instrument permettent une grande agilité de visée au satellite et donc différents modes de pointages : Nadir (à la verticale) au-dessus des terres, Glint (le satellite ajuste son orientation pour suivre la position de la tâche de réflexion intense du Soleil) au-dessus des mers, Cible pour cartographier une zone d’intérêt de quelques dizaines de km de surface et un mode probatoire City pour scanner des zones d’intérêt « points chauds » de l’ordre de 30×30 km² par un ralentissement de la vitesse de défilement. La taille de chaque spot au sol sera de l’ordre de 40 km².

L’instrument de MicroCarb est un spectromètre à réseau compact opérant dans 4 bandes spectrales vicles et proche infrarouges (0,76 et 1,27 μm pour la mesure d’O2, 1,6 et 2 μm pour la mesure de CO2). Les mesures ne seront acquises que sur la surface éclairée de l’orbite, à la fois sur les océans et les terres émergées. Le détecteur est refroidi passivement à 160 K.

L’instrument mesure le flux solaire réfléchi après sa traversée de l’atmosphère. À très haute résolution spectrale, on observe les raies d’absorption des gaz – leur profondeur étant liée à la quantité de gaz présent. Pour compenser l’effet des aérosols qui modifient le trajet lumineux, l’instrument mesure aussi l’absorption d’oxygène. Le rapport entre les raies de CO₂ et d’oxygène donne la concentration relative de CO₂, la variable recherchée.

Un démonstrateur des futures missions européennes.

Comme tout satellite en orbite polaire, il couvrira quotidiennement 14 lignes du pôle Nord au pôle Sud. Une couverture plus complète nécessiterait davantage de satellites similaires.

Il y aura une longue phase de calibration de l’instrument en orbite d’environ 1 an. Les données seront ensuite validées avec des comparaisons avec des mesures depuis le sol ou des ballons atmosphériques.

La durée de vie estimée de MicroCarb est de 5 ans en raison de la quantité de carburants à bord pour la mission et sa phase désorbitation en fin de vie.

Étant une mission de démonstration, MicroCarb permettra de valider la technologie avant d’envisager d’intégrer ce type d’instrument compact (60 kg) sur d’autres satellites météorologiques opérationnels comme les METOP. MicroCarb va permettre aussi de développer les algorithmes de traitement des données des futures missions.

MicroCarb s’inscrit dans une ambition mondiale de suivi des gaz à effet de serre, d’une meilleure connaissance du cycle du carbone et d’amélioration des modèles pour la prédiction du climat. Complémentaire à la mission BIOMASS de l’ESA, MicroCarb évalue les flux de CO₂ à l’échelle globale. La mission CO2M de l’ESA dans le cadre du programme Copernicus de l’Union Européenne, mesurera le CO₂ d’origine humaine à une échelle régionale.

MicroCarb est une mission spatiale française développée par le CNES, en partenariat avec les laboratoires de l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL), notamment le Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE) et le Laboratoire de météorologie dynamique (LMD). Il a été financé par le programme français des Investissements d’avenir avec la contribution de l’Union Européenne et de l’agence spatiale du Royaume-Uni (UKSA). L’instrument a été fabriqué par Airbus Space et le satellite intégré et testé par Thales Alenia Space au Royaume-Uni. Le CNES est responsable du traitement des données et de la performance de l’ensemble.

Les données seront accessibles aux scientifiques du monde entier à travail le portail français DATATERRA/AERIS.

Pour compléter : le site du CNES sur MicroCarb.