Développement d'une sonde multiparamètres à bas coût pour les eaux marines et continentales
Auteur / Autrice : | Raul Sanchez Olvera |
Direction : | Vincent Raimbault, Mireille Pujo-Pey |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | MicroNano Systèmes |
Date : | Soutenance le 11/06/2024 |
Etablissement(s) : | Université de Toulouse (2023-....) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....) |
Jury : | Président / Présidente : Philippe Ménini |
Examinateurs / Examinatrices : Jonathan Flye-Sainte-Marie | |
Rapporteur / Rapporteuse : Florence Anne Razan, Serge Bernard |
Mots clés
Résumé
L'observation de l'océan est essentielle pour mieux comprendre l'impact du changement climatique sur son métabolisme, l'absorption du carbone, la production primaire et de nombreux autres paramètres directement liés à la société humaine et à toutes les formes de vie. Si la télédétection fournit des données extrêmement précieuses, les capteurs in situ restent essentiels pour comprendre les processus physiques et biogéochimiques complexes. Il existe sur le marché différents capteurs capables d'effectuer les mesures requises, tels que les flotteurs Argo : ces flotteurs sont capables d'établir des profils verticaux dans la colonne d'eau tout en mesurant la conductivité, la température et la profondeur. Les flotteurs biogéochimiques-Argo (BGC) ont récemment ajouté des paramètres tels que l'oxygène, les nitrates, la chlorophylle et le pH à la liste des variables acquises par les flotteurs Argo standard. Malgré le succès de ce programme international, l'un des facteurs les plus limitants de ces flotteurs est directement lié à leur coût, qui se situe entre 10 000 et 15 000 euros par unité dans le cas d'Argo, et autour de 100 000 euros pour un BGC Argo. Étant donné qu'environ 40 % de la population mondiale vit à moins de 100 km des côtes, il est particulièrement important de renforcer notre capacité à collecter des données dans ces zones clés afin d'améliorer les mesures spatiales et temporelles. Les zones côtières ne peuvent pas être mesurées avec précision par télédétection et ne sont pas encore couvertes de manière routinière par le programme Argo ; ceci est réalisé par divers programmes et observatoires (comme COAST-HF). Pour tous ces cas d'utilisation, les océanographes expriment le besoin d'avoir accès à des capteurs abordables, compacts, de faible puissance, robustes et capables de fonctionner in situ dans des endroits éloignés sans intervention humaine pendant de longues périodes. Le projet OpenProbe vise à fournir un dispositif à bas coût pour compléter ces systèmes d'observation in-situ existants en développant une sonde multi-paramétrique à bas coût qui peut être intégrée dans tous les types de vecteurs marins (drones, profileurs, bouées...). Les paramètres mesurés sont la conductivité, la température, la profondeur (CTD), l'oxygène dissous, la chlorophylle a, la turbidité et le rayonnement photosynthétiquement actif. L'objectif principal est de fournir une précision, une résolution et une gamme dynamique appropriées pour chaque paramètre afin de générer des données utiles, à une fraction du coût des solutions actuelles telles que les sondes multiparamètres. Pour ce faire, notre approche repose sur l'utilisation de composants commerciaux disponibles sur étagère (COTS) qui sont réaffectés de leur utilisation principale et transformés en capteurs environnementaux. L'intégration et la marinisation sont réalisées à l'aide de techniques de prototypage rapide telles que la stéréolithographie, la xurographie ou le surmoulage. Une stratégie modulaire, open-source/open-hardware garantit que le système peut être facilement reproduit ou modifié par des utilisateurs potentiels pour des cas d'utilisation spécifiques, et ouvre la voie à des projets de science citoyenne visant à accroître la couverture spatiale et temporelle des zones côtières. En fin de compte, ce travail démontre la capacité de construire une sonde multiparamétrique fonctionnelle capable de mesurer sept paramètres pour un coût de fabrication inférieur à 300 € avec des performances adéquates pour générer des données scientifiquement significatives. Ces données pourraient, dans un avenir proche, contribuer à la surveillance des zones côtières, à la compréhension de la circulation océanique, des processus climatiques et des phénomènes liés au changement climatique.