DS0104 - Innovations scientifiques et technologiques pour anticiper ou remédier les risques environnementaux

Surveillance de la qualité de eaux côtières à l'aide de molusques bivalves bio-capteurs – WaQMoS

WaQMoS : surveillance de la qualité des eaux côtières par de mollusques bivalves comme bio-capteurs

Surveillance de la qualité des eaux côtières par de mollusques bivalves comme bio-capteurs

Conception d'un biocapteur intelligent, qui mesure et estime le comportement des mollusques, pour la détection de la pollution des eaux côtières et des changements climatiques

Le suivi de la qualité des eaux océaniques est un enjeu majeur avec diverses implications sociales, économiques et écologiques. Les systèmes traditionnels de surveillance de la qualité de l'eau dans les milieux aquatiques sont assez coûteux et reposent sur une exploitation intensive des ressources humaines (pour le prélèvement d'échantillons ou l'analyse chimique). Ensuite, une solution souhaitable consiste à développer des systèmes autonome, capables de fonctionner comme des détecteurs d'alerte précoce pour déclencher une campagne d'échantillonnage. Une difficulté particulière de la surveillance côtière réside dans les conditions environnementales sévères, où les instruments technologiques existants peuvent ne pas fournir une solution fiable. D'un autre côté, la faune peut réagir assez rapidement aux changements de son environnement, de sorte que ses réponses comportementales et physiologiques aux changements environnementaux peuvent être utilisées pour la surveillance écologique. Cependant, le suivi physiologique en ligne et en continu de la faune nécessite la transmission d'un énorme volume de données, dont l'analyse nécessite des outils algorithmiques et logiciels spécifiques. Le projet ANR WaQMoS a répondu à toutes ces questions. Les principales difficultés résident dans le fait que les changements environnementaux réguliers (par exemple, l'activité humaine, la floraison) ont fortement influencé les animaux et leurs rythmes internes (par exemple, l'alimentation, la respiration, les pontes).

WaQMoS était un projet interdisciplinaire qui combinait nos connaissances de la biologie marine et de l'électronique d'un côté, avec les mathématiques appliquées et le développement de logiciels de l'autre. La théorie des systèmes ou du contrôle traite différentes questions liées à la conception de systèmes d'observation et de détection : du placement des capteurs (i.e., quelles variables sont nécessaires à mesurer) et l'identification du modèle (i.e., la structure et les paramètres du système) aux synthèses traitement des mesures (pour évaluer les variables internes). Principalement toutes ces approches sont développées pour des systèmes techniques, et c'était un défi relevé dans le projet de les adapter aux animaux en utilisant les compétences en biologie marine. En particulier, les influences des rythmes circadiens/circatidaux/circannuels internes ont été prises en compte. De plus, un modèle dynamique de la population de mollusques a été utilisé pour prédire l'état du processus dans le futur et déclencher des alarmes (un modèle accumule beaucoup d'informations sur le système de surveillance). De plus, les algorithmes développés sont orientés sur une faible transmission de données et une faible consommation d'énergie des unités de calcul pour augmenter le temps d'autonomie.

Le principal résultat de WaQMoS est le développement d'un biocapteur pour la détection à distance de la pollution des eaux côtières et des changements climatiques basé sur la technologie de valvométrie non invasive de l'équipe EA (voir projet MolluSCAN Eye) et en appliquant les méthodes de théorie des systèmes et de contrôle maîtrisées par Non-A l'équipe d'Inria. Le système de surveillance développé a des capacités intelligentes possédant plus d'un an de travail autonome sans intervention humaine. Il a été testé pour l'étude du changement climatique dans l'Arctique (pour C. islandica à Svalbard, Norvège), où une relation a été observée entre la quantité de mouvements d'animaux et la croissance de la température de l'eau, ainsi que l'influence des cycles lunaires sur rythmes des animaux.

Tout organisme public ou privé intéressé à l’utilisation du biocapteur intelligent pourra demander à l’équipe EA pour son installation, dans le cas de coopération scientifique acceptée. Une start-up pourra être lancée dans le cas d'un grand nombre de demandes en vue de finaliser le transfert de technologie.

Les résultats scientifiques obtenus par WaQMoS ont été publiés dans les deux domaines, en théorie du contrôle et en biologie marine. Un doctorat qui a participé au projet (H. Ahmed) a obtenu 2 prix de thèse pour le développement d'outils de modélisation et d'identification pour animaux marins. En outre, plusieurs articles scientifiques et de vulgarisation ont été préparés, et ces communications ont attiré une large attention du grand public.

L'objectif principal du projet est développement d'un biocapteur, basée sur des mesures et l'interprétation de comportement des mollusques bivalves, pour la détection en ligne de la pollution de l'eau et conséquences du changement climatique côtières. Le développement de biocapteurs est basée sur la technologie de l'équipe EA (CNRS UMR 5805 EPOC, Arcachon) de haute fréquence valvometrie non invasive pour les mollusques et en appliquant de la théorie et les méthodes des systèmes de commande de l'équipe Non-A (Inria, Lille). Le système de surveillance doit avoir des capacités intelligentes et posséder long temps de travail autonome sans intervention humaine. Il se agit d'un projet interdisciplinaire de collaboration (biologie marine -- électronique -- mathématiques appliquées). L'une des principales applications potentielles de la technique est la surveillance de qualité de l'eau sur les côtes et les ports (épisodes de prolifération d'algues, la pollution sonore), et autour de la plateformes de production d'énergie. Une autre application est surveillance d'évolution des écosystèmes due au réchauffement climatique dans les zones sensibles telles que la zone arctique.

Coordinateur du projet

Monsieur Denis Efimov (Inria Lille - Nord Europe)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Inria Inria Lille - Nord Europe
CNRS CNRS - EPOC laboratory

Aide de l'ANR 393 848 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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