Bilan du projet ROSAS – satellites et ammoniac atmosphérique

Travailler ensemble pour mieux évaluer et comprendre les émissions d’ammoniac atmosphérique.

La petite histoire du projet ROSAS

Le contexte

Le gaz ammoniac (NH₃) atmosphérique constitue un précurseur majeur des particules fines secondaires via la formation de sels ammoniacés. En Europe, ses émissions sont dominées par les activités agricoles, et la France — parmi les principaux émetteurs — doit réduire ses émissions de 13 % d’ici 2030 (référence 2005) pour satisfaire la directive NEC.

L’évaluation de ces émissions reste toutefois limitée par les incertitudes des inventaires et par le manque d’observatoires au sol. Les images satellitaires peuvent apporter des éléments complémentaires à la compréhension de l’évolution du NH3 dans l’atmosphère.

ROSAS étudie la représentativité spatiale de l’observation issue des satellites en analysant les liens entre observations de surface, mesures d’ammoniac sur site, inventaire des émissions et données météorologiques.

Le projet vise à définir un guide méthodologique pour optimiser le déploiement de futurs réseaux de mesure du NH₃ en appui aux données satellitaires. Il cherche à déterminer dans quelles conditions les mesures au sol sont représentatives de l’empreinte spatiale des satellites et permettent d’estimer les concentrations de surface.

L’étude repose sur une campagne d’un an de mesures par tubes passifs autour de stations équipées d’analyseurs, ainsi que sur la comparaison pluriannuelle sol–satellite. Le projet a produit une base de données interrégionale, un guide pour l’installation de stations représentatives et un guide pour convertir les colonnes satellites en concentrations de surface.

Les résultats renforceront l’exploitation des données IASI, CrIS et IRS, tout en développant les compétences des AASQAs en mesure et analyse de l’ammoniac atmosphérique.

Un partenariat fructueux et une synergie créée entre : Atmo Auvergne-Rhône-Alpes, Atmo Grand Est, Air Breizh et le laboratoire Atmospheres, Observations Spatiales

Les objectifs du projet ROSAS

• Comparer des données météorologiques, d’émissions issues des inventaires régionaux et des mesures aux sols,
• Développer une méthodologie inter-régionale réplicable dans d’autres régions,
• Etablir un guide méthodologique permettant d’estimer les concentrations de surfaces avec l’instrument IASI des satellites METOP.

Comment a été effectué le travail ?

Identifier, spatialiser, mesurer : 

La stratégie ROSAS repose sur une année complète de mesures réalisées à l’aide d’échantillonneurs passifs, selon un dispositif spatial composé de deux domaines concentriques de 6 km et 15 km de rayon autour de stations équipées d’analyseurs.

La conception du réseau tient compte des sources locales, des régimes de vent et des roses de pollution afin d’optimiser l’implantation des sites de mesure.

Représentation géographique du projet ROSAS. Carte de la France présentant les régions du projet, le rouge foncé correspond aux communes avec les émissions les plus élevées. Localisation des échantillonneurs passifs d’ammoniac en surface déployés durant la campagne ROSAS (juin 2024 – juin 2025) dans la région Grand Est. La même représentation est fournie pour les régions Bretagne et Auvergne-Rhône-Alpes.

Quels résultats ?

Le projet ROSAS a analysé cette représentativité en combinant mesures au sol, observations satellitaires et variables météorologiques. Les résultats montrent que, selon la typologie du site (agricole, rural, urbain), la mesure de surface peut être représentative d’un rayon compris entre 6 et 60 km, dépendant de la saison et de la période de moyennage. Les corrélations les plus robustes entre concentrations de surface et colonnes satellitaires sont obtenues au printemps, en moyenne mensuelle, pour les sites ruraux et urbains.

Variabilité des concentrations de NH₃ mesurées au sol

Les concentrations de NH₃ sont systématiquement plus élevées sur les sites agricoles (environ 3 à 10 µg.m⁻³) que sur les sites de fond (< 2 µg.m⁻³) à l’échelle annuelle.

Le site influencé par le trafic au centre de Lyon présente des concentrations intermédiaires (environ 2 à 3 µg.m⁻³).

Un gradient saisonnier marqué est observé au printemps : les sites agricoles dépassent fréquemment 4 µg.m⁻³ tandis que les sites de fond restent inférieurs à 2µg.m⁻³.

Globalement, les émissions agricoles constituent le principal facteur expliquant la variabilité du NH₃ dans les trois régions étudiées, avec des écarts entre sites pouvant atteindre plusieurs µg.m⁻³.

Le site influencé par le trafic se classe généralement parmi les niveaux intermédiaires à faibles en hiver et en automne, mais peut occasionnellement dépasser certains sites agricoles ou ruraux. En été, il présente des concentrations relativement plus élevées, probablement en lien avec une augmentation saisonnière du trafic.

Distribution statistique des concentrations de NH₃ en surface observées, moyennées sur l’ensemble de l’année de la campagne de terrain ROSAS. Les différentes couleurs représentent l’incidence environnementale a priori estimée pour chaque station.

Les distributions statistiques des concentrations de NH₃ diffèrent fortement entre les trois régions :

• Bretagne : 3,20 µg.m⁻³ en moyenne annuelle (1,43–5,98).
• Grand Est : 2,91 µg.m⁻³ (1,38–5,16).
• Auvergne–Rhône-Alpes : 1,65 µg.m⁻³ (1,10–2,43).

La variabilité diminue progressivement de la Bretagne, caractérisée par des épisodes agricoles intenses, vers le Grand Est puis vers l’Auvergne–Rhône-Alpes, où les concentrations plus faibles reflètent davantage des conditions de fond urbain homogènes.

Diagrammes en boîtes (« box plots ») des concentrations de NH₃ en surface mesurées lors de la campagne ROSAS dans les régions de la Bretagne, du Grand Est et d’Auvergne-Rhône-Alpes. Les moustaches représentent les valeurs minimales et maximales, les bords de la boîte correspondent au premier quartile (Q1) et au troisième quartile (Q3), la ligne horizontale à l’intérieur de la boîte indique la médiane, et la croix représente la moyenne. Les seuils des valeurs aberrantes (lignes rouges) sont définis selon la règle empirique de 1,55 × (Q3 − Q1) par rapport au quartile le plus proche

Résultats

Dans un premier temps, les mesures réalisées à l’aide de tubes passifs ont été comparées aux vents dominants selon les saisons.

En Bretagne, un gradient des concentrations de NH₃ en surface est observé entre le sud-ouest et le nord-est, quelle que soit la saison. Celui-ci correspond aux directions de vent dominantes, avec un écart de concentrations compris entre 3 et 4 μg/m³ en hiver, en été et en automne, et pouvant atteindre 7 μg/ m³ au printemps. Cette plus forte hétérogénéité des concentrations mesurées au printemps en Bretagne suggère la présence de sources locales à proximité des stations de mesure, notamment autour de la station P-F-BZH, qui a enregistré une concentration saisonnière de 8,9 μg/m³ au printemps 2025.

Cartes des colonnes de NH₃ mesurées le matin par IASI, moyennées de juin 2024 à juin 2025 sur les trois régions d’intérêt. Les emplacements des échantillonneurs passifs et des analyseurs sont indiqués par des marqueurs colorés. Les cercles de rayons compris entre 20 et 100 km représentent les échelles spatiales utilisées pour moyenner les pixels IASI lors des comparaisons.

Dans un second temps, les mesures issues des analyseurs ont été comparées aux observations satellitaires.

Évolution temporelle des moyennes mensuelles des colonnes totales de NH₃ mesurées par IASI dans les trois régions, représentées en traits pleins, et des concentrations mensuelles moyennes de NH₃ mesurées par les analyseurs pendant la campagne, représentées en pointillés (a). Nombre mensuel moyen de pixels satellitaires disponibles dans chaque région (b).

Analyse :

Sur la partie (a) les pixels satellitaires situés à proximité des analyseurs régionaux ont été sélectionnés afin de comparer les observations satellitaires aux mesures réalisées au sol. Les concentrations mesurées en Auvergne-Rhône-Alpes sont globalement plus faibles, ce qui pourrait notamment s’expliquer par l’implantation de l’analyseur en milieu urbain. À l’inverse, les concentrations observées en Bretagne et dans le Grand Est sont plus élevées, en lien avec l’environnement agricole des sites de mesure et les émissions d’ammoniac associées.

La partie (b) de la figure présente le nombre moyen de pixels satellitaires disponibles chaque mois pour chacune des trois régions. La Bretagne est la région pour laquelle ce nombre est le plus faible, notamment en raison de conditions météorologiques plus fréquemment nuageuses, qui limitent la disponibilité des observations satellitaires. Les moyennes obtenues peuvent donc être moins robustes. Cette différence s’explique également par la superficie plus réduite de la Bretagne par rapport aux régions Auvergne-Rhône-Alpes et Grand Est.

Le projet ROSAS constitue une étape structurante dans la surveillance de l’ammoniac en France. Le projet confirme que les mesures au sol restent indispensables pour contraindre les observations satellitaires et comprendre les dynamiques locales, tandis que les satellites apportent une vision régionale complémentaire. L’intégration des deux approches, enrichie par des modèles d’apprentissage automatique, ouvre la voie à une surveillance plus robuste, plus cohérente et mieux adaptée aux enjeux de qualité de l’air. Les outils produits par ROSAS permettront d’accompagner durablement les acteurs territoriaux dans la réduction des émissions d’ammoniac et l’amélioration de la qualité de l’air.

RAPPORT COMPLET A LIRE ICI

Contacts des experts sur le projet :

AIR BREIZH : contact@airbreizh.asso.fr

Marion DELIDAIS : mdelidais@airbreizh.asso.fr

ATMO AUVERGNE_RHÔNE_ALPES : contact@atmo-aura.fr

Antoine CAUSSE

Mathilde BOURLON

Guillaume SALQUE-MORETON

ATMO GRAND EST

Vincent LECLUSE

Mélodie CHATAIN

Jérôme LE PAILH

Juliette COZI

LATMOS

Camille VIATTE

Ángel LUQUE-LAZARO