IASI-NG : du spectre infrarouge à la compréhension de l’atmosphère

Mis en orbite en août 2025 à bord du satellite météorologique européen MetOp-SG A1, l’instrument IASI-NG va permettre de prolonger les observations atmosphériques initiées par IASI embarqué sur les Metop depuis 2006.

Le 30 septembre 2025, l’instrument a livré sa première observation acquise au-dessus de Toulouse : un spectre atmosphérique révélant la présence de nombreux composés chimiques répartis dans différentes couches de l’atmosphère.

Ce premier spectre met en évidence plusieurs gaz atmosphériques parmi lesquels l’acide nitrique (HNO₃), le dioxyde de carbone (CO₂), l’ozone (O₃), la vapeur d’eau (H₂O), le méthane (CH₄), le monoxyde de carbone (CO) et le protoxyde d’azote (N₂O). Les signatures observées résultent de l’absorption et de l’émission du rayonnement infrarouge par ces gaz le long de la colonne atmosphérique.

Développé par le CNES en coopération avec EUMETSAT, IASI-NG va poursuivre la mesure de la température, de l’humidité et la caractérisation de nombreux constituants atmosphériques pour la météorologie opérationnelle, la chimie de l’atmosphère et le suivi climatique.

Une mesure spectrale à l’origine de plusieurs produits atmosphériques

Le principe de fonctionnement d’IASI-NG repose sur l’analyse du rayonnement infrarouge thermique émis à la fois par la surface terrestre et par les différentes couches de l’atmosphère..

IASI observait déjà l’atmosphère dans un domaine spectrale couvrant l’intervalle 3,6 à 15,5 μm. IASI-NG conserve cette couverture spectrale globale mais répartit l’analyse sur quatre bandes instrumentales (3 pour IASI), et améliore la résolution spectrale d’un facteur 2 afin d’affiner la séparation des signatures associées à différents constituants atmosphériques et à certaines propriétés de surface.

Les spectres mesurés contiennent ainsi l’empreinte de plusieurs composés chimiques et phénomènes atmosphériques, parmi lesquels la vapeur d’eau, l’ozone, le méthane (CH₄), le monoxyde de carbone (CO) ou encore le dioxyde de carbone (CO₂).

Les traitements reposent ensuite sur des algorithmes d’inversion permettant de restituer des produits géophysiques de niveau 2 à partir des spectres mesurés.

Parmi ces produits figurent notamment des variables atmosphériques comme les profils verticaux de température et d’humidité, des profils d’ozone, la température de surface terrestre et marine ou l’émissivité de la surface terrestre. S’y ajoutent des informations sur la composition atmosphérique, avec les colonnes totales de monoxyde de carbone (CO), de méthane (CH₄), de dioxyde de soufre (SO₂) ainsi que plusieurs paramètres nuageux comme la couverture nuageuse fractionnelle, la température ou la pression au sommet des nuages.  Pour certains gaz comme le dioxyde de carbone (CO₂) ou le protoxyde d’azote (N₂O), l’information restituée est plus limitée et dépend fortement des conditions de mesure.

Consulter la page projet IASI / IASI-NG pour connaître l’ensemble des produits L2

L’ensemble de ces produits sont intégrés dans différents systèmes d’analyse et de modélisation, avec des applications allant de la prévision météorologique à la surveillance des gaz atmosphériques et au suivi climatique.

Des profils atmosphériques utilisés pour affiner les modèles météorologiques

Les profils verticaux de température et d’humidité constituent l’un des principaux apports pour la météorologie opérationnelle.

Avec IASI, les profils de température peuvent atteindre une précision de 1 K dans une couche atmosphérique de 1 km d’épaisseur dans des conditions favorables, tandis que les profils d’humidité présentent une précision de 10 % dans une couche équivalente.

Ces données sont assimilées quotidiennement dans les modèles numériques de prévision du temps par plusieurs centres météorologiques, parmi lesquels Météo-France, l’ECMWF ou encore la NOAA.

Les profils d’ozone, la température de surface terrestre et marine ainsi que l’émissivité de surface terrestre complètent cette description de l’atmosphère et permettent d’affiner la représentation des échanges entre la surface et l’atmosphère.

Dans le prolongement de ces usages, IASI-NG doit améliorer la restitution de ces paramètres, notamment dans la basse troposphère, où des profils de température et d’humidité plus précis peuvent renforcer la détection précoce de situations favorables aux tempêtes, aux orages, aux épisodes de brouillard dense ou aux vagues de chaleur.

Observer plus finement les gaz traces atmosphériques

Les produits de niveau 2 permettent de restituer plusieurs colonnes de gaz atmosphériques comme le monoxyde de carbone, le méthane, le dioxyde de soufre ou le dioxyde de carbone, utilisées pour suivre la composition chimique de l’atmosphère.

Avec IASI-NG, la meilleure résolution spectrale et le bruit instrumental réduit doivent améliorer la séparation des signatures spectrales et permettra d’identifier des concentrations plus faibles et de mieux distinguer des composés proches sur le plan spectral selon les conditions atmosphériques.

Cette évolution doit notamment renforcer la détection précoce des panaches volcaniques à partir du dioxyde de soufre, le suivi des émissions liées aux incendies de forêt à partir du monoxyde de carbone, ainsi que l’observation de certains polluants atmosphériques dans des contextes industriels ou urbains.

La mission devrait également permettre d’étendre l’observation à des composés de durée de vie courte, comme l’isoprène, difficilement détectables jusqu’ici et dont leur détection reste aujourd’hui du domaine de la recherche.

Des séries d’observation utiles aux études climatiques

Compilées sur plusieurs décennies, ces mêmes données prolongeront les séries initiées par IASI depuis 2006 et alimenteront les études climatiques sur le long terme.

Les profils de température permettent de documenter les tendances de réchauffement atmosphérique, tandis que les mesures de vapeur d’eau renseignent sur l’évolution du cycle hydrologique.

Les observations du méthane (CH₄), du protoxyde d’azote (N₂O) et de l’ozone (O₃) permettron de suivre les variations saisonnières et les tendances interannuelles de plusieurs gaz à effet de serre. Le suivi précis des tendances globales du dioxyde de carbone (CO₂) repose principalement sur d’autres types de missions mieux adaptées à cette mesure.

Les propriétés des nuages (couverture, altitude) ainsi que certains aérosols complèteront ces analyses en apportant des informations sur leur influence sur le bilan radiatif.

Sources

• Article CNES : https://cnes.fr/actualites/iasi-ng-ouvre-yeux-france
• Page GEODES IASI-NG : https://geodes.cnes.fr/projects/iasi-ng/