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La prolifération d’algues est un problème environnemental croissant qui transforme les eaux claires en masses vertes ou rouges nuisibles, sous l’effet des activités humaines et des modifications de l’environnement. Ces efflorescences ne sont pas seulement un désagrément pour les yeux, elles constituent également une menace écologique et économique sérieuse. Le contraste entre les efflorescences d’eau douce, souvent causées par des cyanobactéries, et les efflorescences d’eau salée, principalement dues à des dinoflagellés, illustre la complexité du problème. Dans des conditions optimales, ces organismes libèrent des toxines, bloquent la lumière du soleil et réduisent l’oxygène, ce qui nuit considérablement à la vie aquatique.
L’impact des proliférations d’algues est considérable, affectant les écosystèmes aquatiques, la santé humaine et les économies locales. Les implications économiques comprennent des pertes significatives dans les secteurs de la pêche et de l’aquaculture, des risques pour la santé des hommes et des animaux et des coûts accrus pour le traitement de l’eau et l’atténuation des efflorescences. En outre, le tourisme et les activités récréatives souffrent dans les zones touchées par les efflorescences.
La surveillance des proliférations d’algues est un défi qui nécessite un mélange de méthodes telles que l’échantillonnage instantané, l’échantillonnage ponctuel, la surveillance continue et la télédétection, chacune adaptée aux différents besoins du projet. Cet article examine le rôle des technologies telles que les sondes multiparamètres et les fluorimètres dans la détection, la gestion et l’atténuation des effets de la prolifération, en soulignant la nécessité d’une analyse précise des données et d’un étalonnage des capteurs pour lutter efficacement contre cette crise environnementale.
Il existe plusieurs méthodes de surveillance des efflorescences algales nuisibles (HAB), telles que l’échantillonnage instantané et l’échantillonnage ponctuel. Cependant, la surveillance continue et la télédétection sont les approches les plus efficaces. Ces méthodes permettent une observation automatisée et continue, fournissant des données en temps réel. Cette rapidité permet de réagir plus rapidement et de manière proactive aux proliférations d’algues, permettant des interventions opportunes plutôt que des mesures réactives.
En relevant ces défis, l’article vise à mettre en lumière l’importance cruciale de la surveillance des proliférations d’algues, les avancées technologiques et méthodologiques dans ce domaine et les efforts continus pour protéger les environnements aquatiques et les communautés environnantes des effets néfastes de ces phénomènes écologiques.
Indice
- Aperçu de la prolifération d’algues nuisibles
- Enjeux et impacts
- Méthodes de surveillance
- Choisir une sonde
- Technologie et mise en œuvre
- Paramètres clés à mesurer
- Analyse des données
- Garantir la précision des données
- Principaux défis et solutions
- Etude de cas
- Questions fréquentes
- Conclusion
La prolifération d’algues nuisibles est un problème environnemental important, qui affecte un large éventail d’écosystèmes aquatiques, des lacs d’eau douce aux vastes étendues de nos océans. Normalement présentes en concentrations contrôlables, les algues jouent un rôle crucial dans les écosystèmes aquatiques. Toutefois, dans certaines conditions, ces organismes peuvent se développer de manière exponentielle, entraînant la formation d’efflorescences algales qui peuvent avoir des effets dévastateurs sur la qualité de l’eau, la vie aquatique et la santé humaine.
Les algues ont besoin de nutriments, tels que l’azote et le phosphore, pour se développer. Ces nutriments sont souvent en quantité limitée, mais lorsqu’ils deviennent abondants ( à cause des eaux de ruissellement provenant de l’agriculture, des zones urbaines ou des rejets d’eaux usées), les algues saisissent l’occasion de se multiplier à un rythme extraordinaire. Cette croissance rapide peut conduire à ce qu’une seule espèce domine l’écosystème, dépasse les autres et forme de vastes efflorescences qui peuvent modifier la couleur et la composition de l’eau.
L’aspect le plus préoccupant de ces efflorescences est leur potentiel de production de toxines nocives et leur capacité à réduire considérablement les niveaux d’oxygène dans l’eau, entraînant l’asphyxie des poissons et autres organismes aquatiques. En outre, la croissance dense des algues peut bloquer la lumière du soleil, étouffant les plantes benthiques qui sont cruciales pour des écosystèmes aquatiques sains. Ces efflorescences ne perturbent pas seulement l’équilibre naturel, mais présentent également des risques pour la santé humaine, affectent l’utilisation de l’eau à des fins récréatives et ont des implications économiques, en particulier pour les industries qui dépendent d’une eau propre.
Les efflorescences d’eau douce sont généralement associées aux cyanobactéries, également connues sous le nom d’algues bleues, en raison des pigments qui peuvent donner à l’eau une teinte vert-bleu caractéristique. Les algues bleu-vert, représentent un groupe vital de micro-organismes procaryotes dans les écosystèmes aquatiques. Leurs capacités photosynthétiques uniques, semblables à celles des plantes, les distinguent des autres algues. Bien qu’essentielles pour la stabilité écologique, ces microorganismes peuvent rapidement devenir des dangers écologiques lorsque les conditions favorisent des floraisons excessives. Pour un article spécifique sur les algues bleues et la manière de les surveiller, voir ici.
Ces efflorescences peuvent également se présenter sous différentes couleurs, dont le vert vif, le blanc, le rouge et le brun jaunâtre. Dans les milieux marins, les efflorescences nuisibles sont souvent causées par des diatomées et des dinoflagellés, avec des efflorescences typiquement rouges, brunes, dorées, orange ou jaune vif, communément appelées “marées rouges”.
Les facteurs déclenchant ces efflorescences sont multiples et impliquent un afflux de nutriments provenant des terres environnantes dans les masses d’eau. Les sources ponctuelles, comme les stations d’épuration, et les sources diffuses, comme le ruissellement agricole et les rejets urbains, contribuent à la charge en nutriments qui alimente la croissance des algues. Les températures chaudes, les conditions météorologiques calmes et le faible brassage de l’eau aggravent encore la situation, créant des conditions idéales pour la prolifération des algues, en particulier pendant les mois d’été.
Une fois que les efflorescences se développent, elles peuvent engendrer un cycle destructeur. La décomposition des algues et des êtres vivants affectés dépose de la matière organique au fond des plans d’eau, ce qui enrichit le milieu en nutriments favorisant davantage la prolifération algale. Ce cycle d’appauvrissement en oxygène et d’accroissement des nutriments maintient l’efflorescence, infligeant des dommages répétés à l’écosystème jusqu’à ce qu’une modification des conditions ou une intervention réduise la présence de nutriments et brise cette spirale.
2. Enjeux et impacts
La prolifération d’HAB nuisibles représente un défi complexe dont les conséquences vont bien au-delà des dommages environnementaux immédiats. Le bilan économique mondial des algues est considérable, mais difficile à quantifier avec précision en raison du large éventail d’incidences directes et indirectes qu’elles ont sur divers secteurs. Ces efflorescences affectent tout, des économies locales à la santé publique, ce qui rend leur coût total difficile à calculer.
L’un des impacts les plus immédiats de la prolifération des algues concerne les secteurs de la pêche et de l’aquaculture. Ces secteurs subissent d’importantes pertes de production en raison de l’environnement toxique créé par les algues, qui peuvent tuer de grandes populations de poissons et de crustacés. Il en résulte non seulement une perte de biodiversité, mais aussi un impact économique considérable pour les industries et les communautés qui dépendent de ces ressources pour leur subsistance.
La santé humaine est un autre domaine critique affecté par les algues. Les toxines produites par certaines espèces d’algues peuvent entraîner des maladies graves chez les humains et les animaux, y compris les animaux domestiques, qui entrent en contact avec de l’eau contaminée. Ce risque nécessite une vigilance et une intervention accrues de la part des services de santé et des compagnies des eaux pour garantir la sécurité de l’eau potable, en ajoutant des traitements qui entraînent des coûts importants.
L’impact des algues sur l’environnement s’étend à la création de vastes zones hypoxiques dans les masses d’eau, en particulier dans les deltas des fleuves et les zones côtières du monde entier. Ces zones mortes sont dépourvues de vie, ce qui représente une perte importante de biodiversité et perturbe les écosystèmes. La formation de ces zones illustre également les boucles de rétroaction dans les systèmes naturels, où les conséquences de la pollution et du ruissellement des nutriments se font sentir à plusieurs niveaux de l’environnement.
Au niveau sociétal, les algues peuvent entraîner une réduction marquée du tourisme local et des activités récréatives. La visibilité des efflorescences, ainsi que les risques potentiels pour la santé, dissuadent les gens d’utiliser les ressources en eau concernées. Cette diminution des activités récréatives peut avoir un impact économique important sur les communautés locales qui dépendent du tourisme, notamment les entreprises telles que les hôtels, les restaurants et les prestataires de services récréatifs.
Face à ces défis, la nécessité d’une surveillance efficace des algues n’a jamais été aussi cruciale. À mesure que les efflorescences deviennent plus fréquentes et plus étendues, la demande de surveillance s’accroît. La surveillance est essentielle pour comprendre le comportement, les moteurs et les impacts des algues, ce qui permet d’élaborer des stratégies de gestion et d’atténuation. Toutefois, les coûts associés à l’intensification des efforts de surveillance représentent une charge de plus en plus lourde. Malgré son importance, de nombreuses parties prenantes ne savent pas par où commencer, ce qui met en évidence un manque de sensibilisation et de ressources consacrées à cette question.
L’impact multiforme des algues souligne l’urgence d’élaborer des stratégies globales pour atténuer leur présence et minimiser leurs effets. Pour protéger les écosystèmes aquatiques, la santé publique et les intérêts économiques des effets dévastateurs de la prolifération des algues, il est essentiel de s’attaquer aux causes profondes, telles que le ruissellement des nutriments, et d’investir dans des mécanismes de surveillance et de réaction.
3. Méthodes de surveillance
La mise en place d’un programme de surveillance des proliférations d’algues nuisibles est un processus nuancé qui nécessite une planification minutieuse et la prise en compte de différents facteurs. La première étape pour tout chef de projet ou toute équipe souhaitant s’attaquer à la surveillance des algues consiste à définir clairement les objectifs du projet. Il est essentiel de comprendre les objectifs du programme de surveillance, car ils influencent toutes les décisions ultérieures, depuis la sélection des méthodes de surveillance jusqu’à l’allocation des ressources et du budget.
1. Prélèvement d’échantillons : La méthode la plus simple consiste à prélever manuellement des échantillons d’eau et à les envoyer à un laboratoire pour analyse. Cette méthode permet des évaluations détaillées de la qualité de l’eau et l’identification des espèces, mais elle peut nécessiter beaucoup de travail et de temps.
2. Échantillonnage ponctuel : À l’aide d’une sonde multiparamètre, l’échantillonnage ponctuel consiste à prendre des mesures en temps réel à des endroits et à des moments précis. Cette méthode fournit des données immédiates sur l’état de l’eau, mais elle est limitée aux heures et aux lieux échantillonnés.
3. Surveillance continue ou déployée : Cette approche consiste à déployer des instruments sur le terrain afin de collecter des données de manière autonome sur de longues périodes. Elle permet d’obtenir des informations complètes sur les tendances de la qualité de l’eau et la dynamique des efflorescences, sans nécessiter d’intervention manuelle constante.
4. Télédétection : La télédétection, qui utilise des données satellitaires, permet d’observer les algues sur de vastes zones. Cette méthode est particulièrement utile pour suivre le développement et la propagation des efflorescences, mais elle ne fournit pas nécessairement d’informations détaillées sur les paramètres de qualité de l’eau.
Chaque méthode de surveillance a ses avantages et ses inconvénients, et le choix doit être guidé par les exigences et les contraintes spécifiques du projet. Par exemple, l’échantillonnage ponctuel peut convenir à des projets dont la portée géographique est limitée et pour lesquels une analyse détaillée en laboratoire est cruciale, tandis que la surveillance continue peut être l’option préférable pour des études à long terme axées sur les variations temporelles de la qualité de l’eau.
Dans le cadre de cet article, nous nous concentrerons sur l’échantillonnage ponctuel et la surveillance continue. Ces méthodes sont particulièrement adaptées aux projets visant à recueillir des données à haute précision sur la qualité de l’eau et la dynamique des efflorescences. L’échantillonnage ponctuel offre une grande flexibilité et de faibles coûts initiaux, ce qui en fait une option intéressante pour les projets dont le budget est limité ou qui nécessitent des données provenant de plusieurs endroits. D’autre part, la surveillance continue fournit un ensemble de données plus détaillé et plus complet, saisissant les changements temporels et permettant l’analyse des données en temps réel, ce qui peut être essentiel pour une prise de décision opportune et la gestion des efflorescences.
4. Choisir une sonde
La sélection et la mise en œuvre d’une sonde multiparamétrique pour la surveillance des proliférations d’algues est une étape essentielle dans l’élaboration d’une stratégie efficace de surveillance de l’environnement.
Pour la surveillance des proliférations d’algues, plusieurs options de sondes de différentes marques se distinguent par leurs capacités et leurs avancées technologiques. Bien qu’il existe des sondes d’entrée de gamme, il est essentiel de choisir une sonde de haute qualité pour la surveillance des algues nuisibles, en raison des dommages physiques et économiques qu’elles peuvent causer si elles ne sont pas surveillées efficacement. Les deux marques les plus réputées en termes de qualité et de précision sont YSI et In-Situ. La série EXO d’YSI propose des sondes multiparamètres équipées de capteurs permettant de mesurer les paramètres essentiels à la détection des proliférations d’algues, notamment la chlorophylle, les algues bleues (phycocyanine) et l’oxygène dissous, ce qui les rend polyvalentes pour les applications en eau douce et en mer.
Cependant, la série Aqua TROLL d’In-Situ est le choix le plus rentable, car elle présente des coûts d’achat et de maintenance beaucoup plus faibles, sans compromis sur la qualité. En particulier, les modèles Aqua TROLL 500 et 600 sont des offres abordables et efficaces, car ils permettent d’utiliser jusqu’à 4 capteurs avec diverses capacités de mesure des paramètres clés, tels que les capteurs de chlorophylle a, de phycocyanine, ainsi qu’une série d’autres paramètres de qualité de l’eau. Ils sont également faciles à utiliser et fiables pour une surveillance continue. Si vous souhaitez avoir une vision plus globale de votre source d’eau, les Aqua TROLL 700 et 800 peuvent accueillir jusqu’à 6 capteurs.
| In Situ Aqua Troll 600 | YSI EXO1 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Capteurs | Précision | Gamme | Résolution | Précision | Gamme | Résolution |
| Température | ± 0,1°C | -5 à 50°C | 0,01°C | ±0,05°C | -5 à +50°C | 0,001 °C |
| Pression barométrique | ± 0,5 mbar | 300 – 1100 mbar | 0,1 mbar | ±2 mbar | 500 à 1100 mbar | 0,1 mbar |
| pH | ± 0,1 unités de pH | 0 à 14 unités de pH | 0,01 pH | ± 0,1 unités de pH | 0 à 14 unités de pH | 0,01 pH |
| ORP | ± 5 mV | ± 1400 mV | 0,1 mV | ±20 mV | -999 à 999 mV | 0,1 mV |
| Conductivité | ± 0,5% de lecture + 1 µS/cm de 5 à 100 000 µS/cm; ± 1% de lecture de 100 000 à 350 000 µS/cm | 5 à 350 000 µS/cm | 0,1 µS/cm | 0 à 100 : ±0,5 % de la valeur mesurée ou 0,001 mS/cm, en poids ; 100 à 200 : ±1% de la lecture | 0 à 200 mS/cm | 0,0001 to 0,01 mS/cm |
| Oxygène Dissous (Optique) | ± 0,1 mg/L à ± 10 % | 0 à 50 mg/L | 0,05 mg/L | 0 à 20 mg/L : ±0,1 mg/L ou 1 % de la valeur mesurée, poids à vide ; 20 à 50 mg/L : ±5% de la lecture | 0 à 50 mg/L | 0,01 mg/L |
| Turbidité | ± 2% ou 2 NTU | 0 à 4000 NTU | 0,01 à 0,1 NTU | 0 à 999 FNU : 0,3 FNU ou ±2% de la lecture, w.i.g. ; 1000 à 4000 FNU : ±5% de la valeur relevée | 0 à 4000 FNU, NTU | 0 à 999 = 0,01 FNU, NTU ; 1000 à 4000 = 0,1 FNU, NTU |
| Ammonium; Chlorure; Nitrate | ± 10% ou ± 2mg/L | 0-10 000 mg/L ;0-150 000 mg/L; 0-40 000 mg/L | 0,01mg/L | ±10% de la lecture ou 2 mg/L | 0 à 200 mg/L | 0,01mg/L |
L’échantillonnage ponctuel est une méthode rentable et polyvalente de collecte de données sur la qualité de l’eau. Le faible coût initial associé à l’achat d’un instrument unique pouvant être utilisé sur plusieurs sites en fait une option intéressante pour les projets dont le budget est limité ou qui nécessitent des données provenant d’une zone géographique étendue. Cette méthode est particulièrement utile dans les étendues d’eau présentant une grande hétérogénéité spatiale, car elle permet aux chercheurs de localiser l’origine et le mouvement potentiel des efflorescences algales. En outre, le risque de perte ou d’endommagement du matériel est minimisé puisque l’utilisateur manipule directement l’équipement pendant l’échantillonnage. Cependant, le principal inconvénient de l’échantillonnage ponctuel est son incapacité à capturer des données en continu, n’offrant que des aperçus des conditions au moment de l’échantillonnage. Cette limitation peut conduire à manquer des changements critiques dans la qualité de l’eau qui se produisent entre les prélèvements d’échantillons.
Surveillance continue pour une analyse approfondie
D’autre part, la surveillance continue implique le déploiement d’une sonde à un endroit fixe pour collecter des données de manière autonome sur une période prolongée. Cette approche permet d’obtenir une vue détaillée et complète de la qualité de l’eau, en saisissant les variations temporelles à haute précision. En surveillant des paramètres tels que la salinité, la température, la matière organique dissoute, la turbidité et la chlorophylle, les chercheurs peuvent acquérir une compréhension complète des conditions environnementales.
Malgré ses avantages, la surveillance continue présente des difficultés, notamment une couverture spatiale limitée, à moins que plusieurs sondes ne soient déployées à différents endroits. La maintenance est un autre aspect critique, avec des problèmes tels que l’encrassement des capteurs et le risque de perte ou de vandalisme de l’équipement lorsqu’il est laissé sans surveillance sur le terrain. Toutefois, les progrès technologiques et les meilleures pratiques en matière de maintenance des équipements ont facilité la gestion de ces problèmes
Fréquence et analyse des données
La fréquence de la collecte des données est un facteur crucial dans la surveillance de la prolifération des algues. L’augmentation de la fréquence des données peut révéler des variations et des événements qui pourraient passer inaperçus avec un échantillonnage moins fréquent, par exemple tous les jours ou toutes les quatre heures. La surveillance continue, avec une fréquence de collecte des données pouvant aller jusqu’à 15 minutes, permet de détecter des changements rapides dans les conditions de l’eau qui sont révélateurs d’une prolifération d’algues. De plus, la collecte continue de données facilite l’analyse des relations entre différents paramètres, comme la corrélation entre l’augmentation de la chlorophylle et les changements de pH, ce qui fournit des indicateurs précoces en cas de prolifération d’algues.
Télémétrie et accès aux données en temps réel
Un avantage important de la surveillance continue est la possibilité d’utiliser la télémétrie avec la sonde, ce qui permet d’accéder aux données en temps réel depuis n’importe quel endroit. Cette caractéristique permet une analyse et une réponse immédiates aux nouveaux problèmes de qualité de l’eau, ce qui en fait un outil puissant dans l’industrie de la surveillance de l’eau. Malgré les difficultés historiques liées à l’utilisation de la télémétrie, les progrès récents ont rationalisé le processus, le rendant plus accessible et plus convivial.
5. Technologie et mise en œuvre
Les progrès technologiques dans le domaine de la surveillance environnementale ont considérablement amélioré l’efficacité des stratégies de gestion des efflorescences algales nuisibles. L’utilisation de systèmes de télémétrie et de plateformes de données en ligne, qui rationalisent le processus de collecte, de transmission et d’analyse des données, est un excellent exemple de cette innovation technologique.
Les dispositifs de télémétrie modernes, tels que ceux utilisés avec les sondes Aqua TROLL d’In Situ, simplifient le processus de transmission des données cellulaires. Ces appareils peuvent être programmés pour collecter des données sur la qualité de l’eau à intervalles réguliers et transmettre ces informations à des plateformes en ligne comme HydroVu. Cette configuration facilite non seulement la surveillance continue, mais améliore également la réactivité face aux algues émergentes en fournissant des alertes en temps réel. Par exemple, si les niveaux de microcystine dépassent des seuils prédéfinis, le système peut avertir les utilisateurs par SMS et par e-mail, ce qui permet de réagir rapidement et de manière proactive aux menaces écologiques potentielles.
L’intégration de la télémétrie avec des outils d’analyse de données basés sur le cloud permet un accès 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 aux données de surveillance, ce qui réduit la nécessité de se rendre physiquement sur les sites de surveillance tout en garantissant un flux constant de données de haute résolution et de qualité. Ce système de surveillance continue permet aux propriétaires de prendre des mesures préventives contre l’hypoxie et la prolifération des algues, telles que la mise en route d’aérateurs pour protéger les stocks aquatiques.
Lors du déploiement des sondes et des systèmes de télémétrie, il est essentiel de prendre en compte l’emplacement et la protection de l’équipement. Les sondes peuvent être installées dans des tuyaux ou des puits pour les protéger des débris et du vol, et peuvent être déployées à partir des côtes ou attachées à des bouées. Le dispositif de télémétrie, tel que le VuLink, peut être intégré dans le même boîtier que la sonde, ce qui minimise le besoin de sources d’alimentation externes et simplifie la configuration du déploiement. Cette approche permet à l’ensemble de la station de surveillance d’être contenue dans une seule bouée, ce qui améliore la résistance du système et réduit les besoins de maintenance.
La sélection des sites de surveillance et la profondeur à laquelle les sondes sont déployées sont des facteurs essentiels pour obtenir des données représentatives. Les proliférations d’algues sont dynamiques, influencées par le vent, les courants et la disponibilité des nutriments, et peuvent se produire à n’importe quelle profondeur, souvent à partir du fond d’une étendue d’eau où les nutriments provenant des sédiments sont abondants. Une approche de surveillance uniquement en surface peut ne pas permettre de détecter les efflorescences jusqu’à ce qu’elles se soient formées et soient devenues visibles, ce qui risque de faire manquer des opportunités de détection précoce. Par conséquent, le déploiement de sondes multiparamètres à plusieurs profondeurs ou l’utilisation de sondes capables de surveiller un large éventail de paramètres peut permettre de mieux comprendre la dynamique des efflorescences et de détecter rapidement les efflorescences en cours de développement.
6. Paramètres clés à mesurer
Lors de la surveillance des proliférations d’algues, le choix des bons paramètres à mesurer est crucial pour comprendre la dynamique de ces événements et leur impact sur les écosystèmes aquatiques. Si la chlorophylle a et la phycocyanine sont généralement associées à la surveillance des algues, une gamme plus large de paramètres peut offrir des informations précieuses sur les conditions de prolifération et les déclencheurs potentiels.
Paramètres clés pour la surveillance de la prolifération des algues nuisibles
Chlorophylle a : présente dans tous les organismes photosynthétiques, la chlorophylle a est le pigment responsable de leur couleur verte. Elle joue un rôle essentiel dans le processus de photosynthèse, ce qui en fait un paramètre critique pour surveiller les changements dans l’activité des algues nuisiblesdans les eaux douces, salées et saumâtres. Une augmentation des niveaux de chlorophylle a peut indiquer une augmentation de la concentration d’algues, ce qui constitue un signe d’alerte précoce d’une efflorescence. Les données relatives à la concentration de chlorophylle a peuvent être utilisées pour calibrer les instruments de terrain, garantissant ainsi des mesures précises sur le terrain.
Phycocyanine : Ce pigment donne aux cyanobactéries leur couleur bleutée caractéristique. C’est un pigment accessoire de la photosynthèse, particulièrement utile dans des conditions de faible luminosité, et c’est un indicateur clé de la présence de cyanobactéries dans les environnements d’eau douce. La surveillance des niveaux de phycocyanine peut aider à détecter les premiers stades d’une prolifération de cyanobactéries.
Phycoérythrine : Pigment rouge présent principalement dans les bactéries marines, la phycoérythrine sert de pigment accessoire pour la photosynthèse. Sa présence en concentrations significatives en fait un paramètre utile pour le suivi des proliférations d’algues marines.
La fluorimétrie est la technique utilisée pour mesurer la fluorescence des pigments d’algues lorsqu’ils sont exposés à une lumière de longueur d’onde spécifique. Cette méthode repose sur le principe selon lequel certaines substances peuvent absorber la lumière à une longueur d’onde et émettre de la lumière à une autre longueur d’onde, créant ainsi une fluorescence. Dans le cadre de la surveillance des algues :
- Un fluorimètre équipé d’une source lumineuse émet de la lumière à une longueur d’onde qui excite les pigments d’algues cibles (chlorophylle a, phycocyanine ou phycoérythrine).
- Les pigments excités émettent alors de la lumière à une longueur d’onde différente, qui est détectée par le capteur. L’intensité de cette fluorescence est proportionnelle à la concentration du pigment dans l’eau.
- Le positionnement de la source lumineuse et du capteur à un angle de 90 degrés minimise les interférences, ce qui garantit des mesures précises.
La série de capteurs optiques Aqua TROLL intègre des caractéristiques uniques pour améliorer la précision et la fiabilité des mesures de fluorescence :
- Capteur de référence : Ce composant surveille la performance de la source lumineuse LED, compensant toute variation de sortie due à l’âge, à la température ou aux différences de fabrication. Cette correction automatique permet d’éviter la dérive des données au fil du temps.
- Fréquence optique isolée : Cette technologie garantit que chaque capteur d’une sonde multiparamètres peut détecter sa fréquence lumineuse spécifique sans interférence avec d’autres capteurs. Cette isolation est cruciale pour maintenir la précision des mesures sur plusieurs paramètres.
7. Analyse des données
L’analyse des données collectées par votre sonde déployée est une étape essentielle pour comprendre la dynamique des proliférations d’algues dans votre masse d’eau. Cette analyse ne fournit pas seulement des informations sur les conditions actuelles, mais vous permet également de prendre des décisions éclairées concernant les interventions potentielles. Voici un guide sur la manière d’aborder efficacement le processus d’analyse des données.
Lorsque vous examinerez les données de votre sonde, vous rencontrerez différentes unités, mais l’une des plus importantes est l’unité de fluorescence relative. Il s’agit d’une mesure de l’intensité de la fluorescence liée à la concentration de pigments d’algues spécifiques dans l’eau, tels que la chlorophylle a ou la phycocyanine. Il est important de noter que si les concentrations de pigments peuvent être indiquées en microgrammes par litre, ces valeurs ne reflètent pas toujours avec précision les conditions locales dès la sortie de la boîte. Cet écart s’explique par le fait que les capteurs sont étalonnés dans des conditions de laboratoire standard, qui peuvent ne pas correspondre parfaitement aux caractéristiques spécifiques de chaque masse d’eau.
Les unités de fluorescence relative fournissent une perspective précieuse sur les tendances au sein de la masse d’eau, servant de référence pour suivre les changements au fil du temps. Ces unités sont calculées sur la base de la lumière absorbée par le capteur, qui est ensuite convertie en courant électrique et enfin en une mesure relative de la fluorescence. Il est essentiel de comprendre que les unités relatives de fluorescence sont spécifiques au capteur et ne peuvent pas être directement comparées entre différents fabricants en raison des variations dans la conception et l’étalonnage du capteur.
Utilisation des unités de fluorescence relative pour l’analyse des tendances
La principale utilité des unités fluorescentes relatives réside dans leur capacité à suivre les changements et les tendances dans le temps au sein d’une même masse d’eau et en utilisant le même capteur. Cette approche permet de détecter les augmentations ou les diminutions des niveaux d’algues, servant d’indicateur pour savoir quand un échantillonnage ou des actions supplémentaires pourraient être nécessaires. Cependant, pour améliorer la précision de vos données et établir des corrélations significatives, il est essentiel de compléter les données sur les unités fluorescentes relatives par un échantillonnage supplémentaire.
Corrélation entre les unités de fluorescence relatives et les mesures en laboratoire
Pour affiner la précision de vos efforts de surveillance, associez les relevés d’unités fluorescentes relatives à des échantillons instantanés analysés en laboratoire pour déterminer les concentrations de pigments. En comparant ces résultats de laboratoire avec les relevés d’unités de fluorescence relative collectés au même moment, vous pouvez développer un modèle spécifique au site qui met en corrélation les unités de fluorescence relative avec les concentrations réelles de pigments. Cette corrélation permet d’obtenir une compréhension plus précise et mieux adaptée des niveaux d’algues dans votre masse d’eau.
Pour ceux qui utilisent des sondes de surveillance continue, il est essentiel d’horodater les échantillons prélevés et de les mettre en corrélation avec les mesures simultanées de la sonde. Au fil du temps, la comparaison d’un plus grand nombre d’échantillons vous permettra d’affiner votre modèle et d’en améliorer la précision et la fiabilité. Ce processus répété plusieurs fois permet une approche personnalisée de la surveillance, où les relevés d’unités fluorescentes relatives reflètent de plus en plus les conditions réelles de votre masse d’eau ou de votre site spécifique.
Analyse spécifique au site
Compte tenu de la variabilité des concentrations d’algues à différents endroits d’une masse d’eau, il est essentiel de développer des corrélations distinctes pour chaque site de surveillance. Cela garantit que votre analyse reflète avec précision les conditions uniques de chaque site, fournissant une compréhension plus détaillée et plus complète de la dynamique de la prolifération des algues.
8. Garantir la précision des données
Garantir la précision des données collectées lors de la surveillance des proliférations d’algues est essentiel pour prendre des décisions éclairées et comprendre la dynamique des masses d’eau. Un bon étalonnage et une bonne compréhension des données des capteurs jouent un rôle crucial dans l’obtention de mesures fiables. Voici comment vous assurer que les données que vous collectez sont réalistes et précises.
Suivre les recommandations du fabricant : Il est essentiel de suivre les instructions d’étalonnage du fabricant. Il faut pour cela vérifier le zéro du fluorimètre avec de l’eau désionisée (DI) et l’ajuster si nécessaire. L’étalonnage par rapport à des concentrations connues dans des échantillons instantanés améliore la précision.
Utilisation de la rhodamine pour l’étalonnage : La rhodamine peut être utilisée pour l’étalonnage, mais la précision de la préparation de la solution est essentielle. Même un léger écart peut entraîner des erreurs d’étalonnage significatives. Cette méthode peut s’avérer plus pertinente lors de la surveillance de zones où les espèces d’algues changent, ce qui nécessite un recalibrage plus fréquent.
Cohérence des capteurs : Les mêmes capteurs doivent être utilisés sur des sites homogènes afin de minimiser les variations de performance susceptibles d’introduire des erreurs. Cela permettra d’obtenir des résultats plus fiables au fil du temps.
Outre la chlorophylle a et la phycocyanine, plusieurs autres paramètres sont essentiels pour une compréhension globale des proliférations d’algues et de leur impact sur l’environnement :
- La température : Le suivi de la température est essentiel, car certaines espèces d’algues se développent à certaines températures. Les conditions chaudes sont généralement plus propices à la croissance des algues.
- Conductivité : Particulièrement importants dans les environnements saumâtres et marins, les niveaux de conductivité peuvent indiquer les préférences des différentes espèces d’algues en matière de salinité et la présence potentielle d’efflorescences.
- Oxygène dissous : Les variations des niveaux d’oxygène peuvent indiquer l’activité photosynthétique liée à la prolifération des algues. Une corrélation entre les niveaux d’oxygène et de chlorophylle peut signaler une augmentation de la photosynthèse ou l’apparition de conditions hypoxiques dues à la décomposition de la biomasse des efflorescences.
- pH : Une augmentation du pH peut être un indicateur précoce d’une prolifération d’algues, car la photosynthèse consomme du dioxyde de carbone, ce qui rend l’eau plus basique.
- Turbidité et matières en suspension : une augmentation de la turbidité peut être le signe d’une augmentation de la biomasse ou de la charge en nutriments dans l’eau, deux phénomènes qui peuvent précéder ou accompagner la prolifération d’algues.
- Nutriments : La surveillance des nutriments tels que le nitrate et l’ammonium/ammoniaque est cruciale, en particulier dans les environnements d’eau douce. Les niveaux de nutriments peuvent prédire les événements potentiels de prolifération, bien que l’eau salée puisse interférer avec ces mesures.
- Paramètres météorologiques : La température de l’air, le vent, les précipitations et la pression atmosphérique peuvent tous influencer les conditions de l’eau et la croissance des algues. La surveillance de ces paramètres, parallèlement à celle de la qualité de l’eau, permet d’obtenir une image plus complète des conditions environnementales propices à la prolifération des algues.
L’analyse des données du fluorimètre, en particulier des unités de fluorescence relative, est essentielle pour suivre les niveaux d’algues. Alors que les unités relatives de fluorescence fournissent une mesure relative de la fluorescence et donc de la concentration d’algues, la corrélation de ces relevés avec les analyses en laboratoire d’échantillons instantanés permet de développer une courbe d’étalonnage spécifique au site. Cette courbe améliore la précision des relevés des unités de fluorescence relative en les faisant correspondre aux concentrations réelles de pigments d’algues, en tenant compte des caractéristiques uniques de chaque site de surveillance.
En suivant ces lignes directrices – étalonnage correct des capteurs, prise en compte d’un large éventail de paramètres environnementaux et analyse minutieuse des données du fluorimètre – les chercheurs et les gestionnaires de l’environnement peuvent s’assurer que leurs efforts de surveillance reflètent avec précision les conditions des plans d’eau qu’ils étudient. Cette précision est cruciale pour une gestion et une limitation efficaces des proliférations d’algues, afin de préserver les écosystèmes aquatiques et les communautés qui en dépendent.
9. Principaux défis et solutions
Pour relever les défis de la surveillance des proliférations d’algues, il faut s’attaquer aux problèmes liés à la précision des capteurs, aux besoins de maintenance, aux coûts globaux et à la facilité d’utilisation. Des solutions innovantes et des bonnes pratiques ont été développées pour rendre le processus de surveillance plus gérable et plus efficace.
Garantir la précision des capteurs est primordial dans les programmes de surveillance. Des innovations telles que la compensation optique intégrée, le rejet de la lumière ambiante et la fréquence optique isolée améliorent la fiabilité des mesures en corrigeant les changements dans le temps, en minimisant les interférences des sources lumineuses externes et en isolant des fréquences lumineuses spécifiques pour une détection précise.
- Compensation optique intégrée : Utilise un capteur de référence pour contrôler et corriger les performances de la LED, garantissant ainsi une précision constante.
- Rejet de la lumière ambiante : Les filtres séparent la lumière du capteur des sources lumineuses externes, ce qui permet d’obtenir des relevés précis dans diverses conditions d’éclairage et de réduire les erreurs d’étalonnage causées par la lumière parasite.
- Fréquence optique isolée : Chaque capteur fonctionne à une fréquence unique, ce qui minimise les interférences avec les autres capteurs et permet une utilisation simultanée sans interférence croisée.
Face à la complexité du monitoring environnemental, l’encrassement et la nécessité d’un étalonnage fréquent émergent comme des défis de maintenance prédominants, exigeant des solutions innovantes et efficaces. Nous plongeons ici dans un arsenal de stratégies conçues pour combattre ces obstacles, de l’adoption de brosses d’essuyage anti-encrassement à l’application de technologies à faible dérive, chacune visant à optimiser la précision et la fiabilité des capteurs dans le cadre de la surveillance des milieux aquatiques. Ces approches, alliant nettoyage rigoureux et calibrage minutieux, pavent la voie vers une gestion environnementale plus précise et moins contraignante, illustrant notre engagement indéfectible envers la préservation de la qualité de l’eau.
L’encrassement et la fréquence d’étalonnage sont des problèmes de maintenance importants. Les solutions comprennent :
- Brosses d’essuyage anti-encrassement : Empêchent l’encrassement biologique en maintenant les faces des capteurs propres, ce qui garantit la précision des relevés.
- Restricteurs et revêtements en cuivre : L’utilisation de composants ou de revêtements en cuivre réduit la croissance biologique sur les surfaces des capteurs.
- Nettoyage fréquent : Des cycles d’entretien réguliers pour nettoyer la sonde et son boîtier aident à prévenir l’accumulation de sédiments et l’encrassement biologique.
- Pratiques d’étalonnage : Le respect des intervalles d’étalonnage recommandés en fonction des performances du capteur et des conditions environnementales garantit la précision des données. Les capteurs à faible dérive permettent de prolonger ces intervalles, ce qui réduit les visites sur le terrain.
Pour être efficaces, les programmes de surveillance doivent tenir compte des coûts liés à l’équipement, à l’entretien, aux normes d’étalonnage et au personnel. Les innovations visant à réduire ces dépenses sont les suivantes :
- Réduction des visites de maintenance : Les technologies de pointe en matière de capteurs réduisent la fréquence des opérations de maintenance sur le terrain.
- Calibrateurs à semi-conducteurs : Ils éliminent le besoin d’étalonnages basés sur des solutions, réduisant ainsi les coûts associés aux normes d’étalonnage
- Télémétrie pour une surveillance continue : La transmission des données en temps réel permet une surveillance à distance, ce qui réduit le besoin de visites sur le terrain et permet une détection précoce de la dérive des capteurs.
Un équipement et des interfaces faciles d’utilisation sont essentiels pour une surveillance efficace, en particulier pour les équipes ayant des niveaux d’expertise technique variables.
- Écosystème intégré : Un écosystème unifié pour les câbles, les capteurs et les dispositifs Bluetooth simplifie la configuration et l’utilisation.
- Application mobile intuitive : Une application gratuite et intuitive fournit une interface transparente pour la configuration et l’étalonnage de l’équipement, avec des vidéos d’instruction.
Andrew Skibo, président d’Amarûq Environmental Services, a résolu des problèmes de goût et d’odeur dans un réservoir de la région métropolitaine de Denver, causés par des proliférations persistantes de microcystis. Ces problèmes, exacerbés par les nutriments présents dans les sédiments, en particulier le phosphore, ont obligé les responsables du réservoir à passer de l’eau du réservoir à l’eau du puits chaque été, afin de trouver une solution à la prolifération d’algues nuisibles.
Le défi
Le réservoir connaissait d’importants problèmes de prolifération d’algues, en particulier pendant les mois les plus chauds, ce qui entraînait des problèmes de goût et d’odeur de l’eau fournie aux clients. Les méthodes de surveillance traditionnelles, qui consistent à prélever toutes les deux semaines des échantillons instantanés analysés par un consultant, se sont révélées inefficaces. Les données retardées ne fournissaient que peu ou pas d’informations en temps réel ou de mesures concrètes pour lutter contre les proliférations, ce qui rendait la gestion du réservoir réactive plutôt que proactive dans son approche.
La solution
La stratégie du Dr Skibo a consisté à déployer trois sondes Aqua TROLL 500 à différentes profondeurs dans le réservoir, à l’intérieur d’une bouée. Chaque sonde était équipée de capteurs de conductivité, de température, d’oxygène dissous, de chlorophylle a et de phycocyanine. Cette configuration a permis une surveillance complète des paramètres de qualité de l’eau essentiels à la compréhension et à la prévision de la dynamique de la prolifération des algues. Les sondes ont collecté des données toutes les 15 minutes, les transmettant toutes les heures à la plateforme In-Situ, HydroVu, et les intégrant dans le portail de données de Lake Tech via une API pour un accès et une analyse faciles.
Le résultat
En surveillant de près les données recueillies, le Dr Skibo a pu identifier les principaux indicateurs d’une prolifération d’algues imminente. Une diminution des niveaux d’oxygène au fond du réservoir entraînerait le lessivage du phosphore des sédiments, nourrissant les cellules d’algues dormantes et déclenchant leur croissance. L’augmentation des niveaux de chlorophylle signalait le début d’une efflorescence, tandis que l’augmentation des niveaux de phycocyanine indiquait des problèmes potentiels de goût et d’odeur.
Les données en temps réel ont permis de prendre des mesures proactives, notamment l’application précise d’algicides sans danger pour l’environnement et une gestion plus efficace des systèmes d’aération. Ces interventions ont non seulement permis d’atténuer efficacement la prolifération des algues nuisibles, mais aussi de réaliser d’importantes économies. Le client a pu réduire son budget de 50 % et le Dr Skibo a économisé des milliers de dollars en réduisant la nécessité de visites et d’échantillonnages fréquents sur le site.
Conclusion
Cette étude de cas met en évidence l’efficacité des technologies de surveillance à distance telles que l’Aqua TROLL 500 et le VuLink dans la gestion des proliférations d’algues. En fournissant des données exploitables en temps réel, ces technologies permettent aux gestionnaires de l’eau de mettre en œuvre des stratégies d’atténuation proactives, réduisant ainsi de manière significative l’impact environnemental des efflorescences et les coûts associés. La réussite de M. Skibo démontre que les solutions de surveillance modernes peuvent transformer la gestion de la qualité de l’eau et servir de modèle à d’autres personnes confrontées à des défis similaires.
Q : Pour les estuaires ou les masses d’eau avec des apports d’eau douce et d’eau salée, que faut-il rechercher : la chlorophylle, la phycocyanine, la phycoérythrine ou une combinaison des deux ?
R : Le choix entre la chlorophylle a, la phycocyanine et la phycoérythrine dépend des objectifs de surveillance et des conditions spécifiques de la masse d’eau. Les efflorescences d’eau douce sont souvent causées par des cyanobactéries, ce qui fait de la phycocyanine un paramètre essentiel, tandis que les efflorescences d’eau salée, généralement causées par des diatomées et des dinoflagellés, sont mieux surveillées à l’aide de la chlorophylle a. Dans les zones où les deux types d’efflorescences sont susceptibles de se produire, l’utilisation des trois paramètres peut permettre une surveillance complète. Toutefois, la stratégie de surveillance spécifique doit être adaptée aux espèces concernées et aux objectifs du projet. Pour les environnements mixtes tels que les estuaires, la chlorophylle a est généralement recommandée en raison de sa capacité à détecter une large gamme d’activités algales.
Q : Combien de capteurs peuvent être intégrés à une seule sonde ?
R : Il existe une variété de capteurs et de paramètres qui dépendent de la marque de chaque sonde. Par exemple, les modèles Aqua TROLL 700 et 800 peuvent accueillir jusqu’à six capteurs, offrant ainsi une sélection polyvalente de paramètres. Certains capteurs peuvent mesurer plus d’un paramètre, améliorant ainsi les capacités de surveillance de la sonde. Les modèles Aqua TROLL 500 et 600 peuvent accueillir jusqu’à quatre capteurs. Le choix des capteurs doit être basé sur les caractéristiques de la masse d’eau et les objectifs de surveillance.
Q : Combien d’instruments peuvent être connectés à un seul dispositif de télémétrie, et comment décide-t-on du nombre de capteurs à déployer ?
R : En utilisant des séparateurs de câbles, plusieurs instruments peuvent être connectés à un seul appareil de télémétrie VuLink, ce qui permet de surveiller à différentes profondeurs avec jusqu’à huit instruments sur une même chaîne. Le choix du nombre de capteurs à déployer dépend de la profondeur de la couche d’eau et des exigences en matière de surveillance. Cette configuration permet une surveillance complète des différentes couches d’eau, fournissant une compréhension détaillée de la dynamique de la qualité de l’eau.
Q : Quel est l’intervalle entre les nettoyages pour éviter l’encrassement de l’équipement ?
R : La fréquence des nettoyages pour prévenir l’encrassement dépend des conditions spécifiques du site de déploiement. Bien que l’encrassement biologique et l’accumulation de sédiments soient des problèmes courants, l’utilisation de racleurs centraux et de protections anti salissures en alliage de cuivre permet d’espacer considérablement les visites de maintenance. Ces solutions permettent de maintenir la précision du capteur et de réduire l’accumulation de salissures biologiques. L’intervalle exact de nettoyage peut varier considérablement en fonction du site, mais l’intégration de ces mesures préventives peut prolonger les intervalles de maintenance de deux à trois fois par rapport aux pratiques standard.
La surveillance et la gestion des proliférations d’algues nuisibles nécessitent une approche nuancée, englobant l’identification, l’analyse et l’atténuation de ces phénomènes environnementaux. En explorant les méthodes de surveillance, notamment l’échantillonnage instantané, l’échantillonnage ponctuel, la surveillance continue et la télédétection, cet article souligne la nécessité d’utiliser des capteurs précis et fiables ainsi que des techniques adaptées aux conditions environnementales spécifiques et aux objectifs du projet.
Une surveillance efficace dépend de la précision des capteurs, soulignée par un étalonnage et une maintenance appropriés, et de l’interprétation stratégique des données, en particulier des unités de fluorescence relative, pour suivre les tendances de la prolifération des algues. L’étude de cas de l’intervention du Dr Andrew Skibo dans un réservoir de Denver illustre les avantages tangibles de la surveillance des données en temps réel et des stratégies de gestion proactive, en mettant en évidence des améliorations significatives de la qualité de l’eau et des économies de coûts.
La réponse aux questions fréquemment posées a mis en lumière les complexités de la surveillance dans des environnements mixtes d’eau douce et d’eau salée, la sélection des paramètres pour les sondes et les stratégies d’entretien pour améliorer la longévité de l’équipement. Ces informations soulignent l’importance de l’adaptabilité et de la précision dans les efforts de surveillance.
En résumé, la lutte contre les efflorescences algales nuisibles nécessite une approche globale et éclairée, qui s’appuie sur les progrès technologiques en matière de surveillance et d’analyse des données. Cet effort concerté est essentiel pour préserver la qualité de l’eau, la santé des écosystèmes et la sécurité publique, et illustre les progrès en cours et l’orientation future de la gestion des proliférations d’algues nuisibles.
