Un appareil monté sur hélicoptère mesure le méthane dans les gaz d’échappement des navires

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Crédit : Pixabay/CC0 domaine public

Les chercheurs ont développé un nouveau capteur de gaz suffisamment compact et léger pour surveiller les émissions dans les gaz d’échappement des navires d’un véhicule aérien. L’appareil utilise la spectrométrie de gaz supercontinuum dans l’infrarouge moyen pour surveiller simultanément la concentration de méthane et de vapeur d’eau dans les gaz d’échappement des navires en mouvement en temps réel.

S. Chin du Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM) présentera la recherche au congrès virtuel OSA Imaging and Applied Optics Congress et Optical Sensors and Sensing Congress qui se tiendront du 19 au 23 juillet. La présentation de Chin est prévue le jeudi 22 juillet à 11h45 PDT.

Aujourd’hui, plus de 80 % du commerce mondial s’effectue à travers les océans du monde, et le volume des marchandises échangées ne cesse de croître. Les navires fonctionnent aux combustibles fossiles, contribuant ainsi de manière significative au changement climatique en libérant du dioxyde de carbone et du méthane ainsi qu’une poignée d’autres polluants potentiellement nocifs pour la santé humaine.

« Le capteur développé par le centre s’appuie sur une nouvelle source lumineuse à infrarouge moyen spatialement cohérente, dans une région du spectre électromagnétique où plusieurs de ces polluants peuvent être détectés par spectroscopie d’absorption », a déclaré Chin. « Notre système peut mesurer plusieurs gaz simultanément, mais pour cette démonstration, nous avons particulièrement étudié les émissions de méthane provenant de différentes sources. »

Le méthane est un puissant gaz à effet de serre. L’industrie mondiale du transport maritime et du transport maritime représente une part croissante des émissions totales de gaz à effet de serre, et les émissions de méthane provenant des navires ont particulièrement augmenté ces dernières années, car le gaz naturel liquéfié est devenu une source de carburant plus importante. Une meilleure surveillance du méthane dans les gaz d’échappement des navires peut aider les gouvernements et l’industrie à comprendre l’étendue de la pollution par le méthane provenant des navires et potentiellement éclairer de nouvelles approches pour réduire ces émissions.

Les spectromètres mesurent la composition chimique des gaz ou des objets en appliquant une source lumineuse et en mesurant comment la lumière interagit avec ce qui est mesuré. Pour ce nouveau travail, les chercheurs ont profité des avancées récentes dans les sources lumineuses à large bande et à haute luminosité pour développer un spectromètre capable de mesurer efficacement l’empreinte chimique du méthane et d’autres gaz dans l’air. Cette efficacité confère au nouveau spectromètre un haut niveau de sensibilité, lui permettant de différencier de manière fiable le méthane des autres composants et de mesurer le méthane à des concentrations inférieures au niveau de fond normal de moins de 2 parties par million (ppm).

Le spectromètre utilise un hacheur externe pour moduler l’intensité d’une source lumineuse de supercontinuum, éliminant ainsi le bruit intrinsèque du système. La lumière traverse ensuite une cellule multipasse qui implique 40 passages sur une longueur de 30 centimètres, ce qui donne un chemin optique total de 12 mètres de long. Le faisceau est ensuite dirigé vers un réseau de diffraction puis élargi par une lentille cylindrique avant d’entrer dans une caméra qui capte le profil de transmission de la lumière, générant une empreinte gazeuse. Une mesure en un seul coup couvre la gamme spectrale de 34 cm-1 avec une résolution de 0,7 cm-1. Le réseau utilisé pour disperser spectralement la lumière est monté sur une plate-forme rotative et peut balayer tout le spectre d’émission du supercontinuum.

« La partie la plus excitante de cette technologie est la source lumineuse à large bande supercontinuum », a déclaré Chin. « En raison de ses propriétés de cohérence spatiale, il est possible d’avoir une très longue durée d’interaction avec le mélange gazeux échantillon et ainsi abaisser la limite de détection à des traces. De plus, sa large couverture spectrale nous permet de détecter simultanément plusieurs espèces de gaz dans un appareil unique, et d’éviter les artefacts de mesure en vérifiant le spectre d’absorbance mesuré. Le taux de rafraîchissement, de l’ordre de 1 seconde, en fait un détecteur rapide compatible avec les applications aéroportées. C’est comme avoir un couteau suisse : il remplace une série de détecteurs de gaz à un seul composant dans un seul appareil. »

Pour tester l’utilisation du spectromètre dans un véhicule aéroporté, les chercheurs ont d’abord monté l’appareil à bord d’un dirigeable Zeppelin et l’ont fait voler à proximité d’une fuite de méthane simulée provenant d’une bouteille montée sur poteau à 4 mètres du sol. Le spectromètre a détecté une augmentation du méthane lorsque le Zeppelin a volé près de la source de méthane et a enregistré une baisse des niveaux de fond lorsqu’il s’est éloigné de la fuite.

Les chercheurs ont ensuite monté le spectromètre à bord d’un hélicoptère qui volait derrière des navires naviguant le long du canal du Kattegat entre le Danemark et la Suède. Dans ce test, l’appareil a mesuré avec succès et de manière reproductible des niveaux d’émission de méthane à environ 20 ppm à partir de plusieurs navires, tous alimentés au gaz naturel liquéfié. Les mesures du capteur étaient bien alignées avec celles d’un capteur de méthane commercial utilisé comme référence.

Le centre travaille maintenant à augmenter la couverture spectrale du supercontinuum jusqu’à 10 µm afin d’élargir la liste des gaz pouvant être mesurés par le système. L’un des défis est de renforcer la source lumineuse. Les chercheurs conçoivent également un spectromètre à transformée de Fourier compact qui correspond mieux à la couverture spectrale plus large. Ils prévoient d’augmenter le SNR du système en développant un système de détecteur équilibré ad hoc. Ils mettent également en œuvre des algorithmes d’apprentissage automatique pour l’identification et la surveillance des espèces de gaz. Ces améliorations leur permettent d’identifier d’autres cas d’utilisation, comme par exemple la surveillance d’installations industrielles. Ces activités sont menées dans le cadre du projet TRIAGE.


Cartographie des sources de méthane à Paris


Fourni par la société optique

Citation: Un appareil monté sur hélicoptère mesure le méthane dans les gaz d’échappement des navires (2021, 16 juillet) récupéré le 16 juillet 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-07-helicopter-mount-device-methane-ship-exhaust.html

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