Le robot sous-marin de Xylem donne des informations inédites sur l’efflorescence algale nuisible
Le robot a fourni aux chercheurs de Clear Lake en Californie, des données sur tout le lac d’une qualité et d’une ampleur impossible à atteindre jusque là.
Les efflorescences algales nuisibles (dites HABs pour Harmful algal blooms) sont tellement importantes dans le lac californien de Clear Lake qu’il est l’un des plus surveillés d’Amérique du Nord. Pour mieux comprendre ce qui cause les efflorescences dans ce lac, les chercheurs de l’université de Californie du Sud à Los Angeles (USC – University of Southern California) et les membres du projet de recherche sur les eaux côtières de la Californie du Sud (SCCWRP – Southern California Coastal Water Research Project) se sont servis du i3XO EcoMapper de YSI, une filiale de Xylem. Ce véhicule autonome a parcouru le fond de tout le lac, et a relevé des données concernant la profondeur, la qualité de l’eau et la température. Les chercheurs ont ainsi à leur disposition des données inédites et haute résolution concernant l’efflorescence.
Bien que les algues, qui produisent 50 % de l’oxygène présent dans l’atmosphère, sont indispensables à la vie sur terre, certaines d’entre elles produisent des toxines. Lorsque ces algues prolifèrent sans surveillance, cela conduit à des efflorescences algales nuisibles (HABs), l’une des plus grandes menaces mondiales pour la qualité des eaux de surface. Les conséquences des HABs peuvent entrainer des problèmes de gout et d’odeur de l’eau potable, mais également la production de puissantes toxines qui peuvent affecter les animaux et les humains.
Il existe en grande variété d’espèces d’algues qui produisent des toxines et chaque espèce se développe selon des conditions environnementales différentes. Les principales causes des HABs sont bien connues. Il s’agit par exemple d’un apport de nutriment excessif dans les plans d’eau, notamment en phosphore et en azote. De plus, les températures plus chaudes dues au réchauffement climatique favorisent la production de toxines par les algues.
Les défis posés par la recherche sur les HABs du Clear Lake
Avec une superficie de 27,4 kilomètres carré, le lac Clear Lake est le plus grand entièrement situé sur le territoire californien. C’est également le plus vieux lac d’Amérique du Nord puisqu’il est agé de 2,5 milliards d’années. L’efflorescence algale nuisible inquiète particulièrement les communautés vivant autour de Clear Lake. En effet 18 services de l’eau puisent dans le lac pour desservir plus de 40 000 habitants.
Les scientifiques savent que les HABs du lac sont sans doute le résultat de la température et de l’eutrophisation : un contexte dans lequel la croissance excessive des plantes et des algues est due, entre autres, à l’engrais riche en nutriments. Néanmoins, pour comprendre précisément l’efflorescence, les chercheurs étaient limités par les données obtenues grâce aux échantillons discrets et par la forme du lac qui est constitué de trois bras aux caractéristiques distinctes.
L’échantillonnage discret a permis d’obtenir des informations essentielles sur le lac à des endroits et des moments spécifiques. Mais les chercheurs avaient également besoin de comprendre comment la structure physique du lac et les dynamiques de l’eau selon les profondeurs, sa colonne d’eau, participaient à l’efflorescence.
Utiliser une technologie innovante pour mener à bien une nouvelle étude
Une récente étude s’est servie de la technologie YSI de Xylem afin de résoudre certains défis posés par le Clear Lake. L’un des objectifs principaux de cette étude était de faire le lien entre les nouvelles données récoltées sur la colonne d’eau et les paramètres environnementaux avec les autres données obtenues grâce aux échantillonnages discrets d’eau.
« Si nous pouvons relier ces informations disparates à travers le temps et l’espace, cela nous donnerait des indications inédites sur la succession des espèces et les interactions trophiques au sein du plancton de Clear Lake », écrit le Dr David Caron de l’université de Californie du Sud, le chercheur principal de cette étude.
Établir des corrélations entre les données au sein d’un lac aussi étendu que celui de Clear Lake est difficile. C’est pourtant primordial pour comprendre les processus biologiques qui entrainent l’efflorescence et la production de toxines. L’étude avait également pour objectif d’aider les chercheurs à établir des priorités entre différents emplacements pour effectuer les échantillonnages discrets, un procédé qui peut s’avérer couteux.
Les chercheurs ont travaillé en partenariat avec Xylem pour établir une carte extraordinairement précise de l’efflorescence algale nuisible du lac grâce à l’i3XO EcoMapper, de YSI, un robot sous-marin autonome (AUV pour autonomous underwater vehicle). L’i3XO génère des cartes haute-résolution de la qualité de l'eau, des courants et de la profondeur. L’i3XO est la combinaison des dernières technologies en matière de robot autonome sous-marin. En effet, la plateforme intelligente EXO d’YSI est un système de surveillance de l’eau sur le terrain.
Deux échelles d’observation du lac
L’étude menée par les chercheurs a été conçue pour surveiller le lac sur deux échelles spatiales. La première échelle consistait à observer le long des principaux axes des trois bras du lac afin d’examiner les caractéristiques du lac das son ensemble. La deuxième échelle consistait à cartographier en haute résolution une portion de la baie dans le bras inférieur du lac. L’objectif était de scruter en détail la répartition des algues bleues (cyanobactéries) et de leurs toxines.
La capacité des capteurs de l’i3XO a été pleinement exploitée lors de cette mission. Chaque robot i3XO est équipé d’une sonde YSI EXO1 qui contient des capteurs de conductivité/température, d’algues, d’oxygène dissout et de PH. Les données de l’instrument ont été utilisées pour construire une vue 2D de la colonne d’eau au fur et à mesure que le robot se déplaçait de haut en bas dans le lac à différentes profondeurs. La grande capacité de la batterie du robot et son système de navigation précis lui permettent de rester plus longtemps sous l’eau et d’optimiser la collecte des données. Sur une sortie, il a fallu à peine 6,5 heures au robot pour parcourir plus de 34 kilomètres du lac.
Une nouvelle manière de voir le Clear Lake
Les missions de iXO ont permis de récolter des données incomparables sur le lac et ces efflorescences algales nuisibles, impossibles à obtenir jusque-là. Les chercheurs comprennent désormais mieux la structure de la colonne d’eau. Ils ont ainsi pu en tirer des hypothèses vérifiables sur les facteurs qui sont le plus susceptibles de déclencher des HAB dans le lac.
Les données obtenues à l’échelle du lac ont également fourni des informations cruciales pour décider où et comment réaliser des échantillonnages afin d’optimiser les ressources limitées. D’autres missions sont prévues pour compléter les données. Le but est de mieux comprendre la relation entre la qualité de l’eau et l’efflorescence algale dans le lac Clear Lake.
Découvrez l’étude menée à Clear Lake
Téléchargez la publication technique concernant l’étude (en anglais) : High-Resolution Mapping of a Harmful Algal Bloom (Cartographie haute résolution de l’efflorescence algale nuisible)
Regardez un webinaire présentant l’étude (en anglais) : Expand your HAB Horizons with High-Resolution Mapping (Améliorer votre compréhension des HAB grâce à une cartographie haute résolution)