Les fermes laitières produisent de grandes quantités de deux choses :du lait et du caca. Le lait se retrouve dans des mets délicats comme le chocolat chaud et les sandwichs au fromage grillé, mais le caca ne fait que s'accumuler.

Les producteurs laitiers déversent le désordre au bulldozer dans des étangs artificiels appelés lagunes à fumier, où des microbes anaérobies le décomposent en méthane, un puissant gaz à effet de serre. Le méthane emprisonne 80% plus de chaleur dans l'atmosphère que le dioxyde de carbone, contribuant à environ un quart du changement climatique à ce jour. Le tube digestif de la vache produit également du méthane et le libère lorsque la vache rote.

Environ 50 % du méthane émis par la Californie provient des fermes laitières. Afin d'atteindre des objectifs climatiques stricts, l'État a proposé des moyens de réglementer les émissions de méthane des produits laitiers. Mais ces efforts se heurtent à un gros problème :il n'existe actuellement aucun moyen fiable pour les producteurs laitiers de mesurer la quantité de méthane produite sur leur ferme.

La quantité de méthane produite dépend du nombre de vaches, de leur régime alimentaire, des conditions météorologiques et de l'humidité du fumier entreposé. Les estimations de la quantité de méthane produite par une ferme sont donc incertaines. Les mesures effectuées par satellite ou par avion donnent les estimations les plus précises, mais ces outils sont coûteux et ne fonctionnent pas toujours au niveau des exploitations individuelles.

Javier Gonzalez-Rocha, boursier postdoctoral de l'UC Riverside, veut changer cela. Il travaille avec le professeur de génie mécanique Akula Venkatram et la professeure de sciences environnementales Francesca Hopkins pour développer des systèmes robotiques aériens qui peuvent quantifier les émissions de méthane directement au-dessus d'une installation laitière spécifique.

Pour atteindre cet objectif, Gonzalez-Rocha a développé une nouvelle méthode pour extraire les estimations de la vitesse du vent à partir des perturbations du mouvement des drones causées par le vent. Cet algorithme a été adapté à un système de "noyau d'air" basé sur un drone développé par le professeur d'ingénierie environnementale Don Collins et l'étudiant diplômé Zihan Zhu.

Une carotte d'air est similaire à une carotte de glace, un bouchon de glace extrait d'un glacier qui peut révéler des changements dans la composition atmosphérique au fil du temps. En combinant les capacités de mesure de la vitesse du vent et du noyau d'air, les drones peuvent aider à détecter, localiser et estimer les émissions de méthane à des échelles spatiales fines autrement difficiles à résoudre à l'aide de techniques standard de mesure du vent et de la composition de l'air. La capacité des drones à planer et à manœuvrer dans des environnements contraints, où il est difficile pour les aéronefs à voilure fixe conventionnels d'opérer, offre également de nouvelles possibilités pour obtenir des observations ciblées de gaz à effet de serre dans la basse atmosphère.

Les travaux menés par Gonzalez-Rocha et Zhu produiront bientôt de nouvelles découvertes sur la fiabilité des mesures atmosphériques par drone par rapport aux capteurs conventionnels de composition du vent et de l'air.

Gonzalez-Rocha teste les drones sur le site des opérations agricoles de l'UCR et dans des fermes laitières en Californie, où il les utilise pour mesurer les concentrations de méthane à différentes distances sous le vent des sources d'émission. Comprendre comment les concentrations de méthane varient à différents endroits sous le vent est essentiel pour quantifier les sources d'émissions.

Bien que les techniques développées par Gonzalez-Rocha et Zhu en soient à leurs balbutiements, il reste un grand potentiel pour améliorer la précision des mesures par drone. Les travaux en cours explorent un système de noyau d'air à entrées multiples pour échantillonner la composition de l'air à plusieurs hauteurs simultanément lorsque le drone se déplace à travers un panache de méthane. Les chercheurs pensent qu'ils sont sur la bonne voie pour que les agriculteurs utilisent cette technologie dans les 5 à 10 prochaines années.