Le méthane (CH₄) est l’un des principaux gaz à effet de serre, mais on connaît mal le volume des rejets de ses différentes sources. Il est urgent de le quantifier avec précision afin de prendre les mesures permettant d’atteindre les objectifs climatiques fixés par les Nations-Unies. Le projet MEMO2 («Methane goes Mobile, Measurements and Model-ling») – un des éléments du programme Horizon2020 – réunit 20 groupes de recherche de sept pays. Leurs efforts sont centrés sur l’identification des sources de méthane et la quantification de leurs émissions à l’aide d’appareils de mesure mobiles. L’Empa est de la partie. Les chercheurs engagés dans le projet MEMO2 se concentrent sur la Roumanie. Avec ses nombreux champs pétroliers et gaziers, le pays est l’une des principales sources de méthane d’Europe. Le gaz s’échappe des puits de forage et se dissipe dans l’atmosphère. Il n’était jusqu’à présent possible d’effectuer des mesures précises qu’avec du matériel fixe. Monté parfois sur un véhicule, il ne pouvait alors être enclenché qu’en bord de chaussée. Une méthode compliquée et peu satisfaisante. Les chercheurs de l’Empa ont mis au point un appareil de mesure précis et léger embarcable sur un drone et allant mesurer les concentrations en CH₄ sur place. Ses données permettent d’établir des cartes d’émissions. «Le nouveau spectromètre constitue une percée dans l’analyse des traces de gaz par sa précision, sa taille et son poids», remarque Lukas Emmenegger qui dirige le département «Air Pollution / Environmental Technology» de l’Empa. Pour quantifier le méthane, Emmenegger et son équipe utilisent un laser à cascade quantique (QCL). Un spectromètre monté sur le drone détermine la distribution tridimensionnelle de méthane dans le voisinage des sources. L’intégration de ces données avec des données anémométriques permet aux chercheurs de calculer l’ampleur des émissions. Les drones présentent d’autre part l’avantage de faciliter les mesures aux endroits difficiles d’accès. Avec la qualité des résultats obtenus, il sera possible d’adopter des mesures concrètes de contention des émissions puis d’en vérifier les effets. L’industrie est également intéressée par cette technique, confirme Emmenegger. «Nous avons déjà reçu beaucoup de demandes venant de l’industrie et de la recherche. De nombreux projets très intéressants vont pouvoir démarrer dans le domaine de la mesure des sources de méthane d’origine naturelle ou humaine.»

Dix d'un coup

Le méthane n’est pas le seul gaz problématique pour l’environnement. Pensons au dioxyde de carbone (CO₂), à l’ozone (O₃) et à l’ammoniac (NH3). Les instruments de mesure de ces gaz sont complexes, coûteux et gourmands en énergie parce que chaque gaz doit être mesuré par une méthode spécifique. Ou plutôt «devait». Deux anciens chercheurs de l’Empa, Morten Hundt et Oleg Aseev ont mis au point un spectromètre QCL détectant simultanément dix gaz différents. Ils ont lancé il y a peu une spin-off de l’Empa, «MIRO Analytical Technologies», et peuvent déjà se targuer de plusieurs succès. Au début 2020, dans le cadre du programme Accelerator du Conseil européen de l’innovation, ils ont reçu un soutien de 1,25 million d’Euros. Ils participent en outre depuis janvier 2019 à l’Incubateur d’affaires de l’Agence spatiale euro-péenne ESA car leur capteur high-tech peut servir de solide référence – au sol ou en vol – dans l’observation par satellite des gaz présents dans l’atmosphère.

Des Observations venant de l'espace

L’ESA compte également sur l’expertise de l’Empa dans ses préparatifs de la mission spatiale du CO2M «Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring». Dès 2025, les premiers satellites CO2M seront envoyés sur orbite pour effectuer les mesures spectroscopiques permettant d’établir des cartes globales de la teneur de l’atmosphère en CO₂ . On saura alors combien de CO₂ est produit par les sites industriels, les villes et les pays. «Nous pouvons donner différentes recommandations utiles à l’ESA sur le matériel d’analyse embarqué par les satellites», explique Gerrit Kuhlmann, chercheur de l’Empa. Ainsi, il doit être capable de distinguer entre les émissions anthropiques de CO₂ et les signaux de la biosphère, c’est-à-dire le CO₂ d’origine naturelle. Piste suivie: la mesure combinée du CO₂ et du dioxyde d’azote (NO₂). «La combustion de charbon, de pétrole et de gaz génère non seulement du CO₂ mais également d’importantes quantités d’oxydes d’azote, ce qui n’est pas le cas de la «respiration naturelle» de la biosphère qui produit exclusivement du CO₂ », indique Kuhlmann.