Après que le peigne de fréquence optique a fait ses débuts en tant que règle de la lumière, les retombées ont suivi, y compris l'astrocomb pour mesurer la lumière des étoiles et un système de peigne de type radar pour détecter les fuites de gaz naturel. Et maintenant, des chercheurs ont dévoilé l'« agricomb » sur mesure, hum, la vache rote.

L'agricomb pourrait aider à optimiser les processus agricoles pour réduire la production de gaz à effet de serre qui piègent la chaleur.

Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de l'Université d'État du Kansas (KSU) ont utilisé l'agricomb du NIST pour mesurer simultanément les émissions de méthane, ammoniac, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau de l'atmosphère autour d'un parc d'engraissement de bovins de boucherie au Kansas. L'appareil du NIST - un système à deux peignes - identifie les gaz traces en fonction des nuances et des quantités exactes de lumière infrarouge absorbée par l'atmosphère lorsque la lumière du peigne est envoyée dans les deux sens à travers des chemins à l'air libre.

Décrit dans Avancées scientifiques , la démonstration était la première utilisation de peignes à fréquence dans un cadre agricole. Le système portatif a été installé à l'intérieur d'une remorque garée à côté du parc d'engraissement. La lumière laser a été spécialement amplifiée et filtrée pour cibler des gaz spécifiques.

Les chercheurs ont mesuré les gaz le long de deux chemins de 100 mètres, à la fois sous le vent et sous le vent, à partir d'enclos contenant environ 300 vaches. L'expérience s'est concentrée sur le méthane et l'ammoniac car les émissions du bétail, principalement du bétail, sont la plus grande source américaine de méthane anthropique, un gaz à effet de serre majeur, et l'ammoniac est un important polluant atmosphérique.

Les mesures ont capturé les émissions provenant à la fois des processus digestifs du bétail et du fumier au sol. L'agricomb a mesuré les concentrations de méthane et d'ammoniac à des niveaux de parties par million avec une précision de 25 parties par milliard. Les résultats d'Agricomb pour le méthane étaient comparables à ceux d'un capteur commercial qui a échantillonné l'air à plusieurs entrées le long des bords du parc d'engraissement. Le système de peigne était particulièrement utile pour l'ammoniac parce que ce gaz est collant et difficile à mesurer avec des systèmes basés sur l'admission. En outre, l'agricomb peut mesurer plusieurs gaz simultanément, ce qui est difficile pour les systèmes conventionnels.

Finalement, tandis que les capteurs commerciaux mesuraient des niveaux de fond précis plus rapidement, l'agricomb a capté plus précisément les panaches sous le vent et pourrait alors mieux caractériser les sources de gaz, selon le papier. La précision accrue sera essentielle pour les futures mesures prévues du méthane provenant de vaches dispersées dans un pâturage, ce qui est un problème beaucoup plus difficile.

L'accord des anciennes et des nouvelles techniques inspire confiance que l'agricomb peut être utilisé pour quantifier avec précision les gaz dans des contextes agricoles, le papier suggère. Les avantages de l'agricomb incluent la sensibilité à une large gamme de lumière infrarouge, haute précision, détection sans étalonnage de plusieurs gaz à la fois, et la flexibilité de la configuration de mesure. L'association de deux peignes avec des espacements de « dents » différents pour identifier les couleurs exactes de la lumière rend l'analyse plus précise.

L'estimation des émissions de méthane provenant du bétail est difficile en raison des variations dans les pratiques de gestion et les caractéristiques des bovins dans les fermes commerciales. En outre, ce que le bétail mange affecte les émissions mais n'est pas pris en compte dans les inventaires nationaux, conduisant à de grandes incertitudes dans les modèles d'émission de gaz à effet de serre, selon le papier. Les bovins du parc d'engraissement du Kansas mangeaient un mélange de foin et d'ensilage de maïs.

"Pour l'avenir, notre plan est de travailler avec KSU pour faire une mesure des pâturages, où le bétail mange des herbes indigènes, " Le physicien du NIST Brian Washburn a déclaré. " L'alimentation différente, plus une activité microbienne dans les sols des prairies qui consomment du méthane, peut signifier moins de production de méthane atmosphérique dans le pâturage que dans le parc d'engraissement. Le bétail passe environ 75 % de sa vie au pâturage, cette mesure serait donc plus représentative de la production nette de méthane. Ce serait aussi une mesure plus difficile, puisqu'il se déroulerait sur une plus grande surface, environ 500 mètres sur 500 mètres, avec moins d'animaux, environ 40 têtes."

Les chercheurs suggèrent que l'agricomb peut soutenir l'agriculture de précision - l'utilisation de nouvelles technologies pour augmenter les rendements - en mesurant de nombreux gaz simultanément sur de grandes échelles spatiales, permettant de concevoir des exploitations agricoles plus propres et plus productives.