Profiles des émissions de methane dans la mer Baltique: Cryptophanes – un capteur chimique in-situ – PROMETHEUS

Le méthane (CH4) est un puissant gaz à effet de serre et est estimé à contribuer jusqu'à 20% de l'effet de serre atmosphérique total (IPCC, 2007). Il existe des incertitudes importantes sur la quantité de méthane émise et absorbée par les océans. La raison principale en est la variabilité des émissions de méthane marin et le sous-échantillonnage. Pour surmonter la limitation de la résolution spatiale et temporelle des mesures méthane océanique, les capteurs in-situ sont nécessaires afin de détecter de façon autonome les concentrations en CH4 dans la colonne d’eau sur de plus longues périodes de temps. Par conséquent, le projet proposé vise à:
1) la conception de récepteurs moléculaires pour la reconnaissance de méthane (cryptophane-A et -111) et la synthèse de nouveaux composés permettant leur introduction dans la structure polymère (Task 1 ; LC ENS Lyon);
2) la conception et l’adaptation de 2 technologies optiques disponibles pour la détection in situ et des mesures de CH4 pour le milieu marin, dont l’une servira de référence (LAAS-OSE, GET, IOW) (Task 2 et 3); Boulart et al. (2008) - C. Boulart maintenant au GET -a montré qu'un film polymere voit son indice de réfraction changer quand le méthane est encapsule dans les cages de la supra-molecules cryptophane-A qui sont mélangés dans le film polymère. Le changement d'indice de réfraction du à la présende méthane en solution est mesuré avec une haute résolution par résonance plasmonique de surface (SPR;. Chinowsky et al, 2003, Boulart et al, 2012a ; méthode de référence). Nous comptons développer une autre méthode optique par mesure différentielle de la puissance transmise entre une fibre optique de référence et l’autre de mesure recouverte du même film de polymère+cryptophane, sensible au méthane (Aouba et al., 2012 ; Boulart et al., 2012b).
3) l'utilisation et le déploiement de ces 2 capteurs développés pour l'étude du cycle de CH4 dans l'environnement océanique (Task 4 et 5) (la station GODESS dans la mer Baltique; IOW, Rostock, Allemagne); GODESS enregistre un certain nombre de paramètres en haute résolution temporelle en réalisant jusqu'à 200 profils verticaux dans la colonne d'eau pendant plus de 3 mois avec le déploiement d'une plateforme de profilage portant la série de capteurs;
4) quantifier les flux de méthane dans l'atmosphère (Task 6); C'est une grande valeur ajoutée à la variabilité temporelle des concentrations de méthane. Lors d’un workshop en 2006 sur les émissions anthropiques des gaz à effets de serre, l’UNESCO a conclut que la surveillance de ces émissions par méthode in-situ apporterait une aide significative sur la quantification des flux de méthane en milieu aqueux. Sans aucun doute, le développement des capteurs de méthane dissous que nous proposons dans ce programme de recherche apporterait la technologie adéquate pour atteindre ces objectifs.

Le but du projet PROMETHEUS est d’améliorer le capteurs méthane dissous sur fibre optique de son niveau actuel TRL 3 (échelle de maturité technologique : Technology Readiness Level) – études de laboratoire pour validation de la méthode – au niveau TRL 5-6 – Composant et/ou sub-système technologique validé dans le milieu naturel, par rapport au capteur méthane dissous SPR pris comme référence (TRL 4). Ces développements technologiques seront potentiellement brevetés avant tout test et commercialisation.

La réalisation de ce projet sera facilitée par les interactions entre les chimistes, ingénieurs, physiciens, et géochimistes des 4 partenaires impliqués (LC, GET, LAAS-OSE et IOW). Notre demande budgétaire repose sur le recrutement de 3 post-docs (Task 1, LC ENS Lyon ; Task 2 and 3, LAAS-OSE ; Task 2, 3 and 4, IOW avec le GET) et d’un technicien (Task 5, IOW), sur le soutien pour l’intégration des 2 capteurs méthane dissous sur la station de profile dans la Mer Baltique ainsi que sur les frais inhérents de fonctionnement en laboratoire et de missions (Réunion de travail, workshops, frais de publication).