Le nouveau portrait en 3 dimensions de la NASA des concentrations de méthane montre le deuxième plus grand contributeur au réchauffement à effet de serre au monde, la diversité des sources sur le terrain, et le comportement du gaz lorsqu'il se déplace dans l'atmosphère. La combinaison de plusieurs ensembles de données provenant des inventaires d'émissions, y compris les combustibles fossiles, agricole, combustion de biomasse et biocarburants, et des simulations de sources de zones humides dans un modèle informatique à haute résolution, les chercheurs disposent désormais d'un outil supplémentaire pour comprendre ce gaz complexe et son rôle dans le cycle du carbone terrestre, composition atmosphérique, et système climatique.

Depuis la révolution industrielle, les concentrations de méthane dans l'atmosphère ont plus que doublé. Après le dioxyde de carbone, le méthane est le deuxième gaz à effet de serre le plus influent, responsable de 20 à 30 % de la hausse des températures de la Terre à ce jour.

"Il est urgent de comprendre d'où viennent les sources afin que nous puissions être mieux préparés à atténuer les émissions de méthane là où il y a des opportunités de le faire, " a déclaré le chercheur Ben Poulter au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

Une seule molécule de méthane est plus efficace pour piéger la chaleur qu'une molécule de dioxyde de carbone, mais parce que la durée de vie du méthane dans l'atmosphère est plus courte et les concentrations de dioxyde de carbone sont beaucoup plus élevées, le dioxyde de carbone reste le principal contributeur au changement climatique. Le méthane a également beaucoup plus de sources que le dioxyde de carbone, il s'agit notamment des secteurs de l'énergie et de l'agriculture, ainsi que des sources naturelles provenant de divers types de zones humides et de plans d'eau.

"Le méthane est un gaz qui est produit dans des conditions anaérobies, donc cela signifie qu'il n'y a pas d'oxygène disponible, vous trouverez probablement du méthane produit, " a déclaré Poulter. En plus des activités liées aux combustibles fossiles, principalement du charbon, secteurs du pétrole et du gaz, les sources de méthane comprennent également l'océan, les sols inondés dans les zones humides végétalisées le long des rivières et des lacs, agriculture, comme la riziculture, et les estomacs des ruminants, y compris le bétail.

"On estime que jusqu'à 60% du flux actuel de méthane de la terre vers l'atmosphère est le résultat d'activités humaines, " a déclaré Abhishek Chatterjee, un scientifique du cycle du carbone avec l'Association de recherche spatiale des universités basée à Goddard. "Semblable au dioxyde de carbone, l'activité humaine sur de longues périodes augmente les concentrations de méthane dans l'atmosphère plus rapidement que l'élimination des « puits » naturels ne peut la compenser. Alors que les populations humaines continuent de croître, changements dans l'utilisation de l'énergie, agriculture et riziculture, l'élevage influencera les émissions de méthane. Cependant, il est difficile de prédire les tendances futures en raison à la fois du manque de mesures et d'une compréhension incomplète des rétroactions carbone-climat."

Les chercheurs utilisent des modèles informatiques pour essayer de dresser un tableau plus complet du méthane, a déclaré la météorologue de recherche Lesley Ott du Global Modeling and Assimilation Office de Goddard. "Nous avons des pièces qui nous parlent des émissions, nous avons des morceaux qui nous disent quelque chose sur les concentrations atmosphériques, et les modèles sont essentiellement la pièce manquante qui relie tout cela et nous aide à comprendre d'où vient le méthane et où il va."

Pour créer une image globale du méthane, Ott, Chatterjee, Poulter et leurs collègues ont utilisé les données sur le méthane provenant des inventaires d'émissions déclarés par les pays, campagnes de terrain de la NASA, comme l'Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) et les observations du satellite d'observation des gaz à effet de serre de l'Agence spatiale japonaise (GOSAT Ibuki) et de l'instrument de surveillance troposphérique à bord du satellite Sentinel-5P de l'Agence spatiale européenne. Ils ont combiné les ensembles de données avec un modèle informatique qui estime les émissions de méthane sur la base de processus connus pour certains types de couverture terrestre, comme les zones humides. Le modèle simule également la chimie atmosphérique qui décompose le méthane et l'élimine de l'air. Ensuite, ils ont utilisé un modèle météorologique pour voir comment le méthane se déplaçait et se comportait au fil du temps dans l'atmosphère.

La visualisation des données de leurs résultats montre les mouvements éthérés du méthane et éclaire ses complexités à la fois dans l'espace sur divers paysages et avec les saisons. Une fois les émissions de méthane rejetées dans l'atmosphère, les vents de haute altitude peuvent le transporter bien au-delà de leurs sources.

Lorsqu'ils ont vu pour la première fois les données visualisées, plusieurs endroits se sont démarqués.

En Amérique du Sud, le bassin du fleuve Amazone et ses zones humides adjacentes sont inondés de façon saisonnière, créant un environnement privé d'oxygène qui est une source importante de méthane. Globalement, environ 60% des émissions de méthane proviennent des tropiques, il est donc important de comprendre les différentes sources humaines et naturelles, dit Poulter.

Sur l'Europe, le signal de méthane n'est pas aussi fort qu'en Amazonie. Les sources européennes de méthane sont influencées par la population humaine et l'exploration et le transport du pétrole, le gaz et le charbon du secteur de l'énergie.

En Inde, la riziculture et l'élevage sont les deux principales sources de méthane. "L'agriculture est responsable d'environ 20% des émissions mondiales de méthane et comprend la fermentation entérique, qui est le traitement des aliments dans les entrailles du bétail, surtout, mais comprend également la façon dont nous gérons les déchets provenant de l'élevage et d'autres activités agricoles, " dit Poulter.

L'expansion économique de la Chine et sa population nombreuse entraînent une forte demande de pétrole, l'exploration du gaz et du charbon pour l'industrie ainsi que la production agricole, qui sont ses sources sous-jacentes de méthane.

Les régions arctiques et de haute latitude sont responsables d'environ 20 % des émissions mondiales de méthane. « Que se passe-t-il dans l'Arctique, ne reste pas toujours dans l'Arctique, " dit Ott. " Il y a une énorme quantité de carbone qui est stockée dans les hautes latitudes du nord. L'une des choses qui préoccupent vraiment les scientifiques est de savoir si, oui ou non, à mesure que les sols se réchauffent, une plus grande partie de ce carbone pourrait être libérée dans l'atmosphère. À l'heure actuelle, ce que vous voyez dans cette visualisation, ce ne sont pas de très fortes impulsions de méthane, mais nous surveillons cela de très près parce que nous savons que c'est un endroit qui change rapidement et qui pourrait changer radicalement avec le temps."

« L'un des défis de la compréhension du bilan mondial du méthane a été de concilier la perspective atmosphérique sur l'endroit où nous pensons que le méthane est produit par rapport à la perspective ascendante, ou comment nous utilisons les rapports au niveau des pays ou les modèles de surface terrestre pour estimer les émissions de méthane, " a déclaré Poulter. " La visualisation que nous avons ici peut nous aider à comprendre cet écart descendant et ascendant et nous aider également à réduire les incertitudes dans notre compréhension du bilan global du méthane en nous donnant des repères visuels et une compréhension qualitative de la façon dont le méthane se déplace dans l'atmosphère et là où il est produit."

Les données des modèles de sources de méthane et de transport aideront également à la planification des futures missions sur le terrain et par satellite. Actuellement, La NASA a prévu un satellite appelé GeoCarb qui sera lancé vers 2023 pour fournir des observations spatiales géostationnaires du méthane dans l'atmosphère sur une grande partie de l'hémisphère occidental.