La technologie CARBOCAP® contribue à étudier de manière innovante les émissions de dioxyde de carbone

Alors que les populations humaines se concentrent de plus en plus dans les métropoles et les villes, l'étude de la pollution de l'air est devenue indispensable pour comprendre les effets de l'urbanisation sur la qualité de l'air. La pollution de l'air touche les humains et les animaux, l'agriculture, l'aviation, les structures d'origine humaine ainsi que les océans et d'autres biomes sensibles. Travaillant au Canada et en Chine, le docteur Ke Du et son équipe de recherche étudient la qualité de l'air aux niveaux régional et mondial. Le docteur Du est professeur adjoint au sein du département Ingénierie mécanique et fabrication de la Schulich School of Engineering (Université de Calgary). Ses principaux domaines de recherche incluent la mesure des émissions, la détection optique à distance des polluants de l'air, l'identification de la source des aérosols à base de dioxyde de carbone dans les brouillards urbains et la création de modèles en 3D de l'effet de serre et d'autres phénomènes atmosphériques.

Capteurs endurants pour la recherche de pointe

En étudiant et en modélisant le comportement du CO₂ dans les émissions urbaines, le docteur Du et son équipe espèrent trouver des stratégies à la fois nouvelles et rentables permettant d'atténuer la pollution de l'air. Sur le terrain, l'équipe utilise la sonde de CO₂ Vaisala GMP343 et l'indicateur de mesure MI70. Le docteur Du a choisi les sondes de CO₂ de Vaisala pour la précision supérieure qu'elles offrent; une résolution de ±3 ppm + 1 % de la valeur ainsi qu'une conception solide capable de supporter les méthodes de recherche les plus exigeantes. 

En 2014, la revue Atmospheric Environment a publié cette étude dans l'article : « Répartition verticale du CO₂ dans la couche limite atmosphérique : caractéristiques et impact des variables météorologiques » (en anglais : « Vertical distribution of CO2 in the atmospheric boundary layer: Characteristics and impact of meteorological variables ». Pour cette étude, une sonde Vaisala GMP343 a été utilisée pour créer des profils de CO₂ et une station météo Kestrel 4500 Weather Meter a été utilisée pour créer des profils de température, de pression et d'humidité relative concurrents dans le but d'étudier l'impact des variables météorologiques sur la répartition verticale du CO₂ dans la couche atmosphérique la plus proche de la Terre. Les capteurs ont été fixés sur un ballon captif dans la périphérie de Xiamen, en Chine, puis le ballon a été relâché pour collecter des données. Xiamen est une ville pertinente pour cette étude car elle subit une urbanisation rapide. 

Avec l'altitude, le CO₂ baisse

Il s'agit de la première étude visant à décrire la répartition verticale du CO₂ et à rechercher les causes des différents types de profils verticaux dans l'atmosphère urbaine basse. Notre compréhension actuelle du comportement du CO₂ repose essentiellement sur les études menées très près du niveau du sol ou à très haute altitude. Lors de la création d'un profil de CO₂, la hauteur à laquelle la mesure est prise compte. Il existe un fossé au niveau de la surveillance à haute résolution dans la couche limite atmosphérique (en général du sol à une hauteur de 1000 m). Ces informations sont essentielles pour modéliser l'effet du CO₂ sur le climat dans les zones urbaines. 

Les ballons captifs, qui montent à une hauteur maximale d'environ 1000 m, sont une solution rentable pour échantillonner plus longtemps, jusqu'à une hauteur pertinente, en fournissant un ensemble de mesures de meilleure résolution et donc un profil plus précis. Les données sur la répartition verticale du CO₂ sont également importantes pour étalonner et valider les mesures de CO₂ prises par satellite. 

Les données ont montré que plus on prend de l'altitude, plus on observe une lente diminution des concentrations en CO₂. Les profils verticaux ont ensuite été utilisés pour les analyses de régression afin de fournir une diminution exponentielle du CO₂ en fonction de l'altitude. L'équipe a ainsi montré que les concentrations en CO₂ observent un schéma journalier plus évident au niveau du sol qu'en haute altitude. Ceci s'explique par la variation des sources et des bassins de CO₂ au niveau terrestre. 

En ce qui concerne la précision des mesures, la sonde Vaisala GMP343 est un bon instrument, car la sortie en ppm du CO₂ dépend de la pression et de la température. Le capteur contient des options intégrées qui permettent de compenser la température, la pression et l'humidité relative. 

La modélisation 3D aide à évaluer l'impact du CO₂ 

Les résultats du travail sur le terrain permet de créer des modèles de dispersion en 3D : des programmes informatiques utilisant des algorithmes pour afficher le comportement des polluants dans l'atmosphère. Ces modèles favoriseront la compréhension de la répartition, du mouvement et de l'impact du CO2 en milieu urbain. 
Points principaux tirés de l'étude 

• Enregistrement de profils verticaux de 0 à 1000 m de CO₂ avec variations journalières.
• Restriction de l'impact des variations journalières du CO₂ au sol à une portée de 300 m.
• Observation de 3 structures de profil dans différentes conditions météorologiques.
• Pose d'une équation sur la répartition verticale du CO₂.

Le docteur Du a publié d'autres études sur le profilage du CO₂ dans des revues chinoises : une étude sur les capteurs fixes en zones urbaine et rurale pour la surveillance à long terme, une autre étude sur une méthode de surveillance mobile où il fixe le capteur de CO₂ à son véhicule et circule en zone urbaine. Non seulement ces études augmentent nos connaissances sur la caractérisation de la pollution de l'air, mais elles permettent également d'orienter les politiques des autorités de réglementation en matière de lutte contre les émissions et de pollution de l'air. 

Selon la United States Environmental Protection Agency (agence indépendante américaine chargée de la protection de l'environnement) : « La pollution de l'air a un impact considérable sur la santé, l'environnement et l'économie. Par ailleurs, elle diminue les rendements agricoles et la production de bois de plusieurs milliards de dollars par an. »

En multipliant les études sur la pollution de l'air, les agences gouvernementales sont mieux équipées pour apporter des changements positifs en matière de politiques. En outre, elles comprennent mieux comment créer des solutions capables d'atténuer l'impact des émissions nocives et comment optimiser ces solutions. 

Plus d'informations sur nos mesures du dioxyde de carbone et sur la sonde GMP343.