L’Université Reims Champagne-Ardenne, le CNRS et TotalEnergies, aux avant-postes de la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre

spectroscopie étudie les interactions entre lumière et gaz. Dès 2002, conscient du besoin non comblé des communautés scientifique et industrielle, Lilian Joly applique à la détection de gaz dans l’atmosphère les techniques éprouvées issues du GSMA Dès 2002, conscient du besoin non comblé des communautés scientifique et industrielle, Lilian Joly, chercheur spécialisé en spectroscopie,  applique à la détection de gaz dans l’atmosphère les techniques éprouvées issues du GSMA (CNRS/Université de Reims Champagne-Ardenne). 

Avec son équipe, il met au point en 2015 un dispositif de moins 3 kilos pour sonder l’atmosphère entre 0 et 30 kilomètres – nettement plus agile et moins coûteux que les gros ballons gonflés d’hélium ou encore les avions. Lors de la montée et de la descente d’un petit ballon auquel il est accroché, un instrument laser appelé AMULSE « Atmospheric Measurements by Ultra Light SpEtrometer » mesure la concentration de CO₂/CH₄. Ce senseur compact constituait une première mondiale. 

C’est tout naturellement vers Lilian Joly, professeur des universités au GSMA, que TotalEnergies se tourne en 2016 pour mesurer la teneur en dioxyde de carbone et en méthane sur ses plateformes pétrolières. En 2017, l'université de Reims Champagne-Ardenne, le CNRS et TotalEnergies lancent AUSEA (Spectromètre Ultraléger Embarqué pour Applications Environnementales), une technologie qui miniaturise et allège AMULSE – qui atteint 1,4 kilos. Un drone équipé de capteurs ultralégers de CO₂ et de CH₄, permet la détection et la quantification précises (> 1 kg/h) des émissions de méthane et de dioxyde de carbone. Grâce à la communication avec la station au sol, le télépilote s’assure que le drone vole dans le panache de méthane. Unique au monde, cette technologie d’identification et de mesure des fuites de gaz à effet de serre (GES)  donne lieu au dépôt de trois brevets et est récompensée par le prix Best Innovator TotalEnergies. 

Aujourd’hui, il n'existe aucune méthode sur le marché capable de quantifier de manière précise et régulière les (GES) afin d’analyser finement les émissions des différents écosystèmes naturels (forêts, mangroves, tourbières, sols, etc.) et industriels, à différentes échelles spatio-temporelles. C’est ce besoin scientifique, industriel et sociétal que vient combler la création par l’URCA, le CNRS et TotalEnergies du laboratoire commun (LabCom) LYNNA – Laboratoires d’analYses iNovantes pour les émissioNs Atmosphériques - hébergé par le GSMA (Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique) et de la chaire industrielle ANR ATMOSFERE associée.

Concrètement, le Labcom s’articule autour de trois axes. « Tout d’abord, en matière de Recherche & Développement, la chaire ANR ATMOSFERE cofinancée par l’Agence nationale de la recherche (ANR) et TotalEnergies vise à développer de nouvelles solutions pour mesurer les émissions d’un plus grand nombre de gaz – en ajoutant par exemple le monoxyde de carbone - à différentes échelles spatio-temporelles, à réduire le coût des réseaux de capteurs, à accroître l’autonomie et la vitesse des  drones pour scanner les vastes zones humides et les tourbières et ainsi analyser l’atmosphère. Par ailleurs, nos chercheurs mènent des travaux sur la quantification des émissions. Enfin, nous travaillons sur la valorisation de cette technologie dans le but d’industrialiser les prototypes », explique Lilian Joly, porteur du Labcom et de la chaire.

Au final, cette collaboration inédite réunit près d’une cinquantaine de chercheurs, en laboratoire, sur le terrain et dans les opérations de coordination et de logistique. 

TotalEnergies déploie déjà cette technologie sur 168 sites pétroliers dans tous les continents, souvent dans des zones difficiles d’accès, comme le milieu des océans ou des déserts. « En Angola, un bateau dédié à la détection et à la mesure des émissions de méthane stationne à 500 mètres d’une importante plateforme située à 100 kilomètres des côtes. Le pilote de drone et son copilote effectuent des missions de trois jours sur le bateau pour cartographier le panache de méthane à raison de 10 vols de 30 minutes par jour. Une fois la quantification des émissions et l’identification de la zone responsable réalisées par le drone parfois à 80 mètres d’altitude, TotalEnergies envoie un collaborateur pour cibler la zone précise. Nous sommes pionniers en la matière et nous souhaitons rester leaders sur ce sujet », affirme Ludovic Donnat, chercheur en modélisation environnementale chez TotalEnergies.

La priorité de l’industriel porte aujourd’hui sur le méthane, gaz 80 fois plus puissant que le dioxyde de carbone. Au sein du Labcom, les chercheurs  imaginent déjà l’application de ces innovations à d’autres gaz, comme la mesure des émissions de combustion, notamment à l’œuvre dans les feux de forêts.

« Le CNRS se réjouit du lancement du laboratoire commun LYNNA et de la chaire ANR ATMOSPHERE, qui viennent renforcer un partenariat historique avec TotalEnergies, avec qui nous comptons désormais près d’une dizaine de chaires industrielles et laboratoires communs en activité. Pour le CNRS, qui a pour mission de faire de la recherche fondamentale au service de la société, il est primordial de tisser des liens étroits avec le monde économique. Faire de la recherche ensemble, c’est répondre à des défis scientifiques communs, et participer ainsi à la transition énergétique et environnementale des entreprises », se félicite Antoine Petit, PDG du CNRS.

Cette plateforme unique de mutualisation des potentiels techniques et scientifiques est promise à un rayonnement international.