À l'heure actuelle, une poignée de citoyens motivés de Fort Collins font quelque chose d'un peu hors de l'ordinaire. Ils collectent dans leur jardin des données scientifiques de pointe qui pourraient bientôt aider la NASA à créer des cartes de la pollution atmosphérique mondiale.

Les volontaires font partie d'un réseau de scientifiques citoyens pour un projet dirigé par l'Université de l'État du Colorado et appelé CEAMS :Citizen-Enabled Aerosol Measurements for Satellites.

L'objectif du CEAMS est d'améliorer la compréhension de la qualité de l'air local par mesures au sol. Des données à cette échelle pourraient éventuellement aider les satellites de la NASA à fournir des données sur la qualité de l'air à plus haute résolution qu'il n'est possible aujourd'hui.

"La NASA s'intéresse à la résolution des problèmes mondiaux, " a déclaré le chef de la CEAMS, John Volckens, Chercheur du CSU Energy Institute et professeur de génie mécanique. "La plupart des gouvernements ne peuvent pas du tout se permettre de surveiller la pollution de l'air." Pourtant, la pollution de l'air est l'une des principales causes de décès et de maladies sur la planète - responsable de plus de décès dans le monde que le VIH et le paludisme réunis.

La surveillance de la pollution de l'air est une entreprise délicate et coûteuse, selon Volckens. Aux Etats-Unis., l'Environmental Protection Agency maintient environ 1, 000 échantillonneurs d'air actifs pour la pollution de l'air par les particules fines à travers le pays – environ un pour trois comtés. Mais la pollution des véhicules, centrales électriques, les feux de forêt et une foule d'autres sources varient à des échelles spatiales beaucoup plus fines qu'au niveau du comté.

La NASA utilise une combinaison d'imagerie satellitaire et d'algorithmes informatiques pour modéliser la pollution atmosphérique, mais les modèles ne peuvent en dire autant sur les détails de la qualité de l'air au niveau du sol. C'est là qu'intervient l'équipe CSU.

« Si nous voulons développer de meilleurs algorithmes pour rendre les cartes de qualité de l'air à partir d'images satellites plus représentatives, nous avons besoin de plus de données sur le terrain, " a déclaré Volckens. " Ce projet est conçu pour développer ces ensembles de données.

Plus petite, moins cher, et plus d'entre eux

Moniteurs EPA typiques qui détectent les particules inférieures à 2,5 microns, ou "PM 2.5, " coûte environ 30 $, 000 chacun et sont compliqués à exécuter. L'effort de CSU CEAMS est concentré sur la distribution d'un grand nombre de compacts, à bas prix, instruments à énergie solaire qui peuvent être déployés dans les arrière-cours par des bénévoles. Et avec de nombreuses mains faisant un travail léger, les scientifiques peuvent mieux collecter, plus de données à haute résolution à l'échelle locale que n'importe quel satellite de l'espace extra-atmosphérique.

"Si nous établissons un réseau de 100 moniteurs dans une zone métropolitaine, nous aurons accès à un ensemble de données incroyablement puissant que la NASA pourra utiliser pour améliorer les cartes de la qualité de l'air, " dit Jeff Pierce, professeur agrégé de sciences de l'atmosphère et co-chercheur sur le projet.

Les capteurs CEAMS prennent deux types principaux de mesures. L'un est la profondeur optique de l'aérosol, ou AOD, qui est liée à la quantité de particules présentes dans une colonne d'air verticale de la Terre à l'espace. L'autre est le PM 2,5 au niveau du sol, qui est le plus préoccupant pour la santé humaine. « Ces deux mesures, pris ensemble, sont précieux non seulement pour la NASA, mais pour toute personne intéressée par la qualité de l'air local, " dit Eric Wendt, un étudiant diplômé en génie mécanique qui a aidé à concevoir le capteur.

L'équipe interdisciplinaire, impliquant des ingénieurs, scientifiques de l'atmosphère, et sociologues, sont tous membres du Partenariat CSU pour la qualité de l'air, Climat, et Santé (PACH) - une organisation qui met en synergie l'expertise de CSU pour apporter des solutions aux problèmes de société à l'intersection de la qualité de l'air, climat et santé. L'équipe du CEAMS comprend Volckens, Pierce et ses co-investigateurs Shantanu Jathar en génie mécanique et Marilee Long en journalisme et communication médiatique, ainsi que les membres de leurs groupes de recherche.

Le rôle de Long est d'aider à déterminer les meilleures pratiques pour le recrutement et la formation de scientifiques citoyens. "La science citoyenne ne consiste pas seulement à utiliser les gens pour faire des mesures scientifiques, " dit-elle. " Ils ont aussi une valeur. Si nous avons beaucoup de gens qui apprennent, nous les encourageons également à penser positivement à la science. Leurs retours nous aident également à concevoir de meilleurs instruments pour les futurs volontaires. »

Exploiter un réseau local

Heureusement pour l'équipe du CEAMS, ils avaient accès à un ready-made, réseau local de science citoyenne :les observateurs de neige et de pluie qui recueillent des données sur les précipitations pour le Community Collaborative Rain, Réseau Grêle et Neige, CoCoRaHS, par le Colorado Climate Center. Le personnel du centre a mis les responsables du CEAMS en contact avec des citoyens locaux disposés à se porter volontaires pour le projet de lutte contre la pollution atmosphérique.

Le site Web du CEAMS contient des vidéos commentées fournissant des instructions étape par étape sur la façon de configurer les moniteurs et de collecter des données. Membre de l'équipe Casey Quinn, un étudiant diplômé du Département des sciences de la santé environnementale et radiologique, a créé une application pour smartphone grâce à laquelle les scientifiques citoyens téléchargent leurs données directement à l'équipe du CEAMS.

Les volontaires ont été invités à prélever un échantillon tous les deux jours pendant environ deux semaines, dit Bonne Ford, chercheur en sciences de l'atmosphère et chef de projet de la CEAMS. Les utilisateurs doivent installer les capteurs en plein soleil, ou les mesures ne seront pas précises. Ils doivent apprendre à changer un filtre, et comment utiliser l'application pour télécharger des données.

"Pour l'AOD, nous voulions qu'ils alignent le capteur et le configurent pour prendre la mesure quand ils le voulaient, " Ford a dit. " De cette façon, ils n'ont pas besoin d'être là à un moment donné."

Prochaines étapes

La phase pilote en cours du CEAMS est soutenue par un financement de 160 $, 000 bourse de la NASA. En cas de succès, Le CEAMS peut être éligible à un second tour de financement, date à laquelle ils seront déployés dans plusieurs villes dont Denver et Los Angeles. Le projet pilote a également reçu une subvention du Bureau du développement économique et du commerce international du Colorado, qui a fourni un support essentiel pour les premiers prototypes de capteurs CEAMS.