Évaluation des sources de méthane des véhicules aériens sans pilote (UAV)

par Yunsong Liu

Projet de thèse en Météorologie, océanographie, physique de l'environnement

Sous la direction de Philippe Bousquet.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris) , en partenariat avec LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (laboratoire) , SATINV (equipe de recherche) et de Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-12-2018 .


  • Résumé

    Le méthane dans l'atmosphère a augmenté de 150% par rapport aux niveaux préindustriels. C'est un gaz à effet de serre puissant, responsable de 20% du réchauffement climatique. Ses principales sources sont thermogéniques (extraction et traitement des combustibles fossiles et des suintements géologiques) ou biogéniques (gestion du bétail et des déchets, ainsi que l'activité archea dans les zones humides et les eaux douces). Le puits de méthane sert principalement à la destruction des radicaux hydroxyles dans l'atmosphère. La plupart de ces sources sont associées à de grandes incertitudes et à une grande variabilité dans l'espace et dans le temps. Récemment, plusieurs études de modélisation inverse à grande échelle ont fourni des estimations «descendantes» sur les sources biogéniques et thermogéniques, mais la concordance entre ces études reste généralement faible pour la plupart des sources. On constate généralement de fortes disparités entre les études ascendantes sur les émissions résultant de la combustion de biomasse, les émissions dans les zones humides, avec présence dans les environnements tropicaux et sous les latitudes élevées, ainsi que dans les processus liés aux combustibles fossiles. De nouvelles approches sont nécessaires pour réduire les incertitudes entre les types de sources, mieux comprendre les facteurs d'hétérogénéité de ces sources et combler le fossé entre les études mondiales et locales. À terme, les nouvelles connaissances sur les sources de méthane constitueront un potentiel croissant d'action climatique efficace et ciblée. Le projet de recherche proposé dans cette offre de thèse vise à identifier le potentiel des nouveaux capteurs de méthane de haute précision / faible poids permettant des mesures in situ en temps réel un drone de recherche (UAV) pour évaluer ses sources et ses émissions respectives (flux). Les travaux comprendront l'intégration du système d'échantillonnage et du capteur dans une plate-forme de drones à ailes fixes très résistantes, la caractérisation du système de capteurs en laboratoire et sur le terrain, des expériences en situation réelle pour évaluer la contribution de sources anthropogéniques et naturelles sélectionnées, la modélisation de la pollution atmosphérique. signalisation et recherche de stratégies d'échantillonnage optimales utilisant des approches UAV en fonction de la disponibilité de mesures complémentaires (site fixe, traceurs), du type de source (par exemple diffuse par rapport à la pointe) et de la configuration du terrain.

  • Titre traduit

    Assessing methane sources from Unmanned Aerial Vehicles (UAV)


  • Résumé

    Methane in the atmosphere has increased by 150% over pre-industrial levels. It is a potent greenhouse gas, responsible for 20% of global warming. Its main sources are either thermogenic (extraction and processing of fossil fuels and geological seeps) or biogenic (livestock and waste management, as well as archea activity in wetlands and freshwater). The sink of methane is mainly destruction against hydroxyl radicals in the atmosphere. Most of these sources are associated with large uncertainties and high variability in space and time. Recently, several large-scale inverse modelling studies have provided “top-down” estimates on biogenic and thermogenic sources, but agreement between these studies remain typically low for most sources. Strong discrepancies are typically found between bottom-up studies of biomass burning emissions, wetland emissions, with occurrence in tropical and high latitude environments, as well as from processes related to fossil fuel. New approaches are required to reduce the uncertainties across source types, better understand the drivers of heterogeneity in these sources, and bridge the gap between global and local studies. Ultimately, new knowledge on methane sources will constitute an increasing potential for targeted, efficient climate action.The research project proposed in this PhD offer aims at identifying the potential of new high precision / low weight methane sensors enabling real-time in situ measurements embarked on a research drones (UAV) in assessing its respective sources and emissions (fluxes). The work will include integration of sampling system and sensor in a heavy duty, fixed wing drone platform, characterization of the sensor system in the lab and in the field, real world experiments to assess contribution from selected anthropogenic and natural sources, modelling of the atmospheric signal and research of optimal sampling strategies using UAV approaches depending on availability of complementary measurements (fixed site, tracers), type of source (e.g. diffuse vs point wise) and terrain configuration.