2. SOL/AIR : Deux jumeaux numériques pour la qualité de l’air et les zones humides

Il a pour objectif de produire, organiser et valoriser les données nécessaires à l’élaboration de deux jumeaux numériques :

• un premier dédié à la qualité de l’air ;
• un second dédié aux zones humides et à leurs échanges avec l’atmosphère.

Ils viennent compléter ceux développés pour l’eau. Ensemble, ces outils visent à mieux comprendre, suivre et anticiper les flux de gaz à effet de serre et les polluants atmosphériques à l’interface sol-air-eau, afin d’accompagner les stratégies régionales d’adaptation climatique, de santé environnementale et de transition agroécologique.

Le projet alimente les briques DATA et PREDICTIONS du programme en données, en modèles et en expertises scientifiques, tout en contribuant à la mise en place d’un système d’information favorisant l’interopérabilité et la circulation des données entre acteurs académiques et non académiques.

Production et structuration des données

JANUSS vise à produire des volumes importants de données fiables, à garantir leur continuité dans le temps et à les structurer afin d’identifier les paramètres clés et les traceurs pertinents. Il s’appuie sur des plateformes instrumentées telles que PESAt, PESAa et PRAT, déployées en milieux agricoles et en zones humides (notamment sur des sites de tourbières), sur des acquisitions satellitaires, sur des infrastructures régionales (plateforme de développement de capteurs DECAP), ainsi que sur le réseau régional de surveillance de la qualité de l’air Lig’Air.

Les jumeaux numériques développés permettront notamment :

• l’identification des sources de pollution atmosphérique ;
• l’élaboration et l’évaluation de stratégies de réduction des gaz à effet de serre (N₂O, CO₂, CH₄) ;
• l’analyse des risques sanitaires liés à l’ammoniac, aux particules fines et à l’ozone ;
• l’étude des trajectoires de disparition des zones humides, en particulier des tourbières, et l’exploration de scénarios de restauration.

Ces outils visent à accompagner les décideurs publics, les gestionnaires territoriaux et les acteurs agricoles dans leurs choix stratégiques, en renforçant la fiabilité des mesures et des modèles à l’échelle régionale.

Émissions de gaz à effet de serre : focus sur le protoxyde d’azote

Parmi les gaz à effet de serre étudiés dans le projet (N₂O, CO₂, CH₄), le protoxyde d’azote (N₂O) fait l’objet d’un suivi approfondi. Ce gaz présente un pouvoir de réchauffement global élevé et contribue à la destruction de la couche d’ozone stratosphérique. 

En agriculture, ses émissions sont principalement liées aux apports d’engrais azotés et aux processus microbiens dans les sols. Mieux comprendre ces mécanismes constitue un levier essentiel pour accompagner l’évolution des pratiques.

Afin de mieux quantifier ces émissions à l’échelle régionale, le projet s’appuie sur des travaux menés en collaboration avec l’INRAE. Ces recherches reposent sur un historique de mesures de N₂O, réalisées depuis 2009, sur sols fertilisés. Les observations ont mis en évidence une forte variabilité temporelle, notamment au printemps, en lien avec les apports azotés et les conditions d’humidité des sols.

Environ 3 000 données collectées sur quinze ans ont permis :

• d’identifier les principaux facteurs de contrôle (climat, pratiques agricoles, hydromorphologie, pH) ;
• d’estimer des facteurs d’émission régionaux ;
• d’améliorer la compréhension des processus aux interfaces sol/air et air/eau.

L’automatisation progressive des dispositifs de mesure et l’utilisation de chambres instrumentées permettent aujourd’hui de mieux capter la variabilité fine des flux.

Données satellitaires et modélisation intégrée

Le projet SOL/AIR mobilise également des données satellitaires afin de couvrir l’ensemble du territoire régional et d’analyser les flux atmosphériques à grande échelle. Cela comprend :

• la sélection et l’expertise des jeux de données européens et américains ;
• le développement d’outils automatisés de récupération et de traitement ;
• l’amélioration de la résolution spatiale par des méthodes mathématiques adaptées ;
• des traitements spécifiques pour le méthane et le dioxyde de carbone.

Ces données sont intégrées à des modèles de qualité de l’air et de flux de gaz à effet de serre, puis injectées dans les jumeaux numériques pour tester différents scénarios d’évolution.