Métrologie pour les gaz à effet de serre (GES) à fort impact

Plus d’une quarantaine de gaz à effet de serre ont été recensés par le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du Climat (GIEC), dont certains ont un impact prépondérant sur ce phénomène :

• le dioxyde de carbone (CO₂), principalement issu de la combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon) et de la biomasse, représente près de 70% des émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique,
• le protoxyde d’azote (N₂O), provenant des activités agricoles, de la combustion de la biomasse et des produits chimiques comme l’acide nitrique, à l’origine de 16% des émissions,
• le méthane (CH₄), essentiellement généré par l’agriculture (rizières, élevages), la production et la distribution de gaz et de pétrole, l’extraction du charbon, leur combustion et les décharges, contribue à hauteur de 13% des émissions,
• les gaz fluorés (HFC, PFC, SF₆), utilisés dans les systèmes de réfrigération et employés dans les aérosols et les mousses isolantes, représentent enfin 2% de ces émissions d’origine anthropique. Ces derniers ont par ailleurs un pouvoir de réchauffement 1 300 à 24 000 fois supérieur à celui du CO₂ et une très longue durée de vie. C’est pourquoi ils représentent un réel danger malgré la modeste part qu’ils représentent dans les émissions totales de GES.

Afin de limiter l'accentuation de l'effet de serre et la hausse des températures à la surface de la planète, des politiques de réduction ou de limitation d'émissions de certains GES ont été mises en place par de nombreux pays dont la France, notamment dans le cadre du protocole de Kyoto.

Il apparaît ainsi crucial de pouvoir disposer de références communes et donc des outils métrologiques correspondants pour d’une part permettre un reporting fiable des valeurs mesurées auprès des autorités réglementaires nationales et européennes et d’autre part pouvoir évaluer l’impact des politiques de réduction des émissions mises en œuvre. Cela passe en effet par une nécessaire comparabilité dans le temps et dans l’espace des résultats de mesure obtenus (potentiellement par différentes techniques analytiques) et donc par la traçabilité métrologique des résultats de mesure à la mole, unité du SI pour la quantité de matière.

L'objectif de ce projet de 3 ans, piloté par le laboratoire national de métrologie britannique NPL, est de développer le cadre métrologique permettant de faciliter et d’améliorer la traçabilité aux unités du SI (Système International) pour les GES à fort impact identifiés par la WMO (Organisation météorologique mondiale), à savoir CO, CO₂, CH₄, N₂O, SF₆ et autres gaz fluorés. Des références seront développées par méthode statique pour les gaz à plus fort impact (CO₂, CH₄ and N₂O) et pour les composés ayant un effet indirect sur le réchauffement climatique (CO). Les niveaux d’exactitude et d’incertitudes visés, encore jamais atteints, devront permettre de répondre aux objectifs fixés par la WMO quant à la qualité des données nécessaire à l’évaluation de tendances. De nouvelles références dynamiques seront par ailleurs développées pour les gaz fluorés (SF₆, …) qui sont instables dans des bouteilles de gaz à haute pression. L’accent sera porté sur le développement de méthodes de génération dynamique permettant la préparation de ces composés directement sur site à des concentrations du niveau de la trace (< ppb).

Le LNE participera à deux groupes de tâches (WP1 & WP2) et assurera par ailleurs la coordination du WP2 :

• WP1 relatif au développement par méthode gravimétrique de mélanges gazeux de référence à des concentrations ambiantes pour CO₂ (400 μmol/mol), CH₄ (1,8 μmol/mol), N₂O (325 nmol/mol), CO (300 nmol/mol). Ces mélanges gazeux devront présenter une stabilité long terme (cible = 2 ans) et des incertitudes encore non atteintes (au moins 5 fois plus faibles que celles obtenues lors des comparaisons internationales organisées dans le cadre du CCQM). Le LNE s’intéressera plus particulièrement au cas du CO et N₂O en mettant en œuvre au moins deux chimies de passivation ;
• WP2 ciblant le développement de méthodes dynamiques de génération directement applicables sur le terrain pour la préparation sur site de CO et N₂O à des concentrations au niveau de la trace (50 – 500 nmol/mol). Les systèmes dynamiques développés seront utilisés pour disséminer la traçabilité métrologique aux mesures de terrain et pour valider les mélanges gravimétriques de référence préparés dans le WP1.

La participation à ce projet européen permet au LNE de poursuivre son activité sur les polluants atmosphériques et fait suite au JRP ENV01 – “Metrology for chemical pollutants in air (MACPoll, 2011-2014)“ dans lequel les questions de passivation des bouteilles et de méthodes dynamiques de génération avaient été abordées pour SO₂, NO et NO₂.

* JRP = Joint Research Project

Site du projet :

http://projects.npl.co.uk/highgas/

• Mélanges gazeux de référence à des concentrations ambiantes pour des gaz impliqués dans le réchauffement climatique (CO et N₂O)
• Méthodes dynamiques de génération traçables au SI directement applicables sur le terrain et transférables aux AASQA (Associations Agréées pour la Surveillance de la Qualité de l'Air) sur le territoire français dans le cadre du LCSQA (Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air)

• NPL (GB),
• PTB (All.),
• DFM (DK.),
• METAS (Suisse),
• MIKES (Finlande),
• TÜBITAK (Turq.),
• VSL (NL),
• CMI (Rép. Tch.),
• IL (Finlande),
• EMPA (Suisse)