Cartographie des émissions de méthane en Californie à l’aide d’instruments de précision et d’apprentissage automatique

Mapping Methane Emissions in California
Cartographie des émissions de méthane en Californie

2016 – 2017

À l’aide d’instruments de précision, d’une nouvelle cartographie et d’outils d’apprentissage automatique, une équipe d’enquête a identifié les sources de gaz à effet de serre.

En octobre 2016, un avion équipé de Nasa Le dispositif AVIRIS-NG (Airborne Visible Infrared Image resolution Spectrometer–Next-Generation) a détecté plusieurs panaches de méthane à la suite de la décharge de Sunshine Canyon près de Santa Clarita, en Californie. Les panaches étaient suffisamment importants pour que les chercheurs du Jet Propulsion Lab ( JPL ) en ont informé les exploitants d’installations ainsi que les entreprises locales chargées de l’application de la loi. Il s’agissait d’une étape essentielle dans une démarche associée à une meilleure comptabilisation des seules émissions locales du gaz.

Le méthane est un carburant à effet de serre de courte durée mais puissant qui a été responsable d’environ 20 pour cent du réchauffement climatique depuis la révolution industrielle. Les vaches laitières et les bovins de boucherie produisent du méthane grâce à leur courage et le libèrent en rots. Leur propre fumier crée également du méthane, et lorsqu’il est réellement stocké dans des lagunes à fumier, il peut être une source importante d’émissions. La production de pétrole et de gaz naturel produit du méthane à partir du sous-sol, et l’infrastructure pour le stocker et le transporter peut fuir. De plus, les décharges sont une source de méthane lorsque les composants organiques sont simplement décomposés par des bactéries dans des conditions anaérobies.

Leur état de Californie est conçu pour diminuer ces émissions de méthane , essayant de réduire à 40 % les montants de 2013 d’ici la fin de ces 10 ans. Mais pour réduire les émissions, l’État doit mieux gérer les sources.

Le California Air Flow Resources Board (CARB) – l’agence d’État qui supervisera les efforts de gestion de la pollution atmosphérique – estime traditionnellement les émissions de gaz à effet de serre si vous faites l’inventaire des activités émettrices identifiées. Pourtant, cette approche peut éviter les fuites ou certaines autres émissions fugitives, c’est pourquoi le personnel du CARB s’est intéressé à mesurer les émissions atmosphériques pour améliorer la commercialisation des gaz à effet de serre et identifier les opportunités de minimisation.

Les images particulières ci-dessus montrent les mesures de méthane produites par l’appareil AVIRIS-NG pendant les billets d’avion d’octobre 2016 et 2017 au-dessus de Santa Clarita, en Californie. Les gaz d’échappement de méthane de la décharge de Sunshine Canyon sont affichés dans un dégradé allant du jaune au rouge, le rouge représentant les concentrations les plus élevées. L’image de droite montre la diminution des concentrations de méthane juste après la mise en œuvre des améliorations des décharges.

Les vols particuliers faisaient partie du Enquête sur le méthane en Californie , un projet continu visant à cartographier les sources d’échappement de méthane dans l’État. Lorsque tous les vols sont devenus populaires, la climatologue Francesca Hopkins de l’Université de Californie, Riverside, et Riley Duren du JPL (maintenant à l’Université de l’Arizona) ont entrepris de cartographier toutes les sources potentielles de méthane dans l’État afin de mieux concentrer le temps de vol restreint et prioriser les observations.

Ils ont décidé d’utiliser une approche basée sur le SIG, en rassemblant de nombreux ensembles de données géospatiales proposés au public pour créer une carte qui pourrait les aider à faire correspondre rapidement les panaches de méthane aux ressources probables. L’équipe de recherche a structuré les installations potentielles d’émission de méthane en Californie directement en trois secteurs : l’énergie, l’agriculture et les déchets. L’ensemble de données, connu sous le nom Sources d’émissions de méthane (Vista-CA) , comprend plus de neuf cents 000 entrées et il est disponible au Walnut Ridge National Lab Distributed Active Store Center de la NASA ( ORNL DAAC ).

D’août 2016 à novembre 2017, l’équipe basée au JPL a parcouru des avions équipés de l’instrument particulier AVIRIS-NG sur plus de 22 000 pieds carrés. miles de la condition. « Actuellement, il n’existe aucun système d’observation du méthane capable de surveiller efficacement l’ensemble de la surface terrestre à haute résolution », a déclaré Duren. « Nous devions nous concentrer sur les emplacements prioritaires. ” Les trajets aériens ont été préparés de manière à protéger au moins 60 % des infrastructures de sources ponctuelles de méthane à Ca.

Pour accélérer l’analyse des données, Duren et ses collègues ont ensuite utilisé des techniques d’étude de machines (comme les réseaux de neurones) afin d’identifier automatiquement les panaches détectés lors des billets d’avion. En parallèle, l’étudiante diplômée Talha Rafiq de l’UC Riverside développé pour présenter les découvertes de panache de méthane à la source Vista-CA la plus probable. La technologie a permis au groupe de partager leurs résultats en quelques semaines avec les exploitants d’installations et les régulateurs de Californie pour les alerter tous des émissions fugitives de méthane et pour aider à accélérer la remédiation.

Plus de 272 000 installations individuelles et composants d’équipement ont été interrogés. Parmi ces sites Internet, les émissions de nettement moins de 0,2 % de cette infrastructure étaient responsables d’au moins un tiers de l’inventaire de méthane de la Californie. Les décharges et les installations de compostage étaient responsables de 41 % des émissions mesurées. Duren, Hopkins et autres ont publié leurs conclusions dans La nature en 2019.

Dans le cas de Sunshine Canyon, l’exploitant de la décharge a confirmé les émissions de méthane et déterminé qu’elles étaient dues à des problèmes de couverture de surface et de systèmes de captage des gaz. Au cours de l’année suivante, l’exploitant a mis en place plusieurs changements qui ont considérablement réduit les émissions. Des survols ultérieurs avec AVIRIS-NG ont confirmé une réduction du méthane. Ces constatations ont été documenté par Duren, Daniel Cusworth (scientifique du projet à l’Université de l’Arizona), d’autres en Lettres de recherche environnementale en 2020.

Les données de l’enquête peuvent être consultées sur le Portail de recherche de sources de méthane . Une partie du financement de la recherche provient de la NASA Faire progresser les connexions collaboratives pour la science du système terrestre programme et du Prototype Methane Monitoring System for California dans la NASA Système de surveillance du carbone .

Image de l’Observatoire de la Terre de la NASA par Lauren Dauphin, utilisant les données de Cusworth, Daniel, et al. (2020), données Landsat du US Geological Survey et données topographiques du National Elevation Dataset (NED). Récit d’Emily Cassidy, NASA Earthdata.

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