"Agricomb" mesure plusieurs émissions de gaz provenant de... vaches

Après que le peigne de fréquence optique ait fait ses débuts en tant que règle pour la lumière, des retombées ont suivi, notamment le "astrocomb" pour mesurer la lumière des étoiles et un système de peigne de type radar pour détecter les fuites de gaz naturel. Maintenant, des chercheurs ont dévoilé le "agricomb" pour mesurer les "rots de vache". L'Agricomb pourrait aider à optimiser les processus agricoles afin de réduire la production de gaz à effet de serre piégeant la chaleur.

Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) et de la Kansas State University (KSU) ont utilisé l'Agricomb du NIST pour mesurer simultanément les émissions de méthane, d'ammoniac, de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau de l'atmosphère autour d'un parc d'engraissement de bovins de boucherie au Kansas. L'appareil NIST - un système à deux peignes - identifie les traces de gaz en fonction des nuances exactes et des quantités de lumière infrarouge absorbées par l'atmosphère lorsque la lumière du peigne est envoyée dans les deux sens sur des voies à l'air libre.

Le système portatif a été installé à l'intérieur d'une remorque garée à côté du parc d'engraissement. La lumière laser a été spécialement amplifiée et filtrée pour cibler des gaz spécifiques. Les chercheurs ont mesuré les gaz le long de deux trajets de 100 mètres au vent et sous le vent à partir d'enclos contenant environ 300 vaches. L'expérience s'est concentrée sur le méthane et l'ammoniac car les émissions du bétail, principalement le bétail, sont la plus grande source américaine de méthane d'origine humaine, un gaz à effet de serre majeur; et l'ammoniac est un important polluant atmosphérique.

Les mesures ont capturé les émissions des processus digestifs du bétail et du fumier au sol. L'Agricomb a mesuré à la fois les concentrations de méthane et d'ammoniac à des niveaux de parties par million avec une précision de 25 parties par milliard. Les résultats d'Agricomb pour le méthane étaient comparables à ceux d'un capteur commercial qui échantillonnait l'air à plusieurs entrées le long des bords du parc d'engraissement. Le système de peigne était particulièrement utile pour l'ammoniac car ce gaz est collant et difficile à mesurer avec des systèmes qui y aspirent de l'air. De plus, l'Agricomb peut mesurer de nombreux gaz simultanément, ce qui est difficile pour les systèmes conventionnels.

Enfin, alors que les capteurs commerciaux mesuraient plus rapidement les niveaux de fond précis, l'Agricomb capturait plus précisément les panaches sous le vent et pouvait alors mieux caractériser les sources de gaz, selon les chercheurs. La précision accrue sera essentielle pour les futures mesures planifiées du méthane provenant de vaches dispersées dans un pâturage, ce qui est un problème beaucoup plus difficile.

L'accord des techniques anciennes et nouvelles inspire la confiance que l'Agricomb peut être utilisé pour quantifier avec précision les gaz dans les contextes agricoles. Les avantages de l'Agricomb incluent la sensibilité à une large gamme de lumière infrarouge, la haute précision, la détection sans étalonnage de plusieurs gaz à la fois et la flexibilité de la configuration de mesure. L'association de deux peignes avec différents espacements de "dents" pour identifier les couleurs exactes de la lumière rend l'analyse encore plus précise.

L'estimation des émissions de méthane provenant du bétail est difficile en raison des variations dans les pratiques de gestion et les caractéristiques du bétail dans les fermes commerciales. De plus, ce que le bétail mange affecte les émissions mais n'est pas pris en compte dans les inventaires nationaux, ce qui entraîne de grandes incertitudes dans les modèles d'émissions de gaz à effet de serre, selon les chercheurs. Le bétail du parc d'engraissement du Kansas mangeait un mélange de foin et d'ensilage de maïs.

"Pour l'avenir, notre plan est de travailler avec KSU pour effectuer une mesure des pâturages, où le bétail mange des herbes indigènes", a déclaré le physicien du NIST, Brian Washburn. « L'alimentation différente, plus l'activité microbienne dans les sols des prairies qui consomment du méthane, peut signifier moins de production atmosphérique de méthane dans le pâturage que dans le parc d'engraissement. Le bétail passe environ 75 % de sa vie dans les pâturages, cette mesure serait donc plus représentative de la production nette de méthane. Ce serait également une mesure plus difficile, car elle se déroulerait sur une zone plus grande, environ 500 mètres sur 500 mètres, avec moins d'animaux - environ 40 têtes."

Les chercheurs suggèrent que l'Agricomb peut soutenir l'agriculture de précision - l'utilisation de nouvelles technologies pour augmenter les rendements - en mesurant de nombreux gaz simultanément sur de grandes échelles spatiales, ce qui permet de concevoir des fermes plus propres et plus productives.