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Dans le cadre de cette activité, nous visons à identifier et à quantifier les points chauds d’émission de méthane associés aux infrastructures des décharges et à quantifier les niveaux d’émission des sols de couverture. Nous étudierons dix décharges de l’Ontario en tant que sites d’étude, cinq sites actifs et cinq sites fermés ou recouverts, chacun sur une période d’un an. Nos mesures porteront sur le flux de méthane, la concentration totale de méthane dans le sol et les isotopes du méthane. Ces données seront utilisées pour soutenir le développement du modèle dans l’activité 5 et contribueront à la sélection du site pour l’imagerie hyperspectrale dans l’activité  3. 

Nous prévoyons que l’établissement de signatures isotopiques conduira à une identification préliminaire des zones présentant des proportions plus élevées de méthanotrophie microbienne, que nous utiliserons ensuite pour coupler avec les données de la communauté microbienne dans l’activité  2, conduisant à des expériences d’enrichissement ultérieures dans l’activité  6.

Dans le cadre de cette activité, nous visons à établir les conditions géochimiques entre les sites d’étude de chaque décharge et entre les décharges, et nous déterminerons la composition de la communauté microbienne du sol. Nous utiliserons des échantillons de sol prélevés à chaque emplacement d’infrastructure dans les décharges, en veillant à ne pas perturber l’intégrité de la couverture du sol ou des couches d’argile sous-jacentes. Les échantillons feront l’objet d’un séquençage de l’amplicon d’ARNr 16S pour la caractérisation initiale de la communauté microbienne, et seront évalués en fonction de variables géochimiques clés (par exemple, nitrate, nitrite, ammoniaque ; conductivité électrique ; pH ; saturation, teneur en matière organique). Une partie des échantillons sera conservée pour la protéomique future dans l’activité 4 et la culture d’enrichissement dans l’activité  6. 

Nous prévoyons que notre évaluation préliminaire de la composition de la communauté microbienne conduira à l’identification de sites présentant des enrichissements en lignées méthanotrophes connues. Nous établirons également une base de données archivée d’échantillons de sol de couverture de décharge pour les analyses multi-omiques de l’activité  4 et la culture d’enrichissement de l’activité 6.

Dans cette activité, nous évaluerons la capacité de l’imagerie hyperspectrale des émissions infrarouges à distinguer les points chauds d’émission de méthane, en utilisant les emplacements identifiés dans l’activité 1 pour les régions avec des émissions de méthane élevées, moyennes, faibles et de fond. Nous utiliserons l’imagerie infrarouge à différents endroits pour développer une reconstruction tomographique des cartes de concentration, en mettant en évidence les émissions qui n’ont pas été surveillées auparavant. Notre test initial sera étendu aux décharges afin de produire une carte des émissions dans le quadrant d’une décharge, en été comme en hiver. Parallèlement, nous mesurerons le flux de méthane et la concentration totale de méthane dans le sol afin de comparer la précision des résultats de l’imagerie infrarouge, ce qui contribuera au développement du modèle dans l’activité  5.  

Nous prévoyons que notre application de validation de principe de l’imagerie infrarouge hyperspectrale des émissions de méthane des décharges conduira à la confirmation des points chauds identifiés et à la validation des mesures ponctuelles par des techniques d’imagerie à plus grande échelle. Sur la base de nos résultats, nous développerons un protocole opérationnel standard pour l’imagerie hyperspectrale des émissions de méthane dans les décharges, qui pourra être appliqué aux zones humides, aux champs pétrolifères et à d’autres sources environnementales. 

Dans cette activité, nous effectuerons des analyses approfondies des communautés microbiennes en utilisant des sites clés identifiés à partir du profilage des communautés microbiennes basé sur l’amplicon d’ARNr 16 S dans l’activité  2. L’ADN extrait au cours de l’activité 2 sera séquencé pour générer des métagénomes qui seront assemblés et regroupés en génomes assemblés de métagénomes (MAG). Ces MAG représentent des génomes provisoires pour les microbes présents dans les sols de couverture des décharges, ce qui permet une prédiction métabolique approfondie pour des populations abondantes. Nous utiliserons la protéomique pour relier les activités à des membres spécifiques de la communauté afin de clarifier les flux de carbone et les acteurs clés du cycle du méthane. Nous utiliserons les informations sur la communauté comme temps zéro pour les expériences d’enrichissement de l’activité  6. 

Nous prévoyons de pouvoir identifier les organismes clés actifs dans le cycle du méthane (méthanogénèse et méthanotrophie) dans les sols de couverture des décharges, y compris le placement taxonomique détaillé, la prédiction métabolique et la confirmation protéomique de ces rôles critiques.

Dans le cadre de cette activité, nous développerons un modèle de transport réactif détaillé de la dynamique des émissions de méthane dans les points chauds des décharges municipales actives et fermées, qui inclura la dynamique du transport de gaz, la réponse de la communauté microbienne et les effets saisonniers. Notre modèle s’appuiera sur un modèle de transport réactif existant et entièrement fonctionnel pour les sols à saturation variable, la chaleur souterraine et le transport de gaz, ainsi que sur des modèles thermodynamiques qui prédisent les trajectoires de réaction des communautés microbiennes multifonctionnelles du sol dans des conditions physico-chimiques variables. Nous nous attendons à ce que le réseau de réaction réagisse fortement aux changements dans la connectivité sol-atmosphère, la teneur en eau du sol, la température et la dynamique du méthane. 

Nous prévoyons que les résultats du modèle permettront d’améliorer les estimations nationales des émissions de méthane provenant des sols de couverture des décharges en intégrant les variables climatiques saisonnières, la composition des sols de couverture et les activités de la communauté microbienne.

Dans le cadre de cette activité, nous mènerons des expériences de culture d’enrichissement au méthane afin de quantifier la capacité d’oxydation du méthane pour les sols de couverture des décharges en utilisant les échantillons de sol d’intérêt identifiés dans le cadre de l’activité 4. Nous évaluerons les cultures actives dans des conditions qui reproduisent les caractéristiques chimiques du sol de couverture d’autres décharges, et nous appliquerons des simulations saisonnières pour évaluer la résistance de l’activité d’oxydation du méthane sous différentes températures représentatives des extrêmes climatiques canadiens. Nous testerons les cultures les plus performantes dans des réacteurs de 10 litres afin de vérifier leur stabilité et de les utiliser comme outils d’augmentation de l’oxydation du méthane dans les décharges au Canada et à l’étranger.  

Nous comptons obtenir jusqu’à cinq cultures d’enrichissement dotées d’une forte capacité méthanotrophique et d’une résistance aux changements climatiques et aux conditions du sol en vue de leur utilisation dans les décharges. En outre, notre objectif est de disposer d’au moins deux cultures d’enrichissement démontrées, mises à l’échelle pour atteindre des volumes pertinents pour l’industrie, sans perte d’activité.

Dans cette activité, nous effectuerons des essais de contrôle isotopique en utilisant des enrichissements à haute performance développés dans l’activité 6 pour évaluer les schémas de fractionnement des isotopes stables. Nous mesurerons deux isotopes stables différents du méthane (delta-13C-CH4 et delta-2H-CH4) afin de comparer directement la capacité de différenciation de ces composés pour quantifier les processus sous-jacents aux émissions de méthane. Nous développerons des modèles multi-variés, combinés aux données isotopiques produites dans le cadre de l’activité  2, afin de quantifier le rôle de l’oxydation microbienne dans le contrôle des émissions de méthane dans les sols de couverture des décharges.  

Nous pensons que notre connaissance des isotopes du méthane permettra de clarifier les processus sous-jacents aux émissions nettes de méthane, une méthodologie actuellement sous-développée, ce qui conduira à des avancées scientifiques dans ce domaine. En outre, nous prévoyons d’appliquer nos modèles de quantification des processus de cycle du méthane basés sur des mesures isotopiques à des décharges au Canada et à l’étranger, avec la possibilité d’une application à d’autres environnements.  

Tout au long du projet, nous travaillerons avec les utilisateurs finaux pour communiquer des informations sur les résultats du projet qui leur seront utiles. Notre travail aura un impact direct sur cinq municipalités dont les décharges actives sont étudiées.  

Outre les cinq municipalités avec lesquelles nous travaillons directement dans le cadre de ce projet, nos recherches pourraient avoir un impact sur environ 2 400  autres décharges en activité au Canada. Nous élaborerons des recommandations de bonnes pratiques adaptées aux climats de l’ensemble du pays en vue d’une diffusion plus large. Nous assurerons la liaison avec les utilisateurs finaux et les partenaires pour veiller à ce que nos recherches soient nécessaires, pertinentes et activement utilisées. Bien que nos recherches soient d’un intérêt primordial pour le secteur des déchets, elles peuvent également avoir un impact sur d’autres secteurs tels que le pétrole et le gaz, l’agriculture et la construction.