Cela pourrait être confondu avec un projet de foire scientifique: une boîte étanche de la taille d'une valise bourrée de tubes, de fils électroniques, de jauges et d'un affichage à LED. Pour Whitman Miller, c'est la beauté de tout ça. Tout est facilement disponible, relativement peu coûteux et remarquablement sophistiqué. Il a besoin de cette combinaison de qualités. Parce que pour obtenir les réponses qu'il cherche, il devra installer de nombreuses boîtes.
De cette histoire
Centre de recherche sur l'environnement du Smithsonian Station marine du Smithsonian, Fort Pierce, FlorideMiller est chercheur au Smithsonian Environmental Research Center et tente de comprendre les effets de l'augmentation des émissions de CO2 sur la chimie de l'eau dans les écosystèmes côtiers. Au cours des 150 dernières années, la combustion de combustibles fossiles et d’autres procédés de fabrication industriels a injecté d’énormes quantités de CO2 dans l’atmosphère. Une grande partie de celle-ci s'est retrouvée dans les océans de la Terre, où elle réagit avec l'eau de mer et abaisse le pH. En conséquence, les eaux de la Terre deviennent de plus en plus acides, une condition qui peut priver de nombreux organismes à coquilles de leur calcium et menacer de perturber des écosystèmes entiers.
Bien que l’acidification des océans soit le plus souvent appelée, l’augmentation des émissions de CO2 ne se limite pas aux eaux des océans. C'est juste plus facile à voir là-bas. La surface de l'océan est un environnement assez homogène où les concentrations de CO2 dans l'eau ont tendance à être en équilibre avec celle de l'atmosphère - actuellement environ 399, 6 parties par million (ppm). Les scientifiques la surveillent régulièrement au rythme de 1 ppm chaque année depuis quelques décennies.
Mais l’histoire n’est pas aussi facile à lire dans les écosystèmes côtiers où les concentrations de CO2 peuvent fluctuer de plusieurs milliers de parties par million en une seule journée. Les systèmes côtiers sont beaucoup plus complexes et comportent beaucoup plus de pièces mobiles. Ici, l'eau fraîche se mélange à l'eau salée. La température et la salinité varient d'un endroit à l'autre et peuvent changer avec les marées. Les niveaux d'oxygène augmentent pendant la journée lorsque les herbes et les algues font la photosynthèse et se brisent pendant la nuit lorsque la photosynthèse s'arrête. Toutes ces interactions entraînent des fluctuations considérables des niveaux de CO2. Ils varient également d’un endroit à l’autre et au jour le jour. Pour comprendre comment une augmentation relativement faible du CO2 global affectera un système soumis à une telle fluctuation naturelle, il convient d'apprendre exactement comment ce système fonctionne.
La valise est emballée avec des capteurs de pression barométrique, des capteurs de température, des capteurs d'humidité relative et, bien sûr, un capteur de CO2. (Kimba Cutlip) "Nous essayons de démêler beaucoup de ces différents pilotes", a déclaré Miller. «Parce que nous savons que ce n'est pas seulement l'équilibre air-mer. Nous savons qu'il existe des interfaces terre-mer. Nous savons qu'il existe des effets biologiques de la photosynthèse et de la respiration, ainsi que des effets physiques de l'apport d'eau dans différents endroits. Mais pour démêler chacun de ces facteurs, nous apprenons qu'il nous faut énormément de mesures. Nous avons besoin d'une haute densité de mesures en raison de cette irrégularité particulière et de la façon dont elle évolue dans le temps sur les échelles journalières, saisonnières et marémotrices. ”
Miller a besoin d'un réseau de stations de surveillance pour collecter ce niveau de données, un réseau qui n'était pas pratique quand il a commencé ce travail. Les instruments de surveillance nécessaires étaient constitués de bouées océaniques et de gros navires de recherche coûtant des dizaines de milliers de dollars par instrument.
Alors Miller a commencé à développer une autre option. Il a construit ses propres stations de surveillance portables et peu coûteuses avec des composants électroniques facilement disponibles et un microcontrôleur peu coûteux du même genre que ceux que les amateurs utilisent pour fabriquer des robots et des détecteurs de mouvement. Ce qu’il a trouvé, c’est la différence entre une petite pièce remplie de matériel d’une capacité de 100 000 dollars et une boîte de la taille d’une valise pour le prix d’une station météo haut de gamme.
Dans cette boîte, Miller a emballé des capteurs de pression barométrique, des capteurs de température, des capteurs d’humidité relative et, bien sûr, un capteur de CO2. «Ce gars-là coûte moins de 300 dollars», dit-il en désignant un carré d'électronique pas plus gros qu'un jeu de cartes. «L'analyseur de gaz infrarouge est le cœur de la mesure du CO2.» L'instrument corollaire d'une bouée océanique pourrait coûter jusqu'à 20 000 dollars.
Avec des équipements électroniques facilement disponibles et des boîtiers étanches peu coûteux, Miller et ses collègues peuvent construire les appareils directement dans leur laboratoire. (Kimba Cutlip) En dehors de la boîte, du «côté humide», l'eau est pompée à travers un tube et forcée à l'équilibre avec un petit volume d'air. L'analyseur de gaz détermine la concentration de CO2 dans cet air et un enregistreur de données en assure le suivi 24h / 24 et 7j / 7.
«Il s’agit d’une approche novatrice, explique Mario Tamburr, qui vise à trouver un moyen simple et peu coûteux d’obtenir ces mesures.» Tamburri est professeur de recherche au Centre des sciences de l’environnement de l’Université du Maryland (UMCES). «Notre plus gros problème est maintenant de pouvoir surveiller ces paramètres importants à la bonne échelle temporelle et spatiale. Ces mesures de haute résolution temporelle et spatiale sont donc essentielles pour comprendre les problèmes d'acidification, en particulier dans les eaux côtières. ”
Tamburri est également directeur exécutif de l’Alliance for Coastal Technologies, un partenariat entre des organisations de recherche qui sert de laboratoire d’essai pour les équipements scientifiques. «L’une des choses que nous essayons de faire est de favoriser le développement et l’adoption de nouvelles innovations." Il exploite depuis un an l’une des stations de surveillance de Miller depuis la jetée de UMCES "pour démontrer ses capacités et son potentiel afin que les autres utilisateurs puissent également en profiter. avoir confiance en l’adoptant. "
Il existe actuellement trois autres stations de surveillance du CO2 en fonctionnement. L'un au Smithsonian Environmental Research Center à Edgewater où travaille Miller, un à la Smithsonian Marine Station à Fort Pierce, en Floride, et un autre au Smithsonian Tropical Research Institute à Panama. Miller n'est pas encore prêt à commencer à produire ses instruments en masse. Il a encore quelques modifications à apporter avant de pouvoir développer un réseau de sites de surveillance dans la baie de Chesapeake. Il travaille à remplacer la pompe par une pompe moins énergivore, de préférence à énergie solaire. Et il espère réduire encore davantage le prix (une station coûte maintenant environ 7 000 dollars). Finalement, il espère recruter des scientifiques citoyens, des volontaires désireux de les garder près de leurs piliers privés.
«Mon principal atout pour un instrument est que vous puissiez le confier à un citoyen citoyen», explique-t-il, «et qu'il soit capable de s'en occuper, de le gérer et de développer les données. Ce doit être quelque chose que quelqu'un qui n'a pas eu des années et des années d'éducation à l'aide d'instruments peut le faire fonctionner. "
C'est ce qu'il faudra faire pour obtenir le type de mesure nécessaire pour vraiment comprendre le rôle de l'augmentation du CO2 dans ces systèmes complexes.
Le dispositif de contrôle que Miller appelle «le cœur de tout» est un petit microprocesseur développé à l’origine pour les amateurs qui souhaitent fabriquer de simples robots. (Kimba Cutlip)
