Inversion des émissions mondiales d’ammoniac en 2022 par assimilation des observations IASI

Pourquoi l’air des zones agricoles compte dans la vie quotidienne

Des gaz invisibles issus des exploitations agricoles et des incendies peuvent silencieusement façonner l’air que nous respirons, notre climat et même notre espérance de vie. L’un des plus importants est l’ammoniac, libéré lors de l’épandage d’engrais, de l’élevage et de la combustion de végétation. Une fois dans l’air, l’ammoniac contribue à la formation de fines particules qui peuvent s’enfoncer profondément dans nos poumons. Cette étude utilise des satellites et des modèles informatiques pour dresser une image mondiale plus précise des sources d’ammoniac, en se concentrant particulièrement sur l’Amérique du Sud et l’Afrique, des régions longtemps déficientes en données.

Le gaz caché dans les champs et la fumée

L’ammoniac est un gaz basique qui réagit avec des polluants acides provenant des voitures, des centrales électriques et de l’industrie pour former des particules fines. Ces particules contribuent au smog et à la brume et sont liées à l’asthme, aux maladies cardiovasculaires et à une espérance de vie réduite. Aujourd’hui, la majeure partie de l’ammoniac provient de l’agriculture, notamment des engrais et des déjections animales, avec des apports plus faibles de l’industrie, de l’utilisation d’énergies domestiques et des véhicules. Pour en comprendre les effets, les scientifiques s’appuient sur des inventaires d’émissions qui estiment la quantité d’ammoniac libérée à chaque endroit et chaque mois. Cependant, ces estimations sont construites à partir de données locales sur l’agriculture et de facteurs d’émission standard, souvent incertains ou absents dans les régions peu monitorées.

Pourquoi les estimations traditionnelles sont insuffisantes

Les inventaires globaux conventionnels fonctionnent généralement mieux en Amérique du Nord et en Europe, où les pratiques agricoles sont bien documentées et où les réseaux de surveillance sont denses. En revanche, ils peinent en Amérique du Sud et en Afrique, où l’utilisation d’engrais, les effectifs animaux et les pratiques de brûlage peuvent évoluer rapidement et sont mal consignés. Les tentatives antérieures d’améliorer les inventaires utilisaient souvent des méthodes simples de bilan de masse ajustant les émissions pour que les concentrations simulées correspondent aux observations. Ces méthodes ont du mal avec la réalité complexe de l’atmosphère, où les émissions d’ammoniac dépendent de façon non linéaire de la température, de l’humidité et du vent, et où la pollution peut dériver loin de sa source. En conséquence, elles peuvent mal localiser les émissions et manquer des variations saisonnières importantes.

Utiliser les satellites pour réécrire la carte de l’ammoniac

Les auteurs ont développé un système d’inversion global qui combine des observations satellitaires avec un modèle de chimie atmosphérique pour mettre à jour l’inventaire mondial d’ammoniac pour 2022. Ils ont utilisé les données de l’Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI), un capteur spatial qui mesure l’ammoniac en haute altitude deux fois par jour, et ont injecté ces mesures dans le modèle GEOS-Chem en utilisant une technique moderne d’assimilation de données connue sous le nom d’analyse variationnelle d’ensemble quadridimensionnelle. Cette approche recherche le schéma d’émissions qui s’accorde le mieux à la fois avec les données satellitaires et les estimations a priori, tout en respectant la façon dont les vents, la chimie et les processus d’élimination déplacent et transforment l’ammoniac dans l’atmosphère.

Ce qui a changé en Amérique du Sud et en Afrique

Les émissions révisées, ou a posteriori, racontent une histoire différente de celle de l’inventaire a priori. En Amérique du Sud, des points chauds au Brésil et dans les régions côtières voisines deviennent beaucoup plus intenses, avec des flux d’ammoniac souvent doublés et parfois augmentant de 100 à 200 % par rapport aux estimations antérieures. Les nouveaux schémas coïncident étroitement avec des indicateurs satellitaires d’intensité des feux et avec la croissance connue de la production de volailles, suggérant que le brûlage et l’élevage jouent tous deux des rôles clés. En Afrique, trois bandes d’émissions élevées se distinguent : la côte de l’Afrique de l’Ouest, la région du lac Victoria et l’Éthiopie. Là, les émissions mises à jour dépassent plus du double des valeurs a priori et montrent des pics saisonniers nets qui suivent les cycles de fertilisation du cacao, l’activité du sol pendant la saison des pluies, les déjections animales et le déplacement des saisons de feux à travers les savanes.

Concentrations plus nettes et tendances à long terme plus stables

Lorsque les émissions mises à jour sont réinjectées dans le modèle, les colonnes simulées d’ammoniac correspondent beaucoup mieux aux observations satellitaires, tant en espace qu’en temps. Le modèle capture désormais des schémas saisonniers marqués, comme le double pic en Amérique du Sud et la migration des points chauds africains au fur et à mesure que la saison sèche se déplace vers le sud. Des vérifications indépendantes utilisant un second instrument satellitaire et des mesures particulaires au sol confirment les améliorations, en particulier en Amérique du Sud. En remontant sur une décennie de données satellitaires, l’équipe constate que les niveaux moyens d’ammoniac dans ces régions ont augmenté modestement mais régulièrement, avec des points chauds localisés qui se renforcent, sans changements dramatiques à l’échelle du continent.

Ce que cela implique pour les politiques de l’air et du climat

Pour les non-spécialistes, le message clé est que les cartes précédentes sous-estimaient la quantité d’ammoniac émise dans certaines parties de l’Amérique du Sud et de l’Afrique, et la forte variabilité saisonnière de ces émissions liée à l’utilisation des terres. En exploitant les satellites et la modélisation avancée, ce travail fournit une image globale plus réaliste des sources d’ammoniac, notamment agricoles et liées aux feux, dans des régions peu dotées de mesures de terrain. De tels inventaires affinés sont cruciaux pour concevoir des politiques efficaces de qualité de l’air et de climat, cibler l’usage des engrais et la gestion de l’élevage, et comprendre comment les changements dans les pratiques agricoles et de brûlage se répercutent dans l’atmosphère et affectent la santé humaine.

Citation: Chen, M., Zhang, W., Han, W. et al. Global ammonia emission inversion in 2022 via assimilating IASI observations. npj Clean Air 2, 35 (2026). https://doi.org/10.1038/s44407-026-00072-7

Mots-clés: émissions d’ammoniac, observations satellitaires, Amérique du Sud, Afrique, qualité de l’air