Il y a presque 10 ans, Andrew Thorpe recevait un SMS de l’équipage d’un petit avion qui survolait la région : ils avaient repéré un nouveau point chaud de méthane.
Thorpe a parcouru des routes sinueuses et montagneuses dans un SUV de location peu maniable près de la région des Four Corners, dans le sud-ouest des États-Unis. Lorsqu’il est arrivé à l’endroit indiqué par l’avion, il a sorti une caméra thermique pour rechercher le panache. Effectivement, du méthane s’échappait du sol, probablement à cause d’une fuite d’un pipeline.
Il a trouvé un panneau sur lequel se trouvait le numéro de téléphone d’une compagnie de gaz, et il a donc appelé la compagnie. « J’avais la personne la plus confuse au bout du fil », a déclaré Thorpe. « J’essayais de leur expliquer pourquoi j’appelais, mais c’était il y a de nombreuses années, à une époque où il n’existait pas vraiment de technologie permettant de faire cela. »
Au fil des ans, Thorpe a été victime d’une attention indésirable. « J’ai fait quelques relevés routiers en Californie… Un agent de police de location s’est montré très méfiant à mon égard et a essayé de m’effrayer », a déclaré Thorpe. « Si vous installez une caméra thermique sur une voie publique et que vous la pointez vers un réservoir au-delà de la clôture, les gens vont devenir nerveux. J’ai été hué par certains travailleurs du pétrole et du gaz, mais c’est normal. »
Aujourd’hui, Thorpe fait partie d’un groupe qui est à l’avant-garde de la surveillance des gaz à effet de serre au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à La Cañada Flintridge. Depuis plus de 40 ans, le Microdevices Laboratory du JPL a développé des instruments spécialisés pour mesurer le méthane et le dioxyde de carbone avec une précision extrême.
Ces instruments, appelés spectromètres, détectent les gaz en fonction des couleurs de la lumière solaire qu’ils absorbent. Plus tôt cette année, une équipe de chercheurs du JPL, du Caltech et de l’association de recherche à but non lucratif Carnegie Science a été sélectionnée comme finaliste pour un prix de la NASA visant à mettre cette technologie en orbite.
Les techniciens du JPL travaillent sur un spectromètre d’imagerie visible/infrarouge aéroporté, ou AVIRIS, qui sera installé dans un avion pour rechercher du méthane et d’autres gaz à effet de serre.
(Myung J. Chun/Los Angeles Times)
Si elle est choisie pour la mission satellite, l’équipe chargée de l’étude du carbone, appelée Carbon-I, sera lancée au début des années 2030. Pendant trois ans, Carbon-I cartographiera en continu les émissions de gaz à effet de serre dans le monde entier et prendra des clichés quotidiens des zones d’intérêt, permettant aux scientifiques d’identifier les sources de pollution climatique, telles que les centrales électriques, les fuites de pipelines, les fermes et les décharges.
Bien que de nombreux satellites surveillent déjà ces gaz, la résolution de Carbon-I est sans précédent et éliminerait toute incertitude quant à la provenance du gaz. « Il n’y a plus de doute : une fois que nous voyons un panache, il n’y a plus d’autre source potentielle », a déclaré Christian Frankenberg, co-chercheur principal de Carbon-I et professeur de sciences et d’ingénierie environnementales à Caltech.
Christian Frankenberg, professeur à Caltech et co-chercheur principal du système de surveillance des émissions de carbone I basé dans l’espace, examine un moniteur AVIRIS en construction dans un laboratoire du JPL.
(Myung J. Chun/Los Angeles Times)
La résolution maximale de 30 mètres de Carbon-I « est une résolution très élevée depuis l’espace. C’est une résolution incroyable à obtenir », a déclaré Debra Wunch, professeure à l’Université de Toronto qui étudie le cycle du carbone de la Terre et n’est pas impliquée dans le projet Carbon-I. « Cela nous permettrait de mieux comprendre la source exacte des émissions… Ce serait une innovation. On pourrait même voir des cheminées individuelles, des parties individuelles de décharges, même. »
Par le passé, il était difficile de surveiller les émissions de gaz à effet de serre des différents émetteurs : le dioxyde de carbone et le méthane sont tous deux incolores et inodores. Les scientifiques ont donc souvent dû se fier à la somme des valeurs déclarées par les entreprises et des estimations issues de la recherche. Par exemple, pour estimer la quantité de méthane produite par les vaches, les scientifiques devaient déterminer la quantité de méthane libérée par une vache et la multiplier par le nombre total de vaches sur Terre.
« Si vous regardez les politiques internationales… actuellement, elles sont toutes basées sur ces inventaires ascendants », a déclaré Anna Michalak, co-chercheuse principale de Carbon-I et directrice fondatrice du Carnegie Climate and Resilience Hub à Carnegie Science. « Nous devons arriver à un point où… nous disposons d’un moyen indépendant de suivre les émissions. »
La résolution de Carbon-I offrira également aux scientifiques un nouvel accès à l’atmosphère des tropiques, où les nuages obscurcissent actuellement la plupart des formes de surveillance par satellite. « C’est leur talon d’Achille », a déclaré Frankenberg.
Étant donné que les forêts tropicales et subtropicales absorbent environ un quart du CO2 produit par l’humanité en brûlant des combustibles fossiles, des données précises sur cette région du globe sont absolument nécessaires.
Les satellites actuellement en orbite autour de la Terre avec une résolution inférieure ne peuvent pas voir à travers les petites ouvertures dans la couverture nuageuse. Ils ne voient qu’une moyenne floue des zones nuageuses et claires dans le ciel pour chaque pixel. Carbon-I, dont la surface de chaque pixel est presque 50 fois plus petite que celle de la plupart des autres satellites, peut voir les éclaircies et prendre des mesures à travers elles. Dans un article d’avril 2024, Frankenberg, Michalak et leurs collaborateurs ont estimé que Carbon-I serait capable de voir au-delà des nuages dans les tropiques de 10 à 100 fois plus fréquemment que ses prédécesseurs.
Carbon-I « va permettre de voir des choses que les gens ne savent pas », a déclaré Thorpe, qui a quitté ses études supérieures où il pointait des caméras thermiques sur des fuites de gaz pour travailler aujourd’hui comme chercheur au Microdevices Laboratory. « Cela va ouvrir un tout nouveau domaine de la science. »
Le programme de surveillance des gaz à effet de serre du JPL remonte à plusieurs décennies, mais le domaine de la surveillance spatiale est encore relativement nouveau. Au début de l’année 2016, le siège de la NASA a contacté l’équipe du JPL. Une explosion massive se produisait dans l’installation de stockage de gaz d’Aliso Canyon, près de Porter Ranch, et la NASA souhaitait que l’équipe vérifie la situation.
L’équipe a survolé le site à bord d’un avion espion des années 1960 pendant trois jours sur une période d’un mois, tandis que la Southern California Gas Co. luttait pour contenir la fuite. Au même moment, le Goddard Flight Center de la NASA dans le Maryland pointait le spectromètre Hyperion du vaisseau spatial d’observation de la Terre de la NASA vers la fuite.
Hyperion a été conçu pour observer la surface de la Terre et filtrer le bruit de l’atmosphère. Ils ont maintenant essayé d’observer l’atmosphère et de filtrer la surface, et pour la première fois, les scientifiques ont observé une source ponctuelle de méthane artificielle depuis l’orbite.
« Le résultat d’Hyperion était assez bruyant, mais on pouvait quand même voir le panache », a déclaré Thorpe. « C’était vraiment une preuve de concept que nous pouvions le faire depuis l’espace. »
Même si Carbon-I est lancé, cela ne signifie pas que l’équipe arrêtera d’installer des instruments à bord des avions. Depuis un avion, l’équipe est en mesure de surveiller les zones d’intérêt avec une résolution encore plus précise et pendant plusieurs jours consécutifs. À l’heure actuelle, une version plus légère et plus performante des spectromètres qui ont observé la fuite de Four Corners et l’éruption d’Aliso Canyon effectue une série de missions pour surveiller les émissions des plates-formes pétrolières offshore dans le golfe du Mexique.
L’avion bimoteur King Air utilisé par le JPL pour effectuer des vols de surveillance des gaz à effet de serre dans son hangar de l’aéroport Hollywood Burbank.
(Noah Haggerty/Los Angeles Times)
Les missions en avion donnent également à l’équipe l’occasion de tester de nouveaux spectromètres et de les améliorer. « On peut les réparer et les mettre à niveau », a déclaré Michael Eastwood, ingénieur du JPL, qui travaille avec les spectromètres depuis plus de trois décennies et vole régulièrement avec eux. « On peut prendre plus de risques, contrairement aux engins spatiaux qui nécessitent des équipements très matures, très bien connus et très fiables – nous ne sommes pas limités comme ça. »
L’équipage aérien est également agile. En général, deux membres d’équipage sont assis au deuxième rang d’un avion à double hélice King Air et regardent une pile d’ordinateurs portables et d’instruments dotés de suffisamment de boutons pour rivaliser avec le cockpit de l’avion. Sur les écrans, ils peuvent consulter les données GPS en temps réel et les résultats du spectromètre et coordonner un plan de vol avec les pilotes. Le spectromètre, appelé AVIRIS, abréviation de Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer, est placé au troisième rang, regardant vers le bas à travers une fenêtre découpée dans le sol.
Le programme de la NASA pour lequel Carbon-I a été sélectionné comme finaliste vise à financer des recherches sur la Terre dans l’espace qui profiteront à la société. L’équipe a reçu 5 millions de dollars pour peaufiner sa proposition de projet avant un examen final par la NASA en 2025. Il y a trois autres finalistes, et deux seront sélectionnés pour le lancement.
Ce processus en deux étapes de sélection des missions est nouveau pour les programmes de sciences de la Terre de la NASA et oblige le JPL à rivaliser avec le reste de la communauté scientifique, indépendamment de son association avec l’agence spatiale.
« Si nous parlons d’argent pour l’épicerie, [$5 million] « Cela semble être une somme importante, mais c’est vraiment une bonne affaire », a déclaré Michalak. « Si vous pensez au fait que vous consacrez 300 millions de dollars à une mission, dépenser 1,5 % de cette somme pour vous assurer qu’elle sera fabuleuse et réussie est extrêmement intelligent. »
En attendant, l’équipe Carbon-I s’efforce de démontrer à la NASA qu’elle dispose du savoir-faire technique nécessaire pour exécuter le projet dans les délais et dans le respect du budget.
« Je pense que les quatre missions de la phase actuelle sont des missions scientifiques absolument valables », a déclaré Michalak, « et une probabilité de 50 % n’est pas une mauvaise probabilité pour une mission satellite. »
