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Étude sur la performance de l’échantillonnage à flux passif pour estimer les émissions d’oxyde nitreux dans les bâtiments d’élevage.

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Larios, Araceli Dalila (2018). Étude sur la performance de l’échantillonnage à flux passif pour estimer les émissions d’oxyde nitreux dans les bâtiments d’élevage. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 157 p.

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Résumé

Le secteur de l'élevage animal représente une source importante d'émission de gaz à effet de serre (GES) dans le monde. Une augmentation de 70% des activités mondiales d’élevage est prévue d'ici 2050. En 2014, il a été estimé que le secteur de l’élevage a produit 3,47 Gt en équivalent de CO₂, avec en tête de liste le méthane (CH₄) représentant 43%, suivi de l'oxyde nitreux (N₂O) avec 21%. Actuellement, les producteurs et les scientifiques sont confrontés à de grandes difficultés pour estimer les émissions réelles de GES provenant du secteur de l'élevage, car la plupart des méthodologies disponibles pour la mesure des émissions de GES sont complexes et coûteuses. De plus, les émissions de GES dans ce secteur varient en fonction des conditions météorologiques, du milieu de vie des animaux, ainsi que de leur stade physiologique. Cette variabilité n'est pas prise en compte dans l'estimation des facteurs d'émission utilisés pour intégrer les inventaires locaux et mondiaux. L'échantillonnage à flux passif (éFP) est une technique utilisée avec succès pour échantillonner et estimer les émissions de gaz tel que l’ammoniac (NH₃) provenant de sources agricoles. Cette technique est peu dispendieuse et peu exigeante du point de vue opérationnel. Cependant, celle-ci n'a pas été évaluée pour l’estimation des pertes de GES. Par conséquent, l'objectif de cette thèse a été l'adaptation et l'étude de la performance d’échantillonnage à flux passif pour estimer les émissions du N₂O dans les bâtiments d'élevage animal. Quatre étapes sont expliquées au cours de ce document : en premier, la conception et l'évaluation de l'échantillonneurs à flux passif (éFP); ensuite l'évaluation du comportement d'adsorption et de désorption de la zéolithe 5A; suivit par la conception la validation d’une méthodologie de l’éFP adaptée à l’estimation des émissions de N₂O dans les conditions d’opération et l’environnement des bâtiments d’élevage; ainsi que l'analyse de faisabilité de la méthodologie. Les résultats ont démontré que la meilleure configuration des ÉFP est celle utilisant une plaque à orifice de 0,7 mm d’ouverture et une épaisseur de lit d'adsorbant de 20-50 mm, avec des adsorbants sphériques. L’adsorption du N₂O par la zéolithe 5A dans l’ÉFP variait en fonction de la concentration en N₂O provenant de la source, de la masse et de l’épaisseur du lit d'adsorbant. À l'échelle d’une ferme expérimentale, l’éFP a montré une bonne exactitude (88%) et précision (95%) dans un temps d'échantillonnage de 1,5 h en utilisant un nouveau prototype d’ÉFP. Cependant, à l'échelle commerciale l'éFP devra être optimisée notamment en améliorant la sélectivité du lit d'adsorbant, car un temps de percée d’environ 8 minutes a été observé dans deux bâtiments d'élevage animal.

Abstract

Livestock sector is a significant greenhouse gas (GHGs) emission source and it is projected to grow around the world by 70% by 2050. In 2014, it was estimated that 3.47 Gt CO₂-eq was released from this sector, being methane (CH₄) the gas with the highest contribution (43%), followed by nitrous oxide (N₂O) with a 21%. Currently, producers and scientists face challenges to estimate real GHG emissions from the livestock sector because most of the methodologies used are complex, expensive and present spatial and temporal variations among sources. This variability is not considered in the estimation of emission factors used to integrate local and global inventories. Passive flux sampling is a technique successfully used to sample and estimate ammonia (NH₃) emissions from agricultural sources. This technique encompasses low operational and capital investment requirements to quantify gas emissions. However, it has not been evaluated to estimate GHGs. In this context, the objective of this thesis was the study of parameters determining the performance of passive flux sampling for the estimation of N₂O from livestock buildings. The study included: the design and evaluation of passive flux samplers (PFS) based on adsorption, the evaluation of adsorption and desorption behaviour of adsorbents used as collector medium, the validation of PFS in experimental and commercial farms and the analysis of the feasibility of the methodology. Results showed that the best configuration was a 0.7 mm orifice plate and an adsorbent bed thickness from 20 to 50 mm using spherical zeolites 5A particles. The mass of N₂O collected on the zeolite was a function of inlet N₂O concentration, the length of the adsorbent bed, and co-adsorption of other compounds. After collection of samples, the N₂O can be desorbed easily of the zeolite 5A at efficiency from 94 to 97%. The validation at the experimental and field level has shown that passive flow sampling is a potential technique to be used to estimate GHG emissions. However, it is suggested to increase the selectivity of the adsorbent bed in order to adequately estimate GHG emissions.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Brar, Satinder Kaur
Co-directeurs de mémoire/thèse: Godbout, Stéphane; Ramirez, Antonio Avalos
Mots-clés libres: gaz à effet de serre; émissions d'oxyde nitreux; échantillonnage à flux passif; adsorption; élevage animal; greenhouse gases; nitrous oxide emissions; passive flux sampling; adsorption; livestock emission sources
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 19 oct. 2018 15:14
Dernière modification: 19 oct. 2018 15:14
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/7584

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