Une nouvelle étude offre des réponses aux questions qui ont intrigué les décideurs politiques, chercheurs et organismes de réglementation à travers des décennies d'enquête et de science en évolution :quelle quantité totale de méthane, un gaz à effet de serre, est émis par les opérations de gaz naturel à travers les États-Unis? Et pourquoi avoir des méthodes d'estimation différentes, appliqué dans divers bassins pétroliers et gaziers américains, semblait être en désaccord?

L'étude dirigée par l'Université d'État du Colorado, publié le 29 octobre dans Actes de l'Académie nationale des sciences , résulte d'une grande, campagne multi-institutionnelle sur le terrain appelée Basin Methane Reconciliation Study. Les chercheurs ont découvert que les rejets épisodiques de méthane qui se produisent principalement pendant les opérations de maintenance de jour uniquement, dans quelques établissements un jour donné, peut expliquer pourquoi les comptes d'émissions totales n'ont pas concordé dans les analyses antérieures.

Avec l'aide précieuse des partenaires de l'industrie, les chercheurs ont considérablement amélioré les méthodes de quantification des émissions au niveau du bassin et ont jeté un nouvel éclairage sur les processus d'émission importants.

"Notre étude est la première du genre, dans sa portée et son approche, " a déclaré Dan Zimmerle, auteur principal de la PNAS étudier, et associé de recherche principal au CSU Energy Institute. « Il a utilisé des mesures simultanées au sol et en avion et des données d'exploitation sur site, et, par conséquent, réduit les incertitudes des études précédentes."

L'étude sur la réconciliation du méthane dans le bassin comprenait des scientifiques de la CSU, École des mines du Colorado, Université du Colorado Boulder, l'Administration nationale océanique et atmosphérique, et le Laboratoire national des énergies renouvelables. Les autres partenaires scientifiques étaient l'Université du Wyoming, Aérodyne, AECOM, Aviation scientifique et GHD. La campagne de terrain a eu lieu en 2015 dans la zone de gaz de schiste de Fayetteville du bassin Arkoma de l'Arkansas.

Efforts coordonnés

La campagne a impliqué plus de 60 chercheurs qui ont effectué des mesures coordonnées au niveau des installations et des appareils des principales sources d'émissions de gaz naturel. La campagne comprenait également une série de survols d'avions pour recueillir des mesures au cours de la même période où les chercheurs prenaient des mesures au sol. Les vols ont eu lieu lorsque les conditions météorologiques ont permis des estimations précises des émissions régionales.

L'équipe de recherche a entrepris d'étudier l'écart persistant entre deux méthodes largement utilisées pour estimer les émissions de méthane provenant des opérations de gaz naturel. Estimations "bottom-up", tels que ceux utilisés dans l'inventaire EPA des émissions et puits de gaz à effet de serre des États-Unis, sont élaborés en mesurant les émissions d'un échantillon représentatif d'appareils, augmenté par le nombre d'appareils ou d'événements d'émission. En revanche, des mesures "top-down" peuvent être réalisées à l'échelle régionale, comme piloter un aéronef contre le vent et sous le vent d'une zone d'étude pour calculer les émissions totales du méthane entrant ou sortant d'un bassin.

Autrefois, la plupart des avions, les estimations des émissions à l'échelle du bassin ont été statistiquement plus élevées que les estimations basées sur la comptabilité ascendante.

"La clé de nos efforts était d'avoir tout le monde dans le même domaine, à la fois, " dit Gabrielle Pétron, un chercheur du CIRES au CU Boulder et à la NOAA qui était le chercheur principal de l'équipe de mesure descendante. "En comparant les mérites et les pièges de plusieurs méthodes de mesure, nous avons pu peindre un tableau beaucoup plus complet, et nous croyons exact, image du paysage des émissions de méthane pour les infrastructures de gaz naturel."

Les articles préliminaires évaluent plusieurs méthodes

Le document du PNAS a utilisé un ensemble complet de résultats publiés dans des documents préliminaires évaluant les émissions des installations de gaz naturel, y compris les tampons de puits, stations de rassemblement, les canalisations de collecte, et les secteurs de la transmission et de la distribution. Les équipes ont effectué des mesures simultanées à l'aide de plusieurs méthodes sur les plateformes de puits et les stations de compression - les plus grandes sources d'émissions identifiées dans le bassin - qui ont mis en évidence les forces et les faiblesses de diverses méthodes sur site et sous le vent. Les réseaux de distribution de gaz naturel ne représentaient qu'une petite fraction des émissions totales de gaz naturel. L'équipe a également estimé les émissions de méthane provenant de sources biogéniques, comme l'agriculture et les décharges.

L'ensemble de ces efforts de recherche a abouti à l'article PNAS dirigé par la CSU qui a synthétisé toutes les données recueillies par les équipes de recherche. Ce document de synthèse a comparé une estimation ascendante qui tenait compte de l'emplacement et du moment des émissions, avec une estimation descendante développée via la mesure de l'avion, une analyse qui n'avait jamais été faite auparavant. L'un des principaux enseignements de l'étude était l'importance de comprendre le calendrier des mesures et les activités de maintenance de jour, ce qui explique probablement l'écart persistant entre les précédentes estimations descendantes et ascendantes.

De courtes périodes d'émissions élevées

Les activités de maintenance de routine ont lieu pendant la journée et peuvent provoquer de courtes périodes d'émissions élevées au milieu de la journée. L'une de ces activités est appelée "déchargement manuel de liquides, " qui élimine l'accumulation de liquides dans un puits de gaz naturel afin de rétablir les flux de production de gaz. Le processus de déchargement peut temporairement détourner le flux de gaz naturel du puits vers un évent atmosphérique.

Ces activités se déroulent généralement pendant la journée, à peu près au même moment, un avion de recherche effectuait des mesures. Cette variabilité diurne des émissions de méthane, les chercheurs ont conclu, peut aider à expliquer pourquoi les estimations des mesures des avions étaient auparavant plus élevées que les estimations basées sur les inventaires annuels ascendants.

Dans cette étude, pour la première fois, les chercheurs ont montré que la variation d'est en ouest des émissions de méthane à travers le bassin, dérivé de mesures d'aéronefs, ont été reproduits par la haute résolution, modèle d'émissions ascendant développé par l'équipe CSU.

Partenariats industriels et financement public/privé

La collaboration avec des experts techniques de l'industrie a donné à l'équipe d'étude un accès complet et inestimable au site pour les mesures ascendantes et les données opérationnelles à résolution horaire et spatiale. Les données ont amélioré la compréhension de l'ampleur et du calendrier des émissions, en particulier pour les événements épisodiques comme les opérations de maintenance.

"Ce que nous avons trouvé, c'est que nous avons deux bonnes méthodes de mesure. Si vous voulez les comparer, vous devez tenir compte du moment et de l'emplacement des émissions, " a déclaré l'auteur principal de PNAS, Tim Vaughn, un chercheur scientifique de la CSU.

L'applicabilité de ces résultats à d'autres bassins de production n'est pas connue, disent les chercheurs, sans comprendre le calendrier des émissions dans ces autres bassins.