Crédit :NASA/Jesse Kirsch/avec l'aimable autorisation de Tracy Schohr
Aujourd'hui, les sources humaines sont responsables de 60 % des émissions mondiales de méthane, provenant principalement de la combustion de combustibles fossiles, de la décomposition dans les décharges et du secteur agricole. Près d'un quart des émissions de méthane peuvent être attribuées à l'agriculture, dont une grande partie provient de l'élevage. La culture du riz et le gaspillage alimentaire sont également des sources importantes de méthane agricole, car près d'un tiers de tous les aliments produits pour la consommation humaine sont perdus ou gaspillés.
À la NASA, les scientifiques étudient le bilan mondial du méthane pour mieux comprendre les principales sources d'émissions de méthane et leur contribution au changement climatique. Outre les sources humaines, le méthane est également produit dans des milieux naturels. La plus grande source naturelle de méthane est les zones humides, qui contribuent à 30 % des émissions mondiales de méthane. Les autres sources naturelles d'émissions de méthane comprennent les océans, les termites, le pergélisol, la végétation et les incendies de forêt.
Les concentrations atmosphériques de méthane ont plus que doublé depuis la révolution industrielle en raison de l'utilisation intensive du pétrole, du gaz et du charbon, de la demande croissante de bœuf et de produits laitiers et de la production accrue de déchets alimentaires et organiques. Bien que l'augmentation des concentrations de méthane dans l'atmosphère ait sensiblement ralenti vers la fin du XXe siècle, les concentrations ont considérablement augmenté depuis 2006, probablement en raison de l'augmentation des émissions provenant de l'élevage, du recours renouvelé au gaz naturel et, ces dernières années, des zones humides et de la planète. réchauffement.
Le nouveau portrait tridimensionnel du méthane de la NASA montre le deuxième contributeur mondial au réchauffement par effet de serre lorsqu'il se déplace dans l'atmosphère. En combinant plusieurs ensembles de données provenant d'inventaires d'émissions et de simulations de zones humides dans un modèle informatique à haute résolution, les chercheurs disposent désormais d'un outil supplémentaire pour comprendre ce gaz complexe et son rôle dans le cycle du carbone, la composition atmosphérique et le système climatique de la Terre. La nouvelle visualisation des données donne une image plus complète de la diversité des sources de méthane au sol ainsi que du comportement du gaz lorsqu'il se déplace dans l'atmosphère. Crédit :NASA/Studio de visualisation scientifique
L'effet de serre et le méthane
Les gaz à effet de serre, dont le méthane, contribuent aux réactions chimiques et aux rétroactions climatiques. Les molécules de gaz à effet de serre piègent l'énergie solaire en agissant comme une couverture thermique. L'énergie du soleil est absorbée par la surface de la Terre, bien qu'une partie de cette énergie soit réfléchie dans l'atmosphère. L'énergie absorbée est également réémise aux longueurs d'onde infrarouges. Une partie de l'énergie réfléchie et réémise rentre dans l'espace, mais le reste est piégé dans l'atmosphère par les gaz à effet de serre. Au fil du temps, la chaleur captée réchauffe notre climat, augmentant les températures mondiales.
Les gaz à effet de serre dans notre atmosphère agissent comme une couverture emprisonnant la chaleur du soleil. Cela provoque une augmentation des températures mondiales à mesure que la quantité de gaz à effet de serre augmente. Crédit :NASA/Jesse Kirsch
Les augmentations de température provoquées par l'homme peuvent avoir un impact sur le méthane émis par des sources naturelles. Par exemple, le pergélisol peut fondre naturellement et émettre du méthane dans l'atmosphère, mais les humains ont augmenté la vitesse à laquelle le pergélisol dégèle en raison du réchauffement causé par l'homme.
Le méthane est le deuxième contributeur mondial au réchauffement climatique, après le dioxyde de carbone. Bien que le dioxyde de carbone soit plus abondant que le méthane dans l'atmosphère, une seule molécule de méthane emprisonne plus efficacement la chaleur qu'une seule molécule de dioxyde de carbone.
Cependant, la durée de vie d'une molécule de méthane est plus courte que celle d'une molécule de dioxyde de carbone en raison de processus chimiques naturels qui éliminent plus rapidement le méthane de l'atmosphère que le dioxyde de carbone. Cela signifie que si les émissions de méthane devaient diminuer et que l'épuration chimique naturelle du méthane se maintenait, le méthane atmosphérique pourrait diminuer considérablement en seulement dix ans. La diminution de la quantité de méthane rejetée dans l'atmosphère pourrait avoir un impact significatif et quasi immédiat sur la réduction des effets à court terme du changement climatique et pourrait contribuer à maintenir le changement de température mondiale en dessous de 2 degrés Celsius.
Pourquoi les vaches produisent du méthane
Les bovins, tels que les vaches laitières ou les bovins de boucherie, produisent du méthane comme sous-produit de la digestion. Les bovins sont des ruminants, ce qui signifie qu'ils ont des systèmes digestifs spécialisés qui leur permettent de transformer des aliments qui ne peuvent pas être digérés par les humains et la plupart des autres animaux, comme l'herbe fraîche et les céréales non cuites. Lorsque les aliments pénètrent dans l'estomac d'un bovin, ils subissent un processus appelé fermentation entérique :les microbes et les bactéries décomposent partiellement les particules alimentaires, qui fermentent ensuite dans la partie de l'estomac appelée rumen. Lorsque les particules alimentaires fermentent, elles produisent du méthane. Chaque fois que le bétail rote - et, dans une moindre mesure, flatule - le méthane est expulsé et pénètre dans l'atmosphère, où il agit comme un gaz à effet de serre.
Faits en bref sur le méthane :le méthane est responsable de 20 % du réchauffement climatique depuis la révolution industrielle ; En 2018, le système alimentaire a contribué à 33 % de toutes les émissions de GES d'origine humaine; En 2015, le bétail a contribué à 10 % des émissions de méthane aux États-Unis; Le méthane est environ 30 fois plus puissant que le CO2 sur une période d'un siècle; L'Europe et l'Arctique sont les deux seules régions dont les émissions de méthane ont diminué de 2000 à 2018; Les concentrations atmosphériques de méthane ont plus que doublé au cours des 200 dernières années. Crédit :NASA/Jesse Kirsch
Les yeux de la NASA sur le méthane
Bien que les concentrations de méthane soient bien observées, les émissions doivent être déduites en fonction de divers facteurs. Les scientifiques de la NASA utilisent diverses méthodes pour suivre les émissions de méthane. Pour obtenir les estimations les plus précises possibles, ils utilisent des inventaires d'émissions de pays du monde entier, simulent les émissions de méthane des zones humides et combinent cela avec des données terrestres, aériennes et satellitaires à l'aide de modèles atmosphériques.
En Californie (et dans certaines autres régions), les chercheurs pilotent des avions équipés du spectromètre d'imagerie infrarouge visible aéroporté de la NASA - Nouvelle génération, ou AVIRIS-NG, et collectent des données hautement calibrées. Ces données sont utilisées dans le California Methane Survey, un projet financé conjointement par la NASA, le California Air Resources Board et la California Energy Commission pour identifier et signaler rapidement les fuites de méthane.
En Alaska et dans le nord-ouest du Canada, les chercheurs de la NASA utilisent des satellites, des avions et des recherches sur le terrain pour mieux comprendre les émissions de méthane provenant du dégel du pergélisol dans le cadre de l'expérience boréale arctique et de la vulnérabilité, ou ABoVE. Les chercheurs ont découvert que le pergélisol riche en carbone fond à un rythme de plus en plus élevé, probablement en raison du changement climatique induit par l'homme, faisant de l'Arctique une importante source potentielle d'émissions de méthane. Selon des estimations scientifiques, les sols de cette région stockent cinq fois plus de carbone que ce qui a été émis par toutes les activités humaines au cours des 200 dernières années.
Les chercheurs de la NASA combinent les données de missions comme ABoVE et le California Methane Survey avec leurs connaissances sur le comportement du méthane dans l'atmosphère pour créer des modèles informatiques de méthane. Ces modèles peuvent aider les scientifiques et les décideurs à comprendre les schémas passés, actuels et futurs du méthane atmosphérique.
Voies vers une réduction des émissions de méthane
Des chercheurs de divers domaines se sont penchés sur des solutions potentielles pour réduire les émissions mondiales de méthane. Par exemple, les systèmes de biogaz réduisent les émissions de méthane en transformant les déchets du bétail, des cultures, de l'eau et de la nourriture en énergie. Le biogaz est produit par le même processus naturel qui se produit dans les décharges pour décomposer les déchets organiques. Cependant, les systèmes de biogaz exploitent le gaz produit et l'utilisent comme une source d'énergie propre, renouvelable et fiable plutôt que de le laisser se libérer dans l'atmosphère en tant que gaz à effet de serre.
Une étude dirigée par le professeur Ermias Kebreab de l'Université de Californie-Davis a découvert que l'introduction de quelques onces d'algues dans l'alimentation des bovins de boucherie pouvait réduire leurs émissions de méthane de plus de 82 %.
Ces types d'innovations technologiques - et biologiques - peuvent offrir aux décideurs, aux éleveurs et à d'autres plus d'options pour gérer notre futur méthane.
