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NITRO+
Détection des gaz azotés dans l'eau à l'aide de membranes personnalisées
Défis à relever
Ce projet aborde les limites des techniques existantes pour mesurer les concentrations de gaz à effet de serre (GES) dans les environnements aquatiques. Les méthodologies actuelles offrent une couverture spatiale et temporelle restreinte, ce qui empêche une compréhension globale. En outre, le projet est conçu pour surmonter la sélectivité insuffisante des membranes en polydiméthylsiloxane (PDMS) utilisées dans la détection des GES, en particulier pour l'oxyde nitreux (N2O) et l'ammoniac (NH3). En utilisant des membranes de graphène poreux, le projet vise à améliorer considérablement la sélectivité, facilitant ainsi la détection précise et la cartographie de ces gaz cruciaux.
Simultanément, le projet s'attaque à des incertitudes scientifiques pressantes dans le cycle de l'azote marin. Les contributions relatives des différents processus à la production de N2O dans les environnements océaniques restent contestées et la méthodologie innovante du projet vise à fournir les données nécessaires pour résoudre ces questions. De même, le projet s'attaque à la disparité entre les modèles et les données observées sur la source océanique globale d'ammoniac, promettant d'apporter des éclaircissements sur cette question environnementale critique.
Objectifs
L'objectif principal du projet, tel qu'il est décrit, est de développer un instrument in situ capable de surveiller la concentration et la composition en isotopes stables de l'oxyde nitreux (N2O) et de l'ammoniac (NH3) dissous, avec une résolution spatiale élevée en temps réel dans les environnements aquatiques. Cet objectif sera atteint en améliorant la sélectivité de la membrane pour ces gaz dans la sonde proposée, en passant des membranes en polydiméthylsiloxane (PDMS) à une membrane en graphène poreux. La membrane sera conçue pour maximiser la sélectivité pour le NH3 et le N2O par rapport aux autres gaz dissous. L'équipe espère ainsi résoudre des questions en suspens liées au cycle de l'azote dans les environnements marins et fournir de meilleures contraintes sur l'évolution du cycle du carbone en réponse au réchauffement anthropique.
Quels sont les résultats attendus de ce projet ?
- Développer des membranes poreuses en graphène présentant une sélectivité élevée pour l'oxyde nitreux (N2O) et l'ammoniac (NH3).
- Fabriquer un nouvel instrument capable de surveiller en temps réel et in situ la concentration et la composition en isotopes stables du NH3 et du N2O dissous dans les environnements aquatiques.
- Recueillir de nouvelles données sur le cycle de l'azote dans les milieux marins, ce qui permettra de mieux comprendre les voies de transport du NH3 et du N2O à travers les nanopores de graphène.
- Produire du matériel de diffusion pour communiquer les résultats de la recherche et sensibiliser le public et les élèves du secondaire, y compris par le biais de programmes d'engagement direct tels que les « semaines d'étude » et les présentations lors des visites annuelles sur le campus de l'EPFL.
Etapes clés
- Septembre 2023
Vérification par la mesure des propriétés de transport des gaz à l'aide de membranes PDMS commerciales avant et après les essais sur le terrain
- Septembre à décembre 2023
Caractérisation des propriétés de transport des gaz et optimisation des nanopores de graphène pour maximiser la sélectivité des gaz pour le N2O et le NH3.
- Décembre 2023 et janvier 2024
Analyse et calibrage des gaz dissous dans différentes conditions physiques et compositions de gaz dans une chambre de laboratoire, imitant les conditions marines réelles
- Février et mars 2024
Test de membranes sur la plateforme LéXPLORE de l'EPFL sur le lac Léman
- Avril et mai 2024
Déploiement d'un nouveau spectromètre laser couplé à la meilleure membrane dans le cadre du projet GreenFjord, dans les fjords du sud-ouest du Groenland, combiné à d'autres analyses océanographiques liées aux cycles de l'azote, du carbone et de l'oxygène dans les phases particulières et dissoutes. Il est important de noter que les mesures de gaz dissous seront comparées à des mesures discrètes d'isotopes stables de l'azote et de l'oxygène dans le NO3 dissous, le long de profils verticaux sélectionnés.
Financement
Ce projet est financé par CLIMACT.