Les capteurs de qualité de l'air de qualité recherche sont coûteux - environ 40 $, 000. Pour les villes essayant de surveiller leurs émissions de gaz à effet de serre, le coût peut limiter le nombre de capteurs qu'ils peuvent installer et les données qu'ils peuvent collecter.

Sauf si. . .

Depuis 2014, l'Université de l'Utah a entretenu des suites d'instruments de qualité de l'air de qualité scientifique installées sur des trains légers sur rail qui se déplacent chaque jour dans la vallée du lac Salé. Ces capteurs mobiles, les chercheurs estiment dans une nouvelle étude, couvrir la même surface que 30 capteurs fixes, fournir à la vallée du lac Salé un moyen très rentable de surveiller ses émissions de gaz à effet de serre et de combler les lacunes dans les estimations d'émissions. L'étude est publiée dans Sciences et technologies de l'environnement .

"Les niveaux de polluants dans l'atmosphère vont changer rapidement au cours de la prochaine décennie à mesure que des technologies d'énergie propre seront déployées, " dit Logan Mitchell, professeur assistant de recherche en sciences de l'atmosphère, et co-auteur de l'étude. « Une surveillance atmosphérique rentable aidera les décideurs à comprendre quelles politiques conduisent à des réductions des niveaux de polluants, où il faut se concentrer davantage, et si des inégalités environnementales apparaissent, car certaines zones réduisent leurs émissions plus rapidement que d'autres."

Prenant le spectacle sur la route

L'histoire du montage de capteurs sur les trains du système TRAX de l'Utah Transit Authority commence en 2009 avec Heather Holmes, alors doctorante (maintenant professeur agrégé de génie chimique). Holmes a installé un capteur de particules sur un train, mais pour une courte période seulement.

Lorsque Mitchell est arrivé à l'U en tant que chercheur postdoctoral en 2013, il a discuté de la relance du projet de Holmes avec les conseillers pédagogiques Jim Ehleringer, professeur distingué de biologie, et John Lin, professeur de sciences de l'atmosphère et co-auteur de la présente étude. Avec le soutien de l'UTA, Mitchell a mené une étude préliminaire en 2014.

Ils ont d'abord testé des tubes d'entrée d'air placés par la fenêtre d'une cabine de conducteur inoccupée. "J'ai remarqué qu'il y avait un petit CO 2 cogner chaque fois que le train TRAX s'arrête à une gare, " dit Mitchell. " Cela m'a dérouté au début, mais j'ai réalisé que les tubes d'admission qui dépassaient de la fenêtre du conducteur captaient en fait la respiration humaine des personnes debout sur le quai du train attendant de monter à bord du train !"

Le test a été un succès, et Mitchell s'est associé au groupe de recherche du professeur John Horel pour lancer un effort de recherche à part entière pour surveiller la qualité de l'air et les gaz à effet de serre, cette fois avec les capteurs sur le toit du train afin qu'ils ne soient pas affectés par les personnes qui attendent sur les quais du train.

Désormais, le programme s'est étendu à d'autres lignes TRAX et le financement continu de l'État soutient la surveillance de la qualité de l'air, tandis qu'un financement supplémentaire de la National Oceanic and Atmospheric Administration a soutenu cette étude sur les émissions de gaz à effet de serre.

Mesure descendante des émissions

L'étude évalue les capteurs d'air TRAX en tant que mesure descendante des émissions de gaz à effet de serre. L'analyse "top-down" consiste à mesurer la concentration atmosphérique, puis déterminer d'où proviennent les émissions. Une autre approche, analyse "bottom-up", recense toutes les sources d'émissions possibles et les additionne pour estimer le total.

"Les mesures descendantes nous permettent d'évaluer si les inventaires d'émissions ascendants sont exacts, " dit Derek Mallia, auteur principal de l'étude et professeur adjoint de recherche en sciences de l'atmosphère. « Si un inventaire des émissions est légèrement décalé ou s'il manque une source d'émissions, l'approche descendante nous donne un moyen de comprendre cela."

Les satellites de la NASA peuvent également être utilisés pour estimer les estimations d'émissions descendantes pour les villes du monde entier, un effort que Lin et son groupe poursuivent également. "Ces mesures satellitaires sont utiles pour évaluer des villes entières et pour les villes qui manquent d'observations au sol, " Lin dit, "mais les capteurs basés sur TRAX permettent une plus grande granularité des émissions dans toute la ville et peuvent compléter les observations spatiales."

Les mesures descendantes de ce type sur une vaste zone peuvent se concentrer sur des éléments particuliers de l'inventaire des émissions d'une ville pour identifier les façons dont l'inventaire doit changer.

« Un exemple très simple de cela serait d'examiner les émissions sur route, " dit Mallia. Les chercheurs ont trouvé des sous-estimations des émissions sur route par les inventaires ascendants, qui, s'il était observé uniquement par un capteur stationnaire à proximité d'une seule route principale, ne suggérerait que des sous-estimations potentielles pour cette route particulière. Mais si les émissions sur route sont systématiquement sous-estimées dans toute une ville, Mallia dit, "fondamentalement, cela nous indique que nous ne tenons pas compte de quelque chose sur les émissions sur route, en général. Cela pourrait être très important à comprendre alors que de plus en plus de personnes commencent à conduire des véhicules électriques qui n'ont aucune émission d'échappement."

Alors que les villes s'efforcent de réduire les inégalités environnementales, la surveillance mobile de l'air peut également aider à surveiller si l'air de certaines zones urbaines s'améliore plus rapidement que d'autres, Mitchell ajoute.

Un modèle à suivre pour les villes

"Les mesures basées sur TRAX, combiné avec le réseau de sites fixes, signifie que Salt Lake City est l'une des villes les mieux instrumentées au monde en termes d'observations de pollution, " dit Lin.

A la connaissance des chercheurs, des capteurs de qualité de l'air ont été installés sur les plates-formes des transports publics dans seulement une poignée de villes en Europe. Mais la même approche pourrait être utilisée dans n'importe quelle ville avec des systèmes de métro léger similaires - Portland, Oregon et Denver, par exemple. Dans les villes dotées de systèmes ferroviaires partiellement ou entièrement souterrains, des capteurs pourraient être montés sur des bus électriques.

Les économies de coûts d'une telle approche sont stupéfiantes. Un capteur mobile de qualité recherche coûtant 40 $, 000, les auteurs trouvent, peut couvrir la même zone qu'environ 30 capteurs fixes pour un coût supérieur à 1,2 million de dollars.

« Cela exclut la main-d'œuvre nécessaire pour maintenir un réseau de 30 stations, qui serait immense, " dit Mitchell. " Pour faire court, sur la base de notre analyse préliminaire, Les mesures mobiles semi-continues sur les véhicules de transport en commun sont une stratégie très rentable pour surveiller les émissions dans les villes. »