Réseau COCCON (Collaborative Carbon Column Observing Network) de capteurs de colonne pour mesurer l'excès de colonnes de méthane (CH4) lors d'essais au sommet du NCAR Foothills Laboratory. Crédit :Mahesh Kumar Sha/KIT/BIRA-IASB
Avec le gaz naturel en plein essor dans le Front Range, les plates-formes de forage peuvent fonctionner à quelques mètres des fermes d'élevage. Que l'utilisation partagée des terres peut contrecarrer les tentatives de comprendre les tendances du méthane, un gaz à effet de serre et un polluant atmosphérique, les gaz émis par ces différentes sources se mélangent.
Pour les démêler, une équipe dirigée par le CIRES a innové une nouvelle, technique rentable pour mesurer efficacement le méthane et un cocktail de produits chimiques associés dans l'atmosphère, et de créer une sorte d'étiquette d'identification chimique pour les sources de méthane.
"Le méthane est un gaz à effet de serre important. Mais il a une concentration mondiale élevée, il peut donc être difficile de voir ses sources spécifiques, " a déclaré Nathalie Kille, Doctorat CIRES étudiant et auteur principal de l'étude publiée aujourd'hui dans la revue AGU Lettres de recherche géophysique . "Cette technique nous permet d'éliminer les concentrations de méthane de fond dans notre analyse pour voir clairement des traceurs chimiques uniques."
Les « traceurs » sont des produits chimiques uniques à une seule source :l'éthane est un excellent traceur pour les opérations pétrolières et gazières, par exemple; et l'ammoniac est un traceur pour les élevages bovins, responsable de cette odeur de vache incomparable. La mesure des niveaux de ces deux traceurs a aidé l'équipe à démêler les sources de méthane produit localement par l'agriculture et les opérations pétrolières et gazières.
À l'aide d'instruments posés au sol et mesurant l'air au-dessus, ils peuvent instantanément capturer un instantané des concentrations chimiques de méthane et de ses traceurs dans la colonne d'air allant de la surface jusqu'au sommet de l'atmosphère. L'équipe utilise ensuite ces informations pour supprimer le fond de méthane - un concept connu sous le nom de "colonne excédentaire" - afin que les traceurs puissent occuper le devant de la scène.
« Ce fut la première étude à mesurer les colonnes en excès de toutes ces molécules simultanément, " dit Rainer Volkamer, Boursier CIRES, CU professeur agrégé de chimie, et auteur correspondant de l'étude. "Cela nous donne une meilleure maîtrise pour séparer et quantifier les sources de méthane à l'échelle régionale."
L'équipe a mis en place un réseau de ces petits instruments à travers le Front Range du Colorado. Frank Hase et Thomas Blumenstock avec l'Institut allemand de technologie de Karlsruhe ont développé un roman, spectromètre portable capable de mesures de méthane très précises. Et CIRES/CU Boulder a fourni l'instrument « CU mobile Solar Occultation Flux » de l'Université du Colorado à Volkamer qui mesurait les traceurs chimiques éthane et ammoniac. Les deux appareils exploitent la lumière du soleil pour identifier chaque molécule par son empreinte d'absorption de la lumière.
Au Colorado, les exploitations pétrolières et gazières se trouvent à quelques mètres des fermes d'élevage. Crédit :Frank Flocke/NCAR
"Ces deux instruments ont été installés côte à côte à Eaton, Colorado, dans ce que nous appelons le « dôme de méthane » du bassin Denver-Julesburg, " a déclaré Volkamer. " Dans les zones où le gaz naturel et les sites d'élevage de bétail sont présents, du méthane est émis, et se mélange à partir des deux sources, formant une bulle à l'intérieur de la couche limite atmosphérique qui se dilate et se contracte comme si elle respirait."
Pour mesurer les concentrations de fond de méthane, l'équipe a installé deux instruments KIT supplémentaires (un exploité par le National Center for Atmospheric Research) à l'extérieur du dôme de méthane, à Boulder et Westminster, chacun à environ 60 milles d'Eaton. Ces données ont aidé Kille à calculer, puis à supprimer, la concentration de fond de méthane pour isoler le méthane produit localement et ces deux principaux traceurs chimiques.
Dans des travaux antérieurs pour démêler les sources de méthane, les scientifiques ont souvent collecté des flacons d'échantillons d'air, soit depuis le sol, soit par avion, pour une analyse détaillée en laboratoire. Mais certains produits chimiques, y compris l'ammoniac, peut coller à l'intérieur de certains bidons, créant des défis.
Dans ce travail, les petits instruments portables pourraient être déployés presque n'importe où pour des mesures en temps réel de l'atmosphère ouverte. À Eaton, l'équipe s'est installée sur le parking derrière une chambre d'hôtes.
Sur la base des données de cinq jours de mesures en 2015, l'équipe a découvert que les opérations pétrolières et gazières étaient responsables de la majeure partie du méthane produit dans le bassin de Denver-Julesburg, avec des sources agricoles fournissant une source importante mais mineure.
L'étude a également révélé des observations déconcertantes qui nécessiteront une exploration plus approfondie :par exemple, lorsque les concentrations de méthane sont très faibles, les sources agricoles sont relativement plus importantes.
Ces résultats pourraient aider les opérateurs de gaz naturel, éleveurs de bétail, et leurs régulateurs prennent des décisions plus éclairées sur l'atténuation du méthane.
À l'avenir, les chercheurs espèrent générer une série chronologique à long terme sur plusieurs saisons pour voir comment les sources de méthane dans la région changent au fil du temps - un exploit qui devient possible avec un faible coût, des réseaux de capteurs autonomes comme celui-ci. Les scientifiques pourraient également travailler à comparer ces données avec celles recueillies par les satellites, développer les meilleures pratiques pour informer les observations satellitaires, dit Volkamer.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.
