Les capteurs de turbidité sont des instruments optiques qui mesurent l'impact des particules en suspension dans l'eau, permettant ainsi une évaluation continue de la clarté de l'eau et de la charge en particules. Ces capteurs facilitent la cartographie de la qualité de l'eau, le suivi des panaches sédimentaires, les études environnementales, la supervision des travaux de dragage et la surveillance benthique.
Cette catégorie regroupe les principaux fabricants de capteurs de turbidité proposant des solutions conçues pour les USV, les AUV, les UUV, les ROV, les bouées de surveillance et les engins d'exploration des fonds marins.
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Équipements hydrographiques et océanographiques pour les navires de surface sans équipage et autonomes ainsi que pour les véhicules sous-marins
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Un capteur de turbidité mesure les effets optiques des particules en suspension dans l’eau, fournissant ainsi une indication indirecte de la clarté de l’eau et de la charge en particules. Il ne s’agit pas d’une mesure directe de la concentration en sédiments en suspension, et la réponse du capteur peut varier en fonction de la taille, de la forme, de la couleur et de la composition des particules. Dans le cadre de la surveillance des milieux marins et d’eau douce, ces instruments permettent une observation en continu là où l’échantillonnage manuel est limité. Un capteur de turbidité de l’eau peut être déployé sous la forme d’une sonde de turbidité autonome, intégré à une sonde multiparamétrique, ou relié à un véhicule autonome ou à une station de surveillance fixe.
La surveillance de la turbidité est largement utilisée dans les études environnementales, les études sédimentaires, la supervision des travaux de dragage et l’évaluation de la qualité de l’eau. Contrairement à un turbidimètre de laboratoire, un capteur de turbidité océanique ou un moniteur de turbidité sous-marin doit fonctionner dans des conditions variables de pression, de température, d’encrassement biologique, de lumière ambiante, de bulles et de particules. Le choix de l’instrument dépend donc de la portée, de la géométrie optique, du temps de réponse, de la durée de déploiement, de l’intégration, de l’étalonnage et des matières en suspension.
Capteur de turbidité d’AML Oceanographic.
Les différents capteurs de turbidité utilisent des configurations optiques variées pour détecter la manière dont les particules diffusent ou atténuent la lumière. La méthode choisie influe sur la sensibilité, la portée, la comparabilité et l’adéquation au déploiement.
Les capteurs de turbidité néphélométriques mesurent la lumière diffusée à environ 90 degrés par rapport au faisceau incident. Cette géométrie offre une bonne sensibilité à des niveaux de turbidité relativement faibles. Une sonde de turbidité néphélométrique peut utiliser la lumière visible ou proche infrarouge, selon la méthode appliquée et la conception de l’instrument. Les systèmes fonctionnant dans le proche infrarouge sont généralement moins sensibles aux interférences liées à la couleur de l’eau.
Un capteur optique de turbidité basé sur la rétrodiffusion détecte la lumière renvoyée par les particules à des angles supérieurs à 90 degrés. Les modèles compacts à rétrodiffusion conviennent aux instruments immergés et aux conditions de sédimentation élevée. La réponse peut varier en fonction de la taille, de la forme, de la composition et de la concentration des particules, tandis que des charges de particules très élevées peuvent entraîner une réponse non linéaire ou une saturation du capteur.
Les sondes de turbidité submersibles sont conçues pour une immersion directe dans les rivières, les lacs, les estuaires, les eaux côtières et l’océan. Elles sont généralement dotées de boîtiers résistants à la pression, de fenêtres optiques étanches et de connecteurs sous-marins. Pour les déploiements de longue durée, la protection contre l’encrassement, la profondeur nominale, la consommation d’énergie, l’accès pour le nettoyage, l’orientation de la fenêtre et l’accumulation de sédiments sont des facteurs importants. Des racleurs mécaniques ou d’autres mesures anti-encrassement peuvent s’avérer nécessaires.
Les capteurs de turbidité en ligne et à écoulement continu mesurent l’eau circulant dans un circuit d’échantillonnage contrôlé, plutôt que d’exposer directement les composants optiques à l’environnement. Ces configurations conviennent aux systèmes à pompage, aux navires de recherche, aux plates-formes de surface autonomes et aux installations reliées à un laboratoire. Un débit stable peut améliorer la cohérence des résultats, mais le temps de séjour dans la tubulure, la présence de bulles, les dépôts, le comportement de la pompe et la contamination doivent être pris en compte lors des essais de turbidité.
Les sondes multiparamétriques associent la mesure de la turbidité à d’autres paramètres tels que la conductivité, la température, la pression, l’oxygène dissous, le pH ou la fluorescence. L’intégration d’un capteur de turbidité destiné à l’analyse de la qualité de l’eau dans un ensemble commun simplifie la collecte synchronisée des données et peut réduire la complexité de la charge utile. Ces mesures supplémentaires permettent de distinguer les variations dues aux sédiments de celles résultant d’influences biologiques ou chimiques.
Les plateformes autonomes et télécommandées permettent à la surveillance de la turbidité de dépasser le cadre des observations en points fixes. Les capteurs de turbidité embarqués sur des véhicules peuvent cartographier les panaches et combiner les données optiques avec la navigation, les courants, la profondeur et d’autres mesures.
Les véhicules de surface sans pilote (USV) peuvent embarquer un moniteur de turbidité ou un enregistreur de turbidité le long de transects programmés afin de cartographier la qualité de l’eau de surface ou de la zone proche de la surface. Cela s’avère utile lorsque la turbidité varie sur de courtes distances dans les rivières, les réservoirs, les ports, les estuaires et les zones côtières. L’emplacement des capteurs doit permettre de minimiser les interférences dues aux réflexions de la coque, aux bulles, au sillage de l’hélice et aux sédiments remués.
Les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et autres véhicules sous-marins sans pilote (UUV) peuvent utiliser des sondes de turbidité pour caractériser les sédiments en suspension grâce à des levés tridimensionnels. Les applications concernent notamment les panaches de dragage, la remise en suspension naturelle, les perturbations liées aux travaux de construction et le transport des sédiments. Les données de navigation permettent de géoréférencer les mesures, tandis qu’une logique de mission adaptative peut augmenter la densité d’échantillonnage lorsqu’un seuil ou un gradient de turbidité est détecté. La fréquence d’échantillonnage et la vitesse du véhicule doivent être adaptées au temps de réponse du capteur afin de limiter l’étalement spatial des données.
Les véhicules télécommandés (ROV) peuvent fournir des mesures de turbidité en temps réel lors d’inspections sous-marines, de travaux de construction, d’interventions et d’opérations scientifiques. Les opérateurs peuvent corréler les données du capteur de turbidité avec la vidéo, le sonar, la position et l’activité en cours. Un montage soigné est essentiel, car les propulseurs peuvent remettre en suspension les sédiments du fond marin et générer des mesures qui ne reflètent pas les conditions de fond.
Les bouées de surveillance peuvent accueillir des capteurs de turbidité à des profondeurs fixes ou sur des systèmes de profilage, tandis que les planeurs peuvent effectuer des mesures répétées tout au long de la colonne d’eau sur des zones plus étendues. Ils permettent d’observer la stratification, le ruissellement, le transport des sédiments, les tempêtes et les variations des marées. Une consommation d’énergie réduite, le stockage des données et des mesures anti-encrassement efficaces sont particulièrement importants lors de déploiements de longue durée.
Les atterrisseurs de fond marin et les observatoires benthiques utilisent des capteurs de turbidité pour surveiller l’état des particules à proximité du fond marin. Ces mesures permettent de caractériser la remise en suspension, la sédimentation, les processus de la couche limite benthique et les perturbations. L’orientation de l’instrument, la hauteur d’échantillonnage, les courants locaux et le dépôt de sédiments sur la fenêtre optique doivent être pris en compte lors de l’interprétation des enregistrements à long terme.
Les valeurs de turbidité nécessitent une méthode de mesure et une convention de rapport claires. Parmi les références courantes, on peut citer :
Les programmes de terrain doivent consigner l’étalonnage, la configuration optique, les étalons de référence, la maintenance et les procédures relatives aux instruments. L’étalonnage en usine garantit la traçabilité, mais un étalonnage spécifique au site, réalisé à partir d’échantillons d’eau prélevés, peut s’avérer nécessaire lorsque les données de turbidité sont utilisées pour estimer la concentration en sédiments en suspension.
La détection de la turbidité est de plus en plus associée au traitement embarqué, au contrôle autonome et à des mesures complémentaires :
Ces avancées confirment le rôle des capteurs de turbidité en tant que composants actifs des systèmes d’observation autonomes. Pour les applications sous-marines, l’obtention de résultats fiables dépend toujours d’un étalonnage approprié, d’une intégration minutieuse, de mesures anti-encrassement adaptées et d’une bonne compréhension de la manière dont les propriétés locales des particules influencent la réponse optique.
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