Changement climatique : les dépôts de sédiments augmentent le méthane des lacs de barrage
Des chercheurs du Laboratoire de l'eau et de l'environnement (LWU) de l'Université technique de Cologne ont mis au point, en collaboration avec DB Sediments GmbH, un prototype qui aspire le méthane des lacs de barrage, où il s'accumule via les sédiments et se libère dans l'atmosphère.
Le projet de recherche "Élimination du méthane des lacs de barrage" (MELIST) est soutenu par le Fonds européen de développement régional (FEDER.NRW). L'équipe de chercheurs de l'université technique de Cologne a développé des procédés intéressants pour endiguer le dégagement de méthane.
Le méthane responsable du réchauffement climatique
Le méthane fait partie, avec le dioxyde de carbone (CO2) et l'azote, des gaz à effet de serre naturels responsables du changement climatique. Le méthane est 28 fois plus nocif que le CO₂, mais sa durée de vie dans l'atmosphère, comprise entre neuf et quinze ans, est nettement plus courte. Outre les sources naturelles comme les marais et les forêts, les sources anthropiques comme l'élevage, les rizières et les décharges sont de plus en plus responsables de la forte augmentation des taux de méthane dans l'atmosphère au cours des douze dernières années.
L'importance des rejets de méthane par les lacs de barrage est actuellement étudiée par différentes équipes de chercheurs dans le monde, dont les scientifiques du LWU : "Le lac de barrage plutôt petit d'Olsberg sur la Ruhr, avec un volume de stockage de 72.000 mètres cubes, libère déjà autant de bulles de méthane en un an qu'une voiture en un million de kilomètres parcourus", explique Yannick Dück, doctorant à l'université technique de Cologne et coordinateur du projet de recherche MELIST.
Les composants organiques des dépôts de sédiments dans les lacs de barrage, comme les feuilles, sont décomposés par des bactéries, ce qui produit du méthane. L'agriculture intensive ou le défrichement des forêts augmentent la biomasse dans les lacs de barrage. Le méthane se dissout dans l'eau avec l'oxygène dissous, pour être ensuite oxydé dans l'atmosphère en CO₂.
Aspirateur à haute pression pour les dépôts de sédiments
La pièce maîtresse du prototype développé dans le cadre du projet de recherche MELIST sous la direction du professeur Christian Jokiel est un aspirateur à haute pression pour les dépôts de sédiments et les bulles de méthane qui s'y trouvent, installé sur une plate-forme flottante. Cette plateforme se déplace en continu et de manière largement automatisée sur un lac de retenue. Les sédiments sont alors soulevés et absorbés en même temps que le gaz méthane. Ce mélange eau-sédiments-gaz est séparé sur la plate-forme et le gaz est aspiré par une pompe à vide. Enfin, les sédiments sont réintroduits dans le cours d'eau en aval du barrage.
Outre le développement de prototypes, MELIST comprend également des essais sur le terrain sur les barrages d'Urfttalsperre et d'Olsberg en Rhénanie-du-Nord-Westphalie : entre novembre 2016 et mars 2017, l'équipe de l'université technique de Cologne a entrepris des mesures continues des émissions de méthane, a étudié les facteurs d'influence potentiels et les éventuels points chauds de méthane des barrages. Les mesures des émissions ont révélé que les changements du niveau de l'eau ont une influence sur la libération des bulles de méthane présentes dans les sédiments. Si le niveau de l'eau baisse, la pression de l'eau diminue et les bulles de méthane peuvent remonter plus facilement. Ce résultat est pertinent pour les changements climatiques qui se dessinent : Les périodes de sécheresse prolongées, comme par exemple lors de la canicule record de l'été 2018, qui font baisser le niveau, augmentent donc la production de méthane. "Les températures en hausse, telles qu'elles sont attendues en raison du changement climatique, favoriseront la production de méthane", explique Yannick Dück.
Des échantillons de sédiments ont en outre été prélevés à différentes profondeurs dans deux réservoirs et analysés dans un tomodensitomètre grâce à un procédé de carottes de congélation nouvellement développé. Ce procédé permet de prélever des échantillons de sédiments non perturbés et contenant des gaz. Avec les méthodes précédentes, les échantillons sont affectés négativement par une diminution de la pression de l'eau et un changement de température de l'échantillon "Les carottes de sédiments gelées nous permettent de tirer des conclusions sur les couches de sédiments et la profondeur à laquelle on peut trouver des bulles de méthane. Ce sont des informations importantes pour la dissolution et l'absorption des dépôts de sédiments : À quelle profondeur faut-il éroder les sédiments pour absorber le plus complètement possible le gaz ? Quelle est la fréquence de passage dans le lac de retenue ? Et quelle est l'énergie nécessaire pour éroder les sédiments ? Les sédiments sont différents dans chaque lac de retenue", explique Dück.
La prochaine étape consistera à optimiser la séparation continue des sédiments et des gaz. Un projet consécutif est prévu à cet effet, auquel participent également des chercheurs du centre d'enseignement et de recherche :metabolon. Ils étudieront si et sous quelle forme le méthane prélevé dans les lacs de barrage peut être utilisé à des fins énergétiques.
