Recherche sur les émissions nettes de gaz à effet de serre de réservoirs
   

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Mesures de gaz à effet de serre des milieux aquatiques à l'aide de systèmes automatisés

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Contexte

Les gaz à effet de serre (GES) sont reconnus par l’UNESCO comme l’une des causes du réchauffement de la planète. Quatre gaz sont principalement mis en cause : le gaz carbonique (CO2), le méthane (CH4), l’oxyde nitreux (N2O) et la vapeur d’eau. Certaines activités humaines produisent beaucoup de ces gaz. Au Canada, la production d'électricité représente environ de 30 à 45% des émissions nationales. Il est donc important de quantifier adéquatement l’impact de cette industrie sur les émissions de GES. Dans le cas de l'hydroélectricité, il faut déterminer les émissions de GES avant et après la création d’un réservoir. C’est le mandat que s’est donnée Hydro-Québec avec le projet de l’Eastmain-1 : plusieurs équipes ont suivi les émissions de GES dans cette région depuis 2003, c'est-à-dire avant la création du réservoir en 2005. L’étude inclut également les émissions de GES en forêt, tourbières et milieux aquatiques. Cette fiche explique les techniques utilisées pour déterminer les émissions de GES des lacs, rivières et réservoirs.

Système automatisé

Un système automatisé est un système autonome qui permet la mesure de plusieurs variables à intervalle régulier et qui emmagasine ces informations dans la mémoire de l'ordinateur sans intervention humaine. Ces systèmes peuvent être installés sur des quais flottants (figure 1), près de la rive d'un cours d'eau (figure 2) ou dans une centrale hydroélectrique (figure 3). Les systèmes installés mesurent les concentrations de CO2, de CH4 et d’O2 dans l'eau et l’air ainsi que la température de l'eau et de l'air. Ces données sont récoltées aux 3 heures, 7 jours sur 7.
 

 Figure 1 : Système automatisé installé
sur un quai flottant. Les panneaux
solaires alimentent deux batteries



 


Figure 2 : Système automatisé installé sur la rive d’un cours d'eau.
Les panneaux solaires alimentent deux batteries

 


 

Figure 3 : Système automatisé installé dans la centrale hydroélectrique d'Eastmain-1


Figure 4 : Schéma d'une centrale hydroélectrique.  Lorsqu'un système automatisé est utilisé
dans une centrale, l'eau est prélevée au niveau de la bâche spirale


Un petit ordinateur appelé datalogger (le cerveau du système) contrôle le système en indiquant le moment où l’appareil doit se réchauffer, débuter ces mesures ou arrêter de fonctionner pour sauver de l'énergie. Aussi, il emmagasine dans sa mémoire les informations générées par les différents appareils de mesure du système automatisé. Ainsi, au début du cycle, le datalogger déclenche le préchauffage de la sonde de CO2 requis avant le début des analyses. À la suite du préchauffage, il déclenche deux pompes, une faisant circuler l'eau dans le système et l’autre l’air. L'eau est prise directement dans le cours d'eau (lac ou rivière) ou dans la bâche spirale lorsque le système automatisé est installé dans une centrale hydroélectrique (figure 4). Les gaz présents dans l’eau sont équilibrés avec l’air et c’est celui-ci qui est analysé par les différentes sondes.

Le système automatisé est composé de deux boîtes distinctes (figure 5) : la première boîte dite humide comprend la pompe à eau (dite péristaltique), des valves (pour mesurer alternativement les concentrations de GES de l’eau ou de l’air) et la cartouche d’échange d’air, un cylindre contenant des capillaires permettant d’extraire les gaz contenus dans l’eau. La deuxième boîte, dite sèche, comprend les sondes de CO2, de CH4 et d’O2 ainsi que le système d’enregistrement des données qui sont sensibles à l'humidité.
 

(A) (B)


Figure 5 : Boîte « sèche » contenant le circuit d’air, les sondes et le datalogger (A) et
boîte « humide » (B) contenant le circuit d’eau, la pompe péristaltique et l’échangeur eau-air


Calcul des flux

Les systèmes automatisés mesurent des concentrations de GES dans l’eau. (voir la fiche sur les mesures des GES des milieux aquatiques à l'aide des chambres flottantes).Avec les concentrations de GES mesurées dans l'eau, on calcul des flux théoriques à l'aide d'un modèle mathématique (modèle de couche limite ou Thin Boundary Layer) comprenant les variables suivantes :

  • les concentrations de gaz mesurées dans l’eau ;
  • les concentrations de gaz mesurées dans l’air (constante) ;
  • la vitesse du vent mesurée par une station météorologique proche.

Plus de détails sur cette technique de mesure sont disponibles dans Bastien et al. (2008).


Figure 6 : Concentrations en CO2 mesurées
dans l’eau (en noir) et dans l’air (en gris)
dans la centrale de l’Eastmain-1

La figure 6 présente le type d'information obtenu par un système automatisé installé dans la centrale de l’Eastmain-1. L'augmentation de la concentration de CO2 du mois de décembre au mois de mars est causée par la formation de glace durant les mois d'hiver. Une diminution de la concentration de CO2 est observée durant le mois de mai, à la suite de la fonte des glaces au printemps. L'utilisation de cette méthode comporte plusieurs avantages, entre autres, un suivi dans le temps des concentrations de GES et un coût d'utilisation plus faible que l'utilisation de la technique des chambres flottantes (voir la fiche sur les mesures des GES des milieux aquatiques à l’aide des chambres flottantes) et ce, malgré la maintenance et l'entretien qui est nécessaire aux quatre à six semaines.

Maud Demarty
maud.demarty@envill.com
et
Julie Bastien
julie.bastien@envill.com

Référence :
Bastien, J., Fréchette, J-L. & R.H. Hesslein. 2008. Continuous Greenhouse Gas Monitoring System – Operating Manual. Report prepared by Environnement Illimité inc. for Manitoba Hydro and Hydro-Québec, 54 p. and appendices.

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