EP4133493A1 - Méthode de calcul d'un flux d'au moins un gaz émis par une source dans l'atmosphère, procédé de mesure, système et nécessaire associés - Google Patents

Méthode de calcul d'un flux d'au moins un gaz émis par une source dans l'atmosphère, procédé de mesure, système et nécessaire associés

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Publication number
EP4133493A1
EP4133493A1 EP21717432.5A EP21717432A EP4133493A1 EP 4133493 A1 EP4133493 A1 EP 4133493A1 EP 21717432 A EP21717432 A EP 21717432A EP 4133493 A1 EP4133493 A1 EP 4133493A1
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EP
European Patent Office
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line
source
gas
contents
along
Prior art date
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Pending
Application number
EP21717432.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Ludovic DONNAT
Olivier DUCLAUX
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Reims Champagne Ardenne URCA
TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Reims Champagne Ardenne URCA
TotalEnergies Onetech SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Reims Champagne Ardenne URCA, TotalEnergies Onetech SAS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4133493A1 publication Critical patent/EP4133493A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/30—Prediction of properties of chemical compounds, compositions or mixtures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2273—Atmospheric sampling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64U20/80—Arrangement of on-board electronics, e.g. avionics systems or wiring
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/35—UAVs specially adapted for particular uses or applications for science, e.g. meteorology

Definitions

  • TITLE Method for calculating a flow of at least one gas emitted by a source into the atmosphere, measurement method, associated system and necessary
  • the present invention relates to a method for calculating a flow of at least one gas emitted by a source into the atmosphere, implemented by a calculation system.
  • the gases to be measured are in particular greenhouse gases such as methane or carbon dioxide.
  • greenhouse gases are emitted during the exploitation, transport, refining and deposition of hydrocarbons. These emissions are monitored by the operators and are regularly subject to reduction measures.
  • emissions are very difficult to measure, as they are often not channeled, and potentially near ponds or lakes or in inaccessible places, for example at heights or in the middle of the unit.
  • a major difficulty in assessing emissions from a point source within an installation is often the difficulty, or even the impossibility, of getting as close as possible to the source to measure the flow of gas emitted by the source into the atmosphere. .
  • the gas flow generated by the source disperses and propagates in the atmosphere in the form of a plume. It is therefore generally difficult and imprecise to measure emissions emitted by a point source when moving away from the source.
  • An aim of the invention is to have a method making it possible to calculate the flow of at least one gas emitted by a source into the atmosphere, in particular of a greenhouse gas, the method not requiring data taken as close as possible to the source, while being precise and easy to use.
  • the subject of the invention is a method of the aforementioned type, comprising the following steps:
  • the method according to the invention may include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any possible technical combination:
  • the method comprises, between the integration steps, a step of interpolation of a curve of integrated aggregate grades as a function of a coordinate in the second direction, from the calculated aggregate grades;
  • interpolation is carried out by cubic interpolation, in particular by cubic interpolation by part;
  • the method includes a preliminary step of recovering data on wind speeds present on each line;
  • the method includes a preliminary step of determining an average wind common to all the lines;
  • the method comprises, after the step of recovering the grade data, the calculation of a continuous background of gas present in the atmosphere and the processing of the grade data to eliminate the continuous background;
  • the determination of the continuous background comprises for each line, the calculation of an average value of contents measured on the line, then the elimination of the contents located above the average value, and the repetition of the preceding steps until that the difference between two successive average values is less than a convergence threshold;
  • the first direction is horizontal, the second direction being vertical;
  • the subject of the invention is also a method for measuring emissions from a source into the atmosphere comprising the following steps:
  • the measurement method according to the invention may include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the method comprises a preliminary step of determining a wind direction and / or a configuration of an emission plume downstream of the source, the flight of the drone being carried out according to the predetermined plume configuration.
  • the method comprises a step of measuring the wind speed.
  • the subject of the invention is also a system for calculating a flow of at least one gas emitted by a source into the atmosphere, comprising:
  • - a module for obtaining data on the contents of at least one gas, measured in the atmosphere away from the source along a plurality of lines parallel to a first direction;
  • the subject of the invention is also a kit for measuring the emissions of at least one gas by a source in the atmosphere comprising:
  • a drone able to fly in the atmosphere away from the source along a plurality of lines parallel to a first direction; the drone being able to measure data representative of the contents of at least one gas along each line parallel to the first direction;
  • the kit according to the invention may include one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically possible combination:
  • the drone is able to continuously measure data representative of the contents of at least two gases present in the atmosphere.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first emission measurement kit according to the invention
  • Figure 2 is a view of a gas source within an installation, and of the plume emitted by the gas source.
  • Figure 3 is a detail of the plume resulting from emission by the source under established wind conditions
  • FIG. 4 is a view of the flight plan implemented by the drone of the kit of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a view of the measurements taken on a horizontal line during the implementation of the flight plan of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a view of a curve connecting the integrated grades obtained from several lines as a function of the altitude, and the interpolation made between these grades;
  • FIG. 7 is a view of an estimation of the wind speed as a function of the altitude, which can be used in the implementation of the method according to the invention.
  • Figure 8 is a view similar to Figure 3, in the case of emission in low wind conditions.
  • a kit 10 for measuring emissions of at least one gas emitted from a source into the atmosphere is schematically illustrated in Figure 1.
  • the kit 10 is intended to implement a method of measuring emissions from an industrial installation 12, shown schematically in Figure 2.
  • the emission of at least two gases present in the atmosphere is measured by the method according to the invention.
  • the gases are preferably methane and carbon dioxide.
  • gases are measurable, such as aromatic gases, in particular benzene or even 1, 3 Butadiene, carbon monoxide, ethane and more generally Volatile Organic Compounds.
  • the industrial installation 12 is in particular an oil installation, in particular an installation for the exploitation, transport, refining, treatment or deposit of hydrocarbons located at sea or on land.
  • the installation 12 includes at least one source 14 emitting gases whose content is measured.
  • the source 14 is a torch. It emits gases following a plume 16 which emerges from the source 14 and which propagates under the effect of the wind V.
  • the plume 16 is driven by the wind V circulating in the atmosphere in the vicinity of the source 14. It advantageously has a zone 18 where the plume 16 is raised. substantially vertical and a zone 20 of propagation of the plume, which in this example is substantially horizontal.
  • the elevation zone 18 is higher and the propagation zone 20 extends at an incline with respect to the horizontal.
  • the measurement kit 10 comprises a drone 22 for collecting data representative of the contents of at least one gas, preferably of at least two gases, at a plurality of positions in the atmosphere, away from the source 14.
  • the kit 10 further comprises a calculation system 24, suitable for implementing a method for calculating a flow of the or each gas emitted by the source 14 into the atmosphere, from data representative of the contents of each gas. in the atmosphere measured by the drone 22.
  • the drone 22 is suitable for carrying out the measurements necessary for collecting data representative of the contents of at least one gas present in the plume 16, away from the source 14. It comprises a frame 30, a propulsion assembly 32, suitable for allowing the take-off of the frame 30 above and away from the ground and its movement in flight in the atmosphere above the ground.
  • the drone 22 further comprises a measurement assembly 34, an assembly 36 for controlling the measurement assembly 34 and preferably a remote transmission system 38.
  • the propulsion unit 32 comprises a plurality of propulsion members 32A, which here are propellers driven in rotation by a motor.
  • the propulsion assembly 32 further comprises a power source 32B formed here by a battery and a system 33 for locating and controlling the movement of the drone 22 in the atmosphere.
  • the drone 22 is a multi-rotor rotary-wing drone. It has no wings, its lift being provided by the power package 32.
  • the drone 22 is for example a rotary wing quadricopter drone, in particular a DJI M200 drone marketed by the DJI company.
  • the propulsion assembly 32 includes a plurality of propellers rotating about substantially vertical axes.
  • substantially vertical is generally meant that the axes of rotation of the propellers are inclined by less than 30 ° relative to the vertical.
  • the location and control system 33 comprises a position sensor, in particular a GPS and / or an inertial unit. It further comprises a control unit, suitable for controlling the movement of the drone 22 along a trajectory pre-recorded before the flight and loaded into the system 33, or in a remote and manual manner via a remote remote control.
  • the drone 22 is thus able to automatically follow a predefined trajectory, or alternatively, to be piloted manually by an operator, to produce a flight plan.
  • the drone 22 is able to perform a trajectory following a creeping ladder movement, as illustrated in Figure 4.
  • the drone 22 moves along a plurality of lines 50 parallel to a first direction D1, with a connection segment 52 between each pair of adjacent parallel lines 50.
  • the connection segment 52 takes place in a second direction D2 transverse to the first direction D1.
  • first direction D1 is a horizontal direction and the second direction D2 is a vertical direction.
  • all the parallel lines 50 scanned by the drone 22 extend substantially in the same vertical measurement plane Pm.
  • the extent E1 of the lines 50 following the first direction D1 is chosen according to the width of the plume 16, to sweep the entire plume 16. This extent E1 is generally greater than 20 m and is between 20 m and 500 m.
  • the distance between the lines 50 is defined by an extent E2 of the connection segments 52 along the second direction.
  • This extent E2 is for example greater than 1 m and in particular between 1 m and 50 m.
  • the measuring assembly 34 includes at least one sensor suitable for carrying out measurements of data representative of the contents of at least one gas present in the atmosphere, at a plurality of points along each line 50.
  • data representative of the contents of at least two gases are collected by the measuring unit 34 along each line 50.
  • the measurements are carried out continuously along line 50.
  • the frequency of measurement of data representative of each gas content is for example greater than 1 Hz and is in particular between 1 Hz and 100 Hz.
  • the control system 33 comprises a data collection unit which comprises at least one memory suitable for storing the data representative of each content of each gas, associated with the geographical position along each line 50.
  • the data collection unit is connected to the remote transmission system 38 to allow the export of data to the computing system 24, during the flight of the drone or after the flight of the drone.
  • the computing system 24 is located here on the ground. It comprises at least one computer 60 and a man-machine interface comprising a control member 62 such as a keyboard, a mouse and / or a touch screen, the man-machine interface also comprising a display 64, in particular a screen.
  • a control member 62 such as a keyboard, a mouse and / or a touch screen
  • the man-machine interface also comprising a display 64, in particular a screen.
  • the computer 60 comprises in a known manner at least one processor 66 and a memory 68 comprising software modules suitable for being executed by the processor 66 in order to perform functions.
  • the computer 60 comprises programmable logic components or dedicated integrated circuits, intended to perform the functions of the modules which will be described below.
  • the memory 68 contains a module 70 for obtaining and initial processing of data representative of contents of at least one gas, in order to calculate, on each parallel line 50, successive contents of at least one gas. along parallel line 50, an example of which can be seen in Figure 5.
  • the memory 68 also contains a module 72 for integrating the contents on each line 50 along the first direction D1, to obtain an overall integrated TGI content on each line 50.
  • the memory 68 also contains a module 74 for interpolating a curve 75 of integrated overall TGI contents along the second direction D2 transverse to the first direction D1 (see FIG. 6), from the integrated overall contents TGI calculated on each line 50 and a module 76 for integrating the product of the integrated overall content TGI according to the first direction by a wind speed V, the integration being carried out according to the second direction D2, to obtain a gross flow Qb of gas circulating in the plume 16.
  • the memory 68 also contains a module 78 for determining a flow Qg of gas emitted by the source 14 by correcting the flow of raw gas Qb as a function of the conformation of the plume to obtain.
  • the obtaining and processing module 70 is suitable for receiving data representative of the measured contents of at least one gas, preferably at least two gases, along each line 50, as measured by the drone 22 at each point measurement, associated with the geographic position X of the measurement point along line 50. It is able to transform the representative data measured, into contents in each of the gases, at each measurement point X on each line 50, on the basis of a calibration curve associated with each gas.
  • a curve 71 of contents T in each gas as a function of a first X coordinate along line 50 in direction D1 is thus obtained as illustrated in FIG. 5.
  • the obtaining and processing module 70 is also able to optionally filter the contents obtained.
  • the obtaining and processing module 70 is capable of detecting peaks 71 A of content on each curve 71, on the basis of a predetermined threshold S of occurrence of a peak, then of eliminating the peaks. peaks 71 A observed from the curve obtained to obtain a curve of background values as a function of the first X coordinate.
  • the obtaining and processing module 70 is suitable for implementing an iterative algorithm in which the average value of the contents along line 50 is calculated, then in which all the contents are located above the mean value are deleted from the curve 71, then in repeating the steps of calculating the mean value and of subtracting the contents lying above the mean value until a convergence criterion is reached.
  • the convergence criterion is for example that the difference between the successive average values between two iterations is less than a predetermined value, for example less than 10%.
  • the integration module 72 is able to integrate the curve 71 representing the contents of each gas along each line 50, in the first direction D1, over the entire width of the line 50 to obtain an overall integrated TGI content on each line. 50, by the following equation: rXmax
  • TGI T (X) dX Icpi ⁇ h
  • X min and X max are the geographic coordinates characterizing the boundaries of the plumes defined along the E1 extent of the plume parallel to the first direction D1.
  • the integral of the curve of the background values is also calculated and is subtracted from the previous integral.
  • the background value curve is subtracted from the content curve 70, before integration.
  • the interpolation module 74 is suitable for interpolating, from the integrated overall TGI (Z) contents on each line 50, associated with their Z coordinates in the second direction, a continuous curve 75 of integrated overall TGI contents as a function of the coordinate Z along the second direction D2, as illustrated by FIG. 6.
  • the interpolated curve 75 is for example obtained by a cubic interpolation, in particular a cubic interpolation by part until convergence.
  • the integration module 76 is suitable for integrating the product of the wind speed V (Z) measured or obtained at each Z coordinate along the second direction D2 with the integrated overall content TGI (Z) corresponding to this coordinate, obtained from the interpolated curve 75, to obtain a gross flow Qb passing through the measurement plane Pm according to the formula: where Zmin and Z max are the minimum and maximum coordinates along the second direction D2 for which a line 50 of measurements has been obtained.
  • the wind speed V (Z) is taken as a constant average wind speed along the second Z coordinate.
  • a curve of wind V (Z) as a function of the second coordinate along the second Z direction is established, as shown in Figure 7, and the wind speed V (Z) at every second Z coordinate is used. to calculate the product with the integrated global content TGI (Z) at the second Z coordinate and perform the integration.
  • the integration module 76 is thus able to obtain a total gross flow Qb of each measured gas passing through the measurement plane Pm visible in FIG. 3.
  • the determination module 78 is able to correct the value of the total gross flow Qb measured to take account of the conformation of the plume 16.
  • an angle of inclination a of the direction of flow in the plume 16 at the level of the measurement plane Pm is calculated, as a function of a value of the height of the heightening zone 18, and of a supposed form of plume in the transport zone 20, calculated as a function of the wind.
  • a total flow of gas Qt passing through a plane Pp perpendicular to the direction of flow is then calculated on the basis of the gross flow Qb calculated by the integration module 76 and the angle of inclination determined, for example by assuming that the section of the plume is circular perpendicular to the flow.
  • the gas flow Qg emitted by the source 14 is then equal to the flow passing through the plane Pp.
  • the drone 22 is put into flight to perform a trajectory following a movement in a creeping scale in a measurement plane Pm, as illustrated in Figure 4.
  • the drone 22 moves along a plurality of lines 50 parallel to a first direction D1 with a connection segment 52 between each pair of adjacent parallel lines 50, the connection segment 52 taking place in a second direction D2 transverse to the first direction D1.
  • Data representative of the contents of at least one gas, preferably at least two gases are collected by the measuring unit 34 along each line 50.
  • the measurements are carried out continuously along line 50.
  • the memory of the data collection unit stores data representative of each content of each gas, associated with the geographic position X along each line 50.
  • the remote transmission system 38 exports data to the computing system 24 on the ground.
  • the obtaining and processing module 70 receives data representative of the measured contents of at least one gas, preferably at least two gases, along each line 50, as measured by the drone 22 at each measurement point, associated with the geographic position X of the measurement point along line 50.
  • the obtaining and processing module 70 optionally filters the contents obtained for example according to the first method or the second method described above.
  • the integration module 72 integrates the curve 71 representing the contents of each gas along each line 50, along the first direction D1, over the entire width of the line 50 to obtain an integrated overall content TGI on each line 50 , by the equation exposed above: rXmax
  • TGI T (X) dX Icpi ⁇ h
  • the background value curve is subtracted from the content curve 70, before integration.
  • the interpolation module 74 then interpolates, from the integrated overall TGI contents on each line 50, associated with their Z coordinates in the second direction, a continuous curve 75 of integrated overall TGI contents as a function of the Z coordinate in the second direction D2, as illustrated by FIG. 5.
  • the interpolated curve 75 is for example obtained by a cubic interpolation, in particular a cubic interpolation by part until convergence.
  • the integration module 76 then integrates the product of the wind speed V (Z) measured or obtained at each Z coordinate along the second direction D2 with the integrated overall content TGI (Z) corresponding to this coordinate (Z), obtained from the interpolated curve 75, to obtain a gross flow Qb passing through the measurement plane according to the formula:
  • the wind speed V (Z) is taken as a constant average wind speed along the second Z coordinate.
  • a curve of wind V (Z) as a function of the second coordinate along the second Z direction is established, as shown in Figure 7, and the wind speed V (Z) at every second Z coordinate is used. to calculate the product with the integrated global content TGI (Z) at the second Z coordinate and perform the integration.
  • the integration module 76 thus obtains a total gross flow Qb of each measured gas passing through the measurement plane Pm.
  • the correction module 78 corrects the value of the total gross flux Qb measured to take account of the conformation of the plume 16, as described above.
  • an angle of inclination a of the direction of flow in the plume 16 at the level of the measurement plane Pm as well as a speed of movement of the plume 16 at the level of the measurement plane Pm are calculated as a function of a value of the height of the heightening zone 18, and of a supposed form of plume in the transport zone 20.
  • a total flow of gas Qg passing through a plane Pp perpendicular to the direction of flow is then calculated on the basis of the gross flow Qb calculated by the integration module 76, the angle of inclination a determined and the speed calculated evolution of the plume 16, for example by assuming that the section of the plume is circular perpendicular to the flow.
  • the rate of change is calculated along the axis of the plume and corresponds to the norm of the speed vector of the plume which is perpendicular to the plane Pp.
  • the flow Qg of gas emitted by the source 14 is then equal to the flow passing through this plane.
  • the measurement method according to the invention is therefore particularly simple to implement, since it requires a simple campaign of measurements using a drone 22 flying directly in the plume 16, away from the source 14. .
  • This method is suitable for being implemented in the vicinity of various industrial installations 12, even if these installations are inaccessible or / and require safety precautions. Measurements can be carried out inexpensively and frequently, which makes it possible in particular to monitor the evolution of the emissions generated by source 14, and to ensure that they are under control or that they are reduced.
  • the plume 16 has a vertical configuration and the measurement plane Pm is a horizontal plane.
  • the first direction D1 is then a horizontal direction, and the second direction D2 is a horizontal direction perpendicular to the first direction D1.
  • the measurement method including the measurement method, remains similar to those described above.
  • the measurement method according to the invention comprises an initial step of determining the conformation characteristics of the plume 16, for example by measuring the wind rose applying to the source 14 at the time of the measurement campaign.
  • the wind speed is measured directly to the right of the installation 12, for example by a measuring device 100 of the LIDAR VENT type, as illustrated in FIG. 2.
  • the wind speed is measured by a sensor carried by the drone 22, when the drone 22 is present on each line 50, or even advantageously at each point of measurement of a gas content on a line 50 by the drone 22.
  • the wind speed is measured at a plurality of successive instants, preferably corresponding to the instants of measurement of a gas content on each line 50.
  • the integration module 72 is able to integrate the curve representing the products T (X, Z) x V (X, Z) of the contents T (X, Z) in each gas recorded at each measurement point on the along each line 50, following the first direction D1, over the entire width of the line by the wind speed V (X, Z) at the point of measurement, to obtain an integrated global product PGI (Z) on each line 50, by the following equation: rXmax
  • a wind curve V (Z, t) as a function of the second coordinate along the second direction Z is established at a plurality of successive times t.
  • the wind speed V (X, Z) used to calculate the product with the measured content T (X, Z) is chosen equal to the wind speed V (Z, t) measured at the second Z coordinate of line 50 on which the content T (X, Z) is measured, at the instant closest to the instant of measurement of the content T (X, Z).
  • a measurement of the wind speed V (X, Z) is preferably carried out each time the content T ( X, Z).
  • the integral of the curve of the background values is also calculated and is subtracted from the previous integral.
  • the background value curve is subtracted from the content curve 70, before integration.
  • the interpolation module 74 is suitable for interpolating, from the integrated global products PGI (Z) on each line 50, associated with their Z coordinates in the second direction, a continuous curve of integrated global products PGI as a function of the Z coordinate following the second direction D2.
  • the interpolated curve is for example obtained by a cubic interpolation, in particular a cubic interpolation by part until convergence.
  • the integration module 76 is suitable for integrating the integrated global products obtained from the interpolated curve 75, to obtain a gross flow Qb passing through the measurement plane Pm according to the formula: rZmax
  • the integration module 76 is thus able to obtain a total gross flow Qb of each measured gas passing through the measurement plane Pm visible in FIG. 3.
  • the methods described in a variant greatly improve the precision of the measurement of the total gross flux Qb, while maintaining a simple integration compared to Kriging methods.
  • the gross total measurement Qb is more precise if the wind speed changes rapidly or if an obstacle present between the source 14 and a line 50 affects the wind speed on the line 50.

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Abstract

Cette méthode comporte les étapes suivantes : - récupération de données de teneurs en au moins un gaz, mesurées dans l'atmosphère à l'écart de la source (14) suivant une pluralité de lignes parallèles à une première direction; - intégration des teneurs relevées sur chaque ligne suivant la première direction pour obtenir une teneur globale intégrée sur chaque ligne; - intégration du produit des teneurs globales intégrées sur chaque ligne par une vitesse de vent présent sur la ligne suivant une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, pour obtenir un flux brut de gaz; - détermination du flux de gaz émis par la source (14), à partir du flux brut de gaz.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Méthode de calcul d’un flux d’au moins un gaz émis par une source dans l’atmosphère, procédé de mesure, système et nécessaire associés
La présente invention concerne une méthode de calcul d’un flux d’au moins un gaz émis par une source dans l’atmosphère, mis en œuvre par un système de calcul.
Les gaz à mesurer sont notamment des gaz à effet de serre tel que le méthane ou le dioxyde de carbone.
Les préoccupations sur la protection de l’environnement ont contribué au renforcement de la législation sur les émissions polluantes, notamment en Europe.
De ce fait, les unités industrielles, telles que celles présentes dans l’industrie pétrolière ou chimique doivent s’adapter à des contraintes environnementales de plus en plus exigeantes.
En particulier, des gaz à effet de serre sont émis lors d’opérations d’exploitation, de transport, de raffinage, et de dépôt des hydrocarbures. Ces émissions sont suivies par les exploitants et font régulièrement l’objet de mesures de réduction.
Il est en particulier nécessaire de caractériser quelles sont les sources de gaz à effet de serre et quelles sont les quantités émises par ces sources pour s’assurer de leur contrôle et reporter les progrès effectués.
Toutefois, l’identification des sources d’émission de gaz à effet de serre et la quantification des émissions diffuses et fugitives ne donnent pas entière satisfaction.
En effet, les émissions sont très difficiles à mesurer, car souvent non canalisées, et potentiellement près de bassins ou de lacs ou à des endroits inaccessibles, par exemple en hauteur ou en milieu d’unité.
Une difficulté majeure pour évaluer les émissions d’une source ponctuelle au sein d’une installation est souvent la difficulté, voire l’impossibilité de se rendre au plus près de la source pour mesurer le flux de gaz émis par la source dans l’atmosphère. En outre, compte tenu du vent, le flux de gaz engendré par la source se disperse et se propage dans l’atmosphère sous forme d’un panache. Il est donc généralement difficile et peu précis de mesurer des émissions émises par une source ponctuelle lorsqu’on s’éloigne de la source.
Un but de l’invention est de disposer d’une méthode permettant de calculer le flux d’au moins un gaz émis par une source dans l’atmosphère, en particulier d’un gaz à effet de serre, la méthode ne nécessitant pas de données prises au plus près de la source, tout en étant précise et simple à mettre en œuvre. A cet effet, l’invention a pour objet une méthode du type précité, comportant les étapes suivantes :
- récupération de données de teneurs en au moins un gaz, mesurées dans l’atmosphère à l’écart de la source suivant une pluralité de lignes parallèles à une première direction ;
- intégration des teneurs relevées sur chaque ligne suivant la première direction pour obtenir une teneur globale intégrée sur chaque ligne ;
- intégration du produit des teneurs globales intégrées sur chaque ligne par une vitesse de vent présent sur la ligne suivant une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, pour obtenir un flux brut de gaz ;
- détermination du flux de gaz émis par la source, à partir du flux brut de gaz.
La méthode selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison technique possible :
- la méthode comprend, entre les étapes d’intégration, une étape d’interpolation d’une courbe de teneurs globales intégrées en fonction d’une coordonnée suivant la deuxième direction, à partir des teneurs globales intégrées calculées ;
- l’interpolation est réalisée par une interpolation cubique, en particulier par une interpolation cubique par partie ;
- la méthode comporte une étape préalable de récupération de données de vitesses de vent présent sur chaque ligne ;
- la méthode comporte une étape préalable de détermination d’un vent moyen commun à toutes les lignes ;
- la méthode comprend, après l’étape de récupération des données de teneurs, le calcul d’un fond continu de gaz présent dans l’atmosphère et le traitement des données de teneurs pour éliminer le fond continu ;
- la détermination du fond continu comprend pour chaque ligne, le calcul d’une valeur moyenne de teneurs mesurée sur la ligne, puis l’élimination des teneurs situées au-dessus de la valeur moyenne, et la répétition des étapes précédentes jusqu’à ce que la différence entre deux valeurs moyennes successives soit inférieure à un seuil de convergence ;
- la première direction est horizontale, la deuxième direction étant verticale ;
- les flux d’au moins deux gaz émis par la source sont calculés.
L’invention a également pour objet un procédé de mesure des émissions d’une source dans l’atmosphère comprenant les étapes suivantes :
- collecte de teneurs en au moins un gaz dans l’atmosphère à l’écart de la source suivant une pluralité de lignes parallèles à une première direction par vol d’un drone muni d’un ensemble de mesure de données représentatives des teneurs en au moins un gaz ;
- transfert des données représentatives collectées à un système de calcul ; - mise en œuvre par le système de calcul de la méthode de calcul telle que définie plus haut.
Le procédé de mesure selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- le procédé comprend une étape préalable de détermination d’une direction du vent et/ou d’une configuration d’un panache d’émission en aval de la source, le vol du drone étant effectué en fonction de la configuration de panache prédéterminée.
- le procédé comprend une étape de mesure de la vitesse du vent.
L’invention a également pour objet un système de calcul d’un flux d’au moins un gaz émis par une source dans l’atmosphère, comportant :
- un module d’obtention de données de teneurs en au moins un gaz, mesurées dans l’atmosphère à l’écart de la source suivant une pluralité de lignes parallèles à une première direction ;
- un module d’intégration des teneurs relevées sur chaque ligne suivant la première direction pour obtenir une teneur globale intégrée sur chaque ligne ;
- un module d’intégration du produit des teneurs globales intégrées sur chaque ligne par une vitesse de vent présent sur la ligne suivant une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, pour obtenir un flux brut de gaz ;
- un module de détermination du flux de gaz émis par la source, à partir du flux brut de gaz. L’invention a aussi pour objet un nécessaire de mesure des émissions d’au moins un gaz par une source dans l’atmosphère comportant :
- un drone, apte à voler dans l’atmosphère à l’écart de la source suivant une pluralité de lignes parallèles à une première direction ; le drone étant apte à mesurer des données représentatives des teneurs en au moins un gaz suivant chaque ligne parallèle à la première direction ;
- un système de calcul tel que défini plus haut, propre à recevoir les données représentatives mesurées par le drone.
Le nécessaire selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- le drone est apte à mesurer en continu des données représentatives des teneurs d’au moins deux gaz présents dans l’atmosphère.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquelles : - [Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique d’un premier nécessaire de mesure d’émissions selon l’invention ;
- [Fig. 2] la figure 2 est une vue d’une source de gaz au sein d’une installation, et du panache émis par la source de gaz.
- [Fig. 3] la figure 3 est une détaillée du panache résultant de l’émission par la source dans des conditions de vent établi ;
- [Fig. 4] la figure 4 est vue du plan de vol mis en œuvre par le drone du nécessaire de la figure 1 ;
- [Fig. 5] la figure 5 est une vue des mesures réalisées sur une ligne horizontale lors de la mise en œuvre du plan de vol de la figure 4 ;
- [Fig. 6] la figure 6 est une vue d’une courbe reliant les teneurs intégrées obtenues à partir de plusieurs lignes en fonction de l’altitude, et l’interpolation faite entre ces teneurs ;
- [Fig. 7] la figure 7 est une vue d’une estimation de la vitesse du vent en fonction de l’altitude, pouvant être utilisée dans la mise en œuvre du procédé selon l’invention ;
- [Fig. 8] la figure 8 est une vue analogue à la figure 3, dans le cas d’une émission à faibles conditions de vent.
Un nécessaire 10 de mesure d’émissions d’au moins un gaz émis par une source dans l’atmosphère est illustré schématiquement sur la figure 1 . Le nécessaire 10 est destiné à mettre en œuvre un procédé de mesure d’émissions d’une installation 12 industrielle, représentée schématiquement sur la figure 2.
De préférence, l’émission en au moins deux gaz présents dans l’atmosphère est mesurée par le procédé selon l’invention. Les gaz sont de préférence le méthane et le dioxyde de carbone.
Dans des variantes, d’autres gaz sont mesurables, tel que les gaz aromatiques, notamment le benzène ou encore le 1 ,3 Butadiène, le monoxyde de carbone, l’éthane et plus généralement les Composés Organiques Volatils.
L’installation industrielle 12 est notamment une installation pétrolière, en particulier une installation d’exploitation, de transport, de raffinage, de traitement ou de dépôt d’hydrocarbures située en mer ou à terre. L’installation 12 comporte au moins une source 14 émettant des gaz dont la teneur est mesurée.
Dans l’exemple représenté sur la figure 3, la source 14 est une torche. Elle émet des gaz suivant un panache 16 qui se dégage à partir de la source 14 et qui se propage sous l’effet du vent V.
Le panache 16 est entraîné par le vent V circulant dans l’atmosphère au voisinage de la source 14. Il présente avantageusement une zone 18 de surélévation du panache 16 sensiblement verticale et une zone 20 de propagation du panache, qui dans cet exemple est sensiblement horizontale.
Dans l’exemple de la figure 8, dans le cas où le vent V est plus faible, la zone de surélévation 18 est plus haute et la zone de propagation 20 s’étend de manière inclinée par rapport à l’horizontale.
En référence à la figure 1 , pour mettre en œuvre le procédé de mesure, le nécessaire de mesure 10 comporte un drone 22 de collecte de données représentatives de teneurs en au moins un gaz, de préférence en au moins deux gaz, à une pluralité de positions dans l’atmosphère, à l’écart de la source 14.
Le nécessaire 10 comprend en outre un système de calcul 24, propre à mettre en œuvre une méthode de calcul d’un flux du ou de chaque gaz émis par la source 14 dans l’atmosphère, à partir des données représentatives de teneurs en chaque gaz dans l’atmosphère mesurées par le drone 22.
Le drone 22 est propre à réaliser les mesures nécessaires à la collecte de données représentatives des teneurs en au moins un gaz présent dans le panache 16, à l’écart de la source 14. Il comporte un châssis 30, un ensemble de propulsion 32, propre à permettre le décollage du châssis 30 au-dessus et à l’écart du sol et son déplacement en vol dans l’atmosphère au-dessus du sol.
Le drone 22 comporte en outre un ensemble de mesure 34, un ensemble 36 de commande de l’ensemble de mesure 34 et de préférence, un système de télétransmission 38.
En référence à la figure 1 , l’ensemble de propulsion 32 comporte une pluralité d’organes de propulsion 32A, qui sont ici des hélices entraînées en rotation par un moteur.
L’ensemble de propulsion 32 comporte en outre une source d’énergie 32B formée ici par une batterie et un système 33 de localisation et de commande du déplacement du drone 22 dans l’atmosphère.
Dans cet exemple, le drone 22 est un drone multi rotor à voilure tournante. Il est dépourvu d’ailes, sa portance étant assurée par l’ensemble de propulsion 32.
Le drone 22 est par exemple un drone quadricoptère à voilure tournante, notamment un drone DJI M200 commercialisé par la société DJI.
L’ensemble de propulsion 32 comporte une pluralité d’hélices rotatives autour d’axes sensiblement verticaux. Par « sensiblement verticaux », on entend généralement que les axes de rotation des hélices sont inclinés de moins de 30° par rapport à la verticale.
Lorsque les moteurs des hélices sont alimentés électriquement par la batterie, les hélices sont entraînées en rotation autour de leur axe, entraînant un flux d’air descendant. Le système de localisation et de commande 33 comporte un capteur de position, notamment un GPS et/ou une centrale inertielle. Il comprend en outre une unité de commande, propre à piloter le déplacement du drone 22 le long d’une trajectoire pré enregistrée avant le vol et chargée dans le système 33, ou de manière déportée et manuelle via une télécommande déportée.
Le drone 22 est ainsi propre à suivre automatiquement une trajectoire prédéfinie, ou alternativement, à être piloté manuellement par un opérateur, pour réaliser un plan de vol.
De préférence, pour la mise en œuvre du procédé de mesure, le drone 22 est propre à effectuer une trajectoire suivant un déplacement en échelle rampante, telle qu’illustré par la figure 4.
Le drone 22 se déplace suivant une pluralité de lignes 50 parallèles à une première direction D1 , avec un segment de connexion 52 entre chaque paire de lignes parallèles 50 adjacentes. Le segment de connexion 52 s’effectue suivant une deuxième direction D2 transverse à la première direction D1 .
Ici, la première direction D1 est une direction horizontale et la deuxième direction D2 est une direction verticale.
Dans cet exemple, toutes les lignes parallèles 50 balayées par le drone 22 s’étendent sensiblement dans un même plan Pm de mesure vertical.
L’étendue E1 des lignes 50 suivant la première direction D1 est choisie en fonction de la largeur du panache 16, pour balayer tout le panache 16. Cette étendue E1 est généralement supérieure à 20 m et est comprise entre 20 m et 500 m.
La distance entre les lignes 50 est définie par une étendue E2 des segments de connexion 52 suivant la deuxième direction. Cette étendue E2 est par exemple supérieure à 1 m et notamment compris entre 1 m et 50 m.
L’ensemble de mesure 34 comporte au moins un capteur propre à réaliser des mesures de données représentatives de teneurs en au moins un gaz présent dans l’atmosphère, en une pluralité de points le long de chaque ligne 50.
De préférence, les données représentatives des teneurs en au moins deux gaz sont collectées par l’ensemble de mesure 34 le long de chaque ligne 50.
Les mesures sont réalisées en continu le long de la ligne 50. La fréquence de mesure de données représentatives en chaque teneur en gaz est par exemple supérieure à 1 Hz et est notamment comprise 1 Hz et 100 Hz.
Un exemple d’ensemble de mesure 34 est décrit dans la demande n° 20 03027 de la Demanderesse, déposée le à l’Institut National de la Propriété Industrielle en France, dont le titre est « Drone de mesure de données représentatives de teneurs en au moins deux gaz présents dans l’atmosphère à l’écart du sol et procédé de mesure associé ». Le système de commande 33 comporte une unité de recueil de données qui comprend au moins une mémoire propre à stocker les données représentatives de chaque teneur en chaque gaz, associée à la position géographique le long de chaque ligne 50.
L’unité de recueil de données est raccordée au système de télétransmission 38 pour permettre l’export des données vers le système de calcul 24, lors du vol du drone ou après le vol du drone.
Le système de calcul 24 est ici situé au sol. Il comporte au moins un calculateur 60 et une interface homme machine comprenant un organe de commande 62 tel qu’un clavier, une souris et/ou un écran tactile, l’interface homme machine comportant aussi un afficheur 64, en particulier un écran.
Le calculateur 60 comprend de manière connue au moins un processeur 66 et une mémoire 68 comportant des modules logiciels propres à être exécutés par le processeur 66 pour réaliser des fonctions. En variante, le calculateur 60 comporte des composants logiques programmables ou des circuits intégrés dédiés, destinés à réaliser les fonctions des modules qui seront décrits ci-après.
En référence à la figure 1 , la mémoire 68 contient un module 70 d’obtention et de traitement initial des données représentatives de teneurs en au moins un gaz, pour calculer, sur chaque ligne parallèle 50, des teneurs successives en au moins un gaz le long de la ligne parallèle 50, dont un exemple est visible sur la figure 5.
La mémoire 68 contient en outre un module 72 d’intégration des teneurs sur chaque ligne 50 suivant la première direction D1 , pour obtenir une teneur globale intégrée TGI sur chaque ligne 50.
La mémoire 68 contient en outre un module 74 d’interpolation d’une courbe 75 de teneurs globales intégrées TGI le long de la deuxième direction D2 transversale à la première direction D1 (voir figure 6), à partir des teneurs globales intégrées TGI calculées sur chaque ligne 50 et un module 76 d’intégration du produit de la teneur globale intégrée TGI selon la première direction par une vitesse de vent V, l’intégration étant réalisée suivant la deuxième direction D2, pour obtenir un flux brut Qb de gaz circulant dans le panache 16.
La mémoire 68 contient également un module 78 de détermination d’un flux Qg de gaz émis par la source 14 par correction du flux de gaz brut Qb en fonction de la conformation du panache pour obtenir.
Le module d’obtention et de traitement 70 est propre à recevoir les données représentatives des teneurs mesurées en au moins un gaz, de préférence en au moins deux gaz, le long de chaque ligne 50, telles que mesurées par le drone 22 à chaque point de mesure, associées à la position géographique X du point de mesure le long de la ligne 50. Il est propre à transformer les données représentatives mesurées, en teneurs en chacun des gaz, à chaque point de mesure X sur chaque ligne 50, sur la base d’une courbe de calibration associée à chaque gaz.
Une courbe 71 de teneurs T en chaque gaz en fonction d’une première coordonnée X le long de la ligne 50 suivant la direction D1 est ainsi obtenue comme illustré sur la figure 5.
Le module d’obtention et de traitement 70 est en outre propre à éventuellement filtrer les teneurs obtenues.
Selon une première méthode, le module d’obtention et de traitement 70 est propre à détecter des pics 71 A de teneur sur chaque courbe 71 , sur la base d’un seuil S prédéterminé d’occurrence d’un pic, puis à supprimer les pics 71 A observés de la courbe obtenue pour obtenir une courbe de valeurs de fond en fonction de la première coordonnée X.
Dans une variante, le module d’obtention et de traitement 70 est propre à mettre en œuvre un algorithme itératif dans lequel la valeur moyenne des teneurs le long de la ligne 50 est calculée, puis dans lequel toutes les teneurs se situant au-dessus de la valeur moyenne sont supprimées de la courbe 71 , puis à répéter les étapes de calcul de la valeur moyenne et de soustraction des teneurs se situant au-dessus de la valeur moyenne jusqu’à ce qu’un critère de convergence soit atteint.
Le critère de convergence est par exemple que la différence entre les valeurs moyennes successives entre deux itérations soit inférieure à une valeur prédéterminée par exemple inférieure à 10%.
Ainsi, un fond continu est déterminé et est soustrait de la courbe 71 représentant les teneurs T en fonction de la position X sur chaque ligne 50.
Le module d’intégration 72 est propre à intégrer la courbe 71 représentant les teneurs en chaque gaz le long de chaque ligne 50, suivant la première direction D1 , sur toute la largeur de la ligne 50 pour obtenir une teneur globale intégrée TGI sur chaque ligne 50, par l’équation suivante : rXmax
TGI = T(X)dX Icpiίh où X min et X max sont les coordonnées géographiques caractérisant les bornes du panaches définies suivant l’étendue E1 du panache parallèlement à la première direction D1 .
Selon la première méthode de traitement des données par le module 70, l’intégrale de la courbe des valeurs de fond est également calculée et est soustraite de l’intégrale précédente. Selon la deuxième méthode, la courbe de valeurs de fond est soustraite de la courbe 70 des teneurs, avant intégration.
Ainsi, pour chaque ligne 50 dans laquelle une mesure est intervenue, correspondant à une coordonnée Z suivant la deuxième direction D2, une teneur globale intégrée TGI (Z) est obtenue.
Le module d’interpolation 74 est propre à interpoler, à partir des teneurs globales intégrées TGI(Z) sur chaque ligne 50, associée à leurs coordonnées Z suivant la deuxième direction, une courbe 75 continue de teneurs globales intégrées TGI en fonction de la coordonnée Z suivant la deuxième direction D2, comme illustré par la figure 6. La courbe interpolée 75 est par exemple obtenue par une interpolation cubique, en particulier une interpolation cubique par partie jusqu’à convergence.
Le module d’intégration 76 est propre à intégrer le produit de la vitesse du vent V(Z) mesurée ou obtenue à chaque coordonnée Z le long de la deuxième direction D2 avec la teneur globale intégrée TGI(Z) correspondant à cette coordonnée, obtenue à partir de la courbe interpolée 75, pour obtenir un flux brut Qb passant par le plan de mesure Pm suivant la formule : où Zmin et Z max sont les coordonnées minimales et maximales le long de la deuxième direction D2 pour lesquelles une ligne 50 de mesures a été obtenue.
Dans l’exemple illustré par la figure 2, la vitesse du vent V(Z) est prise comme une vitesse du vent moyenne constante selon la deuxième coordonnée Z.
En variante, une courbe de vent V(Z) en fonction de la deuxième coordonnée suivant la deuxième direction Z est établie, tel qu’illustrée par la figure 7, et la vitesse du vent V(Z) à chaque deuxième coordonnée Z est utilisée pour calculer le produit avec la teneur globale intégrée TGI(Z) à la deuxième coordonnée Z et réaliser l’intégration.
Le module d’intégration 76 est ainsi apte à obtenir un flux total brut Qb de chaque gaz mesuré passant à travers le plan de mesure Pm visible sur la figure 3.
Puis, le module de détermination 78 est propre à corriger la valeur de flux total brut Qb mesuré pour tenir compte de la conformation du panache 16.
Par exemple, dans le cas où le plan de mesure Pm est vertical, un angle d’inclinaison a de la direction de flux dans le panache 16 au niveau du plan de mesure Pm est calculé, en fonction d’une valeur de la hauteur de la zone de surélévation 18, et d’une forme supposée de panache dans la zone de transport 20, calculée en fonction du vent.
Un flux total de gaz Qt passant à travers un plan Pp perpendiculaire à la direction de flux est alors calculé sur la base du flux brut Qb calculé par le module d’intégration 76 et de l’angle d’inclinaison a déterminé, par exemple en supposant que la section du panache est circulaire perpendiculairement au flux.
Selon le principe de conservation de la masse, le flux de gaz Qg émis par la source 14 est alors égal au flux passant par le plan Pp.
Un procédé de mesure va maintenant être décrit. Initialement, le drone 22 est mis en vol pour effectuer une trajectoire suivant un déplacement en échelle rampante dans un plan de mesure Pm, tel qu’illustré par la figure 4.
Comme indiqué plus haut, le drone 22 se déplace suivant une pluralité de lignes 50 parallèles à une première direction D1 avec un segment de connexion 52 entre chaque paire de lignes parallèles 50 adjacentes, le segment de connexion 52 s’effectuant suivant une deuxième direction D2 transverse à la première direction D1 .
Les données représentatives des teneurs en au moins un gaz, de préférence en au moins deux gaz sont collectées par l’ensemble de mesure 34 le long de chaque ligne 50.
Les mesures sont réalisées en continu le long de la ligne 50.
La mémoire de l’unité de recueil de données stocke les données représentatives de chaque teneur en chaque gaz, associées à la position géographique X le long de chaque ligne 50.
Puis, lors du vol du drone 22 ou après le vol du drone 22, le système de télétransmission 38 exporte des données vers le système de calcul 24 au sol.
Le module d’obtention et de traitement 70 reçoit les données représentatives des teneurs mesurées en au moins un gaz, de préférence en au moins deux gaz, le long de chaque ligne 50, telles que mesurées par le drone 22 à chaque point de mesure, associées à la position géographique X du point de mesure le long de la ligne 50.
Il transforme les données représentatives en teneurs en chacun des gaz, à chaque point de mesure sur chaque ligne 50, sur la base d’une courbe de calibration associée à chaque gaz. Pour chaque ligne 50, une courbe 71 de teneur en chaque gaz en fonction d’une première coordonnée X le long de la ligne 50 suivant la direction D1 est ainsi obtenue, comme visible sur la figure 4.
Le module d’obtention et de traitement 70 filtre éventuellement les teneurs obtenues par exemple selon la première méthode ou la deuxième méthode décrite plus haut.
Puis, le module d’intégration 72 intègre la courbe 71 représentant les teneurs en chaque gaz le long de chaque ligne 50, suivant la première direction D1 , sur toute la largeur de la ligne 50 pour obtenir une teneur globale intégrée TGI sur chaque ligne 50, par l’équation exposée ci-dessus : rXmax
TGI = T(X)dX Icpiίh Selon la première méthode de traitement des données par le module 70, l’intégrale de la courbe des valeurs de fond est également calculée et est soustraite de l’intégrale précédente.
Selon la deuxième méthode, la courbe de valeurs de fond est soustraite de la courbe 70 des teneurs, avant intégration.
Ainsi, pour chaque ligne 50 dans laquelle une mesure est intervenue, correspondant à une coordonnée Z suivant la deuxième direction D2, une teneur globale intégrée TGI (Z) est obtenue.
Le module d’interpolation 74 interpole ensuite, à partir des teneurs globales intégrées TGI sur chaque ligne 50, associée à leurs coordonnées Z suivant la deuxième direction, une courbe 75 continue de teneurs globales intégrées TGI en fonction de la coordonnée Z suivant la deuxième direction D2, comme illustré par la figure 5. La courbe interpolée 75 est par exemple obtenue par une interpolation cubique, en particulier une interpolation cubique par partie jusqu’à convergence.
Le module d’intégration 76 intègre alors le produit de la vitesse du vent V(Z) mesurée ou obtenue à chaque coordonnée Z le long de la deuxième direction D2 avec la teneur globale intégrée TGI(Z) correspondant à cette coordonnée (Z), obtenue à partir de la courbe interpolée 75, pour obtenir un flux brut Qb passant à travers le plan de mesure suivant la formule :
Dans l’exemple illustré par la figure 2, la vitesse du vent V(Z) est prise comme une vitesse du vent moyenne constante selon la deuxième coordonnée Z.
En variante, une courbe de vent V(Z) en fonction de la deuxième coordonnée suivant la deuxième direction Z est établie, tel qu’illustrée par la figure 7, et la vitesse du vent V(Z) à chaque deuxième coordonnée Z est utilisée pour calculer le produit avec la teneur globale intégrée TGI(Z) à la deuxième coordonnée Z et réaliser l’intégration.
Le module d’intégration 76 obtient ainsi un flux total brut Qb de chaque gaz mesuré passant à travers le plan de mesure Pm.
Puis, le module de correction 78 corrige la valeur de flux total brut Qb mesuré pour tenir compte de la conformation du panache 16, comme décrit plus haut.
Par exemple, dans le cas où le plan de mesure Pm est vertical, un angle d’inclinaison a de la direction de flux dans le panache 16 au niveau du plan de mesure Pm ainsi qu’une vitesse d’évolution du panache 16 au niveau du plan de mesure Pm sont calculés en fonction d’une valeur de la hauteur de la zone de surélévation 18, et d’une forme supposée de panache dans la zone de transport 20. Un flux total de gaz Qg passant à travers un plan perpendiculaire Pp à la direction de flux est alors calculé sur la base du flux brut Qb calculé par le module d’intégration 76, de l’angle d’inclinaison a déterminé et de la vitesse calculée d’évolution du panache 16, par exemple en supposant que la section du panache est circulaire perpendiculairement au flux. La vitesse d’évolution est calculée le long de l’axe du panache et correspond à la norme du vecteur vitesse du panache qui est perpendiculaire au plan Pp.
Selon le principe de conservation de la masse, le flux Qg de gaz émis par la source 14 est alors égal au flux passant par ce plan.
Le procédé de mesure selon l’invention est donc particulièrement simple à mettre en œuvre, puisqu’il nécessite une simple campagne de mesures à l’aide d’un drone 22 volant directement dans le panache 16, à l’écart de la source 14.
Suite à cette campagne de mesures, le calcul est simple et efficace pour obtenir une détermination précise du flux émis par la source 14.
Cette méthode est apte à être mise en œuvre au voisinage d’installations industrielles 12 variées, même si ces installations sont inaccessibles ou/et nécessitent des précautions de sécurité. Les mesures peuvent être effectuées à moindre coût et de manière fréquente, ce qui permet notamment de suivre l’évolution des émissions engendrées par la source 14, et de s’assurer qu’elles sont sous contrôle ou qu’elles sont réduites.
Dans une variante, représentée sur la figure 8, pour des conditions de vent peu fort, le panache 16 présente une configuration verticale et le plan de mesure Pm est un plan horizontal. La première direction D1 est alors une direction horizontale, et la deuxième direction D2 est une direction horizontale perpendiculaire à la première direction D1. Le procédé de mesure, incluant la méthode de mesure restent similaires à ceux décrits plus haut.
Avantageusement, le procédé de mesure selon l’invention comporte une étape initiale de détermination de caractéristiques de conformation du panache 16, par exemple par mesure de la rose des vents s’appliquant sur la source 14 au moment de la campagne de mesure.
Dans une autre variante, la vitesse du vent est mesurée directement au droit de l’installation 12, par exemple par un dispositif de mesure 100 de type LIDAR VENT, tel qu’illustré par la figure 2.
En variante, la vitesse du vent est mesurée par un capteur porté par le drone 22, lorsque le drone 22 est présent sur chaque ligne 50, voire avantageusement à chaque point de mesure d’une teneur en gaz sur une ligne 50 par le drone 22. Avantageusement, la vitesse du vent est mesurée à une pluralité d’instants successifs, de préférence correspondant aux instants de mesure d’une teneur en gaz sur chaque ligne 50.
Dans ces variantes, le module d’intégration 72 est propre à intégrer la courbe représentant les produits T(X, Z) x V(X, Z) des teneurs T(X, Z) en chaque gaz relevées à chaque point de mesure le long de chaque ligne 50, suivant la première direction D1 , sur toute la largeur de la ligne par la vitesse du vent V(X, Z) au pojnt de mesure, pour obtenir un produit global intégré PGI (Z) sur chaque ligne 50, par l’équation suivante : rXmax
PGI (Z) = T{X, Z ) X V (X, Z) dX
Jxmin où X min et X max sont les coordonnées géographiques caractérisant les bornes du panaches définies suivant l’étendue E1 du panache parallèlement à la première direction D1 .
Avantageusement, comme décrit plus haut, une courbe de vent V(Z, t) en fonction de la deuxième coordonnée suivant la deuxième direction Z est établie à une pluralité d’instants t successifs. La vitesse du vent V(X, Z) utilisée pour calculer le produit avec la teneur mesurée T(X, Z), est choisie égale à la vitesse de vent V(Z, t) mesurée à la deuxième coordonnée Z de la ligne 50 sur laquelle la teneur T(X, Z) est mesurée, à l’instant le plus proche de l’instant de mesure de la teneur T(X, Z).
Lorsque la mesure de la vitesse du vent V(X, Z) est réalisée par un capteur porté par le drone 22, une mesure de la vitesse du vent V(X, Z) est effectuée de préférence à chaque mesure de la teneur T(X, Z).
Ainsi, le produit T(X, Z) x V(X, Z) est obtenu à chaque point de mesure sur chaque ligne 50 par des valeurs mesurées de T(X) et de V(X, Z).
Selon la première méthode de traitement des données par le module 70, l’intégrale de la courbe des valeurs de fond est également calculée et est soustraite de l’intégrale précédente.
Selon la deuxième méthode, la courbe de valeurs de fond est soustraite de la courbe 70 des teneurs, avant intégration.
Ainsi, pour chaque ligne 50 dans laquelle une mesure est intervenue, correspondant à une coordonnée Z suivant la deuxième direction D2, un produit global intégré PGI (Z) est obtenu.
Le module d’interpolation 74 est propre à interpoler, à partir des produits globaux intégrés PGI(Z) sur chaque ligne 50, associés à leurs coordonnées Z suivant la deuxième direction, une courbe continue de produits globaux intégrés PGI en fonction de la coordonnée Z suivant la deuxième direction D2. La courbe interpolée est par exemple obtenue par une interpolation cubique, en particulier une interpolation cubique par partie jusqu’à convergence.
Le module d’intégration 76 est propre à intégrer les produits globaux intégrés obtenus à partir de la courbe interpolée 75, pour obtenir un flux brut Qb passant par le plan de mesure Pm suivant la formule : rZmax
Qb Zmin PGI (Z) dZ où Zmin et Z max sont les coordonnées minimales et maximales le long de la deuxième direction D2 pour lesquelles une ligne 50 de mesures a été obtenue.
Le module d’intégration 76 est ainsi apte à obtenir un flux total brut Qb de chaque gaz mesuré passant à travers le plan de mesure Pm visible sur la figure 3.
Les méthodes décrites en variante améliorent grandement la précision de la mesure du flux total brut Qb, tout en conservant une intégration simple par rapport à des méthodes de Krigeage.
Par ailleurs, la mesure total brut Qb est plus précise si la vitesse du vent évolue rapidement ou si un obstacle présent entre la source 14 et une ligne 50 affecte la vitesse du vent sur la ligne 50.

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode de calcul d’un flux d’au moins un gaz émis par une source (14) dans l’atmosphère, mis en œuvre par un système de calcul (24), comportant les étapes suivantes :
- récupération de données de teneurs en au moins un gaz, mesurées dans l’atmosphère à l’écart de la source (14) suivant une pluralité de lignes (50) parallèles à une première direction (D1 ) ;
- intégration de premières grandeurs calculées à partir des teneurs relevées sur chaque ligne (50) suivant la première direction (D1) et/ou de vitesses du vent présent sur la ligne (50) pour obtenir une première grandeur globale intégrée sur chaque ligne (50) ;
- interpolation d’une courbe (75) de premières grandeurs globales intégrées en fonction d’une coordonnée suivant une deuxième direction (D2) perpendiculaire à la première direction (D1), à partir des premières grandeurs globales intégrées ;
- intégration d’une deuxième grandeur calculée à partir des premières grandeurs globales intégrées obtenues à partir de la courbe interpolée et/ou d’une vitesse de vent présent sur la ligne (50), suivant la deuxième direction (D2), pour obtenir un flux brut de gaz ;
- détermination du flux de gaz émis par la source (14), à partir du flux brut de gaz.
2. Méthode selon la revendication 1 , dans laquelle les premières grandeurs sont les teneurs relevées sur chaque ligne (50) suivant la première direction (D1 ), la première grandeur globale étant une teneur globale intégrée sur la ligne (50), la deuxième grandeur étant le produit des teneurs globales intégrées sur chaque ligne (50) par la vitesse de vent présent sur la ligne (50).
3. Méthode selon la revendication 1 , dans laquelle chaque première grandeur est le produit d’une teneur relevée en un point sur la ligne (50) suivant la première direction (D1 ) et de la vitesse du vent en ce point, la première grandeur globale étant un produit global intégré sur la ligne (50), la deuxième grandeur étant le produit global intégré obtenu à partir de la courbe interpolée.
4. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’interpolation est réalisée par une interpolation cubique, en particulier par une interpolation cubique par partie.
5. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant une étape préalable de récupération de données de vitesses de vent présent sur chaque ligne (50), avantageusement à une pluralité d’instants successifs.
6. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant une étape préalable de détermination d’un vent moyen commun à toutes les lignes (50).
7. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant, après l’étape de récupération des données de teneurs, le calcul d’un fond continu de gaz présent dans l’atmosphère et le traitement des données de teneurs pour éliminer le fond continu.
8. Méthode selon la revendication 7, dans lequel la détermination du fond continu comprend pour chaque ligne (50), le calcul d’une valeur moyenne de teneurs mesurée sur la ligne (50), puis l’élimination des teneurs situées au-dessus de la valeur moyenne, et la répétition des étapes précédentes jusqu’à ce que la différence entre deux valeurs moyennes successives soit inférieure à un seuil de convergence.
9. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première direction (D1 ) est horizontale, la deuxième direction (D2) étant verticale.
10. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les flux d’au moins deux gaz émis par la source (14) sont calculés.
11. Procédé de mesure des émissions d’une source (14) dans l’atmosphère comprenant les étapes suivantes :
- collecte de teneurs en au moins un gaz dans l’atmosphère à l’écart de la source (14) suivant une pluralité de lignes (50) parallèles à une première direction (D1 ) par vol d’un drone (22) muni d’un ensemble (34) de mesure de données représentatives des teneurs en au moins un gaz ;
- transfert des données représentatives collectées à un système de calcul (24) ;
- mise en œuvre par le système de calcul (24) de la méthode de calcul selon l’une quelconque des revendications précédentes.
12. Procédé selon la revendication 11 , comprenant une étape préalable de détermination d’une direction du vent et/ou d’une configuration d’un panache d’émission en aval de la source (14), le vol du drone (22) étant effectué en fonction de la configuration de panache prédéterminée.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 12, comprenant une étape de mesure de la vitesse du vent.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la mesure de la vitesse du vent est réalisée à une pluralité d’instants successifs, la vitesse du vent utilisée pour calculer la première grandeur et/ou la deuxième grandeur étant de préférence celle d’un instant de la mesure de la teneur en au moins un gaz sur la ligne (50) utilisée pour calculer la première grandeur ou la deuxième grandeur.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la mesure de la vitesse du vent est réalisée par un capteur porté par le drone (22), de préférence simultanément à la collecte de chaque teneur.
16. Système de calcul (24) d’un flux d’au moins un gaz émis par une source (14) dans l’atmosphère, comportant
- un module (70) d’obtention de données de teneurs en au moins un gaz, mesurées dans l’atmosphère à l’écart de la source (14) suivant une pluralité de lignes (50) parallèles à une première direction (D1) ;
- un module (72) d’intégration de premières grandeurs calculées à partir des teneurs relevées sur chaque ligne (50) suivant la première direction (D1) et/ou de vitesses du vent présent sur la ligne (50) pour obtenir une première grandeur globale intégrée sur chaque ligne (50) ;
- un module (74) d’interpolation d’une courbe (75) de premières grandeurs globales intégrées en fonction d’une coordonnée suivant une deuxième direction (D2) perpendiculaire à la première direction (D1), à partir des premières grandeurs globales intégrées ;
- un module (76) d’intégration d’une deuxième grandeur calculée à partir des premières grandeurs globales intégrées obtenues à partir de la courbe interpolée et/ou d’une vitesse de vent présent sur la ligne (50), suivant la deuxième direction (D2), pour obtenir un flux brut de gaz ;
- un module (78) de détermination du flux de gaz émis par la source (14), à partir du flux brut de gaz.
17. Nécessaire (10) de mesure des émissions d’au moins un gaz par une source (14) dans l’atmosphère comportant :
- un drone (22), apte à voler dans l’atmosphère à l’écart de la source (14) suivant une pluralité de lignes (50) parallèles à une première direction (D1 ) ; le drone (22) étant apte à mesurer des données représentatives des teneurs en au moins un gaz suivant chaque ligne (50) parallèle à la première direction (D1) ;
- un système de calcul (24) selon la revendication 16, propre à recevoir les données représentatives mesurées par le drone (22).
18. Nécessaire (10) selon la revendication 17, dans lequel le drone (22) est apte à mesurer en continu des données représentatives des teneurs d’au moins deux gaz présents dans l’atmosphère, le nécessaire comportant éventuellement un système de mesure en continu de la vitesse du vent, avantageusement porté par le drone (22).
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