Dans un contexte de réchauffement climatique confirmé par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), les états ont mis en place différents protocoles et conventions visant à limiter la hausse de température de la planète en introduisant notamment des normes restrictives sur les émissions des gaz à effet de serre (GES). La France s’est engagée à les réduire d’un facteur 4 à l’horizon 2050 par rapport à celles de 1990. Les efforts se concentrent sur la consommation et l’efficacité énergétique d’une part, en passant par l’isolation thermique des bâtiments et une offre de transport et des modes de chauffage moins énergivores, et sur la transition énergétique d’autre part en intensifiant notamment l’utilisation de la biomasse. Ces efforts d’atténuation indispensables limiteront mais n’enrayeront pas la modification durable du climat et les conséquences du changement climatique doivent donc être envisagées en termes d’adaptation des systèmes naturels et humains au travers d'études rétrospectives et prospectives sur la dynamique des milieux, et en particulier de l'atmosphère, et son impact sur la biodiversité et la santé.

L'étude de l'évolution des milieux et du climat suppose de disposer d'outils de compréhension de la physique et de la chimie de l'atmosphère (et des compartiments naturels couplés) à la pointe de l'innovation dans le domaine. Les défis en la matière sont le plus souvent liés aux niveaux de concentration extrêmement bas des espèces clés, qu'il s'agisse de composés gazeux, particulaires ou présents dans les eaux naturelles. Le challenge est encore compliqué par l'extrême réactivité de ces composés qui requiert le plus souvent le développement de nouveaux dispositifs, ainsi que le couplage innovant d’instruments existants, utilisés en laboratoire, sur le terrain (capteurs) et aussi en télédétection et ce quel que soit le compartiment étudié. Une description complète des schémas de dégradation atmosphérique des composés organiques volatils (COV) est essentielle afin de modéliser la formation et le devenir des composés affectant le changement climatique (gaz à effet de serre et aérosols), mais aussi la formation d’espèces secondaires dangereuses pour la santé humaine (ozone, aérosols organiques secondaires, …). Cependant, il existe encore de nombreuses incertitudes sur la chimie de dégradation des COV primaires d’origines biogénique et anthropique.

En matière d’impact des modifications du climat sur la biodiversité terrestre et marine, de nombreux travaux observent ou prévoient d’importants changements dans la composition et le fonctionnement des communautés d’espèces : extirpation d’espèces (certaines d’intérêt commercial, ou d’autres importantes pour le fonctionnement des écosystèmes), et inversement, installation d’espèces allochtones potentiellement invasives. Une des difficultés majeures est de séparer ce qui procède des pressions anthropiques de ce qui a trait à la variabilité naturelle. En ce qui concerne les régions côtières, la Manche et la mer du Nord, celles-ci subissent les effets de la pollution, de l’eutrophisation, la surexploitation de ses ressources et l’introduction régulière d’espèces. La biodiversité marine de ces deux mers montre des signes d’érosion de plus en plus perceptibles. En sus des impacts anthropogéniques, l’augmentation de la concentration du dioxyde de carbone et de la température risque d’occasionner des modifications majeures de la biodiversité, de la structure et du fonctionnement des écosystèmes marins. L’augmentation des températures de surface pourrait contribuer à accentuer l’érosion globale de la biodiversité, impacter les services que la biosphère fournit à l’humanité au quotidien et avoir des conséquences socio-économiques importantes. En ce qui concerne l'environnement urbain, les impacts sanitaires et écologiques lors d’évènements climatiques extrêmes peuvent également avoir des conséquences importantes. En effet, les modèles de climat urbain prévoient qu’à l’effet direct du réchauffement climatique, il faut ajouter encore l’augmentation de température résultant du phénomène d’ilots de chaleur. Potentiellement, il faut s’attendre à des augmentations possibles de la température ressentie en centre-ville de l’ordre de + 3 à + 9°C. Au delà du changement climatique, l’environnement urbain impose d’autres pressions anthropiques qui peuvent agir en synergie avec le réchauffement du climat comme la pollution de l’air, de l’eau, la fragmentation des habitats, les invasions biologiques et les pratiques de gestions des espaces.

Enfin, en ce qui concerne l'impact sur la santé humaine, le changement climatique peut être responsable de modifications de la dynamique et de la composition atmosphérique et, par conséquent, de la concentration de fond des polluants. Il est indéniable que la dégradation de la qualité de l’air pose un problème de santé publique considérable en contribuant à la genèse ou à l’exacerbation de nombreuses maladies, en particulier des maladies inflammatoires chroniques des voies aériennes et digestives ainsi que différents types de cancer. La pollution atmosphérique est un mélange hétérogène et complexe de gaz et de particules grossières, fines et ultrafines exerçant chacun leur toxicité par des mécanismes moléculaires distincts régulés à différents niveaux de l'organisation cellulaire. Pour ces raisons, l’impact sanitaire réel de niveaux faibles à modérés de pollution atmosphérique ainsi que la contribution respective de chaque polluant restent difficiles à évaluer.