Les capteurs d'oxygène dissous mesurent la concentration en oxygène moléculaire dans l'eau, permettant ainsi aux AUV, ROV, USV, planeurs sous-marins et systèmes de profilage de collecter des données sur l'oxygène en fonction de la profondeur, de la distance et du temps.
Cette page présente les fabricants de capteurs d'oxygène dissous, qui contribuent à la recherche océanographique, à la surveillance de la qualité de l'eau, à la détection de l'hypoxie, à l'aquaculture et à l'évaluation des écosystèmes.
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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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Les capteurs d’oxygène dissous (OD) mesurent la quantité d’oxygène moléculaire présente dans l’eau, fournissant ainsi des données essentielles pour l’océanographie, la surveillance environnementale, l’évaluation de la qualité de l’eau et la recherche sur les écosystèmes aquatiques. Sur les plateformes sans pilote, un capteur d’oxygène dissous peut transformer un véhicule autonome ou télécommandé en un système mobile permettant de cartographier les conditions d’oxygénation en fonction de la profondeur, de la distance et du temps.
Capteur d’oxygène dissous d’AML Oceanographic
La mesure de l’oxygène dissous peut s’appuyer sur des technologies optiques ou électrochimiques, chacune présentant des exigences différentes en matière d’alimentation, d’étalonnage, de mouvement de l’eau, de temps de réponse et de maintenance. Les mesures peuvent également nécessiter une compensation de la température, de la salinité et de la pression. Le choix du capteur dépend de la durée de la mission, de la taille de la plateforme, de l’environnement d’exploitation, du temps de réponse et de la résolution spatiale requise.
Plusieurs principes de détection sont utilisés pour mesurer l’oxygène dissous dans l’eau. Le choix du principe le plus approprié dépend de l’environnement de déploiement, du temps de réponse requis, de la stabilité de l’étalonnage et des besoins en matière d’entretien.
Un capteur optique d’oxygène dissous utilise un luminophore sensible à l’oxygène intégré dans une couche ou un cap de détection. Lorsqu’il est excité par la lumière, sa luminescence varie en fonction de la présence d’oxygène, ce qui permet au capteur de calculer la concentration en oxygène. Comme cette technique ne consomme pas d’oxygène, les capteurs optiques d’oxygène dissous sont particulièrement adaptés à la surveillance à faible débit et de longue durée. Ils évitent également l’entretien de l’électrolyte associé aux modèles électrochimiques, bien que l’élément de détection puisse vieillir ou s’encrasser et puisse nécessiter un étalonnage ou un remplacement.
Les capteurs d’oxygène dissous (OD) de type galvanique utilisent des électrodes immergées dans un électrolyte et séparées de l’eau par une membrane perméable à l’oxygène. L’oxygène se diffusant à travers la membrane génère un courant proportionnel à la concentration en oxygène. Une sonde galvanique d’oxygène dissous ne nécessite généralement pas de polarisation externe avant utilisation. Cependant, elle consomme de l’oxygène et le matériau des électrodes, ce qui rend le mouvement de l’eau, l’état de la membrane, l’état de l’électrolyte et l’entretien essentiels pour garantir la cohérence des mesures.
Les capteurs polarographiques mesurent également l’oxygène par voie électrochimique, mais nécessitent une tension externe entre les électrodes. Une fois polarisés, le courant ainsi généré est utilisé pour déterminer la concentration en oxygène dissous. Ces capteurs nécessitent généralement une période de stabilisation avant la mesure et, à l’instar des sondes galvaniques, peuvent être affectés par un débit d’eau insuffisant, la contamination de la membrane, la dégradation de l’électrolyte et les variations de température.
Les capteurs d’oxygène dissous à microélectrode utilisent des zones de détection très réduites, ce qui permet une réponse rapide et une haute résolution spatiale à proximité des sédiments, des organismes, des biofilms ou d’autres éléments localisés. Les capteurs miniatures d’oxygène dissous sont également utiles lorsque l’espace disponible pour la charge utile est limité. En raison de leur petite taille, une protection mécanique peut s’avérer importante lors du lancement, de la récupération ou de l’exploitation à proximité des fonds marins.
Les véhicules sous-marins autonomes (AUV), les véhicules télécommandés (ROV), les navires de surface sans pilote (USV), les planeurs sous-marins, les systèmes de profilage et les bouées instrumentées peuvent tous embarquer des capteurs d’oxygène dissous. La combinaison des mesures d’oxygène dissous avec la position, la profondeur, la température et la salinité permet d’interpréter les conditions d’oxygénation dans un contexte environnemental plus large. La précision de la cartographie dépend également de l’emplacement des capteurs, de leur étalonnage et de leur synchronisation avec les données du véhicule.
Les capteurs d’oxygène dissous permettent d’enregistrer l’évolution de la concentration en oxygène en fonction de la localisation et de la profondeur. Associée à des mesures de conductivité, de température et de profondeur, une sonde d’oxygène dissous peut aider à caractériser les masses d’eau et à identifier les relations entre l’oxygène et les conditions océanographiques physiques. Sur les plateformes se déplaçant rapidement, il convient également de tenir compte du temps de réponse des capteurs lors de l’interprétation de gradients marqués.
Les eaux côtières et les estuaires peuvent présenter de fortes variations de la concentration en oxygène dissous dues aux marées, aux apports d’eau douce, à l’activité biologique et à la stratification. Les capteurs mobiles d’oxygène dissous permettent aux plateformes sans pilote de collecter des mesures le long de transects et à travers différentes couches d’eau, offrant ainsi une couverture spatiale plus étendue qu’un seul oxymètre fixe.
Les analyseurs d’oxygène dissous embarqués sur des plateformes autonomes permettent de localiser les zones pauvres en oxygène, de déterminer la profondeur ou l’étendue des zones hypoxiques et anoxiques, et de suivre leur évolution dans le temps. Le profilage à haute résolution s’avère particulièrement utile lorsque les concentrations en oxygène varient sur de courtes distances verticales.
Les plateformes sans pilote équipées de sondes d’oxygène dissous permettent d’étudier les conditions d’oxygénation dans les cages, les étangs, les sites côtiers et les eaux environnantes, plutôt que de se fier aux mesures effectuées à un seul endroit. Lorsqu’un enregistreur d’oxygène dissous est synchronisé avec les données de profondeur et de navigation, les opérateurs peuvent identifier les variations spatiales de la disponibilité en oxygène.
Les lacs et les réservoirs peuvent présenter de forts gradients d’oxygène lorsque la stratification induite par la température limite le brassage. Des capteurs d’oxygène dissous montés sur des plateformes autonomes ou télécommandées permettent de collecter efficacement des profils de profondeur et de réaliser des relevés spatiaux. La combinaison des mesures d’oxygène dissous avec les données de température et de profondeur peut aider à identifier les zones stratifiées et pauvres en oxygène.
La surveillance de l’oxygène dissous peut faciliter l’évaluation aux abords des exutoires d’eaux usées, des rejets industriels et des cours d’eau récepteurs. Des plateformes mobiles équipées de capteurs optiques d’oxygène dissous peuvent effectuer des mesures à plusieurs endroits tout en enregistrant la profondeur et les coordonnées, ce qui permet de caractériser l’étendue spatiale des variations de la qualité de l’eau.
La disponibilité de l’oxygène influence la répartition et l’activité des organismes aquatiques. Les systèmes autonomes peuvent associer des capteurs optiques d’oxygène ou des capteurs électrochimiques de DO à des mesures de chlorophylle, de turbidité, de température, de salinité et d’autres paramètres afin de fournir une vision plus complète des conditions de l’habitat.
Les efforts de développement visent de plus en plus à réduire la taille de la charge utile, à prolonger la durée de déploiement et à améliorer la fiabilité des mesures. Les domaines concernés sont notamment les suivants :
Ces avancées améliorent l’utilisation des capteurs d’oxygène dissous au sein des systèmes autonomes de surveillance environnementale. Une taille réduite des capteurs, une meilleure stabilité, des performances anti-encrassement accrues et une meilleure intégration des données permettent de mener des missions plus longues et d’obtenir une caractérisation plus détaillée de l’oxygène dissous dans l’eau.
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