Institut Mines-Télécom
Ingrid Bazin, Anne Johannet, Catherine Gonzalez, Jacky Montmain, LGEI, École des Mines d’Alès
Réseaux de capteurs chimiques et biologiques pour un suivi rapide de la qualité de l’eau : Traitement de données pour un monitoring fiable
Institut Mines-Télécom
Contexte et enjeux
Bon état des masses d’eau• Qualité chimique?
─ Liste de polluants (liste révisée tous les 4 ans)─ Normes de qualité environnementale─ 41 substances
• Qualité biologique?─ Diversité, quantité, qualité─ Poissons, végétaux, diatomées, invertébrés─ État écologique de référence (cours d’eau de montagne),
masse d’eau peu éloignée de cet état de référence
Institut Mines-Télécom
Contrôle et suivi de la qualité des masses d’eau
Évaluation de la qualité des masses d’eau? Identification des sources de pollution? Evaluation des scénarii en fonction de
pratiques agricoles, des stratégies de gestion des ressources en eau?
Outils de diagnostic basés sur des mesures obtenues par techniques chimiques et biologiques
Anticiper les altérations de la qualité des eauxSuperviser pour réagir en cas de besoinSurveiller par controle continu et l’auto-controle
Institut Mines-Télécom
Quelles méthodes pour quelles informations?
Temps
Temps
Polluant a
Polluant bInd
ica
teu
rs
Biocapteurs
Temps
Polluant a
Polluant bCo
nce
ntr
atio
n
Capteurs (en-ligne)
Temps
Polluant a
Polluant b
Co
nce
ntr
atio
n
Conc. moyenne
Echantillonneurs passifs
Temps
Polluant a
Polluant bRé
po
nse
bio
Systèmes biologiques d’alerte
Polluant a
Polluant b
Co
nce
ntr
atio
n
Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire
Temps
Polluant a
Polluant b
Con
cent
ratio
n
Situation
Institut Mines-Télécom
Quelles méthodes rapides pour quelles informations: les biocapteurs et les capteurs en ligne
Temps
Polluant a
Polluant bCon
cent
ratio
n
Temps
Polluant a
Polluant bRép
onse
bio
Temps
Polluant a
Polluant b
Con
cent
ratio
n
Temps
Polluant a
Polluant b
Ind
ica
teu
rs
Biocapteurs
Temps
Polluant a
Polluant bCon
cent
ratio
n
Capteurs (en-ligne)
Systèmes biologiques d’alerte
Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire Situation
Temps
Polluant a
Polluant bCon
cent
ratio
nConc. moyenne
Echantillonneurs passifs
Institut Mines-Télécom
Quelles méthodes pour quelles informations?
Chemical Methods
Principles Parameters
Kits test Colorimétrie Nutrients, metals, pesticides
Instrument portable
UV spectropho-tometrie
COD, BOD, TSS,TOC, surfactants, NO3
Sonde Electroche-mistry pH, T°, cond., dO, turbidity, Cl, NO3, NH4
Sensor Voltametric Amperometric (SPE)
Metals (Cd, Pb, Cu, Zn)
150 mm
25 mm
8 m
m
25 mm
8 m
m
10/30 min
1 min
10 min
5/20 min
Institut Mines-Télécom
Biological method Principles Applications
Immunoessaie Antibody recognitionfluorescence or luminescence
Pesticides, TPH, PCB
Bioindicators
BEWS (alarm system)
Viability, Growth and biological functions
Acute Toxicity
Bioassay Microtox®
ToxScreen
Luminescence bacterial: Vibrio fischeri
Acute and chronic toxicity
Luminescence bacterial: Photobacterium leiognathi
Acute and chronic toxicity
Quelles méthodes pour quelles informations?
30/40 minspécifique
Sur site
30 min
30/60 min
Institut Mines-Télécom
HYDROGUARD
Technologies autonomes (balises) sur bassin versant (rivières, bassins d’orages, réseau d’assainissement, ouvrages hydrauliques,…) et le long du littoral (en mer ou en lagune).
Ces balises communiquent entre elles, centralisent les mesures, traitent de manière autonome des données variées provenant de sources multiples
Installations statiques ou mobiles pour être opérationnelles dans des zones en état d’alerte ou en situation de crise.
Institut Mines-Télécom
Balises autonomes HYDROGUERD
Caméra
SondesCapteursQualité
Institut Mines-Télécom
Détection Ochratoxine ANorme EU: < 2 ppb
Glyphosate/ AMPA
OTB
Applications industrielles: détection de pesticides et de toxines
Institut Mines-Télécom
Un prototype adapté aux différents systèmes, autonome, fiable, facile à
utiliser… pas cher?
COMBITOX
Métaux (Hg, As, Cd, Co, Ni)Toxines (microcystine, ochratoxine) Bacteries pathogènes (coliformes)
Différents types de biodétecteurs disponibles ou en cours de construction en laboratoire
Fraction biodisponible
Alerte sur le terrain
ANR-Paris-3 février 2012
ANR COMBITOX 2012-14 : un prototype autonome pour la surveillance en continu de la contamination des réseaux d’eau.
Institut Mines-Télécom
Quelles méthodes rapides pour quelles informations: capteurs passifs
Temps
Polluant a
Polluant bCon
cent
ratio
n
Con
cent
ratio
n
Temps
Polluant a
Polluant b
Temps
Polluant a
Polluant bRép
onse
bio
Temps
Polluant a
Polluant b
Con
cent
ratio
n
Temps
Polluant a
Polluant b
Indi
cate
urs
Biocapteurs
Capteurs (en-ligne)
Systèmes biologiques d’alerte
Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire Situation
Temps
Polluant a
Polluant b
Con
cent
ratio
n
Conc. moyenne
Echantillonneurs passifs
CHEMCATCHER
Institut Mines-Télécom
Capteurs passifs
SPMD
POCIS
MESCO
ECOSCOPE
CHEMCATCHER
DGTMétaux
Polluants apolaires (HAP, PCB)Polluants polaires (pesticides, résidus pharmaceutiques)
Accumulation passive : capteur équipé d’une phase rétention spécifique
Institut Mines-Télécom
Distribution spatiale de la pollution
Distribution temporelle
Rivière
Échantillonneurs
Effluent
Prélèvements ponctuels
(image instantanée)
Echantillonneurs intégratifs (concentration cumulée)
Intérêt des capteurs passifs
Temps
Prélèvement ponctuel
Concentration moyenne
Co
nce
ntr
atio
n
Institut Mines-Télécom
Détermination des contaminants émergents issus des eaux usées dans un hydrosystème méditerranéen antropisé : BV Hérault
Screening spatio-temporel22 pesticides et 12 résidus pharmaceutiques
Chemcatcher (ng/l) 14 jours d’exposition
Acebuto-lol
Carbama-zepine Diclofénac
Fenofi-brate
P1
Hérault AmontPont de Gignac
<LD <LD <LD 1.48
P2
Lergue AmontStep Brignac
<LD 9.47 0.77 <LD
P3
Lergue AvalStep Brignac
<LD 18.21 0.72 <LD
P4
Hérault AvalCanet
1.84 7.62 <LD <LD
Institut Mines-Télécom
Quelles méthodes rapides pour quelles informations: les bioessais
Temps
Polluant a
Polluant b
Con
cent
ratio
n
Temps
Polluant a
Polluant b
Ind
ica
teu
rs
Biocapteurs
Temps
Polluant a
Polluant bCon
cent
ratio
n
Capteurs (en-ligne)
Temps
Polluant a
Polluant bRép
onse
bio
Systèmes biologiques d’alerte
Temps
Polluant aPolluant b
Con
cent
rat
ion
Échantillons ponctuels + Analyse en laboratoire Situation
Temps
Polluant a
Polluant b
Con
cen
trat
ion
Conc. moyenne
Echantillonneurs passifs
Institut Mines-Télécom
Evaluation d’un disfonctionnement hormonal
Etat générale de la toxicité globale (viabilité)sur un organisme vivant
Evaluation de la toxicité estrogenique
Evaluation de la viabilité des organismes
NIVEAU 2: moléculaire
NIVEAU 1: Organisme entier
Evaluation de toxicité d’effluents urbains
BioessaisDaphnie/ Microtox
Yeast EstrogenScreen
LacZERE ERE ERE
hER
Nucleus
Parabens
receptor
Saccharomyces cerevisiae
B gal+ MuGal
Fluorescence 460 nm
Institut Mines-Télécom
Objectif dans un futur proche: Des dizaines de capteurs autonomes
qui mesurent
qui communiquent
Institut Mines-Télécom
Fig. 1 : Fusion de sources d’informations imprécises ou incertaines sous la forme d’une distribution de possibilité
Figure 2 : Agrégation de distributions de possibilité pour l’indicateur de synthèse d qualité de l’eau
Besoin de traitement des données de masse et de modélisation pour une évaluation de la qualité de la ressource en eau
Institut Mines-Télécom20Modélisation hydrodynamique des aquifères karstiques par réseaux
de neurones
Merci de votre attention