Un nouvel ensemble de capteurs multifonctionnels pour surveiller les océans Les océans nous fournissent de la nourriture et des matières premières, ainsi que des voies de transport vitales et un espace pour les activités de loisir. Mais ils sont sous la pression du changement climatique et de la pollution. Il est urgent de mettre en place une gestion durable des océans s'appuyant sur une surveillance continue et précise de l'environnement marin. Changement climatique et Environnement Alimentation et Ressources naturelles © Rich Carey, Shutterstock Les échantillons d'eau sont habituellement prélevés dans l'océan et analysés dans des laboratoires situés à terre, mais cette approche est coûteuse et ne permet d'obtenir qu'un simple 'instantané' spatial et temporel. Le projet SenseOCEAN, financé par l'UE, a rassemblé les principaux concepteurs de capteurs marins, issus du monde universitaire et de l'industrie, dans le but de concevoir une solution fiable, précise et économique pour résoudre le problème de la surveillance des océans. Le consortium a mis au point une série de capteurs chimiques, électrochimiques et optiques miniaturisés, dont un capteur intégrant un laboratoire sur puce. Le projet a harmonisé leur fonction avec des interfaces et des connecteurs communs, ainsi que des formats de données standard, afin de produire un ensemble multifonctionnel in situ de capteurs biogéochimiques. «En combinant de nouvelles technologies telles que l'impression 3D et de nouvelles techniques de fabrication, nous sommes parvenus à une production en série peu onéreuse,» déclare le professeur Douglas Connely, coordinateur du projet. Un grand nombre d'utilisations Les boîtiers de capteurs intégrés ont été soumis à des tests approfondis sur le terrain dans le fjord de Kiel, en Allemagne, ainsi qu'en Méditerranée. Pendant 150 jours, les scientifiques ont également déployé dans l'Arctique un capteur fluorimétrique à fréquence de répétition élevée, ainsi qu'un capteur multiparamétrique de nutriments qui a fonctionné pendant plus de deux ans dans un port du Royaume-Uni. Un microcapteur électrochimique de protoxyde d'azote (N2O) est déjà utilisé dans plus de 100 stations d'épuration, alors que la capacité de surveillance des capteurs à optode, qui utilisent la lumière pour détecter et mesurer certaines substances présentes dans un échantillon, a été démontrée dans des fermes piscicoles. L'un des partenaires du projet a mis au point le fluorimètre multiparamétrique V-Lux, qui peut être utilisé pour surveiller la pollution environnementale, les algues, les eaux usées, les eaux de baignade, les déversements d'hydrocarbures (y compris les ruissellements des routes et des zones aéroportuaires) et les pollutions ponctuelles. Il peut également surveiller la matière organique dissoute colorée afin d'évaluer la charge organique, le contrôle de la coagulation et la gestion des filtres dans les usines de traitement de l'eau, ainsi que dans l'eau de lavage des épurateurs de gaz d'échappement. Utilisés pour effectuer des analyse environnementales, l'ensemble de capteurs et les capteurs individuels sont faciles à monter sur des véhicules sous-marins, des bâtiments au mouillage, des flotteurs ou des structures en haute mer. En fixant ces capteurs à des planeurs sous-marins, il est possible de couvrir de vastes zones, alors que des plates-formes autonomes peuvent effectuer de fréquentes analyses sur une longue période. «Nous utilisons des systèmes de protection spéciaux pour réduire l'encrassement biologique (biofouling), ce qui permet d'exploiter les capteurs immergés sur des périodes prolongées,» explique le Pr Connelly. Des avantages commerciaux et environnementaux Le coût de production des capteurs a été fortement réduit grâce à la diminution du nombre de pièces et à l'adoption de nouveaux matériaux et technologies, tels que l'impression 3D et les cartes de circuits imprimés flexi-rigides. Des techniques telles que les circuits fluidiques analogiques ont également été adaptés depuis d'autres domaines, comme l'électronique numérique, afin de réduire le nombre de pompes à seringue à moteur pas à pas utilisées dans le laboratoire sur puce. SenseOCEAN a été le premier à intégrer plusieurs capteurs dans un ensemble de capteurs 'plug and play'. Plutôt que de reconditionner des capteurs existants, tous les capteurs ont été développés par les partenaires du projet. Selon le professeur Connelly: «Les produits commerciaux de nos partenaires PME bénéficient déjà de SenseOCEAN, dont un enregistreur de données de terrain et un microcapteur de N2O, ainsi qu'un fluorimètre multiparamétrique. D'autres produits, comme des optodes, sont actuellement sur le point d'être commercialisés. La clé du succès de ce projet a été l'efficacité de la collaboration entre la science et l'industrie.» À long terme, les organismes de réglementation et de surveillance disposeront d'un nouvel ensemble d'outils qui leur permettra de mettre en œuvre des lois et des contrôles efficaces pour protéger l'environnement marin. «Ces capteurs soutiendront également la recherche en permettant un meilleur échantillonnage spatial et temporel des océans. Nous pourrons ainsi améliorer nos connaissances sur des processus marins tels que la circulation des océans et le cycle des nutriments, que ce soit à l'échelle locale ou mondiale,» conclut le Pr Connelly. Mots‑clés SenseOCEAN, électrochimique, optique, optodes, laboratoire sur puce, capteur marin, fluorimètre multiparamétrique
