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Le CNRS et Total innovent sur la mesure de la qualité de l'air

Fruit d’une collaboration entre Total et le CNRS, le projet Ausea (Airborne Ultra-light Spectrometer for Environmental Application) permet de mesurer en temps réel les concentrations et les émissions de dioxyde de carbone et de méthane dans l’air.

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L’histoire débute en 2013, au Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique1 à Reims. Lilian Joly, chargé de recherche au CNRS, développe un capteur léger sous ballon météorologique permettant de mesurer les émissions de gaz à effet de serre entre 0 et 30 km d’altitude. L’enjeu de cette recherche : multiplier le nombre de mesures pour sonder l’atmosphère, limitées par la taille importante des capteurs déjà existants. Cette innovation faisant écho à la volonté de Total de quantifier les émissions de dioxyde de carbone et de méthane de ses installations industrielles, le groupe pétrolier se rapproche du CNRS en 2015.

De cet échange nait le projet Ausea, qui permet de mesurer de façon précise des concentrations de gaz à effet de serre grâce à des capteurs embarqués sous drones. Initié en 2017 pour quatre ans, il regroupe plusieurs chercheurs, ingénieurs et techniciens avec des champs d’expertise interdisciplinaires et complémentaires comprenant intégration mécanique, optique, analyse spectrale et modélisation environnementale atmosphérique.

Et pour cause, l’enjeu est de taille. Se présentant sous la forme d’un capteur à spectrométrie diode laser aéroporté sur drone, Ausea permet d’agir de manière proactive sur le contrôle d’installations afin de réduire au minimum les émissions de gaz à effet de serre. Il part de la concentration détectée pour arriver à la source de l’émission, ce qui rend possible la représentation de la dispersion de gaz autour d’un site grâce aux données du capteur et à deux algorithmes de calcul développés pour l’occasion. En plus du monitoring environnemental, Ausea répond à divers besoins opérationnels. Il représente par exemple un beau progrès en termes de sécurité, car il permet une évaluation rapide de la situation en cas de crise. Ces fonctionnalités permettent à Total de mieux connaître, surveiller et maîtriser le niveau réel de ses émissions de méthane, et donc de réduire son empreinte environnementale.

Un an après le début du partenariat, le capteur est mis au point et une première campagne de tests a lieu sur la plateforme d’expérimentation de Total Tadi (Total Anomaly Detection Initiatives) située à Lacq (Sud-Ouest). Elle permet de démontrer son efficacité à détecter des fuites de gaz à un stade précoce. Le capteur transmet des mesures en temps réel sur une portée de 500 mètres. Ces tests permettent de faire évoluer les caractéristiques d’Ausea, et les chercheurs du CNRS et de l’université de Reims Champagne Ardenne travaillent sur plusieurs verrous technologiques, intégrant par exemple le poids du capteur ou sa capacité à fournir des mesures précises malgré les vibrations causées par le drone ou le vent.

En résulte un capteur ultraléger (1,4 kg tout intégré contre 80 kg pour les spectromètres classiques) et performant, permettant d’allier précision et rapidité sur des zones étendues. Au cours des deux années suivantes, sept campagnes de mesures ont lieu sur différents sites de production de Total, en France, aux Pays-Bas et au Nigeria. Ausea se révèle être le meilleur système testé pour détecter et quantifier les émissions, avec une précision inégalée et un coût modéré.

En 2020, Ausea est prêt pour déploiement opérationnel, six mois avant la date qui avait été estimée lors du lancement du partenariat. Cette innovation démontre une nouvelle fois l’utilité et l’efficacité des collaborations entre laboratoires publics et industriels. C’est un succès qui met en avant les possibilités d’avancées technologiques dans le domaine du monitoring environnemental grâce à de tels partenariats, et qui ouvre d’autres champs d’application. Dans le futur, il pourrait s’adapter à différentes industries et mesurer d’autres types de rejets (éthane, monoxyde de carbone, benzène…).

 

1 CNRS/Université de Reims Champagne Ardenne