Certaines voitures Google Street View ont été spécialement équipées d'analyseurs de méthane pour détecter les lacs de méthane provenant des conduites de gaz naturel. Crédit :EDF
Un ensemble de voitures de cartographie Google Street View, spécialement équipés d'analyseurs de méthane de pointe, permettent aux chercheurs de la Colorado State University de « voir » les fuites de méthane invisibles des conduites de gaz naturel sous nos rues.
Les défis techniques et informatiques de la mesure du méthane, et les méthodologies complexes utilisées pour collecter, analyser et diffuser les données, sont détaillés dans un nouvel article de la revue Sciences et technologies de l'environnement 22 Mars.
Le projet révolutionnaire est dirigé par Joe von Fischer, professeur agrégé CSU en biologie, en partenariat avec l'association Fonds de défense de l'environnement (EDF), et Google Earth Outreach. Les co-auteurs de la CSU de von Fischer comprennent des chercheurs en statistiques (Dan Cooley), sciences de l'atmosphère (Russ Schumacher), et sciences du sol et des cultures (Jay Ham), ainsi que des experts de l'Université du Colorado du Nord et du collectif scientifique à but non lucratif Conservation Science Partners.
Les données du projet aident les services publics, les régulateurs et les groupes de défense réduisent les fuites inutiles et nuisibles à l'environnement plus rapidement et de manière plus rentable.
En plus d'être l'ingrédient principal du gaz naturel, le méthane est aussi un puissant gaz à effet de serre, avec plus de 80 fois le pouvoir de réchauffement du dioxyde de carbone sur une période de 20 ans. La prise de conscience croissante de ce risque climatique a suscité un nouvel intérêt pour la recherche et la réparation des fuites de faible niveau tout au long de la chaîne d'approvisionnement en gaz naturel, y compris les systèmes de services publics locaux, où de nombreuses fuites de faible niveau peuvent persister pendant de nombreuses années. Ce besoin a engendré un nouveau type de science.
"C'est un énorme défi auquel presque personne n'avait pensé. Maintenant, nous découvrons à quel point ces fuites sont répandues, " a déclaré von Fischer. " Plus vite vous les réparez, plus les avantages environnementaux sont importants. Mais les services publics et les régulateurs n'avaient pas les données pour concentrer leurs efforts. C'est là que nous intervenons. Notre objectif est de le rendre plus rapide, moins cher et plus facile à trouver et à mesurer les fuites de méthane des conduites de gaz naturel pour aider à accélérer les réparations cruciales. »
Pour le projet Google, von Fischer et ses collègues étaient particulièrement désireux d'identifier et de quantifier les fuites de méthane des zones urbaines du pays, où les pipelines de distribution de gaz naturel se trouvent à plusieurs pieds sous terre. Leur projet EDF Google Street View est le premier du genre, inventaire complet des sources de fuite de méthane dans les villes. Le but est de faire briller une lumière puissante sur ce jusque-là invisible, problème difficile à définir.
L'une des principales motivations du projet est d'aider les entreprises de services publics et les gouvernements à prioriser les réparations des fuites en fonction de l'ampleur des émissions. Les chercheurs ont calculé que réparer les 8 pour cent des fuites les plus importantes réduirait les émissions de méthane des pipelines de 30 pour cent. La société de services publics du New Jersey PSE&G a approuvé pour près d'un milliard de dollars de mises à niveau dirigées en partie par les données des chercheurs du CSU.
La technologie de base qui a permis au projet de s'épanouir est un analyseur de méthane laser infrarouge. Ces instruments mobiles, qui n'existait même pas il y a dix ans, peut identifier des panaches de gaz méthane en temps réel, sans avoir besoin d'une analyse par chromatographie en phase gazeuse en laboratoire.
Voici Joe von Fischer, chercheur à la Colorado State University, avec un analyseur de méthane à laser, similaires à ceux utilisés dans les voitures Google Street View. Crédit :Université d'État du Colorado
"L'air contient des gaz qui lui donnent un aspect brumeux dans le spectre infrarouge, " a expliqué von Fischer. " Le laser peut balayer les couleurs de la lumière infrarouge et " voir " la quantité de méthane présente. "
Au cœur de l'effort se trouve un ensemble d'algorithmes et de protocoles qui fournissent une comptabilité précise des fuites de méthane, y compris la taille des panaches.
Avant d'intégrer leur technologie dans les voitures Street View, les chercheurs ont d'abord effectué des tests préliminaires avec des véhicules de recherche conduits autour du campus et sur le tarmac de l'aérodrome de Christman. Cela comprenait des rejets contrôlés de méthane dans les environnements ouverts et urbains.
Le projet a consisté à concevoir des itinéraires optimaux pour les conducteurs de Google, tout en gardant l'interaction des conducteurs avec l'équipement passive et simple. Les chercheurs ont également développé des méthodes pour filtrer les faux positifs - par exemple, comment faire la différence entre une vraie fuite de méthane, et une lecture capricieuse d'une décharge ou d'une centrale électrique à proximité.
Pour von Fischer, écologiste écosystémique de formation classique, le projet l'a étiré en tant que scientifique et a catalysé des interactions avec un éventail vertigineux de disciplines. « Je parle régulièrement avec des avocats, gens de l'industrie, statisticiens, informaticiens, physiciens de l'atmosphère, Google... ce n'est qu'une partie de ma vie maintenant, " il a dit.
Maintenant, il y a quatre voitures Google Street View dans différentes villes portant les analyseurs de méthane CSU, au fur et à mesure que le travail de von Fischer et de ses collègues se poursuit. Les conducteurs sont invités à conduire toutes les routes dans une zone prédéterminée pour capturer les données de fuite que les chercheurs du CSU téléchargent, analyser, et télécharger sur un site Web public hébergé par EDF.
Pour faire face aux énormes flux de données que le projet produit - environ 2, 000 points de données par minute - Le chercheur en informatique du CSU Sangmi Pallickara crée une plate-forme basée sur le cloud pour gérer, stocker et présenter les données.
Jusque là, les analyseurs de méthane CSU ont fourni des cartes des fuites de Boston; Burlington, Vermont; Chicago, Dallas, Indianapolis, Jacksonville, Los Angeles, Mesa, Arizona; Pittsburgh ; Staten Island, New York; et Syracuse, New York.
Entre autres, ils l'ont signalé, en moyenne, Boston, Staten Island et Syracuse - villes avec de vieux, lignes de distribution sujettes à la corrosion - avaient des fuites qui ont libéré 25 fois plus de méthane par kilomètre de route (2 litres de méthane par minute par kilomètre) que Burlington et Indianapolis (0,08 litre de méthane par minute par kilomètre).
