Róisín Commane traque les fuites de gaz à effet de serre pour lutter contre le changement climatique.

New York a un problème de comptabilité des gaz à effet de serre. L'État suit de manière générale ses sources de pollution atmosphérique, de la production d'énergie aux transports en passant par la gestion des déchets, mais les chiffres ne correspondent pas toujours à ce qui se trouve réellement dans l'air. La quantité de méthane au-dessus de la ville de New York, par exemple, est étonnamment plus élevée que prévu.

C'est un mystère que tente de résoudre Róisín Commane. À la fois comptable et détective, la chimiste atmosphérique de l'Université Columbia parcourt la ville du pavé aux toits à la recherche de sources non identifiées ou mal cataloguées de gaz à effet de serre, et utilise ces informations pour améliorer notre compréhension des émissions anthropiques de la ville.

Il existe deux stratégies principales pour quantifier les émissions. Les modèles ascendants calculent la pollution totale à partir de chaque source individuelle en utilisant des valeurs représentatives pour chaque type d'émission. Les modèles descendants décrivent la pollution totale se déplaçant à travers une zone en utilisant des mesures prises directement à partir de capteurs de tour ou d'avions.

Le défi réside dans la conciliation des deux, explique Commane. "Ces modèles peuvent être ajustés pour s'assurer qu'ils représentent l'atmosphère telle que nous la comprenons aujourd'hui".

C'est un travail important. Les zones urbaines représentent environ 70% des émissions mondiales de dioxyde de carbone, et parmi les villes des États-Unis, New York est la principale source d'émissions de gaz à effet de serre dues à l'activité humaine.

Une meilleure comptabilité des émissions de gaz à effet de serre pourrait aider New York à atteindre son objectif de devenir neutre en carbone d'ici 2050 et à évaluer l'efficacité de ses efforts de réduction, explique Commane. "Nous avons tous de bonnes intentions, mais si nous pouvons montrer que cela réduit les émissions, c'est quelque chose de beaucoup plus concret".

Et les découvertes faites à New York pourraient informer des efforts similaires ailleurs, notamment dans les endroits dotés d'une infrastructure de gaz naturel comparable.

Commane compare la modélisation atmosphérique à la résolution d'un puzzle complexe. "J'ai toujours aimé jouer avec les chiffres", dit-elle.

Après avoir étudié la chimie et la physique mathématique à University College Dublin en Irlande, Commane a obtenu un doctorat en chimie de l'atmosphère à l'Université de Leeds en Angleterre. Là-bas, elle a appris à construire des outils qui mesurent les gaz atmosphériques, y compris les systèmes laser.

Le scientifique de l'atmosphère Steven Wofsy, qui a conseillé Commane pendant qu'elle était chercheuse associée à l'Université Harvard, loue sa capacité à "penser aux problèmes de manière holistique". Elle est très créative, dit-il, citant son travail sur le carbone arctique. De nombreux modèles existants se concentraient uniquement sur la saison de croissance estivale, lorsque la capture du carbone par la photosynthèse est à son maximum. Mais Commane a étendu son expérience pour inclure les mois d'hiver, lorsque la couche du sol finit enfin par geler et que les microbes du sol qui décomposent et libèrent la matière organique sous forme de carbone deviennent dormants.

Commane a découvert que, dans les années plus chaudes, les retards de congélation dans l'Arctique pourraient entraîner suffisamment d'émissions de sol pour compenser la capture estivale et transformer la toundra en une source nette de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Le travail dans l'Arctique est "légèrement déprimant" car "les choses dégèlent très rapidement là-bas", explique Commane. "L'Arctique souffre de ce que nous émettons ici en bas".

En déménageant à l'Université Columbia en 2018 pour créer son propre laboratoire, Commane a eu l'occasion de contribuer à la réduction des émissions à la source. En plus du statut de New York en tant que principale source d'émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis, elle se classe troisième dans le monde.

Elle a commencé par caractériser les gaz à effet de serre de la ville, notamment le dioxyde de carbone et le méthane. En collaboration avec des scientifiques de l'Université de la Ville de New York, de l'Université de Stony Brook et de l'Université de Rochester, elle a développé un réseau de moniteurs pour prélever des échantillons de gaz autour de la ville et de l'État.

Elle a également remarqué à quel point la ville était verdoyante. New York abrite environ 7 millions d'arbres, mais la végétation est souvent exclue de la plupart des modèles de comptabilité du carbone de la ville, explique Commane.

Commane se demandait si les arbres pourraient aider à expliquer pourquoi les émissions de carbone mesurées dans l'atmosphère étaient légèrement inférieures à ce que prédisaient les modèles ascendants. En utilisant les dernières cartes de couverture terrestre haute résolution pour intégrer la végétation dans leur modèle, elle et Dandan Wei, une chercheuse postdoctorale dans son laboratoire, ont découvert que les arbres de la ville absorbaient une quantité étonnamment importante de dioxyde de carbone pendant l'après-midi, soit environ 40% des émissions de la ville en une journée d'été.

"Donc, les arbres comptent vraiment", déclare Commane, et les modèles doivent les prendre en compte. Sinon, les tentatives de mesure des émissions totales dues à l'activité humaine dans l'atmosphère manqueraient la partie de carbone temporairement absorbée par les arbres.

Quant au méthane, les niveaux dans l'air au-dessus de la ville sont au moins trois fois plus élevés que ceux prédits par les modèles ascendants. Mais personne ne sait ce qui cause ce surplus.

To figure that out, Commane looks for methane relative to other gases, including carbon dioxide, carbon monoxide and ethane. When the sensors pick up large plumes of gas, Commane uses a technique called source attribution to determine how the plumes were produced. Wind speed and plume intensity provide information about the direction to and distance from the source.

Then it’s a matter of hopping into a car or going on foot to measure and confirm the exact location of the emissions with portable sensors, Commane says.

So far, her group has attributed a surprisingly large amount of the unaccounted-for methane to chimneys and rooftops. These are likely due to incomplete combustion of natural gas associated with building heating systems. The researchers also detected localized spikes of methane around certain equipment in now-closed landfills, which could be reduced through engineering solutions that prevent leakage. The largest signals came from older wastewater treatment plants, Commane says, but on the bright side, refurbished facilities barely produced any methane at all.

“The ground-truthing that Dr. Commane is doing is really important,” says Ellen Burkhard, a senior adviser at the New York State Energy Research and Development Authority, the state agency that funds this part of Commane’s research.

“By making these measurements in a sophisticated way, repeatedly, we can characterize the source and [how] that source may change over time,” Burkhard says. “It’s sort of the old adage: You can’t manage what you don’t measure.”

Though Commane continues to work on other projects, she finds the partnership between her lab and the energy research agency particularly rewarding because it’s so solutions-oriented. It keeps her realistic but hopeful in the fight against climate change. “If we didn’t have a way of trying to help fix things, it would feel a lot more futile,” she says. “Here, I can do something about it. And that makes a big difference, I think.”

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